FI85745B - Brandsaeker prefabricerad staolbalk. - Google Patents

Description

1 85745

Palonkestävä esivalmistettu teräspalkki

Keksinnön kohteena on palonkestävä esivalmistettu 5 teräspalkki, joka on sovitettu toimimaan yhdessä betonin kanssa erilaisten laatastojen kantavana liittorakenteena ja joka käsittää kaksi uumaosaa ja niiden ulkopuolelle ulottuvat vaakasuorat ulokelaippaosat.

Elementtirakennuksen runko muodostetaan usein pila-10 reiden ja palkkien varaan tehtävillä väli- ja yläpohjilla. Jotta palkit kantavina vaakarakenteina saataisiin riittävän jäykiksi, muodostuu niiden korkeus teräsbetonirakenteina n. 500 - 800 mm:n suuruiseksi. Lämpö-, vesijohto-, ilmastointi- ja sähköasennuksia varten on palkit revitettävä tai 15 vastaavasti välipohjarakenteen korkeutta on lisättävä. Korkea palkkirakenne on eräissä tapauksissa korvattu leuka-palkkirakenteella, jolloin palkin uuma jää välipohjarakenteen sisään. Leukapalkin korkeutta on minimoitu käyttämällä mm. esijännitystekniikkaa. Valmistusteknisesti leukapalkki 20 on tavallista palkkia hankalampi valmistaa ja leuan minimi-paksuudeksi jää silti 100 - 150 mm.

Palkistoja tehdään usein myös teräksestä. Teräspalkki on helpompi valmistaa kuin betonielementtipalkki ja sitä on kevyt kuljettaa ja asentaa. Lisäksi työmaalla tehtävät 25 muuntelutyöt on helpompi suorittaa teräspalkille. Koska teräspalkit eivät edellytä jälkivaluja ja ovat keveitä siirtää, on palkkien asennusnopeus suurempi kuin betonipalkkeja käytettäessä. Sopeuttamalla rakentaminen rungon pystytysai-katauluun voidaan kokonaisrakennusaikaa lyhentää. Paloti-·' 30 lanteessa teräs menettää lujuuttansa lämpötilan noustessa, joten teräspalkki on palosuojattava. Palosuoja on edullisimmin saatu aikaan upottamalla teräsprofiili betoniseen välipohjarakenteeseen, jolloin ainoastaan alalaippa on pitänyt suojata. Palosuo ja on tehty joko peittämällä alalaip-35 pa palosuojalevyllä, -eristeellä, -maalilla tai -ruiskutuk- 2 85745 sella. Esteettisistä syistä putkitukset ja palosuoja on lisäksi usein peitetty nk. alaslasketulla katolla.

Palosuojaustapa on johtanut matalan, noin välipohja-elementin korkuisen hattuprofiilin käyttöön, jossa suora-5 kaiteen muotoisen peruspalkin alalaippa on muuta palkkia leveämpi muodostaen samalla ulokkeet välipohjaelementeille. Koska rakenne jää matalaksi, ei terästä voida käyttää optimaalisesti hyväksi rakenteen jäykkyyden kannalta. Ylimääräisistä teräskiloista huolimatta hattupalkkia (THQ-palkki) 10 on käytetty varsin usein esimerkiksi liikerakennuksissa, jossa rakennustilavuus on haluttu matalan välipohjaraken-teen avulla käyttää tehokkaasti hyväksi. Matalan välipohja-rakenteen avulla on myöskin saavutettu huomattavia säästöjä erikoistapauksissa, kun esimerkiksi kaupunkirakentamisessa 15 olisi perustamissyvyyttä muutoin jouduttu lisäämään ja siten mm. tukemaan naapuritalojen perustuksia.

Teräspalkin käyttöä on rajoittanut lähinnä jännevä li. Pitkillä jänneväleillä palkkirakenne on tullut varsin raskaaksi ja taipumien eliminoimiseksi on ollut pakko val-20 mistaa palkit esikorotuksin. Rakentamistyön tullessa yhä kalliimmaksi halutaan rakennukset tehdä nykyään siten, että käyttötarkoitusta voidaan myöhemmin helposti muuttaa. Pitkillä välipohjaelementeillä ja harvoilla tukirakenteilla saavutetaan tällainen helppo muunneltavuus siirtämällä ke-25 veitä väliseiniä. Valmistusteknisesti pitkien palkkien käsittely on hankalaa, jännemitan mukaan tulee saada olkea esikorotus hitsauksen aiheuttamista lämpöjännityksistä huolimatta ja levypaksuuksien kasvaessa hitsaustyö hidastuu.

Em. epäkohtien eliminoimiseksi on nyttemmin ehdotet-30 tu liittorakenteen teräspalkki-betoni luomista. Esimerkkinä tällaisista ratkaisuista voidaan mainita FI-patenttihakemuksessa 882186 kuvattu ratkaisu. Liittorakenteen avulla päästään aiempaa kevyempään teräspalkkiin ja palkkia voidaan käyttää entistä pidemmillä jänneväleillä. FI-hakemuk-. 35 sen 882186 mukaisella teräspalkilla on säästetty hitsaus- 3 85745 työtä muodostamalla palkki profiilin osista, jotka on valmiiksi kuumavalssattu muotoonsa. FI-hakemuksen 882186 mukainen ratkaisu on kuitenkin valmistuksen kannalta monimutkainen, sillä liittovaikutuksen aikaansaavat välikappaleet 5 lisäävät hitsaustyötä sekä hankaloittavat palkin valmistusta useiden pienten kappaleiden käsittelyn osalta.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan betonin kanssa toimiva teräspalkki, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat voidaan eliminoida. Tähän on päästy 10 keksinnön mukaisen palkin avulla, joka on tunnettu siitä, että ainakin kumpikin uumaosa ja ko. uumaosaan liittyvä, sen ulkopuolelle ulottuva vaakasuora ulokelaippaosa on muodostettu yhtenäisestä materiaalikaistaleesta niin, että uumaosa ja siihen liittyvä ulokelaippaosa muodostavat sau-15 mattoman kokonaisuuden ja niin, että uumaosa on laippaosaan nähden vinossa asennossa, että uumaosat on sovitettu vierekkäin niin, että ne ovat toisiaan kohti kallistetussa asennossa ja yhdistetty toisiinsa lähempänä toisiaan olevista reunoista vaakasuoran yläosan avulla, ja uumaosien 20 kauempana toisistaan olevista, ulokelaippaosiin liittyvistä reunoista uumaosiin hitsatun levyn avulla ja että uumaosien yläreunojen läheisyyteen tai/ja vaakasuoraan yläosaan on työstetty aukkoja uumaosien yläosan ja levyn rajaaman tilan täyttämiseksi betonilla sinänsä tunnetulla tavalla. Keksin-25 nöllä saavutettavista eduista voidaan todeta yleisesti, että sillä on onnistuttu säilyttämään kaikki aiemmin mainitut teräspalkin hyvät ominaisuudet, ts. helppo muunneltavuus työmaan runkojärjestelmään, matala ja kevyt rakenne, nopea asennus, yksinkertaiset LVIS-asennukset jne. ja lisäksi 30 keksinnöllä saavutetaan muita huomattavia etuja.

Keksinnön mukainen palkki on suunniteltu siten, että sen teräsosat kantavat laattaelementtien asennusaikaiset kuormitukset. Laattaelementtien saumavalujen yhteydessä täytetään teräspalkin muodostama kotelo sekä laattaelement-35 tien ja teräsprofiilin muodostama väli. Valmiissa raken- 4 85745 teessä keksinnön mukainen palkki kantaa sille tulevat kuormitukset betonin ja teräksen välisen liittovaikutuksen avulla. Palkki soveltuu myös käytettäväksi yhdessä paikallaan valettavan liittolaatan kanssa. Tällöin sekä laatan 5 että palkin betonointi voidaan suorittaa yhdessä työvaiheessa. Keksinnön mukainen palkki voidaan valmistusteknisestä tehdä automaattilinjalla optimoimalla tarvittava hitsaustyö tarvittavan jäykkyyden mukaan. Uumaosat voidaan yksinkertaisesti rei'ittää liittovaikutuksen aikaansaami-10 seksi. Uumaosiin tehtyjen reikien tai aukkojen reunoihin rei'ittämisen yhteydessä mahdollisesti jätetyt ulokkeet lisäävät betonin ja teräksen välistä yhteistoimintaa. Aukot on sijoitettu esim. vinojen uumaosien yläosaan, joten jäl-kivalubetoni kulkeutuu vaivatta palkin sisään. Palkin vinot 15 uumaosat mahdollistavat lisäksi laattaelementtien asettamisen aivan ulokelaippaosien taitteeseen haittaamatta jälki-valun suorittamista. Em. syystä leuan rasitukset jäävät pienemmiksi kuin sellaisissa ratkaisuissa, joissa laatta-elementin ja palkin pystysuoran uumaosan väliin joudutaan 20 jättämään erillinen valutila. Palotilanteessa edullinen muoto yhdessä välipohjaelementtien saumavalun kanssa kiilaa laataston paikalleen jättäen palkin ulokelaipat ainoastaan elementtien asennusta varten. Palkin vetolaippa, joka on sijoitettu profiilin sisään, voidaan palosuojata valmiiksi 25 palkkielementin valmistuksen yhteydessä välipohjarakenteen korkeutta kasvattamatta. Ulokelaipat suojaavat palosuoja-kerrosta kuljetuksen ja asennuksen aikana. Palosuojakerros voidaan myös suojata mekaaniselta kulutukselta ja vaurioilta ohuen ulokelaippoihin kiinnitetyn levyn avulla.

30 Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa ohei sessa piirustuksessa esitettyjen edullisten suoritusesi-merkkien avulla, jolloin kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen palkin poikkileikkausta, • 35 kuvio 2 esittää keksinnön mukaista palkkia sivulta 85745 nähtynä kuvantona, kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen palkin liitosta pys tyrakenteeseen, kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen palkin toista 5 liittosovellutusta pystyrakenteeseen sivulta nähtynä kuvan tona, kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen palkin toista sovellutusmuotoa poikkileikkauskuvantona, kuvio 6 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaisen 10 palkin automatisoitua tuotantolinjaa, ja kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen palkin kolmatta sovellutusmuotoa poikkileikkauskuvantona.

Kuviossa 1 on esitetty poikkileikkauksena keksinnön mukainen palkki tilanteessa, jossa laatat on asennettu pal-15 kin varaan ja betoni on valettu palkin sisään ja palkin sekä laattojen väleihin. Kuvion 1 mukainen palkki on muodostettu valmistamalla kumpikin uumaosa 2 ja siihen liittyvä vaakasuora ulokelaipposa 1 yhtenäisestä materiaalikaista-leesta. Uumaosat 2 ovat vinossa asennossa ulokelaippoihin 20 1 nähden. Uumaosan 2 ja ulokelaippaosan 1 käsittävät yksi köt voidaan tehdä esimerkiksi taivuttamalla sopivasta te-räskaitaleista.

Uumaosan 2 ja ulokelaipposan 1 käsittävät yksiköt on sijoitettu vierekkäin niin, että uumaosat ovat toisiaan 25 kohti kallistetussa asennossa ja yhdistetty toisiinsa lähempänä toisiaan olevista reunoista vaakasuoran yläosan 3 avulla. Vaakasuora yläosa 3 voi olla muodostettu erillisestä materiaalikaistaleesta, esimerkiksi teräskaistaleesta, joka hitsataan uumaosien yläreunoihin.

30 Kuvion 1 mukaisessa sovellutuksessa kumpikin uuma- osan 2 ja ulokelaippaosan 1 käsittävä yksikkö on siis täysin saumaton.

Uumaosien 2 kauempana toisistaan olevien reunojen väliin on hitsattu vaakasuora teräslevy 4 siten, että se 35 toimii sekä perusprofiilin sisälle valettavan betonin 8 6 85745 alapuolisena muottina, että palkin kuormia kantavana ala-laippana. Levy 4 on kuvion esimerkissä sijoitettu ylemmäksi kuin ulokelaippojen 1 alapintojen taso. Em. järjestely mahdollistaa palkin palosuojauksen 10 rakennepaksuutta kas-5 vattamatta.

Palkin vinoihin, toisiaan kohti kallistuneessa asennossa oleviin uumaosiin voidaan stanssata olakkeet 12, joiden varassa alalaippana toimiva levy 4 lepää hitsaustyön aikana.

10 Palkin täyttämiseksi betonilla on vinossa asennos sa oleviin uumaosiin 2 tehty aukkoja tai reikiä 14. Liit-tovaikutuksen varmistamiseksi teräksen ja betonin välillä on aukkojen 14 reunoihin esimerkiksi niiden valmistuksen yhteydessä muodostettu piikkimäisiä tai levymäisiä ulokkei-15 ta 5.

Palkin yläreunasta on kannatettavien laatastojen alareunaan johdettu teräksestä valmistettuja ripustustanko-ja 6, jotka lisäävät palkiston kykyä kannattaa laatastoa yhdessä palkin betonoinnin yhteydessä palkin ulkopuolelle 20 muodostuvan kiilamaisen betoniosan 7 kanssa. Ripustustanko- jen 6 ohella voidaan myös käyttää tartuntakoukkuja 18, jotka ankkuroivat tehokkaasti kiilamaisen betoniosan 7 paikoilleen. Palkin asennusaikaisen jäykkyyden lisäämiseksi voidaan yläpinnan teräspinta-alaa kasvattaa perusprofiilin 25 yläosan ala- tai yläpuolelle hitsatun teräslevyn 9 tai betoniterästen avulla. Betoniterästen käyttö parantaa liitto-toimintaa.

Asennusvaiheessa ennen laataston asentamista palkki tuetaan keskeltä alapuolisiin rakenteisiin. Keski tuki pois-30 tetaan kun jälkivalu on saavuttanut riittävän lujuuden. Va-lunaikainen tuenta varmistaa tehokkaan liittotoiminnan, mikä pienentää sekä rakennusaikaista, että sen jälkeen tapahtuvaa taipumaa ja siten esikorotustarvetta. Tuenta pienentää olennaisesti asennusaikaisten rasitusten aiheuttamaa 35 puristuspuolen teräsmäärän tarvetta.

7 85745

Kuviossa 2 on esitetty kuvion 1 mukainen palkki sivulta nähtynä kuvantona. Palkin uumaosissa 2 olevat aukot sijaitsevat siten, että palkin vaakasuoran yläosan 3 alle ei muodostu valuonkaloita betonoinnin yhteydessä. Aukot 14 5 on sijoitettu uumaosiin 2 yläreunojen läheisyyteen. Aukkoja 14 on mahdollista käyttää myös laattakenttien raudoitusten sekä LVIS-putkien läpivienteihin.

Kuviossa 3 on esitetty kuvioiden 1 ja 2 mukaisen palkin liitos kantavaan pystyrakenteeseen eli pilariin.

10 Palkin pää muotoillaan siten, että palkin kannatin (pilari-konsoli) 11 mahtuu kokonaisuudessaan palkin sisään. Palkki tuetaan konsoliin ylälaippana toimivasta vaakasuorasta yläosastaan ja kiristetään asennuspulteillä 13 palkin sivulta konsolin sivuun. Kiristykseen voidaan käyttää myös asennus-15 kiiloja. Näin varmistetaan palkin asennusaikainen vääntö-jäykkyys. Liittopalkkiin saadaan aikaan tukimomentti asentamalla tuelle betoniraudoitus 15 konsolin läpi ennen liitoksen jälkivalua. Tukimomentin avulla pienennetään palkin muodonmuutoksia ja lisätään kuormankantokykyä. Toinen vaih-20 toehto tukimomentin aikaansaamiseksi on esitetty kuviossa 4. Pilarin läpi asetetaan vetotangot 16, jotka kiinnitetään palkin päähän kiristysmuttereiden 17 avulla. Mutterit kiristetään palkin uumaosassa olevan aukon 14 kautta.

Kuviossa 5 on esitetty keksinnön mukaisen palkin 25 toinen sovellutusmuoto. Tässä sovellutusmuodossa palkki on betonoitu jo palkin valmistuksen yhteydessä. Tällöin palkkiin voidaan käyttää betonipalkeille tavanomaista esijännitystekniikkaa palkin taivutuskapasiteetin lisäämiseksi. Esijännitysaste voi olla tavanomaista korkeampi, sillä be-30 töniä ympäröivä teräsprofiili rajoittaa tehokkaasti betonin halkeilua toimien näin eräänlaisena hakaraudoitteenä. Kuvion 5 sovellutusmuodossa palkki voi olla varustettu vaakasuorassa yläosassa 3 olevilla aukoilla tai rei'illä 20, joiden kautta betoni 21 valetaan palkin sisätilaan. Aukko-35 jen tai reikien 20 reunoihin voidaan muodostaa ulokkeita 22 8 85745 samoin kuin edellä on esitetty aukkojen 14 ulokkeiden 5 yhteydessä. Kuvion 5 suoritusmuodon palkin rakenne vastaa muilta osin kuvion 1 suoritusmuotoa.

Kuvion 5 suoritusesimerkissä ei tarvita palkin ylä-5 pinnan lisäteräksiä, sillä palkki toimii jo asennettaessa liittorakenteena. Palkkia taivutettaessa levy 4 ottaa veto-jännityksen ja palkin betonitäytteen yläosa puristusjännitykset .

Keksinnön mukaisen palkin muoto mahdollistaa sen 10 tehokkaan valmistuksen automaattisella valmistuslinjalla. Kuviossa 6 on esitetty lohkokaaviona palkin valmistuslinja. Palkin muoto saadaan aikaiseksi esimerkiksi taivuttamalla ohutta teräslevyä. Reiät lävistetään sopivalla välineellä esimerkiksi uumaosiin. Lävistyksen yhteydessä samas-15 sa työvaiheessa muodostuu myös liittovaikutusta parantavat ulokkeet. Osat sahataan määrämittaan ja tehdään mahdollinen esikorotus palkin jännemitan mukaan. Määrämittaan poltto-leikatut yläosa, mahdollinen yläosan lisäteräs ja alalaip-pana toimiva levy esikorotetaan profiilia vastaavaan muo-20 toon. Lisäterästen hitsaus voidaan suorittaa helposti hit-sausautomaatilla jauhekaarihitsauksena teräslevyjen kulmiin muodostuvista hitsausrailoista. Palkin pään detaljit hitsataan robottihitsauksena. Lopuksi palkki pinnoitetaan ja palosuo jataan tarpeen mukaan.

25 Kuviossa 7 on esitetty keksinnön kolmas sovellutus- muoto. Kuvion 7 sovellutusmuoto eroaa kuvioiden 1 ja 2 so-vellutusmuodosta siinä, että kuvion 7 sovellutuksessa ulo-kelaippaosat 31, uumaosat 32 ja yläosa 33 on muodostettu yhtenäisestä perusprofiilista. Em. perusprofiili voidaan 30 muodostaa esimerkiksi kylmämuokatusta profiilista. Tässä sovellutusmuodossa ulokelaippaosien 31, uumaosien 32 ja yläosan 33 muodostama kokonaisuus on täysin saumaton. Muilta osin kuvion 7 sovellutusmuoto vastaa kuvion 5 sovellutusta. Alalaippana toimiva levy on kuvattu viitenumerolla 35 34, reiät numerolla 40, ulokkeet numerolla 42 ja olakkeet 9 85745 numerolla 32. Betoni on merkitty numerolla 41.

Edellä esitettyjä esimerkkejä ei ole tarkoitettu mitenkään rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. 5 Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen palkin tai sen yksityiskohtien ei tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin vaihtoehdot ovat mahdollisia.

Claims (6)

10 85745

1. Palonkestävä esivalmistettu teräspalkki, joka on sovitettu toimimaan yhdessä betonin kanssa erilaisten laa- 5 tastojen kantavana liittorakenteena ja joka käsittää kaksi uumaosaa ja niiden ulkopuolelle ulottuvat vaakasuorat ulo-kelaippaosat, tunnettu siitä, että ainakin kumpikin uumaosa (2,32) ja ko. uumaosaan liittyvä, sen ulkopuolelle ulottuva vaakasuora ulokelaippaosa (1,31) on muodostettu 10 yhtenäisestä materiaalikaistaleesta niin, että uumaosa (2) ja siihen liittyvä ulokelaippaosa (1) muodostavat saumattoman kokonaisuuden ja niin, että uumaosa (2,32) on laippa-osaan nähden vinossa asennossa, että uumaosat (2) on sovitettu vierekkäin niin, että ne ovat toisiaan kohti kallis-15 tetussa asennossa ja yhdistetty toisiinsa lähempänä toisiaan olevista reunoista vaakasuoran yläosan (3,33) avulla, ja uumaosien (2,32) kauempana toisistaan olevista, uloke-laippaosiin (1,31) liittyvistä reunoista uumaosiin hitsatun levyn (4,34) avulla ja että uuma-osien (2,32) yläreu-20 nojen läheisyyteen tai/ja vaakasuoraan yläosaan (3,33) on työstetty aukkoja (14,20,40) uumaosien (2,32) yläosan (3, 33) ja levyn (4,34) rajaaman tilan täyttämiseksi betonilla sinänsä tunnetulla tavalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräspalkki, 25 tunnettu siitä, että uumaosien (2) lähempänä toisiaan olevat reunat on yhdistetty toisiinsa erillisestä materiaalikaistaleesta muodostetun yläosan (3) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräspalkki, tunnettu siitä, että uumaosat (32), ulokelaippaosat 30 (31) ja vaakasuora yläosa (33) on muodostettu yhtenäisestä perusprofiilista.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen teräs-palkki, tunnettu siitä, että aukkojen (14,20,40) reunoihin on betonin ja teräksen liittovaikutuksen varmis- 35 tamiseksi muodostettu uumaosan (2,32) tai yläosan (3,33) il 85745 tasosta ulkonevia ulokkeita (5,22,42).

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen teräspalkki, tunnettu siitä, että uumaosien (2,32) alareunat yhdistävä levy (4,34) on sovitettu ylemmäksi kuin 5 ulokelaippaosien (1,31) alapintojen taso.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen teräspalkki, tunnettu siitä, että vaakasuoraan yläosaan (3,33) on kiinnitetty ainakin yksi ylimääräinen teräslevy (9) tai/ja betoniteräs. 12 85745