Результат интеллектуальной деятельности: Армированная кирпичная кладка

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве многоэтажных зданий в сейсмических районах.

Известна армированная кирпичная кладка (см. патент РФ №2427685. МПК Е04В 2/34. Опубл. 27.08.2011) двухрядной системы, включающая уложенные рядами с перевязкой швов кирпичи, вертикальную и горизонтальную арматуру, при этом каждый ряд кладки образован сочетанием трех ложковых кирпичей, уложенных с зазором, и примыкающей к их торцам пары тычковых кирпичей, уложенных друг за другом, причем ряды смещены один относительно другого на 1/4 кирпича с образованием вертикальных сквозных каналов, в которых установлена вертикальная арматура, при этом горизонтальная арматура в продольном направлении уложена в зазоры, образованные ложковыми кирпичами, а в поперечном направлении горизонтальная арматура проходит через швы, кроме того, каналы и швы с арматурой заполнены цементным раствором, при этом вертикальная арматура выполнена с винтообразными выступами на внешней поверхности, причем как в продольном, так и в поперечном размещении по кирпичной кладке вертикальная арматура расположена попарно таким образом, что на первой ( из каждой пары) вертикальной арматуре касательная винтообразных выступов имеет направление походу часовой стрелки, а на второй вертикальной арматуре касательная винтообразных выступов имеет направление против хода часовой стрелки, при этом выполнена непрерывная цепочка попарно расположенной вертикальной арматуры, компенсирующей сейсмические разрушающие усилия в армированной кирпичной кладке.

Недостатком является снижение прочностных параметров при длительной эксплуатации, особенно с наличием атмосферных осадков, подвергающих интенсивному коррозийному разрушению торцы вертикальной арматуры, расположенной в каналах и швах, заполненных цементным раствором, являющимся капиллярным материалом.

Известна армированная кирпичная кладка двухрядной системы (см. патент РФ 2600951. Опубл. 27.10.2016), включающая уложенные рядами с перевязкой швов кирпичи, вертикальную и горизонтальную арматуру, при этом каждый ряд кладки образован сочетанием трех ложковых кирпичей, уложенных с зазором, и примыкающей к их торцам пары тычковых кирпичей, уложенных друг за другом, причем ряды смещены один относительно другого на 1/4 кирпича с образованием вертикальных сквозных каналов, в которых установлена вертикальная арматура, при этом горизонтальная арматура в продольном направлении уложена в зазоры, образованные ложковыми кирпичами, а в поперечном направлении горизонтальная арматура проходит через швы, кроме того, каналы и швы с арматурой заполнены цементным раствором, при этом вертикальная арматура выполнена с винтообразными выступами на внешней поверхности, причем как в продольном, так и в поперечном размещении по кирпичной кладке вертикальная арматура расположена попарно таким образом, что на первой из каждой пары вертикальной арматуре касательная винтообразных выступов имеет направление по ходу часовой стрелки, а на второй вертикальной арматуре касательная винтообразных выступов имеет направление против хода часовой стрелки, при этом выполнена непрерывная цепочка попарно расположенной вертикальной арматуры, компенсирующей сейсмические разрушающие усилия в армированной кирпичной кладке, кроме того торцы вертикальной арматуры на величину не меньше толщины кирпича покрыты стекловидной наноразмерной пленкой из оксида тантала.

Недостатком является снижение безопасности при длительной эксплуатации, особенно вентиляционных шахт производственных помещений и офисных, а также жилых высотных зданий в условиях изменяющихся погодно-климатических атмосферных осадков в переходные периоды года с периодическим воздействием снега с метелью или тумана с дождем, контактирующих с торцами вертикальной арматуры, когда медленно перемещающиеся влажные загрязнения по криволинейным поверхностям к каналам и швам, заполняющих цементным раствором интенсивно разрушают соединения кирпичной кладки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение нормированных сроков безопасной эксплуатации армированной кладки путем устранения размыва цементного раствора в швах и каналах кирпичной кладки вентиляционных шахт производственных помещений и высотных офисных и жилых зданий за счет осуществления скоростного спуска влажных загрязнений по криволинейной поверхности торцов вертикальной арматуры при выполнении её по циклоиде как брахистохрона.

Технический результат достигается тем, что армированная кирпичная кладка двухрядной системы, включает уложенные рядами с перевязкой швов кирпичи, вертикальную и горизонтальную арматуру, при этом каждый ряд кладки образован сочетанием трех ложковых кирпичей, уложенных с зазором, и примыкающей к их торцам пары тычковых кирпичей, уложенных друг за другом, причем ряды смещены один относительно другого на 1/4 кирпича с образованием вертикальных сквозных каналов, в которых установлена вертикальная арматура, при этом горизонтальная арматура в продольном направлении уложена в зазоры, образованные ложковыми кирпичами, а в поперечном направлении горизонтальная арматура проходит через швы, кроме того, каналы и швы с арматурой заполнены цементным раствором, при этом вертикальная арматура выполнена с винтообразными выступами на внешней поверхности, причем как в продольном, так и в поперечном размещении по кирпичной кладке вертикальная арматура расположена попарно таким образом, что на первой из каждой пары вертикальной арматуре касательная винтообразных выступов имеет направление по ходу часовой стрелки, а на второй вертикальной арматуре касательная винтообразных выступов имеет направление против хода часовой стрелки, при этом выполнена непрерывная цепочка попарно расположенной вертикальной арматуры, компенсирующей сейсмические разрушающие усилия в армированной кирпичной кладке, при этом поверхность торцов вертикальной арматуры выполнена по кривой циклоида как брахистохрона.

На фиг.1 изображена аксонометрия кирпичной кладки с армированной толщиной в два кирпича; на фиг.2 – вертикально установленная пара элементов арматуры с винтообразными выступами, направление их касательных имеет взаимно противоположное направление; на фиг.3 – распределение амплитуды сейсмических колебаний по поверхности выступов пары вертикально установленной арматуры, на фиг.4 – попарное продольное и поперечное размещение вертикальной арматуры по кирпичной кладке с компенсирующим распределением разрушающих сейсмических усилий, на фиг.5 – торец вертикальной арматуры, покрытый стекловидной наноразмерной пленкой из оксида тантала, на фиг.6 – поверхность торца вертикальной арматуры выполнена по кривой циклоида как брахистохрона.

Каждый ряд предлагаемой кладки состоит из трех ложковых кирпичей 1, уложенных с зазором 2. К торцам ложковых кирпичей примыкает пара кирпичей 3 со смещением каждого ряда по отношению к следующему на 1/4 кирпича, что создает вертикальные неразрезные каналы 4, в которых установлена вертикальная арматура 5. Горизонтальная арматура 6 в продольном направлении укладывается в зазор, а горизонтальная арматура 7 в поперечном направлении размещена в шве кладки. Укладка арматуры может быть произведена как предварительно, так и одновременно с возведением кладки, а каналы и зазоры заполняются цементным раствором. Вертикальная арматура 5 располагается парами таким образом, что на одной из пары 8 арматуры 9 на внешней поверхности 10 выполнены винтообразные выступы 11, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а на другой из пары 8 арматуры 12 на внешней поверхности 13 выполнены винтообразные выступы 14, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки.

Внешняя поверхность 15 торца 16 вертикальной арматуры 5 на величину не менее толщины кирпича 1 покрыта стекловидной наноразмерной пленкой 17 из оксида тантала.

Вертикальная арматура 5 кирпичной кладки двухрядной системы в условиях наличия атмосферных осадков подвергается интенсивному коррозийному воздействию. Это обусловлено тем, что кирпич, как цементный раствор, заполняющий каналы с расположенной вертикальной арматурой 5, является капиллярно-пористым материалом с высоким коэффициентом термовлагопроводности. При этом из-за отдачи теплоты в окружающую среду (процесс испарения) поверхностные слои материала кирпичной кладки (кирпич и цементный раствор) охлаждаются и температура их становится ниже, чем внутри материала, т.е. в месте расположения вертикальной арматуры 5, тогда такое распределение вызывает температурный градиент, направленный от поверхности материала к середине, который увеличивает общую влагопроводимость (см., например, стр.440-442. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980, 469с., ил.), и на внутренней поверхности 15, особенно торца 16, каждой вертикальной арматуры 5 появляются мелкодисперсные капельки влаги, которые коагулируют и, укрупняясь, образуют «пятна» жидкости.

Кроме того коэффициент теплопроводности кирпича и цементного раствора имеет значение в пределах от 0,47 до 0,76 Вт/(м^*гр.), например кирпич трепельный, а раствор цементно-песчаный (см. СНиП 2.2.3-92 «Строительная теплофизика». М.: ЦНТИ Госстрой РФ, 1996), коэффициент теплопроводности материала (металл) вертикальной арматуры не менее 40 Вт/(м^*гр.), т.е. превышает более чем в 50 раз, что приводит к возникновению встречно-направленных температурных градиентов с образованием в зоне наружной поверхности 15 вертикальной арматуры 5 с цементным раствором и/или кирпичом высокоинтенсивного процесса сушки влажного материала с наличием удельного градиента массосодержания (см. стр.330. Цой П.В. Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса. М.: Энергия, 1971, 384 с., ил). В результате конденсатно-испарительный процесс «пятна» жидкости на внешней поверхности 15 вертикальной арматуры 5 в условиях повышенного температурного градиента интенсифицирует коррозийное воздействие влаги, что приводит к снижению прочностных параметров армированной кирпичной кладки в целом.

При покрытии торцов 16 вертикальной арматуры 5 стекловидной наноразмерной пленкой 17 из оксида тантала мелкодисперсные капельки влаги не налипают на внешнюю поверхность 15, а соскальзывают с нее (см., например, Литвинова В.А., Саврук Е.Н. Наноразмерные пленки оксида тантала, полученные ионно-плазменным методом // Сборник трудов региональной научно-практической конференции ''Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике''. – Томск: ТЕХИНГАУ. – Вып.12. – 2010. – С.299-301) и рассеиваются по объему кирпича и/или цементного раствора как капиллярно-пористого материала. Следовательно, практически не наблюдается коррозийного воздействия влаги из атмосферных осадков на вертикальную арматуру 5. Что способствует поддержанию прочностных параметров при длительной эксплуатации армированной кирпичной кладки.

Армированная кирпичная кладка двухрядной системы в условиях как воздействия изменяющихся атмосферных осадков, так и сейсмического воздействия длительно безопасно эксплуатировать следующим образом. Поверхность 18 торцов 16 вертикальной арматуры 5 покрытой стекловидной наноразмерной пленкой 17 из оксида тантала выполнена по кривой циклоида 19 как брахистохрона.

Армированная кирпичная кладка двухрядной системы особенно вентиляционных шахт производственных помещений и офисных, а также жилых высотных зданий в условиях как воздействия изменяющихся атмосферных осадков, так и сейсмического воздействия длительно безопасно эксплуатировать следующим образом.

Вентиляционные шахты высотных жилых и офисных зданий, а также производственных помещений из-за наличия различной концентрации мелкодисперсных загрязнений внутреннего воздуха, накапливаемой по мере перемещения движущегося потока от основания до отверстия выпуска его в окружающую среду (см., например, Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат. 1987 – 414 с., ил).

При изменяющихся погодно – климатических атмосферных осадков особенно в переходные периоды года: зима-весна и осень зима плотные влажные загрязнения в виде смеси твердых частиц снега и каплеобразных влаги медленно сходят без налипания по произвольной криволинейной поверхности 18 торцов 16 вертикальной арматуры 5 покрытой стекловидной нанообразной пленкой 15 из оксида тантала. Малая поверхность 18 торцов 16 по сравнению с поверхностью кирпича 1 и/или шва с зазором 2 и каналами 4 не позволяет осуществлять процесс испарения влажных загрязнений и они рассеиваются, налипая на поверхности кирпича 1 и /или шва с зазором 2, что замедляет воздействие теплоты нагретого вентилируемого воздуха на нагрев влажных загрязнений для последующего испарения и сброса парообразной массы в окружающую среду.

Кроме того повышенное давление в вентиляционной зоне контакта выходящего из выходного её отверстия воздуха способствует возрастанию скорости движущегося потока т.е. наблюдается эффект Джоуля – Томсона (см., например, Исаченко В.П., Осипова В.А. Теплопередача – М.: Энергия, 1980 – 439 с., ил) с понижением температуры и соответственно дополнительной конденсацией паров влаги из атмосферного воздуха медленно перемещающийся по поверхности 18 торцов 16. Все это интенсифицирует влажное разрушение капиллярно-пористого материала кирпича и цементного раствора с последующим снижением безопасной эксплуатации армированной кирпичной кладки вентиляционной шахты производственного помещения или высотного здания.

При выполнении кривизны по циклоиде 19 как брахистохрона поверхности 18 торцов 16 вертикальной арматуры 5 частицы влажных загрязнений с наибольшей скоростью под воздействием силы тяжести и особенности выполнения кривизны, содействующий образованию центробежной силы (см., например, Некоторые замечательные кривые стр. 802. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: 1969 – 872 с., ил) за наименьшее время перемещаются на поверхности кирпича и /или цементного шва, где контактируют с нагретым вентиляционным воздухом и благодаря его теплоте интенсивно испаряются без влажностного воздействия на капиллярно-пористый материал. Следовательно обеспечивается безопасная эксплуатация вентиляционной шахты в нормированные сроки при изменяющихся погодно – климатических воздействий.

Возмущающее импульсное воздействие стоячей волны при сейсмической нагрузке соответствует образованию силового поля напряжений, которое перемещается снизу вверх преимущественно в поверхностной области вертикально установленной арматуры 5. Вертикальная арматура 5 устанавливается в вертикальных неразрезных каналах 4 парами 8, при этом на арматуре 9 пары 8 на внешней поверхности 10 выполнены винтообразные выступы 11, а на арматуре 12 на внешней поверхности 13 выполнены винтообразные выступы 14, причем касательные винтообразных выступов арматуры 9 и 12 пары 8 имеют противоположное направление. В результате амплитуды колебаний вертикальной арматуры 5 каждой пары 8 вертикальной арматуры 5, имея смещение в пространстве, интенсивно гасят силовые поля напряжений, перемещаясь снизу вверх по армированной кирпичной кладке, что позволяет повысить сейсмостойкость и соответственно прочность многоэтажного здания.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что обеспечение безопасной эксплуатации армированной кирпичной кладки двухрядной системы преимущественно вентиляционных шахт, особенно, производственных помещений с высоким насыщением влажными загрязнениями внутреннего воздуха в высотных зданиях в изменяющихся погодно – климатических условиях периодического воздействия атмосферного воздуха, обеспечивается своевременным испарением каплеобразной и конденсирующейся влаги на поверхностях кирпича и/или цементного раствора за счет скорейшего спуска жидкости по поверхности торца вертикальной арматуры, выполненной по кривой циклоида как брахистохрона в зону контакта с теплотой вентиляционного воздуха.