стыковое соединение сборных колонн с перекрытием и способ его выполнения

Формула изобретения

1. Стыковое соединение сборных колонн с перекрытием, включающее концевые участки установленных на одной вертикальной оси с разрывом по высоте нижней и верхней колонн железобетонного каркаса, размещенное между торцами колонн перекрытие и пропущенные через перекрытие выпуски арматуры колонн, закрепленные концами в верхней и нижней колоннах, отличающееся тем, что концевые участки колонн на торцах снабжены поперечными стальными листами, жестко связанными с колоннами, в бетоне на боковых гранях колонн у торцов выполнены ниши, выпуски арматуры колонн выполнены в виде шпилек с резьбой, прикрепленных по концам в нишах гайками к поперечным стальным листам колонн, а на шпильках над верхом перекрытия в слое раствора размещены юстировочные гайки, на которые непосредственно оперта верхняя колонна, а ниши зачеканены быстротвердеющим мелкозернистым бетоном.

2. Способ выполнения стыкового соединения колонн с перекрытием по п.1, включающий установку нижней колонны, устройство над нижней колонной конструкций перекрытия, установку над перекрытием верхней колонны соосно с нижней колонной и фиксацию в стыкуемых колоннах выпусков их рабочей арматуры, отличающийся тем, что после установки нижней колонны, на ее верхнем торцовом листе устанавливают и фиксируют направленные кверху выпуски ее продольной арматуры в виде шпилек с винтовой нарезкой, после чего на их верхних концах выше перекрытия жестко закрепляют монтажную рамку, фиксирующую шпильки, после набора монолитным бетоном перекрытия требуемой прочности, монтажную фиксирующую рамку демонтируют, на шпильках в проектное положение размещают юстировочные гайки, производят первоначальную установку верхней колонны с регулировкой юстировочными гайками ее положения по вертикали и горизонтали, а затем верхнюю колонну снова приподнимают, в стык поверху перекрытия укладывают раствор, и сразу же на этот свежий раствор с выдавливанием его излишков устанавливают верхнюю колонну с опиранием ее на юстировочные гайки, после чего положение верхней колонны окончательно фиксируют гайками на шпильках в ее нишах, а ниши зачеканивают быстротвердеющим мелкозернистым бетоном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в сборно-монолитных железобетонных каркасах многоэтажных и высотных зданий с повышенными нагрузками на колонны.

Известно стыковое соединение колонн с перекрытием, включающее концевые участки колонн, размещенное между торцами стыкуемых колонн перекрытие, выпуски кверху продольной рабочей арматуры нижней колонны, прикрепленные к закладным деталям верхней стыкуемой колонны [1].

Известное стыковое соединение имеет сложное конструктивное решение. В уровне перекрытия нижняя колонна расчленена на несвязанные между собой четыре ветви, расположенные по граням ее сечения, а середина заполнена монолитным железобетонным сердечником. Это приводит к снижению несущей способности стыкового соединения в уровне перекрытия.

Наиболее близким к предлагаемому является стыковое соединение колонн с перекрытием, включающее концевые участки колонн, размещенное между торцами стыкуемых колонн перекрытие, выпуски продольной арматуры стыкуемых колонн, попарно заходящие друг за друга [2].

Известное стыковое соединение колонн является сравнительно простым по конструкции. Однако оно имеет недостаточные несущую способность и надежность вследствие того, что концевые участки колонн ослаблены, а качество инъецирования каналов, в которых размещают выпуски арматуры колонн при устройстве стыкового соединения, трудно проверить. В результате стыковое соединение не может обеспечить надежного восприятия момента, действующего в стыковом узле.

Известен способ выполнения стыкового соединения колонны с диском перекрытия, включающий размещение на коротких консолях нижней колонны неразрезной сборной балки перекрытия и установку на слое раствора в гнездо этой сборной балки верхней колонны с контактом в растворе их плоских торцов. Затем через сопряженные конструктивные элементы пропущены болты, а зазоры между колоннами и кромками отверстия в колонне зачеканены раствором [3].

Известный способ сравнительно прост в выполнении. Однако по известному способу можно получить стыковые соединения только для малоэтажных зданий с небольшими нагрузками на колонны. Кроме того, полученный по способу стык имеет недостаточную несущую способность для восприятия в узле момента.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выполнения стыка, включающий установку нижней колонны, устройство над ней конструкций перекрытия и установку верхней колонны непосредственно над перекрытием и фиксацию ее положения [2].

Известный способ позволяет реализовать с относительно невысокими трудозатратами стыковое соединение колонн между собой и перекрытием. Однако известный способ не может обеспечить высокую несущую способность стыкового соединения и требуемую надежность из-за наличия контактных напряжений между бетонными поверхностями сопрягаемых конструкций, а также неопределенности условий заделки выпусков продольной арматуры.

Основной задачей, на решение которой направлены заявляемые стыковое соединение сборных колонн с перекрытием и способ его выполнения, является упрощение и повышение надежности технологического процесса возведения каркаса здания.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является повышение несущей способности и надежности стыкового соединения перекрытия с колоннами каркаса.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в стыковом соединении колонн с перекрытием, включающем концевые участки установленных по одной вертикальной оси с разрывом по высоте нижней и верхней колонн железобетонного каркаса, размещенное между торцами колонн перекрытие и пропущенные через перекрытие выпуски арматуры колонн, закрепленные концами в верхней и нижней колоннах, концевые участки колонн на торцах снабжены поперечными стальными листами. Эти листы жестко связаны с колоннами, в бетоне на боковых гранях колонн у торцов выполнены ниши, выпуски арматуры колонн выполнены в виде шпилек с резьбой, прикрепленных по концам гайками к поперечным стальным листам, а на шпильках над верхом перекрытия в слое раствора размещены юстировочные гайки, на которые непосредственно оперта верхняя колонна, а ниши зачеканены быстротвердеющим мелкозернистым бетоном.

Указанный технический результат достигается тем, что способ выполнения стыкового соединения колонн с перекрытием включает установку нижней колонны, устройство над нижней колонной конструкций перекрытия, установку над перекрытием верхней колонны соосно с нижней и фиксацию в стыкуемых колоннах выпусков их рабочей арматуры. Отличается он тем, что после установки нижней колонны на ее верхнем торцовом листе устанавливают и фиксируют направленные кверху выпуски ее продольной арматуры в виде шпилек с винтовой нарезкой, после чего на их верхних концах выше перекрытия жестко закрепляют монтажную рамку, фиксирующую шпильки, после набора монолитным бетоном перекрытия требуемой прочности монтажную фиксирующую рамку демонтируют, на шпильках в проектное положение размещают юстировочные гайки, производят первоначальную установку верхней колонны с регулировкой ее в требуемое положение юстировочными гайками по вертикали и горизонтали, а затем верхнюю колонну снова приподнимают, в стык поверху перекрытия укладывают раствор, и сразу же на этот свежий раствор с выдавливанием его излишков устанавливают верхнюю колонну с опиранием ее на юстировочные гайки, после чего положение верхней колонны окончательно фиксируют гайками на шпильках в ее нишах, а ниши зачеканивают быстротвердеющим мелкозернистым бетоном.

Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом позволяет заключить, что от известного оно отличается новыми признаками: (1) концевые участки колонн на торцах снабжены поперечными стальными листами, жестко связанными с колоннами, (2) в бетоне на боковых гранях колонн у торцов выполнены ниши, (3) выпуски арматуры колонн выполнены в виде шпилек с резьбой, (4) прикрепленных по концам гайками к поперечным стальным листам, (5) на шпильках над верхом перекрытия в слое раствора размещены юстировочные гайки, (6) на которые непосредственно оперта верхняя колонна, а (7) ниши зачеканены быстротвердеющим мелкозернистым бетоном. При этом способ отличается тем, что (8) после установки нижней колонны на ее верхнем торцовом листе устанавливают и фиксируют направленные кверху выпуски ее продольной арматуры в виде шпилек с винтовой нарезкой, после чего (9) на их верхних концах выше перекрытия жестко закрепляют монтажную рамку, фиксирующую шпильки, (10) после набора бетоном перекрытия требуемой прочности, монтажную фиксирующую рамку демонтируют, на шпильках (11) в проектное положение размещают юстировочные гайки, (12) производят первоначальную установку верхней колонны с регулировкой юстировочными гайками ее положения по вертикали и горизонтали, затем (13) верхнюю колонну снова приподнимают и в стык поверху перекрытия укладывают раствор, и (14) сразу же на этот свежий раствор с выдавливанием его излишков устанавливают верхнюю колонну с опиранием ее на юстировочные гайки, (15) после чего положение верхней колонны окончательно фиксируют гайками на шпильках в нишах колонны, а ниши зачеканивают быстротвердеющим мелкозернистым бетоном.

Все перечисленные признаки, как будет показано ниже, позволяют получить стыковое соединение повышенной несущей способности и надежности для применения в высотных каркасных зданиях и большепролетных сооружениях, обеспечивающий наиболее эффективное использование под нагрузкой прочностных и деформативных свойств арматуры и бетона с минимальными трудозатратами на его выполнение. Способ выполнения позволяет получить стыковое соединение не только повышенной несущей способности, но и обеспечить высокую точность сборки колонн, и за этот счет дополнительно увеличить их надежность. Кроме того, предложенный способ выполнения стыка не требует традиционного громоздкого монтажно-технологического оборудования.

В целом перечисленные признаки предлагаемого технического решения в приведенной сумме не известны, а достигаемые технические результаты по предложенному решению превосходят известные, позволяют решить поставленную задачу и создают сверхсуммарный результат вследствие взаимного усиления действия друг на друга каждого перечисленного выше признака.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг.1 представлено предлагаемое стыковое соединение колонн с перекрытием, вид сбоку; на фиг.2 - стыковое соединение в сборке на стадии перед окончательной установкой верхней колонны; на фиг.3 - то же, стыковое соединение в сборке на стадии изготовления монолитных конструкций перекрытия; на фиг.4 - то же, вид стыкового соединения сверху на стадии изготовления монолитных конструкций перекрытия, вид по А-А на фиг.3.

Стыковое соединение сборных колонн с перекрытием (фиг.1...4) включает концевые участки 1 стыкуемых колонн с плоскими торцами. Концевые участки 1 колонн содержат косвенное армирование у торцов в виде сварных арматурных сеток 2, поперечное армирование в виде хомутов 3 в середине колонны и продольную рабочую арматуру в виде стержней 4 с концами, оборванными и заанкеренными в бетоне в зоне установки косвенной арматуры 2. На торцах стыкуемых колонн размещены поперечные стальные листы 5, жестко связанные с бетоном колонны посредством анкерных стержней 6, закрепленных в торцовых поперечных листах 5. Стержни 4 продольной рабочей арматуры стыкуемых колонн оборваны в бетоне у концов колонн и выполнены без непосредственных контактов как с поперечными листами 5, так и с анкерными стержнями 6 этих листов.

По углам у торцов стыкуемых колонн выполнены ниши 7, образованные вертикальными уголками 8, жестко связанными с торцовыми листами 5 и анкерными стержнями 6 на сварке. Между торцовыми листами 5 стыкуемых колонн 1 размещено перекрытие 9 с требуемым по расчету рабочим армированием 10. Торцы стыкуемых колонн объединены друг с другом посредством шпилек 11 с винтовой резьбой, жестко закрепленных по концам винтами 12, размещенными в нишах 7 обеих колонн. Верхняя колонна оперта торцовым листом 5 на юстировочные гайки 13, размещенные в слое раствора 14 по верху перекрытия 9. Ниши 7 зачеканены быстротвердеющим бетоном.

Для обеспечения надежной передачи больших сжимающих усилий колоннами в стыке в перекрытии в их створе размещают дополнительную косвенную арматуру в виде горизонтальных поперечных сварных арматурных сеток 15. Вместо сеток 15 могут быть применены горизонтальные хомуты (не показаны), охватывающие шпильки 11. Дополнительная косвенная арматура 15 или хомуты не только создает условия объемного напряженного состояния в бетоне перекрытия 9 в стыке. Они обеспечивают повышение продольной устойчивости шпилек 11 при действии сжимающего усилия и передаваемого от верхней колонны на нижнюю.

Предлагаемое стыковое соединение сборных колонн с перекрытием при эксплуатации в составе каркаса воспринимает как продольное вдоль колонн 1 усилие, так и изгибающий момент. Продольное сжимающее усилие в колоннах и на их концевых участках 1 воспринимается всем цельным поперечным железобетонным сечением. Однако непосредственно в стыке верхняя колонна опирается нижним торцовым листом 5 на юстировочные гайки 13 и от них передается на шпильки 11, включая в работу на сжатие окружающий их бетон перекрытия 9. Значительную часть сжимающего усилия в этом сечении воспринимает и раствор 14. Поэтому требуемую устойчивость шпилек 11 в перекрытии 9 обеспечивают совместно бетон, рабочая арматура 10 перекрытия и дополнительная косвенная арматура в виде сеток 15 или хомутов. Кроме того, реализация объемного напряжения в бетоне перекрытия 9 и в слое 14 раствора в стыке дополнительно обеспечивается и окружающим бетоном перекрытия 9, сдерживающим поперечные деформации бетона перекрытия в стыке, заключенного между торцами стыкуемых колонн, снабженными жестко связанными с ними поперечными стальными листами.

Момент в разных сечениях стыка по любым осям его действия воспринимают в растянутой или менее сжатой зоне сечения шпильки 11 (с частичной разгрузкой их от продольного сжатия), а в сжатой зоне либо бетоном колонны и арматурой 4, либо бетоном перекрытия и шпильками 11. Эффективному включению в работу на восприятие момента шпильками 11 содействуют и торцовые листы 5, жестко связанные с колоннами, и гайки 12, посредством которых шпильки прикреплены к торцовым листам 5. Надежное размещение и крепление гаек 12 к шпилькам 11 обусловлено размещением у торцов колонн ниш 7. Ниши 7 могут быть размещены не только по углам, но и по сторонам сечения колонны. Это возможно в случае колонн с поперечными сечениями, развитыми по одной либо по обоим осям, а также в колоннах цилиндрической формы сечения. Размещение верхней колонны с опиранием на юстировочные гайки 13 и на слой раствора 14 позволяет реализовать четкую расчетную модель стыка и обеспечить четкую передачу усилий в стыке между сопрягаемыми элементами конструкций, обеспечив наиболее эффективное использование в стыке прочностных свойств арматуры и бетона. Кроме того, размещение юстировочных гаек 13 в слое раствора 14 обеспечивает надежную антикоррозионную защиту как этих гаек 13, шпилек 11 в стыке, так и торцового стального листа 5 верхней колонны. Зачеканка ниш 7 быстротвердеющим мелкозернистым бетоном обеспечивает полное и плотное заполнение ниш 7 бетоном. В результате обеспечивается не только антикоррозионная защита в нишах 7 стальных уголков 8, концов шпилек 11 с гайками 12 и верха пластин 5, но и включение в работу на сжатие бетона зачеканки ниш 7, и тем самым работа колонны всем сечением.

В целом, в предлагаемом стыковом соединении при одинаковом армировании и размерах с прототипом несущая способность возросла на 25...28% за счет более успешной реализации объемного напряженного состояния в бетоне стыка, а также выполнения выпусков арматуры колонн в виде шпилек 11 с резьбой, закрепленных по концам гайками 12 к поперечным торцовым стальным листам 5 колонн в нишах 7. А наличие слоя раствора 14 с юстировочными гайками 13 позволило наиболее эффективно передать в узле сжимающие усилия и изгибающий момент с колонны на колонну, реализуя между их торцами объемное напряженное состояние в бетоне.

Таким образом, по сравнению с аналогами [1, 3] и прототипом [2] в предлагаемом стыковом соединении сборных колонн 1 с перекрытием 9 при наличии приведенных выше признаков получено новое качество, при котором обеспечено повышение его несущей способности и надежности.

Предлагаемое стыковое соединение колонн 1 с перекрытием 9 выполняют в следующей последовательности. После установки нижней колонны на ее верхнем торцовом листе 5 устанавливают и фиксируют направленные кверху шпильки 11 с винтовой нарезкой. После этого на верхних концах шпилек 11 выше перекрытия 9 гайками 16 жестко закрепляют монтажную рамку 17, фиксирующую положение шпилек 11 и расстояние между ними. Это требуется для обеспечения точности последующего продевания на них торцового листа 5 верхней колонны с фиксированными отверстиями 18 в нем. После устройства перекрытия 9 и набора его монолитным бетоном требуемой прочности рамку 17 демонтируют и на шпильки 11 в проектное положение над верхом перекрытия 9 наворачивают юсировочные гайки 13. Затем на юстировочные гайки 13 торцовым стальным листом 5 опирают верхнюю колонну, продев этот лист 5 через отверстия 18 на шпильки 11 и юстировочными гайками 13 выставляют ее в проектное положение по вертикали и горизонтали. После установки верхней колонны в проектное положение, не трогая юстировочных гаек 13, колонну приподнимают и в стык перекрытия 9 размещают слой раствора 14 с излишком, затопив юстировочные гайки 13. И сразу же на свежий раствор 14 опускают верхнюю колонну до опирания ее торцовым листом 5 на юстировочные гайки 13, выдавливая излишки раствора 14 и окончательно фиксируя достигнутое положение верхней колонны гайками 12 в ее нишах 7. После завершения фиксации верхней колонны гайками 12 все ниши 7 обеих стыкуемых колонн зачеканивают быстротвердеющим мелкозернистым бетоном с высокими адгезионными качествами. Предлагаемый способ выполнения стыкового соединения колонн с дисками перекрытий имеет неоспоримые преимущества перед известными [1-3] в том, что он обеспечивает (1) высокоточное сопряжение стыкуемых элементов в узле с жесткими допусками в мм, (2) высокий темп его выполнения, поскольку для возведения каркаса здания не требуется ожидать достижение раствором 14 проектной прочности, (3) высокую надежность стыкового узла, поскольку и арматура, и бетон гарантированно и в требуемой мере включаются в работу под нагрузкой, зафиксировано положение стыкуемых элементов и точно реализуется в натуре расчетная схема работы узла.

Приведенный способ выполнения стыкового соединения дополняет преимущества конструктивного решения и вместе они обеспечили достижение поставленной задачи, заключающейся в повышении надежности и несущей способности стыкового соединения по сравнению с аналогами и прототипом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2142540, кл. Е 04 В 1/38, бюлл. №34, 10.12.99.

2. Авторское свидетельство СССР №1738949, кл. Е 04 В 1/36, 07.06.92 (прототип).

3. ВНИИИС Госстроя СССР. Сер. 8. Строительные конструкции. Обзорная информация. Стыки железобетонных элементов каркасов многоэтажных зданий. Матков Н.Г. Обзор. М.: ВНИИИС, 1982, 95 с., илл. (рис.1е, с.2...4).