УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КОЛОНН С НАДКОЛОННОЙ ПЛИТОЙ ПЕРЕКРЫТИЯ БЕЗРИГЕЛЬНОГО КАРКАСА СООРУЖЕНИЯ
METHOD OF COLUMN CONNECTION WITH COLUMN SLAB OF JOINTLESS FRAME OF STRUCTURE

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям сборно-каркасных зданий и сооружений, и может быть использовано при сооружении жилищных. гражданских, промышленных зданий и сооружений с безригельными каркасами.
Безригельные каркасы в настоящее время являются альтернативой традиционным схемам строительства сборно-каркасных зданий и сооружений. Примером применения безригельных каркасов является строительная система безригельного каркаса сборно-каркасных зданий серии «КУБ-2,5», которая прошла согласование и получила одобрение Госстроя РФ. Министерства строительства, архитектуры и ЖКХ РФ. От традиционных сборно-каркасных систем строительная система «КУБ-2,5» отличается, прежде всего, отсутствием ригелей (роль которых выполняют плиты перекрытия), а также использованием колонн без выступающих частей.
Строительные системы безригельного каркаса в сравнении с традиционными схемами строительства сборно-каркасных зданий и сооружений имеют следующие преимущества:
- высокий уровень индустриализации - технология изготовления элементов зданий максимально переносит затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов;
- высокая производительность монтажа - используются простые соединения: «колонна-плита» и «плита-плита», то есть минимально возможное количество соединений, что способствует ускорению монтажа;
- сокращение количества сварочных работ:
- уменьшение расходов бетона в процессе монтажа:
- свобода архитектурных решений - междуэтажные перекрытия могут принимать самые разнообразные формы, позволяя тем самым решать архитектурные задачи по проектированию жилищных, общественных или промышленных зданий.
Пространственная жесткость и прочность безригельных каркасов обеспечивается монолитной связью его элементов - плит перекрытия и колонн. Главным узлом системы безригельного каркаса, с точки зрения прочности и жесткости каркаса, является узел соединения двух основных элементов - надколенной плиты перекрытия и колонн.
Конструкции безригельных каркасов зданий и сооружений широко описаны в патентной информации.
5
Так, по авторскому свидетельству СССР №1606629, МПК Е04В 5/43, дата подачи заявки 1988.06.27, известно безбалочное перекрытие, в котором узел соединения колонн со надколенной плитой перекрытия включает отверстие в надколенной плите, в котором размещается колонна. Указанное отверстие имеет обрамление в виде стальной обечайки. После установки колонны в отверстие узел соединения замоноличуют.
Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: узел соединения колонн со надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, содержащий колонны, надколенную плиту перекрытия, опирающуюся на колонны.
При указанной конструкции узла соединения колонн со надколенными плитами перекрытия жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающей нагрузке ограничены, поскольку опирание надколенной плиты перекрытия на колонну осуществляется лишь через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные сгибающие моменты и осевые нагрузки. Необходимость замоноличивания узла соединения колонн со надколенными плитами перекрытия увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.
5
По авторскому свидетельству СССР №1114749, МПК Е04В 1/18, E04B 1/38, дата подачи заявки 1982.05.04, известен безригельный каркас, содержащий колонны, плиты перекрытия и узлы соединения колонн с плитами перекрытия.
Узел соединения колонны и плиты перекрытия содержит колонну, выполненную по высоте с разрывом бетона на уровне перекрытия, и надколенную плиту перекрытия. выполненную с отверстием со скошенными торцами в нижней его части (для пропуска колонны) и обечайкой, жестко прикрепленной по периметру отверстия к рабочей арматуре плиты перекрытия и обеспеченной дополнительными стержнями (а), расположенными в нижней зоне плиты.
Кроме того, плита перекрытия имеет стержни (б), соединяющие рабочую арматуру плиты с дополнительными стержнями (а) обечайки. Торцы отверстия плиты перекрытия выполнены со скосом в верхней ее части с образованием треугольной призмы. Узел обеспечен плоскими трапециевидными элементами, соединяющими рабочую арматуру колонны с верхней частью обечайки двух смежных торцов отверстия плиты перекрытия.
Узел замоноличен бетоном.
Монтаж узла на строительной площадке проводят следующим образом.
После установки колонны в монтажное отверстие колонны устанавливают Т-образное приспособление, выполненное в виде трубы с балкой, на концах которой имеются резьбовые втулки под винты. После этого плиту поднимают краном, размещают на колонне и устанавливают на винты монтажных приспособлений. Перемещая винты, устанавливают плиту перекрытия в проектное положение. Дальше приваривают трапециевидные элементы до двух смежных сторон обечайки и к рабочей арматуре колонны в месте разрыва бетона.
Выполняют бетонирование полости узла. После замоноличивания стыка и достижения необходимой прочности бетона монтажное приспособление снимают.
Общими признаками аналога и заявляемого решения, что. являются: узел соединения колонн со надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, содержащего колонны, надколенную плиту перекрытия, которая опирается на колонны.
Как и в предыдущем аналоге, конструкция узла соединения колонн со надколенными плитами перекрытия ограничивает жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам по указанным выше причинам, а необходимость замоноличивания узла увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.
7
В качестве прототипа выбран узел соединения колонн со надколенной плитой перекрытия безригельного железобетонного каркаса здания по патенту Российской Федерации №2247812, МПК Е04В 1/18, E04B 5/43. дата подачи заявки 2001.04.03. владелец патента ООО «Научно-проектное общество «КУБ». г.Москва.
Узел соединения колонн со надколенной плитой перекрытия содержит надколонные плиты перекрытия с отверстиями и сборные по высоте колонны, проходящие сквозь отверстия в надколенных плитах перекрытия. В колоннах в местах монтажа надколенных плит обнажена продольная арматура. Узел соединения имеет следующие особенности:
- надколенная плита имеет вмонтированную в ее отверстие обечайку, прикрепленную к рабочей арматуре колонны;
- в местах пересечения колоннами надколенной плиты перекрытия колонны и надколонная плита перекрытия выполнены с обнаженными арматурными элементами, которые замоноличены бетоном:
- в местах стыка колонн со надколенной плитой обнаженная арматура верхней колонны выполнена в виде петлевого выпуска, а нижней - в виде арматурных стержней.
Узел соединения колонн со надколенной плитой перекрытия состоит из колонн, непосредственно на которые "надета" и опирается надколенная плита. Плита выполнена плоской, лишена ребер, капителей и других утолщений и опирается на колонны. Колонны выполнены постоянного сечения по высоте, лишенные каких-либо капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания надколенной плиты перекрытия. При соединении надколенной плиты с колонной и частей колонны одна с другой их стык замоноличуют бетоном.
Монтаж узла осуществляется в следующем порядке. Сначала выставляются в проектное положение колонны. Потом на них монтируют надколенные плиты. При монтаже применяют монтажные стойки. Стойки снимают только после того, как перекрытие этажа смонтировано, замоноличено бетоном и бетон набрал не менее 70% проектной прочности.
Установку надколенной плиты на колонну проводят посредством монтажного кондуктора, который предварительно устанавливают в отверстии, выполненное в колонне на уровне отметки низа плиты перекрытия. Установленная на проектную отметку надколонная плита прикрепляется к колонне посредством сварки обечайки с рабочей арматурой колонны, используя стальные посредники. Если на уровне установки надколенной плиты проводится стыковка верхней и нижней колонн, то петлевая арматура верхней колонны сваривается со стержнями нижней колонны. Потом узел стыка замоноличуют бетоном с тщательным уплотнением.
Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: узел соединения колонн со надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, содержащий колонны, надколенную плиту перекрытия, опирающуюся на колонны.
Конструкция узла соединения колонн со надколенными плитами перекрытия по прототипу не позволяет в полной мере реализовать потенциальные преимущества строительных систем безригельных каркасов по следующим причинам:
- при указанной конструкции узла соединения колонн со надколенными плитами перекрытия жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающей нагрузке ограничена. поскольку опирание надколенной плиты перекрытия на колонну осуществляется только через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные сгибающие моменты и осевые нагрузки;
- необходимость замоноличивания узла соединения колонн со надколенными плитами перекрытия увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке; кроме того, замоноличивание указанного узла как самого ответственного узла каркаса, требует высокой культуры производства и строгого контроля, что ограничено в условиях строительной площадки;
- возможность выполнения монтажных работ при минусовых температурах является проблематичной, поскольку необходим нагрев бетона в процессе замоноличивания узлов соединения колонн со надколенными плитами, что является технической проблемой.
В основу изобретения поставленная задача усовершенствования узла соединения колонн со надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, в котором за счет конструктивных особенностей выполнения обеспечивается повышение жесткости и характеристик прочности каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ, при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.
Поставленная задача решается тем, что в узле соединения колонн со надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, содержащего колонны, надколонную плиту перекрытия, опирающуюся на колонны, в соответствии с изобретением, узел соединения включает закладные детали, установленные на периферийных участках поперечного сечения колонн и соединенные с арматурой колонн, и вертикальные стержни, пропущенные через отверстия в надколенной плите перекрытия и соединенные с закладными деталями колонн.
Указанные признаки являются существенными признаками изобретения.
Колонны могут быть выполнены с прямоугольным, либо крестовидным, либо тавровым. либо угловым поперечным сечением.
Закладные детали можно выполнять в виде равнобоких уголков, установленных на периферийных участках колонны и утопленных своей вершиной в тело колонны.
Между надколенной плитой перекрытия и торцами колонн целесообразно нанести слой строительного раствора для устранения монтажных зазоров и обеспечения равномерности передачи нагрузок между элементами соединения.
Существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.
Так, отличительные признаки изобретения (узел соединения включает закладные детали, которые установлены на периферийных участках поперечного пересечения колонн и соединены с арматурой колонн, и вертикальные стержни, которые пропущены через отверстия в надколенной плите перекрытия и соединены с закладными деталями колонн) совместно с существенными признаками, общими с прототипом, обеспечивают повышение жесткости и характеристик прочности каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ, при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.
Объясняется это следующим.
Надколенная плита перекрытия опирается на поперечное сечение колонны, которое характеризуется значительным моментом инерции сечения, значительно повышает сопротивляемость узла соединения колонны со надколенной плитой перекрытия сгибающим моментам и продавливающим усилиям, что повышает характеристики прочности и жесткости каркаса.
Выполнение узла соединения колонны с надколенной плитой перекрытия в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения колонн, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколенной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн, обеспечивает надежное соединение колонн и надколенной плиты без замоноличивания узла соединения, что повышает производительность монтажа и снижает расход бетона в процессе монтажа.
Применение в каркасе в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен фигурных в поперечном пересечении колонн реализует возможность опирания плит перекрытия на торцы колонн с увеличенной площадью опирания без применения выступающих консольных элементов, как на колоннах, так и на плитах перекрытия.
Изготовление элементов каркаса максимально переносится в цеховые условия, тем самым значительно уменьшаются риски как природных, так и человеческих факторов на строительной площадке.
Все, что отмечено выше, обеспечивает возможность повышения характеристик прочности и жесткости каркаса, повышение производительности монтажных работ и снижения расхода материалов на строительной площадке.
Ниже приводится подробное описание заявляемого безригельного каркаса здания, сооружения со ссылками на чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, колонна с прямоугольным поперечным сечением.
Фиг.2 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, фигурная колонна с крестовидным поперечным сечением.
Фиг.3 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, фигурная колонна с тавровым поперечным сечением.
Фиг.4 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, фигурная колонна с угловым поперечным сечением.
Фиг.5 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, продольный разрез узла с колонной с прямоугольным поперечным сечением.
Фиг.6 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, сечение А-А на фиг.5.
Фиг.7 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, продольный разрез узла с колонной с крестовидным поперечным сечением.
Фиг.8 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, сечение Б-Б на фиг.7.
Фиг.9 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, продольный разрез узла с колонной с тавровым поперечным сечением.
Фиг.10 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, сечение В-В на фиг.9.
Фиг.11 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, продольный разрез узла с колонной с угловым поперечным сечением.
Фиг.12 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, сечение Г-Г на фиг.11.
Фиг.13 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, вид Д на фиг.5, 7, 9, 11.
Фиг.14 - Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, сечение Е-Е на фиг.5, 7, 9, 11.
Узел соединения колонн с надколенной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения содержит надколенную плиту перекрытия 1, колонны, которые могут быть выполнены с прямоугольным 2, либо крестовидным 3, либо тавровым 4, либо угловым 5 поперечным сечением. Надколенная плита перекрытия 1 опирается на колонну 2, либо на колонну 3, либо на колонну 4, либо на колонну 5 с соответствующим поперечным сечением. Между надколенной плитой перекрытия 1 и торцами колонн 2, 3, 4, 5 нанесены слои 6 строительного раствора (фиг.1-4). Как правило, колонны 5 с угловым поперечным сечением монтируют в углах сооружения, колонны 3, 4 соответственно с крестовидным и тавровым поперечным сечением монтируют в местах пересечения продольных и поперечных стен сооружения. Как правило, в каркасе сооружения используют разумное сочетание колонн с разными поперечными сечениями.
Узел соединения также включает закладные детали 7, которые установлены на периферийных участках 8 поперечного пересечения колонн 2, 3, 4, 5 и соединены с арматурой 9 колонн 2, 3, 4, 5, а также вертикальные стержни 10, которые пропущены через отверстия 11 в надколенной плите перекрытия 1 и соединены с закладными деталями 7 колонн 2, 3, 4, 5. Закладные детали 7 выполнены в виде равнобоких уголков 12, установленных на периферийных участках 8 колонн 2, 3, 4, 5 и утопленных своей вершиной в тело колонн 2, 3, 4, 5 (фиг.6-14).
Все указанные соединения закладных деталей 7 с арматурой 9 колонн 2, 3, 4, 5, вертикальных стержней 10 с закладными деталями 7 выполнены в виде сварных соединений 13.
Надколенная плита перекрытия 1 выполнена плоской, без ребер, капителей и других утолщений в зоне опирания на колонны 2, 3, 4, 5. Колонны 2, 3, 4, 5 выполнены постоянного пересечения по высоте, лишены любых капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания надколенной плиты перекрытия 1.
Конструктивные особенности узла соединения колонн 2, 3, 4, 5 с надколенной плитой перекрытия 1 показаны на фиг.5-12. На фиг.13-14 показаны соответствующие виды и сечения узла соединения.
Монтаж узла соединения колонн 2, 3, 4, 5 со надколенной плитой перекрытия 1 выполняют следующим образом.
Выставляют в проектное положение колонны 2, 3, 4, 5. Потом на них монтируют надколенные плиты 1. При этом в узле соединения между надколенной плитой перекрытия 1 и торцами колонн 2, 3, 4, 5 наносят слои 6 строительного раствора для исключения монтажных зазоров и обеспечения равномерности передачи нагрузок между конструктивными элементами соединения. Через отверстия 11 в надколенной плите 1 пропускают вертикальные стержни 10, которые приваривают сваркой 13 к закладным деталям 7, которые установлены на периферийных участках 8 поперечного пересечения колонн 2, 3, 4, 5. Количество сварочных работ минимально-сварочные работы выполняют только для приваривания вертикальных стержней 10 к закладным деталям 7. Замоноличивание узла соединения не требуется, чем повышается производительность монтажных работ и уменьшаются расходы бетона в процессе монтажа.
При монтаже плит перекрытия 1 используют временные монтажные стойки (для упрощения чертежей не показаны).
Все процедуры по монтажу носят стандартный характер, специальной подготовки монтажников не требуется.