(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) IntCl7 E04B 1/24 E04B 5/02 E04B 2/56 E04B 7/20 (54) Konstrukcja zespolona stalowo-betonowa stropów, ścian i dachów budynków (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 19/98 (73) Uprawniony z patentu: Ciałowicz Zbigniew, Kielce, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/02 (72) Twórcy wynalazku: Zbigniew Ciałowicz, Kielce, PL PL B1 (57) Konstrukcja zespolona stalowo-betonowa stropów, ścian i dachów budynków posiadająca stalowy szkielet zespolony z betonową obudową, znamienna tym, że obramowania stalowe (5 i 8) prefabrykowanych wielkowymiarowych cienkich płyt betonowych (4 i 7) ściennych, stropowych i dachowych zostały zespawane z konstrukcją szkieletu utworzoną z zespawanych ze sobą słupków (1), rygli wieńcowych (2) i rygli stropowych (3), wykonanych korzystnie z profili stalowych, tworząc łącznie przestrzenną zespoloną konstrukcję stalowo-betonową przenoszącą działające obciążenia. fig 3

2 Konstrukcja zespolona stalowo-betonowa stropów, ścian i dachów budynków Zastrzeżenie patentowe Konstrukcja zespolona stalowo-betonowa stropów, ścian i dachów budynków posiadająca stalowy szkielet zespolony z betonową obudową, znamienna tym, że obramowania stalowe (5 i 8) prefabrykowanych wielkowymiarowych cienkich płyt betonowych (4 i 7) ściennych, stropowych i dachowych zostały zespawane z konstrukcją szkieletu utworzoną z zespawanych ze sobą słupków (1), rygli wieńcowych (2) i rygli stropowych (3), wykonanych korzystnie z profili stalowych, tworząc łącznie przestrzenną zespoloną konstrukcję stalowobetonową przenoszącą działające obciążenia. * * * Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja zespolona stalowo-betonowa stropów, ścian i dachów budynków, zwłaszcza budynków mieszkalnych, przemysłowych i innego przeznaczenia, tworząca sobą system budownictwa lekkiego. Znane są różne konstrukcje szkieletowe i szkieletowo-płytowe budynków, w których elementem nośnym przenoszącym obciążenia jest stalowa konstrukcja szkieletu którą wypełnia się różnego rodzaju materiałami, w tym także płytami żelbetowymi o znacznym ciężarze wynikającym z ich grubości. Szkielety te muszą być tak zaprojektowane, aby mogły przenosić zarówno ciężar własny, jak i ciężar obciążających go elementów wypełniających. Znana jest z opisu patentowego polskiego nr konstrukcja budowlana złożona z prefabrykowanych sekcji w formie lekkiego przestrzennego szkieletu stalowego. Poszczególne sekcje łączone między sobą pozwalają na tworzenie ustrojów budowlanych o różnorodnych formach architektonicznych. W systemie tym jednakże tylko szkielet stalowy stanowi część nośną budowli. Znany jest również ze zgłoszenia patentowego polskiego nr sposób wykonywania i montażu szkieletowej konstrukcji nośnej budynku, zwłaszcza budynku mieszkalnego. Sposób ten polega na połączeniu poza placem budowy kształtowników stalowych w panele ścian, stropów i dźwigarów dachowych, a następnie na wzajemnym połączeniu tych paneli w konstrukcję nośną budynku na wcześniej przygotowanym fundamencie. Panele montuje się z wykonanych zimnogiętych ocynkowanych profili stalowych, ceowników i bieżników łączonych ze sobą przy pomocy wkrętów samogwintujących. Panele ścian montuje się z równolegle względem siebie ułożonych słupków wykonanych z ceowników, które na ich końcach łączy się wkrętami z obramowaniami wykonanymi z bieżników. Podobnie wykonuje się panele stropów. W przypadku paneli ścian, ceowniki spełniają rolę słupków, zaś w przypadku paneli stropów ceowniki spełniają rolę legarów. Połączone między sobą panele ścian i stropów tworzą przestrzenny stalowy szkielet budynku przenoszący w całości obciążenia działające na budynek, zaś obudowa ścian spełnia tylko rolę wypełnienia. Znane są z opisów wzorów użytkowych polskich nr i nr wielkowymiarowe prefabrykowane cienkie elementy ścienne w obramowaniu z kształtowników stalowych. Przeznaczone są one do wyłącznego stosowania jako ścianki działowe samonośne. Nie są one przystosowane do przenoszenia dodatkowych obciążeń pionowych poza ciężarem własnym. Celem wynalazku było opracowanie lekkiej konstrukcji zespolonej stalowo-betonowej, w której wszystkie elementy szkieletu, oraz wypełnienia będą wpływać łącznie na jej sztywność i wytrzymałość w przenoszeniu działających obciążeń. Cel ten zgodnie z wynalazkiem został osiągnięty w ten sposób, że konstrukcja stalowobetonowa została utworzona przez zespawanie belek i rygli stalowych tworzących szkielet

3 3 konstrukcji, z obramowaniami stalowymi prefabrykowanych wielkowymiarowych cienkich płyt betonowych lub żelbetowych, które mogą być płytami ściennymi, stropowymi lub dachowymi. Połączenie to pozwala kształtować dowolną bryłę budynku w zależności od jego funkcji i przeznaczenia. Obramowania stalowe płyt zespawane z konstrukcją szkieletu stalowego złożoną ze słupków i rygli tworzą łącznie zespoloną konstrukcję stalowo-betonową przestrzenną w której elementami nośnymi są zarówno elementy szkieletu stalowego, jak i wypełniające go cienkie płyty betonowe, lub żelbetowe. Uzyskana w ten sposób przestrzenna konstrukcja budynku w formie cienkościennej stalowo-betonowej powłoki o dowolnych kształtach wynikających z funkcji projektowanego budynku odznacza się znaczną sztywnością i wytrzymałością w przenoszeniu działających obciążeń, spowodowanych zarówno jej ciężarem własnym, jak i występującymi obciążeniami eksploatacyjnymi. W systemie budownictwa lekkiego według wynalazku można wznosić budynki mieszkalne podpiwniczone i nie podpiwniczone, budynki jedno i kilkukondygnacyjne, z dachami stromymi i płaskimi, o rzutach prostych i złożonych, a także budynki przemysłowe, gospodarcze i innego przeznaczenia. Wykonany dowolny budynek przy użyciu elementów prefabrykowanych o znacznej wytrzymałości i sztywności, pracujący w układzie przestrzennym, zdolny do przenoszenia występujących w nim sił posiada ciężar ponad trzy razy mniejszy w odniesieniu do znanych i stosowanych technologii w systemach budownictwa tradycyjnego i uprzemysłowionego. Wykonawstwo konstrukcji opiera się na materiałach ogólnie dostępnych, jak beton i stal. Produkcja płyt betonowych lub żelbetowych oraz szkieletu stalowego nie wymaga wysoce specjalistycznych wytwórni. Sam montaż budynku wymaga lekkiego sprzętu i praktycznie może być prowadzony niezależnie od pory roku. Koszt wykonania, z racji małego zużycia materiałów jest znacznie krótszy aniżeli w rozwiązaniach stosowanych dotychczas. Praktyczne zastosowanie konstrukcji zespolonej stalowo-betonowej w odniesieniu do stropów, ścian i dachu zostało bliżej objaśnione na rysunku, na przykładzie wykonania budynku mieszkalnego, na którym fig. 1 przedstawia budynek wolnostojący parterowy z podpiwniczeniem, z zaznaczonymi liniami przerywanymi elementami szkieletu stalowego w widoku aksonometrycznym, fig. 2 przedstawia szkielet stalowy złożony ze słupków i rygli w widoku aksonometrycznym, stanowiący jeden z dwóch elementów nośnych budynku, fig. 3 przedstawia fragment częściowo zmontowanej konstrukcji szkieletu wypełnionego płytami betonowymi, które stanowią drugi element nośny budynku, a fig. 4 przedstawia fragment konstrukcji dachowej w widoku. Pojedyncze elementy tworzące konstrukcję zespoloną stalowo-betonową według wynalazku zostały pokazane na następnych figurach rysunku, na którym fig. 5 przedstawia w widoku słupek stalowy, fig. 6 przedstawia w widoku rygiel stalowy do tworzenia belek wieńcowych, stropowych i dachowych, fig. 7 przedstawia w widoku płytę betonową ścienną pełną i otworową fig. 8 przedstawia w widoku płytę betonową stropową i dachową, fig. 9 przedstawia w widoku zestaw płyt betonowych ścian szczytowych budynku. Pokazany na fig. 5 słupek stalowy 1 korzystnie w formie zamkniętego profilu skrzynkowego posiada długość odpowiadającą wysokości kondygnacji budynku. Pokazany na fig. 6 rygiel wieńcowy 2 i rygiel stropowy 3 posiadają profile analogiczne do profilu słupka stalowego 1 z tym, że długość rygla wieńcowego 2 jest równa długości poszczególnego boku budynku, a długość rygla stropowego 3 tworzącego ruszt poziomy jest równa rozpiętości stropu. Pokazana na fig. 7 płyta żelbetowa ścienna 4, pełna i otworowa przeznaczona do zabudowy ścian zewnętrznych i wewnętrznych, posiadająca obramowanie stalowe 5 korzystnie z ceownika ma grubość rzędu 5 cm, określoną stosunkiem wysokości H do jej grubości B wynoszącym H/B 60. B Wysokość tej płyty jest równa wysokości każdej kondygnacji, a jej szerokość jest uzależniona od przyjętego modułu dla rozstawu słupków stalowych 1 szkieletu. Płyta ta posiada zbrojenie z siatki 6 utworzonej z drutu stalowego. Pokazana na fig. 8 płyta betonowa 7 stropowa i dachowa różni się od płyty betonowej ściennej 4 tym, że ma zwiększone wewnętrzne zbrojenie. Pokazany na fig. 9 zestaw ściennych płyt betonowych 9 w obramowaniu stalowym, korzyst-

4 nie z ceownika lub kątownika posiada kształt wynikający z geometrii konstrukcji dachowej przewidzianej projektem, a grubość tych płyt jest równa grubości płyty betonowej ściennej 4. Sposób montażu budynku przy użyciu elementów według wynalazku polega na tym, że na odpowiednio wykonanym fundamencie osadza się na stałe słupki stalowe 1, których wierzchołki łączy się poprzez spawanie z poziomo ułożonymi ryglami wieńcowymi 2, do których od środka budynku zostaje wspawany ruszt utworzony z rygli stropowych 3. Tak utworzony szkielet przestrzenny budynku w części stanowiącej piwnicę okłada się od zewnątrz budynku płytami betonowymi ściennymi 4, których obramowanie stalowe 5 zostaje zespawane ze słupkami stalowymi 1 i ryglami wieńcowymi 2. Na ruszcie stropowym układa się płyty betonowe 7 stropowe, które obramowaniem stalowym 8 spawa się do rygli wieńcowych 2 i rygli stropowych 3. Tak utworzony strop części piwnicznej wraz ze ścianami tworzą sobą zamkniętą sztywną skrzynię, stanowiącą podstawę do montażu następnej kondygnacji. Sposób tego montażu został pokazany na rysunku, na którym fig. 10 przedstawia widok zewnętrzny ściany piwnicznej, fig. 11 przedstawia widok tej ściany od wewnątrz, fig. 12 przedstawia przekrój pionowy przechodzący przez ścianę, fig przekrój poziomy przez ścianę, a fig. 14 przedstawia strop w widoku, w którym obramowanie stalowe 8 jest wykonane z kątownika. Przy tworzeniu parteru słupki stalowe 1 spawa się do rygli wieńcowych 2 piwnicznych. Pozostałe czynności, jak montaż ścian i stropów wykonuje się w sposób analogiczny jak przy tworzeniu konstrukcji piwnicznej. Przy wykonywaniu konstrukcji dachowej, w zależności od jego kształtu i przeznaczenia wykonuje się ją w formie przestrzennego szkieletu stalowego utworzonego z pionowych i pochylonych pod kątem słupków stalowych 1 przyspawanych do rygli wieńcowych 2 poprzedniej kondygnacji i połączonych między sobą rygli stropowych 3 z ryglami wieńcowymi 2, dachowymi. Całość połaci dachowej jest od zewnątrz pokryta płytami żelbetowymi 7 zespawanymi od góry poprzez obramowanie stalowe 8 do konstrukcji stalowej. Ściany szczytowe poddasza budynku wykonuje się przy użyciu zestawu płyt betonowych 9 w obramowaniu stalowym 10, korzystnie z ceownika, o kształtach dostosowanych do bryły poddasza. Płyty betonowe 9 ścian szczytowych spawa się między sobą, oraz ze szkieletem stalowym konstrukcji dachowej. Schemat konstrukcji dachowej obejmuje fig. 4. Przedstawiona konstrukcja dachu nie wymaga szczególnego rodzaju pokrycia. Może być kryta blachą, papą, dachówką ceramiczną itp. Niemniej najkorzystniejszym sposobem pokrycia jest stosowanie bezspoinowej powłoki hydroizolacyjnej, w odniesieniu do dachu ocieplonego i nie ocieplonego. Figura 15 przedstawia pokrycie dachu nie ocieplonego w widoku, a fig pokrycie dachu ocieplonego. Przy dachu nie ocieplonym, na płycie betonowej 7 została rozprowadzona potrójna warstwa masy plastycznej 11 wzmocniona dwoma siatkami polipropylenowymi 12, a na ostatniej wierzchniej warstwie masy plastycznej 11 została naniesiona powłoka z posypki bazaltowej 13 o dowolnym kolorze. W przypadku dachu ocieplonego pokazanego na fig. 16, dach ociepla się styropianem 14 poprzez jego klejenie do płyt betonowych 7, a pokrycie wykonuje się tak, jak przy dachu nie ocieplonym. Przy użyciu płyt betonowych 4 ściennych można wykonywać również ścianki działowe nie pokazane na rysunku. Mocowanie ścianek działowych następuje bezpośrednio do płyt betonowych 7 i rygli stropowych 3, oraz rygli wieńcowych 2 poprzez spawanie w miejscach styku obramowań stalowych 5 i 8 tych płyt. Konstrukcja budynku według wynalazku nie stawia żadnych szczególnych wymagań w zakresie izolacji termicznej i hydrostatycznej, co oznacza, że można stosować dowolne sposoby ociepleń. Na fig. 17 został pokazany przykładowy sposób ocieplenia ścian zewnętrznych budynku polegający na tym, że do płyt betonowych ściennych 4 zostały zespolone klejem 15 płyty styropianowe 14 o żądanej grubości, na które została naklejona siatka poliuretanowa 12, na którą z kolei został nałożony tynk szlachetny 16. Roboty wykończeniowe wewnątrz budynku, takie jak izolacja akustyczna podłóg i stropów, pokrycie szkieletu konstrukcji, pokrycie ścian, mogą być wykonane praktycznie w dowolny sposób, w zależności od wymaganych standardów i inwencji użytkowników. Dotyczy to również robót wykończeniowych związanych z osadzaniem okien i drzwi.

5 fig. 2

6 fig. 3

7 fig. 9

8 fig. 4 fig. 6 fig. 5

9 fig. 8

10 fig. 10 fig. 11

11 fig. 12 fig. 13

12 fig. 14 fig. 15

13 fig. 16 fig. 17

14 fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.