RO123281B1 - Construcţie de acoperiş-tavan din beton precomprimat indirect, cu boltă plată - Google Patents

Abstract

Prezenta invenţie se referă la construcţia acoperişurilor pentru clădiri industriale sau alte clădiri asemănătoare, din beton armat precomprimat şi, îndeosebi, la unele piese metalice care devin părţi integrate ale structurii. Construcţia de acoperiş-tavan din beton precomprimat indirect, cu boltă plată, cuprinde o placă de bază (1), o grindă superioară (2) şi nişte bare tubulare (3), şi este caracterizată prin aceea că grinda superioară (2), realizată din beton, are secţiunea transversală în forma literei V inversat şi este fixată de placa de bază (1) prin intermediul barelor tubulare (3), realizate din oţel, care sunt distribuite spaţial, placa de bază (1) realizată, de asemenea, din beton, fiind precomprimată centric.

Description

Prezenta invenție se referă la construcția acoperișurilor pentru clădiri industriale sau alte clădiri asemănătoare, din beton armat precomprimat, și îndeosebi la unele piese metalice care devin părți integrate ale structurii.

Domeniul de aplicare a invenției este descris în clasificarea IPC E 04 B 1/00, care se referă, în general, la construcții sau elemente de construcții sau, mai în particular, de grupa E 04 C 3/00 sau 3/294.

Prezenta invenție tratează o construcție specifică de acoperiș-tavan cu boltă plată, de concepție și formă originală. Deși sunt evidente unele asemănări cu fermele sau cu arcele cu tiranți, prezenta construcție se deosebește substanțial de acestea prin modul cum lucrează la susținerea sarcinii. Mai întâi de toate, aceste construcții sunt destinate să rezolve simultan atât tavanul finisat, cu bolta plată, cât și construcția acoperișului. De asemenea, se urmărește să se activeze placa de boltă cu lățime mare, pentru a contribui ca un element portant, în loc să fie suspendată în mod pasiv de o fermă sau de un arc.

Toate celelalte intenții practice ale prezentei construcții includ avantajele comunicate în HR-P 20000906 A și pe care aceste construcții le prezintă în comparație cu acoperișurile și tavanele clasice.

Tehnicile de precomprimare folosite în mod obișnuit (US 3260024), prin care se introduc forțe de compresiune într-un element de structură, cu o geometrie selectată a secțiunii transversale, prin tendoane poziționate sub centrul de gravitație al betonului, nu ar realiza efecte corespunzătoare în cazul aplicării la aceste construcții, din cauza lipsei unei asemenea excentricități. Pentru a realiza o deformare îndreptată în sus a plăcii din beton, ar fi necesară coborârea tendoanelor de precomprimare sub centrul de gravitație al construcției în ansamblu, ceea ce este inacceptabil, deoarece anulează ideea bolții plate.

Problema este deci concentrată pentru a descoperi o metodă de precomprimare adecvată, care să reducă în mod eficient mărimea deformărilor și să elimine sau să controleze fisurile care pot apărea în beton dacă se admit tensiuni în placa de boltă. Prezenta invenție furnizează o metodă mai eficientă pentru precomprimarea construcțiilor cu bolta plată. De asemenea, prezenta construcție rezolvă problema stabilității grinzii superioare împotriva flambajului lateral.

Cererea de brevet HR-P 20000906 A, intitulată Construcție de acoperiș-tavan dublu precomprimată, compozită, cu boltă plată, pentru clădiri cu deschideri mari, este construcția cea mai asemănătoare cunoscută. Cererea menționată mai sus propune o metodă eficientă de precomprimare pentru astfel de construcții inversate, cu centrul de gravitație poziționat în partea inferioară a secțiunii transversale, și indică soluția care urmează. Placa de lățime mare este precomprimată o dată, centric, înainte de terminarea construcției, introducând compresiune în placa de boltă, rezolvând astfel problema fisurilor în beton. Apoi, construcția este terminată și este precomprimată încă o dată prin intermediul unei pene din oțel care se introduce într-o piesă specială, poziționată la mijlocul deschiderii grinzii superioare, pentru a realiza o deformare în sus a plăcii prin rotirea capetelor acesteia. Prezenta invenție se referă la o construcție foarte asemănătoare, dar substanțial modificată față de cea descrisă în HR-P 20000906 A fiind prevăzută încă o precomprimare suplimentară. în comparație cu inovația de mai sus, prezenta construcție introduce grinda superioară rigidă cu un profil al secțiunii care este în același timp rigid și cu pereți subțiri, în intenția de a reduce lungimea efectivă a barelor tubulare de legătură în comparație cu țevile din oțel, mult mai rigide, înlocuirea țevilor din oțel rigide cu barele tubulare suple dezactivează transmiterea momentelor de încovoiere de la grinda superioară la placă și viceversa. Barele tubulare de legătură sunt distribuite în mod uniform peste placa de boltă pentru a îmbunătăți interconectarea și uniformitatea repartizării greutății proprii a plăcii pe grinda superioară. Astfel, legăturile dintre

RO 123281 Β1 bare și placă au devenit mai puțin rigide, iar forța de precomprimare indusă în placa de boltă 1 nu produce o încovoiere considerabilă a barelor, ceea ce permite o precomprimare mai puternică a plăcii fără încovoierea acesteia. Totuși, dacă precomprimarea centrică a plăcii 3 de boltă este executată la un nivel redus, aceasta nu influențează semnificativ deformarea plăcii. Dacă, din contra, se aplică forțe mari de precomprimare, nivelul ridicat de comprimare 5 influențează în mod considerabil deformările plăcii de boltă. Unul dintre obiectivele importante ale prezentei invenții este acela de a furniza un mod mai eficient de precomprimare a 7 construcțiilor cu bolta plată și ea nu contestă precomprimarea dublă care este o metodă foarte eficientă. 9

Prezenta construcție rezolvă în mod mai eficient problema stabilizării grinzii superioare împotriva flambajului lateral, comparativ cu cererea de brevet menționată mai 11 sus. Barele de legătură spațiate, distribuite în mod uniform peste planul superior al plăcii tavanului, la distanțe bine determinate, divizează lungimea totală eficientă a grinzii 13 superioare într-o mulțime de lungimi mai mici, iar secțiunea transversală a grinzii superioare are forma unui V inversat, ceea ce scurtează lungimile efective ale barelor de legătură și 15 modifică condițiile de la capetele acestora, reducând astfel lungimile lor eficace de flambaj.

- fig. 1 reprezintă o vedere izometrică a construcției, cu părțile sale componente; 17

- fig. 2 reprezintă secțiunea transversală a construcției, cu părțile sale componente;

- fig. 3 ilustrează pe un model simplificat principiul de precomprimare (CAZUL 1); 19

- fig. 4 ilustrează micșorarea lungimii eficiente a barelor de legătură 3 și modul în care grinda superioară 2 este stabilizată împotriva flambajului lateral. 21

Construcția precomprimată de acoperiș-tavan este un element prefabricat portant într-un singur sens, cu bare de legătură distribuite spațial, pentru realizarea de clădiri 23 industriale cu deschideri mari.

Construcția cuprinde în mod distinct o placă de bază 1 subțire și lată din beton și o 25 grinda superioară 2 din beton, cu secțiunea transversală în formă de V inversat conturat, așa cum este arătată în fig. 2, legate între ele prin niște bare tubulare 3 subțiri. 27

Placa de bază 1, subțire, de boltă, este adoptată cu o lățime deosebit de mare, pentru a acoperi o porțiune mare din planul de ansamblu al clădirii și pentru a prezenta bolta plată 29 în interior.

Din fig. 2 și 4, rezultă în mod evident că ambii pereți subțiri ai secțiunii transversale 31 a grinzii superioare 2 sunt extinși aproape spre placa de bază 1, reducând astfel lungimea de flambaj a barelor tubulare 3 de legătură. Barele tubulare 3 de legătură, ancorate la un 33 capăt de grinda superioară 2 și având aceeași înclinare ca și pereții subțiri înclinați ai secțiunii transversale a acesteia, sunt ancorate, la celălalt capăt, de placa de bază 1, lată, 35 de boltă, stabilizând astfel grinda superioară 2 împotriva flambajului lateral.

Barele tubulare 3 subțiri, distribuite în spațiu, sunt de asemenea utilizate pentru a 37 menține distanța dintre placa de bază 1 și grinda superioară 2, împiedicând momentele de încovoiere tranzitorii în ambele direcții și reducând conductivitatea termică între grinda 39 superioară 2 și placa de bază 1.

Pentru a ilustra modul în care funcționează mecanismul construcției, se fac consi- 41 derațiile care urmează.

Dacă construcția nu a fost precomprimată, atât placa de bază 1, cât și grinda supe- 43 rioară 2 vor tinde să se îndoaie în jos, cu mențiunea că placa de bază 1, din cauza raportului mai ridicat dintre greutatea proprie și rigiditatea verticală, se va îndoi mai puternic decât 45 grinda superioară 2, ceea ce va activa barele de legătură să se opună mișcării lor reciproce de îndepărtare. 47

RO 123281 Β1

Dacă construcția a fost precomprimată și nu a fost încărcată, elementele de legătură, respectiv, barele tubulare 3 vor fi comprimate, opunându-se mișcării de apropiere dintre placa de bază 1 și grinda superioară 2.

Dacă construcția este precomprimată și a fost încărcată numai grinda superioară 2, compresiunea în barele tubulare 3 va crește deoarece, în acest caz, grinda superioară 2, datorită sarcinii aplicate, seîncovoaieîn jos, iar în același timp placa de bază 1 seîncovoaie ușor în sus, astfel încât barele tubulare 3 se opun apropierii suplimentare între ele.

Dacă construcția este precomprimată și este încărcată numai placa de bază 1, compresiunea în barele tubulare 3 scade, deoarece în acest caz placa de bază 1 se încovoaie în jos mai puternic decât grinda superioară 2 și, în consecință, distanța între ele tinde să crească.

în orice caz, grinda superioară 2 servește ca un element portant care suportă aproape întregul moment de încovoiere, barele tubulare 3 fiind astfel construite încât sunt capabile să transmită numai o mică parte din momentele de încovoiere la placa de bază 1, care este foarte ușor de îndoit chiar și sub momente de încovoiere foarte mici.

Barele de legătură subțiri, ca parte a construcției, joacă, în general, rolul unor legături pasive, care nu sunt solicitate în mod semnificativ în toate cazurile de încărcare, deși interconectează cele două elemente masive din beton ale construcției, respectiv, placa de bază 1 și grinda superioară 2, menținând distanța între ele, deoarece acestea tind să se apropie sau să se îndepărteze, în diferite cazuri de încărcare. Este de asemenea posibil să se găsească o astfel de combinație între încărcare și precomprimare în care forțele interioare în unele bare de legătură sunt foarte mici sau practic egale cu zero, ceea ce accentuează diferența între construcția prezentată și fermele sau arcele cu tiranți menționate mai sus drept comparație. Acest lucru va fi mai clar în cele ce urmează, când seva lua în considerare precomprimarea.

Există la dispoziție două metode de precomprimare a unor astfel de construcții, alegerea depinzând dacă există intenția de a introduce mai multă sau mai puțină compresiune atât în placa de bază 1, cât și în grinda superioară 2 sau dacă o tensiune moderată va fi permisă în placa de bază 1 din beton. Dacă se alege prima opțiune, aceasta conduce la cazul metodei de precomprimare dublă descris în HR-P20000906A, fiind necesar ca grinda superioară 2 să fie executată din două părți, cu o întrerupere la mijlocul secțiunii. Dacă se alege cealaltă opțiune, grinda superioară 2 este executată dintr-o singură bucată.

Pentru o mai bună explicare a diferenței, în cele ce urmează, cazul cu grinda dintr-o singură bucată este denumit CAZUL 1, iar cazul cu grinda superioară din două părți este denumit CAZUL 2 (CAZUL 2 nu face obiectul prezentei invenții și este menționat aici numai ca o variantă posibilă).

CAZUL 1

Acest caz este ilustrat în fig. 1. După cum rezultă din figură, grinda superioară 2 este executată dintr-o singură bucată. Niște capete 4 ale grinzii pot fi considerate ca niște console scurte (indiferent dacă le considerăm ca fiind o parte integrantă a plăcii de boltă sau a grinzii superioare) care sunt legate rigid de placa de bază 1 și sunt în măsură să transmită momentele încovoietoare de la grinda superioară 2. Grinda superioară 2 este mai întâi turnată în cofrajul propriu și după aceea introdusă în cofrajul plăcii de bază 1. Sârmele de precomprimare sunt tensionate și ancorate de cofrajul plăcii de boltă și se toarnă placa de bază 1. După întărirea betonului, grinda superioară 2 și placa de bază 1 se asamblează printr-o piesă specială, în apropierea reazemelor, tendoanele de precomprimare sunt desprinse de cofraj și se introduce forța centrică de precomprimare în betonul plăcii de

RO 123281 Β1 bază 1. Forța de precomprimare scurtează placa de bază 1, având ca urmare, astfel, 1 deplasarea reciprocă a celor două capete 4 ale grinzii superioare 2 unul spre celălalt.

Ambele capete 4 ale grinzii superioare 2 sunt legate rigid cu placa de bază 1, pe liniile de 3 legătură lungi, astfel încât momentul de încovoiere poate fi transmis în asemenea locuri în placa de bază 1. Datorită deplasării lor reciproce și deformării, atât grinda superioară 2, cât 5 și placa de bază 1 contribuie într-o anumită măsură la forța de precomprimare indusă. Considerând capetele 4 de reazem ale grinzii superioare 2 ca niște console scurte care fac 7 parte integrantă din placa de bază 1, este evident că scurtarea plăcii de bază 1 împinge capetele 4 grinzii superioare 2 unul spre celălalt, astfel încât grinda superioară 2 se îndoaie 9 în sus, opunându-se astfel scurtării lor comune. Ca o reacție, capetele grinzii superioare 2, cu o contribuție majoră la forța de precomprimare, împing consolele 4, de la capetele plăcii 11 de boltă 1, rotind capetele lor și generând momente de încovoiere negative în placa de boltă

1, îndoind-o în sus. Barele de legătură 3 dintre placa de boltă 1 și grinda superioară 2 sunt 13 în felul acesta supuse la o comprimare neînsemnată în timp ce se opun apropierii dintre ele.

Placa de boltă este precomprimată direct, ceea ce împiedică apariția fisurilor în beton provo- 15 cate de nivelul ridicat al tensiunilor, dar efectul principal este îndoirea în sus a plăcii de boltă, subțire și suplă dar grea, datorită reacției pasive indirecte a grinzii superioare 2 care acțio- 17 neazăîn ambele sale reazeme în consolă. Astfel, efectul de împinge a capetelor este realizat în același mod în care a fost realizat în cererea HR-P 20000906 A, menționată mai sus. 19 Placa de bază 1, lungă și subțire, se îndoaie mai mult decât grinda superioară 2, astfel încât limitarea diferenței dintre deformările lor provoacă forțe de compresiune în barele tubulare 3. 21

CAZUL 2

Conform celor descrise în cererea de brevet HR-P20000906 A, grinda superioară 2 23 a fost executată din două părți și precomprimată prin metoda dublei precomprimări, realizată în două trepte: în prima treaptă, placa de bază 1 este precomprimată centric, înainte ca cele 25 două părți separate ale grinzii superioare să fie asamblate la mijlocul deschiderii, astfel încât prima precomprimare nu induce nici un fel de tensiuni în jumătățile despărțite ale grinzii 27 superioare. în cealaltă treaptă, prin baterea unei pene din oțel într-o piesă specială, în punctul de întrerupere a grinzii superioare la mijlocul deschiderii, se obține un efect de 29 împingere bilaterală a reazemelor, deformând astfel placa de boltă în sus, datorită rotirii capetelor sale. 31 în ambele metode comparate, momentul încovoietor negativ este realizat prin rotirea capetelor construcției pentru a realiza deformarea îndreptată în sus. Există însă o diferență 33 semnificativă între CAZUL 1 și CAZUL 2, care ne permite să precomprimăm construcția cu o forță mai mică sau mai mare, utilizând astfel mai mult sau mai puțin oțel pentru precom- 35 primare.

în practică, în unele cazuri, oricare dintre cele două metode luate în considerare 37 poate să aibă niște avantaje sau dezavantaje sau poate fi limitată din diferite motive.

CAZUL 1, în general, necesită aplicarea unei forțe de precomprimare mai mari decât 39 în CAZUL 2, forța care este capabilă de a scurta placa de bază 1 și a îndoi în sus grinda superioară 2 simultan. Placa de bază 1 este apoi tensionată la nivelul înalt de comprimare, 41 astfel că, în acest caz, apare un cost mai ridicat, în comparație cu cazul în care se folosește atât pana, cât și cablurile, dar acestea din urmă în cantități mai mici. Dacă, din anumite 43 motive, placa de bază 1 nu trebuie să fie precomprimată foarte puternic, este rațional să se aplice o forță moderată, folosind mai puține cabluri. în acest caz, îndoirea în sus a plăcii de 45 bază 1 este oricum necesară, astfel încât CAZUL 2 va fi mai economic.

RO 123281 Β1

Desigur, există o multitudine de combinații posibile care pot apărea prin variația înălțimii sau a diferitelor rapoarte privind dimensiunile grinzii superioare, formele, grosimea 3 sau lățimea plăcii de boltă sau prin folosirea materialelor de densități diferite (de exemplu, betonul ușor), prin variația forțelor de precomprimare în ambele elemente 1 și 2, existând 5 întotdeauna niște soluții optime.

Ca un caz particular, este de asemenea posibil să se utilizeze o combinație a 7 ambelor cazuri de mai sus, pana pentru precomprimare suplimentară fiind poziționată în piesa de legătură înainte de precomprimarea plăcii de boltă, astfel încât pana se întrebuin9 țează după prima precomprimare pentru nivelarea fină a deformării în sus a plăcii de boltă.

Grinda superioară 2 este mai întâi turnată în cofrajul propriu și după aceea așezată 11 în cofrajul plăcii de bază 1. Sârmele de precomprimare sunt tensionate pe cofrajul plăcii de bază 1 și se toarnă placa. După ce betonul plăcii de bază 1 este întărit, cele două elemente: 13 grinda superioară 2 și placa de bază 1 sunt asamblate prin piesele speciale, în apropierea reazemelor. Când cofrajul plăcii de bază 1 este îndepărtat, forța de precomprimare centrică 15 este introdusă în betonul plăcii de baztă 1. Ambele forțe aplicate, de comprimare și de tensionare, trebuie să fie în prealabil determinate prin calcul și decise de un inginer.

Claims (3)

1. Revendicări 1

   1. Construcție de acoperiș-tavan din beton precomprimat indirect, cu boltă plată, ce 3 cuprinde o placă de bază (1), o grindă superioară (2) și niște bare tubulare (3), caracterizată prin aceea că grinda superioară (2), realizată din beton, are secțiunea transversală în forma 5 literei V inversat și este fixată de placa de bază (1) prin intermediul barelor tubulare (3) realizate din oțel care sunt distribuite spațial, placa de bază (1), realizată de asemenea din 7 beton, fiind precomprimată centric.
2. 2. Construcție de acoperiș-tavan, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea 9 că deformațiile plăcii de bază (1) sunt controlate prin precomprimarea indirectă a acesteia, conducând la reacția pasivă a grinzii superioare (2) prin intermediul celor două capete ale 11 sale (4) care se rotesc, îndoind astfel placa de bază (1) în sus.
3. 3. Construcție de acoperiș-tavan, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea 13 căflambajului lateral al grinzii superioare (2) este împiedicat prin intermediul barelor tubulare (3) care sunt distribuite spațial și urmăresc panta secțiunii transversale în forma literei V 15 inversat a grinzii superioare (2), pereții grinzii superioare (2) reducând lungimea efectivă a barelor tubulare (3). 17