Непрямо предварительно напряженная железобетонная кровельно-потолочная конструкция с плоской нижней поверхностью

006125 Область техники Это изобретение относится к конструкции крыш из предварительно напряженного железобетона для промышленных или других похожих зданий и, в частности, к некоторым стальным частям, которые становятся составными частями такого сооружения. Область данного изобретения, описанная в классификации МПК Е 04 В 1/00, которая относится к сооружениям или строительным элементам вообще, или, в частности, в группе Е 04 С 3/00 или 3/294. Предшествующий уровень техники Данное изобретение относится к конкретной кровельно-потолочной конструкции с плоской нижней поверхностью оригинального решения и формы. Несмотря на очевидность некоторой схожести с фермами или арками с затяжкой, предлагаемая конструкция существенно отличается от них тем, как она работает при несении нагрузки. Прежде всего, эти конструкции предназначены для одновременного обеспечения готового потолка с плоской нижней поверхностью и конструкции крыши. Эта конструкция предназначена также для того, чтобы заставить широкую плиту потолка работать в качестве несущего элемента вместо того, чтобы быть пассивно подвешенной на ферме или арке. Все другие практические применения предлагаемой конструкции включают преимущества, которые такие конструкции имеют по сравнению с обычными крышами и потолками, и которые раскрыты в HRP20000906A. Обычно используют способы предварительного напряжения, которые вводят сжимающую силу в конструктивный элемент с поперечным сечением избранной геометрии при помощи напрягаемой арматурой, которая расположена ниже центра тяжести бетона. Если эти способы применять к описываемым конструкциям, то они не достигнут нужного эффекта из-за отсутствия такого эксцентриситета. Чтобы достичь прогиба бетонной плиты вверх, напрягаемые арматурные элементы надо было бы опустить ниже центра тяжести всей конструкции, что недопустимо, поскольку это противоречит идее плоской нижней поверхности. Таким образом, проблема заключается в поиске адекватного способа предварительного напряжения, которое сделает возможным эффективное уменьшение значительных прогибов и устранения или контролирование трещин, которые могут возникать в бетоне, в случае растяжения потолочной плиты. Данное изобретение предлагает еще один эффективный способ предварительного напряжения конструкций с плоской нижней поверхностью. Предлагаемая конструкция также решает проблему стойкости верхней балки к продольному изгибу. Конструкция, которая описана в заявке HR-P20000906A под названием "Комбинированная кровельно-потолочная конструкция с двойным предварительным напряжением с плоской нижней поверхностью для зданий с большими пролтами", является наиболее похожей известной конструкцией. В указанной заявке предлагается эффективный способ предварительного напряжения таких обратных конструкций с низко расположенным центром тяжести поперечного сечения и раскрывается следующее решение: до завершения изготовления конструкции, широкую плиту подвергают предварительному напряжению по центру, вводя сжатие в потолочную плиту, благодаря чему решают проблему трещин в бетоне; затем изготовление конструкции завершают, и ее еще раз подвергают предварительному напряжению,используя стальной клин, который забивают в специальную деталь, которая расположена в середине пролта верхней балки, чтобы достигнуть прогиба плиты вверх путем вращения ее концов. Данное изобретение относится к конструкции, которая похожа на конструкцию, описанную в HR-P20000906A, но которая, тем не менее, существенно отличается, так как в конструкции по данному изобретению предусматривают еще одно дополнительное предварительное напряжение. По сравнению с упомянутым изобретением предлагаемая конструкция имеет жесткую верхнюю балку такой конструкции, которая является одновременно и жесткой и тонкостенной, и которая предназначена для уменьшения рабочей длины соединительных трубчатых стержней по сравнению с более жесткими стальными трубами. Замена жестких стальных труб тонкими трубчатыми стержнями делает невозможной передачу изгибающих моментов от верхней балки к плите и наоборот. Соединительные трубчатые стержни равномерно располагают по площади плиты, чтобы улучшить взаимосвязь и равномерность распределения собственного веса плиты по верхней балке. Итак, соединения между трубчатыми стержнями и плитой становятся менее жесткими, и, таким образом, сила предварительного напряжения, которую вводят в потолочную плиту, не вызывает значительного изгибания трубчатых стержней, что позволяет прикладывать большую величину предварительного напряжения без изгибания плиты. Тем не менее, если предварительное напряжение по центру потолочной плиты осуществляют в незначительной степени, это не оказывает значительного влияния на прогиб плиты. Если, напротив, прикладывают значительную силу предварительного напряжения, то высокий уровень сжатия оказывает значительное влияние на прогибы потолочной плиты. Одной важной задачей данного изобретения является создание еще одного эффективного способа предварительного напряжения конструкций с плоской нижней поверхностью, при этом не отрицается двойное предварительное напряжение в качестве высокоэффективного способа. Данное изобретение решает проблему стойкости верхней балки к продольному изгибу более эффективно, чем способ, описанный в вышеупомянутой заявке. Пространственно разнесенные соединительные трубчатые стержни, равномерно распределенные по верхней плоскости потолочной плиты на определенном заданном расстоянии, разделяют рабочую длину верхней балки на несколько меньших отрезков, а-1 006125 поперечное сечение верхней балки имеет форму обратной "V", благодаря чему уменьшается рабочая длина соединительных трубчатых стержней и изменяются условия на их концах, что дополнительно уменьшает изгиб их рабочих длин. Раскрытие изобретения Описание чертежей: Фиг. 1 представляет собой изометрический вид конструкции, на котором показаны е составные части; фиг. 2 представляет собой вид конструкции в разрезе, на котором показаны е составные части; фиг. 3 иллюстрирует принцип предварительного напряжения на упрощенной модели (случай 1); фиг. 4 - уменьшение рабочей длины соединительного трубчатого стержня (3) и способ, при помощи которого верхняя балка (2) приобретает стойкость к продольному изгибу. Кровельно-потолочная конструкция с предварительным напряжением представляет собой сборный элемент, который является несущим в одном направлении, с пространственно разнесенными соединительными трубчатыми стержнями, для строительства промышленных зданий с большими пролтами. Конструкция имеет выразительно широкую и тонкую бетонную плиту (1) и верхнюю бетонную балку (2) с поперечным сечением в форме обратной "V", как показано на фиг. 2, которые соединены между собой тонкими стальными трубчатыми стержнями (3). Тонкая потолочная плита выбрана выразительно широкой, чтобы сразу покрыть большую часть здания в плане и обеспечить изнутри плоскую нижнюю поверхность. Как видно из фиг. 2 и 4, обе тонкие стенки поперечного сечения верхней балки (2) проходят близко к плите (1), сокращая, таким образом, длину изгиба соединительных трубчатых стержней (3). Соединительные трубчатые стержни (3) закреплены с одной стороны в верхней балке (2) и имеют такой же угол наклона, как и наклоненные тонкие стенки поперечного сечения, с другой стороны они закреплены в широкой потолочной плите (1) и таким образом придают верхней балке (2) стойкость к продольному изгибу. Тонкие пространственно разнесенные стальные трубчатые стержни (3) используют также для поддержания постоянного расстояния между потолочной плитой (1) и верхней балкой (2), предотвращая переход изгибающих моментов в обоих направлениях и уменьшая теплопроводность между верхней балкой (2) и потолочной плитой (1). Чтобы проиллюстрировать, как работает механизм конструкции, следует сначала отметить следующее. Если конструкция не была предварительно напряжена, то и потолочная плита (1), и верхняя балка(2) будут иметь тенденцию к прогибанию вниз, причем потолочная плита (1) из-за большего отношения собственного веса к вертикальной жесткости будет прогибаться с большей скоростью, чем верхняя балка(2), что заставит соединительные трубчатые стержни (3) оказывать сопротивление их расхождению. Если конструкция была предварительно напряжена и не была нагружена, соединительные элементы(3) испытают сжатие, оказывая сопротивление сближению потолочной плиты (1) и верхней балки (2). Если конструкция была предварительно напряжена, а нагружена была только верхняя балка, то сжатие в соединительных трубчатых стержнях (3) повышается, так как в этом случае верхняя балка (2) из-за приложенной нагрузки изгибается вниз, и в то же время, потолочная плита изгибается немного вверх, а соединительные элементы (3) оказывают, таким образом, сопротивление их дополнительному сближению. Если конструкция была предварительно напряжена, а нагружена была лишь потолочная плита (1),то сжатие в соединительных трубчатых стрежнях уменьшается, так как в этом случае потолочная плита(1) изгибается вниз быстрее, чем верхняя балка (2), и, таким образом, расстояние между ними увеличивается. В любом случае верхняя балка (2) действует как несущий элемент, который несет почти весь изгибающий момент, в то время как конструкция элементов (3) такова, что они способны передавать лишь малую часть изгибающих моментов на потолочную плиту (1), которая очень легко прогибается даже от очень малых изгибающих моментов. В конструкции тонкие соединительные трубчатые стержни играют роль, в целом похожую на роль"пассивных" соединителей, которые при любой нагрузке не напрягаются значительно, хотя они и соединяют две массивных детали конструкции (1) и (2), и поддерживают расстояние между ними, если те стараются сблизиться друг с другом или отдалиться друг от друга в случаях разных нагрузок. Также возможно найти такое сочетание нагрузки и предварительного напряжения, при котором внутренние силы в некоторых соединительных трубчатых стержнях будут очень малы или практически равны нулю, что подчеркивает отличие предлагаемых конструкций от ферм или арок с затяжкой, сравнение с которыми было приведено выше. Это станет более понятно далее, когда мы будем рассматривать предварительное напряжение. Существуют два способа предварительного напряжения таких конструкций, при этом выбор зависит от того, чего мы хотим - иметь более или менее сжатые и потолочную плиту (1) и верхнюю балку (2),или в бетоне потолочной плиты (1) допускается определенное умеренное напряжение. Если выбран пер-2 006125 вый вариант, то это будет способ двойного предварительного напряжения, описанный в HR-P20000906A,при котором верхнюю балку (2) нужно изготавливать из двух частей, которые разъединены по центру пролта. Если выбран второй вариант, то верхняя балка (2) изготавливается как одно целое. Чтобы лучше объяснить различия, далее по тексту случай цельной балки обозначается как случай 1,а случай верхней балки из двух частей обозначается как случай 2 (случай 2 не является предметом данного изобретения и упоминается в данном описании лишь как возможный вариант). Случай 1. Этот случай иллюстрируется на фиг. 1. Как видно из этой фигуры, верхнюю балку (2) изготавливают как одно целое. Ее концы (4) можно рассматривать как короткие консоли (не имеет значения, рассматриваем мы их как составную часть потолочной плиты или верхней балки), жестко соединенные с потолочной плитой (1) и способные передавать изгибающие моменты от верхней балки (2). Верхнюю балку (2) сначала бетонируют в ее собственной опалубке, а потом помещают в опалубку для потолочной плиты (1). Проволоку для предварительного напряжения натягивают и закрепляют в опалубке для потолочной плиты, и плиту (1) бетонируют. После затвердения бетона верхняя балка (2) и потолочная плита(1) становятся соединенными специальной деталью около опор, арматурные элементы предварительного напряжения высвобождают из опалубки, и в бетон потолочной плиты (1) вводят по центру силу предварительного напряжения. Сила предварительного напряжения укорачивает потолочную плиту (1), вызывая взаимное перемещение обоих концов (4) верхней балки (2) по направлению друг к другу. Оба конца верхней балки (2) жестко соединены с потолочной плитой (1) вдоль длинных линий соединения, поэтому в этих местах изгибающий момент может передаваться в потолочную плиту (1). Вследствие их взаимного перемещения-деформации верхняя балка (2) и потолочная плита (1) принимают на себя определенную часть силы вводимого предварительного напряжения. Если рассматривать опорные концы (4) верхней балки (2) как короткие консоли, которые являются составной частью потолочной плиты (1), то будет очевидно, что укорачивание потолочной плиты (1) вызывает стягивание концов верхней балки (2), и верхняя балка (2) изгибается вверх, таким образом, оказывая сопротивление их общему сокращению. В результате, концы верхней балки (2) большей частью силы предварительного напряжения давят на консоли (4) на концах потолочной плиты (1), оборачивая их концы и создавая отрицательные изгибающие моменты в потолочной плите (1), которые изгибают ее вверх. Вследствие этого соединительные трубчатые стержни (3) между потолочной плитой (1) и верхней балкой (2) поддаются слабому сжатию, поскольку они оказывают сопротивление их сближению. Потолочная плита подвергается прямому предварительному напряжению, что предотвращает появление в бетоне трещин, вызванных высоким уровнем растяжения, но главный эффект состоит в прогибе вверх тонкой и гибкой, но тяжелой потолочной плиты,что достигается при помощи непрямой пассивной реакции верхней балки (2), которая действует на обе свои консолеподобные опоры. Таким образом, эффект концов, оказывающих давление, достигается тем же способом, при помощи которого он достигался в вышеупомянутой заявке HR-Р 20000906 А. Длинная и тонкая потолочная плита (1) изгибается быстрее, чем верхняя балка (2), так что ограниченная разница между их прогибами вызывает сжатие в соединительных трубчатых стержнях (3). Случай 2. В соответствии с описанием в заявке HR-P20000906A, верхняя балка (2) была изготовлена из двух частей и подвергнута предварительному напряжению способом двойного предварительного напряжения,которое проводили в две стадии. На первой стадии потолочную плиту (1) подвергают предварительному напряжению посредине, между двумя отделенными частями верхней балки, которые соединены по центру пролта, причем первое предварительное напряжение не вызовет каких-либо напряжений в разъединенных половинах верхней балки. На второй стадии в месте разрыва верхней балки внутри пролта стальной клин, забиваемый в специальную деталь, вызывает эффект двустороннего отталкивания опор в разные стороны, при этом потолочная плита выгибается вверх из-за вращения ее концов. В обоих сравниваемых способах для осуществления изгибания вверх отрицательный изгибающий момент достигается путем вращение концов конструкции. Но между случаем 1 и 2 существуют значительные отличия, что позволяет нам осуществлять предварительное напряжение конструкции с меньшей или большей силой, таким образом, мы расходуем для предварительного напряжения большее или меньшее количество стали. На практике, в некоторых случаях, каждый из двух рассматриваемых способов может иметь определенные преимущества или недостатки, или, по разным причинам, применение одного из способов может быть ограничено. Вообще, в случае 1 нужно прикладывать большую силу предварительного напряжения, чем в случае 2, то есть силу, которая должна одновременно укорачивать потолочную плиту (1) и изгибать вверх верхнюю балку (2). Затем потолочную плиту напрягают с высоким уровнем сжатия. Таким образом, в этом случае мы имеем большие затраты по сравнению со случаем, когда используют клин и меньшее количество арматуры для напряжения. Если по определенным причинам потолочную плиту (1) не нужно предварительно напрягать в значительной степени, целесообразно приложить определенную умеренную силу и благодаря этому расходовать меньше арматуры для напряжения. В этом случае все равно нужно обеспечить изгибание потолочной плиты (1) вверх, поэтому случай 2 будет более экономичным.-3 006125 Конечно, существует много возможных комбинаций с разной высотой или разными отношениями размеров верхней балки, разными формами, толщиной или шириной потолочной плиты, или с применениями материалов разной плотности (например, легкого бетона), с изменением силы предварительного напряжения в обоих элементах (1) и (2), так что всегда существует некоторое оптимальное решение. Как особый случай, можно также использовать комбинацию обоих упомянутых случаев, в этом случае клин для дополнительного предварительного напряжения размещают в соединительной детали до предварительного напряжения потолочной плиты, и этот клин используют после первого предварительного напряжения для точного выставления изгиба потолочной плиты вверх. Описание предпочтительного варианта осуществления Верхнюю балку (2) сначала бетонируют в ее собственной опалубке, а затем помещают в опалубку для потолочной плиты (1). Проволоку для предварительного напряжения натягивают и закрепляют в опалубке для потолочной плиты (1), а плиту бетонируют. После затвердения бетона потолочной плиты(1) оба элемента - верхнюю балка (2) и потолочную плиту (1) - соединяют специальными деталями около опор. После разборки опалубки потолочной плиты в бетон потолочной плиты (1) вводят по центру силу предварительного напряжения. Прикладываемые степени сжатия и растяжения должны выбираться инженером на основании предварительных расчетов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Непрямо предварительно напряженная железобетонная кровельно-потолочная конструкция с плоской нижней поверхностью как сборный строительный элемент для строительства промышленных зданий с большими пролтами, которая отличается тем, что имеет выразительно широкую и тонкую бетонную плиту (1), тонкостенную верхнюю бетонную балку (2) в форме обратной V, которые соединены между собой пространственно разнесенными тонкими стальными трубчатыми стержнями (3), причем потолочную плиту предварительно напрягают по центру. 2. Конструкции по п.1, которая отличается тем, что величина прогиба потолочной плиты (1) определяется непрямым предварительным напряжением потолочной плиты (1), которое вызывает пассивную реакцию верхней балки (2) в направления обоих ее концов (4) и, таким образом, изгибает потолочную плиту (1) вверх из-за вращения ее концов. 3. Конструкция по п.1 или 2, которая отличается тем, что для предотвращения продольного изгиба верхней балки (2) пространственно разнесенные стальные трубчатые стержни (3) выполнены с наклоном, причем трубчатые стержни (3) имеют такой же угол наклона, как и поперечное сечение в форме обратной V верхней балки (2), и при этом рабочая длина трубчатых стержней (3) сокращается на длину тонких стенок.