PL162094B1 - R amowa konstrukcja przestrzenna oraz sposób jej wytwarzania PL PL - Google Patents

Abstract

1. Ramowa konstrukcja przestrzenna zawierajaca górna krate górnych elementów konstrukcyjnych oraz dolna krate dolnych elementów konstrukcyjnych oraz laczace ele- menty umieszczone pomiedzy górna krata a dolna krata, które lacza kraty ze soba dla utworzenia ramy przestrzennej, a ponadto zawierajaca warstwe betonu oparta na górnej kracie, znamienna tym, ze konstrukcyjne ele- menty (15) górnej kraty sa przynajmniej czes- ciowo zalane warstwa betonu (50) dla zespole- nia ich z warstwa betonu (50) i tworza zlozona górna warstwe konstrukcyjna. F IG 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ramowa konstrukcja przestrzenna oraz sposób jej wytwarzania. Konstrukcja służy do budowy pomostów w przestrzeni pomiędzy podporami. Rama przestrzenna jest przeznaczona, zwłaszcza do pokrywania właściwego przestrzeni w przypadku, gdy podpory znajdują się jedynie na krawędziach, przy czym konstrukcja jest samo-nośna (podpierająca) i nie

162 094 wymaga pomocniczych podpór pionowych. Rama przestrzenna zawiera zwykle kraty górną i dolną z elementów konstrukcyjnych, połączone łączącymi elementami dla utworzenia sztywnej trójwymiarowej konstrukcji.

Rama przestrzenna jest stosowana, na przykład do konstrukcji dachowej hal wystawowych lub fabrycznych, gdzie ważne jest uzyskanie dużej przestrzeni nie zajętej przez stojące podpory. Może być także stosowana na podłogi i dachy wielokondygnacyjnych bloków biurowych.

Wiele ram przestrzennych ma ukośne łączące elementy. Jedna ramowa konstrukcja przestrzenna jest przedstawiona w opisie patentowym Wielkiej Brytanii B-2054694. Ta konstrukcja ma pionowe łączące elementy. Całkowita konstrukcja jest zmontowana z serii modułów, z których każdy zawiera jeden pionowy łączący element i poziome górne i dolne elementy konstrukcyjne. Po połączeniu wielu modułów razem, górne i dolne elementy konstrukcyjne tworzą odpowiednio kraty górną i dolną.

Znana jest również z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4201023 konstrukcja zawierająca górną warstwę betonu, kratę z dolnych elementów konstrukcyjnych i pionowe elementy pomiędzy dolną kratą a górną warstwą. W tej konstrukcji, dolne elementy konstrukcyjne mają bardzo dużą grubość prawdopodobnie dla zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości pozwalającej na to, aby dolna część ramy podtrzymywała ciężar betonowych płyt przeznaczonych na górną warstwę, przed połączeniem tych płyt dla utworzenia warstwy konstrukcyjnej. Dolna krata jest więc bardziej wytrzymała, cięższa i przez to droższa, niż by to było wymagane przez obciążenie całkowitej konstrukcji, a wynika to z obciążenia w czasie operacji składania.

Jest również znane, z wcześniej wspomnianego patentu Wielkiej Brytanii zastosowanie warstwy betonu umieszczonego ponad ramową konstrukcją przestrzenną.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie ramowej konstrukcji przestrzennej, która odznaczałaby się dużą wytrzymałością, łatwością montażu, a jednocześnie była lżejsza i mniej kosztowna w porównaniu z konstrukcjami znanymi ze stanu techniki. Innym celem wynalazku jest dostarczenie sposobu wytwarzania ramowej konstrukcji przestrzennej.

Ramowa konstrukcja przestrzenna, według wynalazku zawiera górną kratę z górnych elementów konstrukcyjnych, dolną kratę z dolnych elementów konstrukcyjnych, a także łączące elementy umieszczone pomiędzy górną kratą, a dolną kratą, które łączą kraty ze sobą dla utworzenia ramy przestrzennej, a ponadto zawierająca warstwę betonu opartą na górnej kracie, znamienna tym, że górne elementy konstrukcyjne są przynajmniej częściowo zalane warstwą betonu dla zespolenia ich z warstwą betonu i tworzą złożoną górną warstwę konstrukcji.

Korzystnie dolna krata dolnych elementów konstrukcyjnych jest odpowiednio mocniejsza (bardziej wytrzymała) niż górna krata górnych elementów konstrukcyjnych. Korzystnie każdy dolny element konstrukcyjny ma większe pole przekroju poprzecznego niż odpowiadający górny element konstrukcyjny.

Korzystnie ramowa konstrukcja przestrzenna zawiera ciągłą osłonę opartą wewnątrz głębokości górnego elementu konstrukcyjnego, na którą jest wylana warstwa betonu. Korzystnie osłona jest ciągła i stanowi wzmocnienie betonu. Korzystnie osłona jest utworzona z falistej stalowej blachy.

Korzystnie każdy górny element konstrukcyjny ma dolny kołnierz, na którym opiera się osłona. Korzystnie górny element konstrukcyjny ma również górny kołnierz zalany warstwą betonu, a jego dolny kołnierz jest szerszy niż górny kołnierz.

Korzystnie ramowa konstrukcja przestrzenna zawiera stalowe wzmacniające pręty, wewnątrz warstwy betonu.

Korzystnie stalowe pręty wzmacniające są przespawane do falistej, ciągłej osłony i leżą poprzecznie do pofałdowania.

Korzystnie rama przestrzenna utworzona przez górne elementy konstrukcyjne, dolne elementy konstrukcyjne i łączące elementy składa się z serii modułów, z których każdy zawiera jeden stojący łączący element, wiele górnych elementów konstrukcyjnych tworzących część górnej kraty i połączonych z wierzchołkiem łączącego elementu, a także wiele dolnych elementów konstrukcyjnych tworzących część dolnej kraty i połączonych z dołem łączącego elementu, przy czym rama przestrzenna jest utworzona przez połączenie końców elementów konstrukcyjnych, przyległych modułów w pozycjach odległych od łączących elementów.

162 094

Korzystnie moduł zawiera stojący łączący element, poziome górne elementy konstrukcyjne wystające z wierzchołka łączącego elementu i poziome dolne elementy konstrukcyjne wystające ze spodu łączącego elementu, przy czym wytrzymałość i pole przekroju poprzecznego dolnych elementów jest większe niż wytrzymałość i pole przekroju poprzecznego górnych elementów.

Sposób wytwarzania ramowej konstrukcji przestrzennej według wynalazku polega na tym, że łączy się całkowitą ramę przestrzenną z osłoną, a następnie wylewa się beton dla utworzenia warstwy betonu tak, aby przynajmniej część górnych elementów konstrukcyjnych była zalana warstwą betonu.

Zastosowanie ramowej przestrzennej konstrukcji, według wynalazku, pozwala na zmniejszenie ciężaru budowli, obniżenie jej kosztów, a także na lepsze wykorzystanie przestrzeni budynku. Budowa modułowa ułatwia montaż konstrukcji i umożliwia wykonywanie niektórych operacji w fabrykach, przy użyciu specjalistycznych przyrządów.

Opracowany sposób wytwarzania ramowej konstrukcji przestrzennej pozwala na proste wykonanie wytrzymałej i lekkiej konstrukcji dachowej lub podłogowej.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykład wykonania ramowej konstrukcji przestrzennej w widoku perspektywicznym, z pominięciem niektórych elementów dla większej przejrzystości, fig. 2 - schematy kilku modułów w widoku perspektywicznym, które po połączeniu tworzą część ramowej konstrukcji przestrzennej z fig. 1, fig. 3 przekrój poprzeczny części ramowej konstrukcji z fig. 1 pokazujący więcej szczegółów, fig. 4 przekrój konstrukcji wzdłuż linii Χ-Χ z fig. 3, fig. 5 - część konstrukcji z fig. 4 w powiększeniu, fig. 6 - inny przykład wykonania części konstrukcji z fig. 4 w powiększeniu.

Składana ramowa konstrukcja przestrzenna, pokazana na fig. 1, zawiera stalową przestrzenną ramę złożoną z modułów pokazanych na fig. 2. Jak widać na fig. 2, typowy moduł 22 zawiera wydrążony konstrukcyjny stojący element 14 o przekroju kwadratowym z czterema górnymi elementami konstrukcyjnymi 15 wystającymi poziomo pod kątami prostymi względem siebie z górnego połączenia 10 oraz cztery inne dolne elementy konstrukcyjne 16 wystające w odpowiednich kierunkach z dolnego połączenia 13. Każdy poziomy element konstrukcyjny jest dwuteownikiem, a dolne elementy konstrukcyjne 16 mają większe pole przekroju poprzecznego i przez to są mocniejsze niż górne elementy konstrukcyjne 15. Elementy konstrukcyjne modułu są ze sobą zespawane. Każde połączenie jest wzmocnione kwadratową, wzmacniającą płytką 20 posiadającą centralny otwór, przez który przechodzi stojący element 14. Płytka 20 jest przyspawana do stojącego elementu 14, a jej rogi są sprzyspawane do każdego z czterech poziomych górnych elementów konstrukcyjnych 15 lub dolnych elementów konstrukcyjnych 16. Wzmacniająca płytka 20 znajduje się przy wszystkich połączeniach górnych 10 i połączeniach dolnych 13, ale na fig. 2, niektóre płytki pominięto w celu uproszczenia rysunku.

Na figurze 2 pokazano także dwa krawędziowe moduły 20 i kątowy moduł 25. Moduły krawędziowe 26 i moduły kątowe 25 są podobne do modułu 22 z wyjątkiem tego, że posiadają tylko trzy lub dwa poziome elementy konstrukcyjne z nich wystające, a ich wzmacniające płytki 20 są ścięte. Każdy moduł jest składany poprzez spawanie przy pomocy specjalistycznego przyrządu w fabryce i jest następnie przetransportowany do miejsca przeznaczenia, gdzie jest łączony z innymi modułami tworząc kompletną konstrukcję. Przylegające moduły są łączone ze sobą poprzez te swobodne końce ich poziomych elementów konstrukcyjnych 15 i 16 są umieszczone jeden przy drugim. Górne elementy konstrukcyjne 15 mają swoje żebra 30 połączone poprzez płytki 31 i śruby 37, jak dokładniej jest pokazane na fig. 3 i fig. 4, jak również niektóre płytki 31 są pokazane na fig. 2. Podobne płytki 32 łączą żebra 33 dolnych elementów konstrukcyjnych 16. Fig. 1 i fig. 2 są wykonane w zbyt małej skali, żeby pokazać dokładnie wszystkie szczegóły płytek 31 i 32. W rzeczywistości, wszystkie płytki 31 i 32 są przyspawane do jednej strony jednego z elementów konstrukcyjnych 15 i 16 łączonych w czasie składania modułu. Przymocowywanie za pomocą spawania płytek 31 i 32 do elementów konstrukcyjnych 15 i 16, korzystnie odbywa się w fabryce, jako część konstruowania modułu. Łączenie jednego modułu z drugim odbywa się poprzez skręcanie śrubami przechodzącymi przez żebra 30 i 33 oraz płytki 31 i 32.

Kompletna rama przestrzenna jest zbudowana z szesnastu takich modułów jak pokazane na fig. 1, niektóre z modułów są zasłonięte przez inne części konstrukcji, które będą opisane dalej.

162 094

Ostateczną konstrukcję tworzy górna krata składająca się z górnych elementów konstrukcyjnych 15 oraz dolna krata 12 składająca z dolnych elementów konstrukcyjnych 16, a także pionowe łączące konstrukcyjne elementy 14 umieszczone pomiędzy kratą górną 11 i kratą dolną 12 i łączące te kraty ze sobą dla stworzenia ramy przestrzennej. W praktyce, typowe konstrukcje mogą być wykonane z dużo większej liczby modułów, nawet dochodzącej do kilkuset.

Konstrukcja modułowa jest szczególnie dogodna do składania na miejscu przeznaczenia, na przykład jako podłoga lub dach. Niektóre grupy modułów mogą być łączone ze sobą na poziomie ziemi lub w innym odpowiednim miejscu, takim jak wcześniej zbudowana podłoga, tworząc podelementy całej konstrukcji. Wielkość podelementów konstrukcji zależy częściowo od nośności dostępnego dźwigu. Podelement konstrukcyjny jest więc podnoszony do przeznaczonej pozycji i montowany w tej pozycji na ramie stalowej lub podobnej bazowej konstrukcji budowli. Inne podelementy konstrukcyjne są podnoszone w odpowiednim czasie i łączone ze szkieletem konstrukcji budowli lub/i dopasowywane do innych podelementów konstrukcyjnych.

Prace montażowe można zaczynać od jednego lub więcej rogów i kontynuować w kierunku środka. Alternatywnym sposobem konstruowania może być budowanie konstrukcji jednego modułu w danym czasie. Modułowa konstrukcja ułatwia więc składanie ramy przestrzennej.

Rama przestrzenna wykonana z elementów konstrukcyjnych jest jedynie częścią całkowitej ramowej konstrukcji przestrzennej. Jak pokazano na fig. 1,3 i 4 ciągła falista stalowa osłona 41 jest założona na górną warstwę utworzoną przez górne elementy konstrukcyjne 15. Osłona 41 jest podbierana przez dolny kołnierz 35 (na fig. 4) dwuteownika elementu konstrukcyjnego 15 tak, że leży wewnątrz głębokości górnych elementów konstrukcyjnych 15, ale tak, że żebra 30 tych elementów wystają ponad osłonę 41, a korzystnie, górne kołnierze 36 są umieszczone ponad osłoną 41.

Na figurze 1 pokazane są stalowe pręty wzmacniające 42, przeznaczone do betonowego wzmocnienia, umieszczone na osłonie 41 poprzecznie do pofałdowania. Pręty 42 mogą być przyspawane do osłony 41 w celu ułatwienia zespolenia przyległych sekcji osłony 41, a także w celu podwyższenia sztywności osłony 41. Pręty 42 spełniają również rolę uchwytów i ułatwiają manipulowanie osłoną 41. Wzmacniające pręty 42 znajdują się przy tym poniżej górnej krawędzi, elementu konstrukcyjnego 15. Inne stalowe wzmocnienie 43 w postaci konwencjonalnie zespawanej sieci jest umieszczone na górnym kołnierzu 36 elementu konstrukcyjnego 15.

Następnie jest wylana warstwa betonu 50 na osłonę 41 na taką grubość, że warstwa betonu 50 wystaje ponad górne elementy konstrukcyjne 15, a także pokrywa górną warstwę stalowego wzmocnienia 43. W ten sposób, górne elementy konstrukcyjne 15 są częściowo zalane betonem, przy czym górne kołnierze tworzą klin pomiędzy górnymi elementami konstrukcyjnymi 15 a betonem. Kiedy beton utwardza się, sumuje się wytrzymałość betonu zbrojonego i górnego elementu konstrukcyjnego 15 ramy przestrzennej, co powoduje, że górna warstwa konstrukcyjna ma wytrzymałość większą niż wytrzymałość samego górnego elementu konstrukcyjnego 15.

Górny element konstrukcyjny 15 jest dobrany tak, aby jego wytrzymałość w górnej kracie 11 była wystarczająca do utworzenia stalowej ramy przestrzennej i do podpierania ciężaru osłony 41, wzmocnienia 42 i 43, a także świeżo wylanego betonu i innych obciążeń konstrukcyjnych włącznie z ciężarem robotników. W typowych przypadkach, dopuszczalne obciężenie stanowi od około 1/4 do około 1/3 wytrzymałości wymaganej przy użyciu konstrukcji.

Po utwardzeniu beton podwyższa dodatkowo wytrzymałość. Zalanie betonem górnych elementów konstrukcyjnych 15 jest szczególnie istotne, ponieważ beton zabezpiecza te elementy przed wyboczeniem, w wyniku czego wzrasta całkowita wytrzymałość konstrukcji. Górna powierzchnia warstwy betonu 50 może być używana jako podłoga, a dolna powierzchnia konstrukcji może być zakryta tworząc sufit.

Zaletą całkowitej konstrukcji jest to, że zmniejszony przekrój poprzeczny górnego elementu konstrukcyjnego 15 w porównaniu z dolnym elementem konstrukcyjnym 16 obniża ciężar stali koniecznej na całą konstrukcję. Stosunkowo lekka górna konstrukcja przyczynia się także do jej minimalnego kurczenia się w czasie osiadania utwardzającego się betonu, w ten sposób obniżając tendencję do pękania, a przez to umacniając całą konstrukcję. Inną korzyścią jest to, że ze względu na to, że warstwa betonu 50 i górne elementy konstrukcyjne 15 zajmują zasadniczo tę samą przestrzeń pionową, mniejsza pionowa wysokość jest potrzebna pomiędzy podłogą a sufitem niż

162 094 i w innych konstrukcjach, przez co większą ilość kondygnacji można umieścić w budynku o danej wysokości.

Odpowiednio wytrzymała i lekka konstrukcja może pozwolić na dalsze zmniejszenie grubości projektowanych stropów. Szczególna budowa ramowej konstrukcji przestrzennej stwarza przejrzyste, proste ciągi w jej grubości dla obsługi rurociągów, kanałów i kabli. Dalej, uniknięcie konieczności zabezpieczenia przestrzeni obsługi poniżej konstrukcji, doprowadza do zmniejszenia całkowitej grubości podłogi, sufitu i obszaru przeznaczonego na obsługę.

W przypadku zastosowania konstrukcji jako dachu, cała konstrukcja może być pochylana, a górna warstwa może być smołowana pod małym kątem do poziomu, w celu zapewnienia odwadniania. W przypadku dachów smołowanych, niewielkie modyfikacje w wysokości modułu mogą być osiągnięte przy odpowiednim przyrządzie obróbkowym.

Jedna modyfikacja konstrukcji jest pokazana na fig. 5. Dolny kołnierz 35a górnego elementu konstrukcyjnego 15 jest wydłużony dla ułatwienia podparcia osłony 41. Na fig. 6 jest pokazana dalsza modyfikacja górnego elementu konstrukcyjnego 15 polegająca na zamianie przekroju poprzecznego górnego kołnierza teowego 36 na kołnierz kątowy 36b. Dolny płaski kołnierz 35b również jest wysunięty dalej niż górny kątowy kołnierz 36b.

W dalszej modyfikacji, mogą być zastosowane różne kształty stalowych ram przestrzennych. Na przykład, nie jest konieczna budowa modułowa, i mogą występować łączące elementy 14, które są kątowe zamiast proste. Podobnie mogą być stosowane inne kształty krat górnych 11, kraty dolnej 12, niż prostokątne. Kształt przekroju poprzecznego stalowych elementów konstrukcyjnych 15, 16 nie jest ograniczony. Stojące elementy mogą być okrągłymi rurami. Mogą być zastosowane alternatywne formy osłony 41, przy czym osłona 41 nie musi być integralną częścią konstrukcji. Osłona 41 może być umieszczona poniżej górnego elementu konstrukcyjnego 15 pozwalając na to, że górny element konstrukcyjny całkowicie zostanie zalany warstwą betonu 50. Dla niektórych specjalistycznych zastosowań, elementy konstrukcyjne mogą być z innych materiałów niż stal, na przykład z materiałów lekkich, jak aluminium. Wzmacniające płytki 20 mogą być pominięte lub zastąpione przez płytki o innym kształcie, lub odpowiednie płytki dla każdego elementu poziomego. Wymiary dolnych lub górnych poziomych elementów konstrukcyjnych nie muszą być takie same. Na przykład, elementy wjednym kierunku mogą być cięższe niż elementy w innym kierunku. W konstrukcjach podpartych wyłącznie przez kolumny mogą występować linie (szeregi) mocniejszych modułów, biegnące bezpośrednio od kolumny do kolumny.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patento we

   1. Ramowa konstrukcja przestrzenna zawierająca górną kratę górnych elementów konstrukcyjnych oraz dolną kratę dolnych elementów konstrukcyjnych oraz łączące elementy umieszczone pomiędzy górną kratą a dolną kratą, które łączą kraty ze sobą dla utworzenia ramy przestrzennej, a ponadto zawierająca warstwę betonu opartą na górnej kracie, znamienna tym, że konstrukcyjne elementy (15) górnej kraty są przynajmniej częściowo zalane warstwą betonu (50) dla zespolenia ich z warstwą betonu (50) i tworzą złożoną górną warstwę konstrukcyjną.
2. 2. Konstrukcja według zastrz. 2, znamienna tym, że każdy dolny konstrukcyjny element (16) ma większe pole przekroju poprzecznego niż odpowiadający górny konstrukcyjny element (15).
3. 3. Konstrukcja według zastrz. 3, znamienna tym, że zawiera stałe szalowanie (41) oparte wewnątrz głębokości górnego konstrukcyjnego elementu (15), na które jest wylana warstwa betonu (50).
4. 4. Konstrukcja według zastrz. 4, znamienna tym, że szalowanie (41) jest stałe i stanowi wzmocnienie warstwy betonu (50).
5. 5. Konstrukcja według zastrz. 5, znamienna tym, że szalowanie (41) jest utworzone z falistej stalowej blachy.
6. 6. Konstrukcja według zastrz. 6, znamienna tym, że każdy górny konstrukcyjny element (15) ma dolny kołnierz (35), na którym opiera się szalowanie (41).
7. 7. Konstrukcja według zastrz. 7, znamienna tym, że górny konstrukcyjny element (15) ma również górny kołnierz (36) zalany warstwą betonu (50), a jego dolny kołnierz (35a) jest szerszy niż górny kołnierz (36).
8. 8. Konstrukcja według zastrz. 8, znamienna tym, że zawiera stalowe wzmacniające pręty (42, 43) umieszczone wewnątrz warstwy betonu (50).
9. 9. Konstrukcja przestrzenna według zastrz. 9, znamienna tym, że stalowe wzmacniające pręty (42) są przyspawane do falistego stałego szalowania (41) i leżą poprzecznie do pofałdowania.
10. 10. Konstrukcja według zastrz. 10, znamienna tym, że rama przestrzenna utworzona przez górne konstrukcyjne elementy (15), dolne konstrukcyjne elementy (16) i łączące elementy (14), składa się z szeregu modułów (22, 25, 26), z których każdy zawiera jeden stojący łączący element (14), wiele górnych konstrukcyjnych elementów (15) tworzących część górnej kraty (11) i połączonych z wierzchołkiem łączącego elementu (14), a także wiele dolnych konstrukcyjnych elementów (16) tworzących część dolnej kraty (12) i połączonych z dołem łączącego elementu (14), przy czym rama przestrzenna jest utworzona przez połączenie końców konstrukcyjnych elementów (15,16) przyległych modułów w pozycjach odległych od łączących elementów.
11. 11. Konstrukcja według zastrz. 10, znamienna tym, że moduł (22, 25, 26) zawiera stojący łączący element (14), poziome górne konstrukcyjne elementy (15) wystające z wierzchołka łączącego elementu (14) i poziome dolne konstrukcyjne elementy (16) wystające ze spodu łączącego elementu (14), przy czym pole przekroju poprzecznego dolnych elementów (16) jest większe niż pole przekroju poprzecznego górnych elementów (15).
12. 12. Sposób wytwarzania ramowej konstrukcji przestrzennej, znamienny tym, że łączy się całkowitą ramę przestrzenną z szalowaniem, a następnie wylewa się beton do utworzenia warstwy betonu tak, aby przynajmniej część górnych elementów konstrukcyjnych była zalana warstwą betonu.