Узел сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий
UNIT FOR JOINTING PIPE-CONCRETE COLUMNS WITH TIE BEAMS

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно, к каркасам зданий с трубобетонными колоннами и металлическими балками перекрытий.
Известно стыковое соединение безбалочного железобетонного перекрытия с колонной, содержащее колонну с бетонным ядром, плиту перекрытия с арматурными каркасами, между которыми в плоскости плиты установлена стальная капитель, состоящая из соединенных между собой профильных элементов, причем последние в плоскости плиты перекрытия попарно размещены с противоположных сторон колонны соосно друг другу и уперты в нее торцевой поверхностью (RU 71999, Е04В 5/43, 29.11.2007 г. ).
Недостатком такого технического решения является низкая несущая способность вследствие ослабления стенки колонны в месте образования отверстий для стержневых элементов, а также неравномерного распределения опорного давления непосредственно от перекрытия на бетонное ядро колонны.
Известна трубчатая строительная конструкция, включающая соосно сопряженные стальные трубы с бетонным сердечником внутри, соединенные между собой и с горизонтальными несущими балками узловым соединительным элементом. При этом узловой соединительный элемент выполнен в виде трех соединенных основаниями цилиндров, горизонтальные балки введены внутрь среднего цилиндра, а концы балок снабжены перфорацией или резьбой для соединения концов балок стальными элементами (RU 2241100, Е04С 3/34, 18.06.2003 г. ).
Недостатком такого технического решения является его недостаточно высокая несущая способность в результате того, что давление от балок перекрытий передается только на стальную трубу, а не на бетонное ядро колонны, поэтому под воздействием нагрузки стальная труба оказывается перегруженной, а бетонное ядро недогруженным, что ведет к неравномерности распределения давления от перекрытия на бетонное ядро колонны. Кроме того, отверстия узлового соединительного элемента, выполненные в среднем цилиндре и предназначенные для размещения балок перекрытия, являются концентраторами напряжений, возникающих в стальной оболочке соединительного элемента, что также снижает несущую способность конструкции.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является узел сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий, включающий соосно сопряженные стальные трубы с бетонным сердечником внутри, которые соединены между собой и с горизонтальными несущими балками узловым соединительным элементом, который выполнен в виде замкнутого полого элемента по форме внутренней полости сопрягаемых стальных труб и имеет сквозное осевое отверстие, при этом на наружной поверхности замкнутого полого элемента в местах сопряжения с балками перекрытия выполнены опорные столики, которые размещены с противоположных сторон замкнутого полого элемента попарно и соосно друг другу (RU 95691, Е04В 1/38, Е04В 1/20, 09.03.2010 г. ).
Недостатком такого технического решения является низкая несущая способность узла сопряжения колонн, вызванная ограниченной длиной сварных швов по периметру труб, а также неравномерным загружением бетонного сердечника узловым соединительным элементом, при котором центральная часть сердечника остается недогруженной.
Задача изобретения - повышение несущей способности узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий.
Технический результат достигается тем, что узел сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий, включающий соосно сопряженные стальные трубы с бетонным заполнением внутри, которые соединены между собой и с балками перекрытия узловым соединительным элементом, при этом в местах сопряжения колонн с балками перекрытия расположены опорные столики, которые размещены с противоположных сторон колонн попарно и соосно друг другу, стальные трубы имеют вертикальные прорези в местах примыкания балок перекрытий, узловой соединительный элемент выполнен в виде сердечника с вертикальными фасонками, расположен с прорезях стальных труб и жестко прикреплен к ним, внутри бетонного заполнения расположен предварительно напряженный стержень, соединенный с узловым соединительным элементом, а опорные столики прикреплены к стальным трубам.
Узел сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий может включать стальные трубы прямоугольной формы.
Узел сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий, в котором стальные трубы дополнительно жестко соединены между собой.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- фиг. 1 - общий вид узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий;
- фиг. 2 - поперечное сечение 1-1;
- фиг. 3 - поперечное сечение 2-2;
- фиг. 4 - поперечное сечение 3-3;
- фиг. 5 - поперечное сечение 4-4;
- фиг. 6 - первый этап изготовления узла;
- фиг. 7 - второй этап изготовления узла;
- фиг. 8 - третий этап изготовления узла;
- фиг. 9 - четвертый этап изготовления узла;
- фиг. 10 - пятый этап изготовления узла;
- фиг. 11 - шестой этап изготовления узла.
Узел сопряжения трубобетонных колонн 1 с балками перекрытий 2 включает соосно сопряженные стальные трубы 3 круглого или прямоугольного профиля с бетонным заполнением 4 внутри, которые соединены между собой и с балками перекрытия 2 узловым соединительным элементом 5 (фиг. 1, 2 ,3, 4, 5). В местах сопряжения колонн 1 с балками перекрытия 2 расположены опорные столики 6, которые размещены с противоположных сторон колонн 1 попарно и соосно друг другу и прикреплены к стальным трубам 3. Стальные трубы 3 имеют вертикальные прорези 7 в местах примыкания балок перекрытий 2. Узловой соединительный элемент 5 состоит из сердечника 8 с вертикальными фасонками 9, толщина которых соответствует ширине прорезей 7 в стальных трубах 3. Сердечник 8 выполнен из стальной трубы 10 круглого профиля, по торцам которой расположены фланцы 11 с отверстиями 12. Внутри бетонного заполнения 4 колонн 1 расположен предварительно напряженный стержень 13, соединенный с сердечником 8 узлового соединительного элемента 5 при помощи натяжного устройства 14, примыкающего к фланцу 11 через отверстие 12. Предварительно напряженный стержень 13 может быть выполнен из высокопрочной стержневой арматуры, стыкуемой по длине колонн 1 соединительными элементами 15, например, резьбовыми муфтами. Фасонки 9 узлового соединительного элемента 5 прикрепляются к стальной трубе 3 колонн 1 сварными швами 16. Торцевые поверхности стальных труб 3 колонн 1 могут быть жестко соединены сварными швами 16.
Изготовление узла сопряжения трубобетонных колонн 1 с балками перекрытий 2 включает следующие этапы:
- установка стальной трубы 3 колонны 1 нижнего этажа в проектное положение с опорными столиками 6, предварительно напряженным стержнем 13 и подача бетонного заполнения 4 вовнутрь стальной трубы 3 (фиг. 6);
- установка узлового соединительного элемента 5 фасонками 9 в прорези 7 стальной трубы 3 колонны 1 на предварительно напряженный стержень 13 через отверстия 12 во фланцах 11 сердечника 8 (фиг. 7);
- натяжение предварительно напряженного стержня 13 натяжным устройством 14 с закреплением его на фланце 11 сердечника 8 после набора прочности бетонного заполнения 4 (фиг. 8);
- прикрепление фасонок 9 узлового соединительного элемента 5 к стальной трубе 3 колонны 1 при помощи сварных швов 16 (фиг. 9);
- установка балок перекрытия 2 с закреплением их к опорным столикам 6, фасонкам 9 узлового соединительного элемента 5 и наращивание предварительно напряженного стержня 13 по высоте колонны 1 с использованием соединительных элементов 15 (фиг. 10);
- наращивание колонны 1 стальной трубой 3 с подачей бетонной заполнения 4 и объединения элементов сварными швами 16 (фиг. 11).
Сердечник 8 узлового соединительного элемента 5 располагается по оси колонн 1, передает нагрузку на центральную малонагруженную часть бетонного заполнения 4, тем самым равномерно распределяя давление по сечению колонны 1 и повышая несущую способность узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий.
Вертикальные фасонки 9 узлового соединительного элемента 5 прикрепляются к стальным трубам 3 колонн 1 угловыми сварными швами, тем самым распределяя давление балок перекрытий 2 на колонны 1 по высоте узла и повышая несущую способность узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий.
Предварительно напряженный стержень 13 после его натяжения создает обжатие бетонного заполнения 4, распор стальной трубы 3, что приводит более эффективному загружению сечения колонны 1 и к повышению несущей способности узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий.
Предварительно напряженный стержень 13, выполненный из высокопрочной арматуры и соединенный с узловым соединительным элементом 5, имеет рифленую поверхность, обеспечивает эффективную передачу усилий на бетонное заполнение 4 колонны 1, что приводит к повышению несущей способности узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий.
Несущая способность узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий обеспечивается подбором класса бетона, марки стали, размеров поперечного сечения элементов, величины натяжения предварительно напряженного стержня и параметров сварных швов.
Применение предлагаемого технического решения позволит повысить несущую способность узла сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий.