СТЫК СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН
JOINT OF PRECAST COLUMNS

Изобретение относится к строительным конструкциям, состоящим из длинномерных несущих элементов, например колонн, балок, каркасов, включая их соединения.
Известен стык по типовым сериям ИИ-04 и 1.020-1/83 (ИИ-04-3, вып.1. Колонны связевого каркаса сечением 40×40 см для зданий с высотой этажа 2,4 м; 1.020-1/83. Вып.2…15. Колонны сечением 300×300 и 400×400 мм. Арматурные и закладные изделия. Рабочие чертежи), выполняемый ванной сваркой выпусков стержней продольной рабочей арматуры по четырем угловым подрезкам бетона у торцов колонн. После сварки выпусков подрезки и зазор между торцами колонн замоноличивают жестким мелкозернистым бетоном с помощью специальной прессирующей опалубки.
Недостатком данного стыка является то, что практически невозможно обеспечить соосность выпусков стержней продольной рабочей арматуры нижней и верхней колонн даже при соблюдении нормативных допусков на изготовление и монтаж конструкций, поэтому выпуски стержней продольной рабочей арматуры перед сваркой приходится изгибать после предварительного нагрева. Кроме того, такой стык трудно качественно забетонировать, так как прессующая опалубка не нашла широкого распространения и стыки зачастую бетонировались пластичным бетоном без соответствующего уплотнения, в результате образовывались щели и пустоты в бетоне стыка.
Известен контактный стык на цементно-песчаном растворе (В. Ишмуратов, А. Эпп. Опыт возведения многоэтажных зданий со сборными колоннами. Новый уральский строитель. - №01 (70), 2007. - С.42-44), в котором соосность колонн обеспечивается центрирующим стержнем на торце верхней колонны, который заводится в углубление на торце нижней колонны, при этом центрирующий стержень и углубление расположены по оси колонны.
Усилие с верхней колонны на нижнюю передается непосредственным контактом их торцов через выравнивающий слой из цементно-песчаного раствора как для бетонной части сечения, так и для стержней продольной рабочей арматуры. Передача усилия с торца на торец стержня продольной рабочей арматуры через слой цементно-песчаного раствора возможна благодаря высокой прочности последнего под штампами, причем прочность тонкого слоя раствора может достигать 1000 МПа и более, что превышает даже прочность арматуры.
Недостатком указанного стыка является необходимость высокой точности изготовления и монтажа колонн, не свойственной для строительных конструкций, которая возможна только с использованием специальных шаблонов, инструментов и оснастки с тем, чтобы торцы каждого из четырех (минимум) стержней продольной рабочей арматуры были соосны и работали как штампы. Кроме того, указанный стык предполагает колонны одинакового квадратного сечения и одинакового армирования, то есть не является универсальным.
Целью изобретения является упрощение изготовления и монтажа железобетонных колонн, повышение надежности стыка и обеспечение универсальности стыка сборных железобетонных колонн.
Указанная цель достигается формированием из стержней продольной рабочей арматуры пучков, расположенных по оси железобетонных колонн у их торцов, причем пучки контактируют торцами через слой цементно-песчаного раствора фиксированной толщины.
Сущность изобретения заключается в том, что стержни продольной рабочей арматуры нижней и верхней железобетонных колонн на определенном расстоянии от стыка плавно, без перегибов загибают в направлении к оси железобетонных колонн, в месте сгиба скрепляют их силовыми хомутами, а вблизи стыка из стержней продольной рабочей арматуры формируют пучки, которые располагают по оси железобетонных колонн, при этом требуемые форму и площадь поперечного сечения пучков получают путем установки в формируемый пучок дополнительных арматурных стержней и пластин, причем пучок стержней продольной рабочей арматуры верхней железобетонной колонны выступает ниже поверхности ее торца, а пучок стержней продольной рабочей арматуры нижней железобетонной колонны заканчивается в углублении, выполненном на торце последней, затем часть пучка стержней продольной рабочей арматуры верхней железобетонной колонны вводят в углубление на торце нижней железобетонной колонны, а необходимый зазор между пучками стержней продольной рабочей арматуры верхней и нижней железобетонных колонн фиксируют стальной прокладкой, установленной по оси железобетонных колонн, и заполняют цементно-песчаным раствором.
На фиг.1 представлена схема армирования нижней 1 и верхней 2 железобетонных колонн разного сечения в зоне стыка, на фиг.2, 3, 4, 5 - сечения железобетонных колонн в плоскостях А-А, Б-Б, В-В, Г-Г.
Железобетонные колонны армированы стержнями продольной рабочей арматуры 3, хомутами 4, 5 и сетками косвенного армирования 6. На определенном расстоянии от стыка торцов железобетонных колонн 1 и 2 стержни продольной рабочей арматуры 3 плавно, без перегибов загибают в направлении оси железобетонных колонн 1 и 2, а в месте сгиба их скрепляют силовыми хомутами 4. На остальных участках железобетонных колонн 1 и 2 используют обычные хомуты 5, в том числе для скрепления дополнительных стержней арматуры 10. Вблизи стыка торцов железобетонных колонн 1 и 2 стержни продольной рабочей арматуры 3 отгибают так, что они образуют прямолинейные пучки 13 и 14 по оси железобетонных колонн, в которых стержни продольной рабочей арматуры 3 скрепляют сваркой. Требуемые форму и площадь поперечного сечения пучков 13 и 14 получают путем установки дополнительных арматурных стержней 7 и пластин 8, расположенных вплотную к стержням продольной рабочей арматуры 3.
Пучки 13 и 14 изготавливают с припуском и после сборки и скрепления стержней продольной рабочей арматуры 3 сваркой избыток длины срезают, а торцы пучков 13 и 14 выравнивают.
Объединение стержней продольной рабочей арматуры в пучки, расположенные по оси у торцов железобетонных колонн, дает следующий эффект:
- пучки являются более надежными штампами, чем отдельные стержни, при этом изготовление пучков стержней арматуры возможно без специальных требований по точности, не свойственных строительным конструкциям;
- пучки менее чувствительны к неизбежным эксцентриситету и перекосу, чем отдельные стержни;
- пучки можно формировать в железобетонных колоннах разного сечения как по форме, так и по размерам, а также разного армирования как по количеству стержней продольной рабочей арматуры, так и по их профилю.
Все это обеспечивает простоту, надежность и универсальность стыка.
Пучок 14 верхней железобетонной колонны 2 выступает ниже ее торца на определенную длину, а пучок 13 нижней железобетонной колонны 1 на такую же длину заглублен в торце колонны 1. В торце нижней железобетонной колонны 1 над пучком выполнено углубление 15, в которое заводят конец пучка 14 верхней железобетонной колонны 2. Этим обеспечивается соосность пучков в отдельности и колонн в целом, а также фиксируется взаимное положение колонн в плане.
Необходимый зазор между торцами пучков 13 и 14 фиксируют прокладкой 9, установленной по оси железобетонных колонн на центральный арматурный стержень 7 пучка 13 нижней железобетонной колонны 1. Габариты прокладки 9 в плане не выходят за пределы габаритов центрального стержня 7 пучка 13. Толщина прокладки 9, а равно и зазора между торцами пучков 13 и 14, определяется условием свободного заполнения зазора цементно-песчаным раствором 16 и получения необходимой прочности раствора после твердения.
Необходимость выравнивающего цементно-песчаного раствора 16 между торцами пучков 13 и 14, сформированных из стержней продольной рабочей арматуры 3, обусловлена тем, что практически невозможно обеспечить непосредственный контакт торцов пучков 13 и 14 в силу неточностей изготовления и монтажа. То же относится к торцам железобетонных колонн в целом. Прочность тонкого слоя цементно-песчаного раствора 16 на сжатие достаточна с избытком для передачи усилия с пучка 14 верхней железобетонной колонны 2 на пучок 13 нижней железобетонной колонны 1, то есть торцы пучков 13 и 14 являются своеобразными штампами, между которыми зажат тонкий слой цементно-песчаного раствора 16.
Возможность использования тонкого слоя цементно-песчаного раствора 16 для передачи сжимающего усилия с торца на торец даже отдельных арматурных стержней, то есть не объединенных в пучки, подтверждена экспериментальными испытаниями фрагментов железобетонных колонн с натурным поперечным сечением. Этот эффект использован на стыках железобетонных колонн ряда объектов, построенных в г.Екатеринбурге (В.Ишмуратов, А.Эпп. Опыт возведения многоэтажных зданий со сборными колоннами. Новый уральский строитель. №01 (70), 2007 г. - С.42-44).
При монтаже верхнюю железобетонную колонну 2 устанавливают «насухо». При этом выступающий конец пучка 14 верхней железобетонной колонны 2 заводят в углубление 15 нижней железобетонной колонны 1. Пучки 14 и 13 верхней 2 и нижней 1 железобетонных колонн контактируют друг с другом через центральную прокладку 9, то есть верхняя колонна 2 на период монтажа имеет точечную опору, что облегчает ее выверку. Верхнюю железобетонную колонну 2 выверяют и закрепляют в нижней железобетонной колонне 1 стандартным кондуктором, после чего устанавливают съемную опалубку 11, а щели и зазоры стыка инъецируют под давлением цементно-песчаным раствором 16 через каналы 12 на конце верхней железобетонной колонны 2.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На фиг.6 приведена расчетная схема стыка.
sмакс
bмакс
Продольное усилие N действует на стык с эксцентриситетом е, который может быть случайным, фактическим или суммарным. Эксцентричное приложение продольной силы на стык создает трапециевидную эпюру напряжений отпора, то есть сжатия, на торцах верхней железобетонной колонны 2 и пучке 14. Обратное направление напряжения, то есть растяжения, в стыке возможно, но нежелательно. Это значит, что стык относится к категории «маломоментных». Напряжения на торце пучка 14, сформированного из стержней продольной рабочей арматуры 3, будут больше напряжений в бетоне на торце колонны 2 с соотношением, равным соотношению модулей упругости арматуры и бетона. Максимальные напряжения в пучках 13 и 14, сформированных из стержней продольной рабочей арматуры 3, σ и в бетоне σ не должны превышать расчетного сопротивления сжатию арматуры и бетона соответственно.
Поперечная сила Q в стыке с избытком воспринимается силами трения на торцах пучков 13 и 14, сформированных из стержней продольной рабочей арматуры 3, силами сцепления на торцах бетонной части сечения железобетонных колонн 1 и 2 и стенками углубления 15 на нижней железобетонной колонне 1.
В месте первого загиба стержней продольной рабочей арматуры 3, то есть на определенном расстоянии от стыка, возникает распор, направленный от оси колонны наружу, который воспринимается силовыми хомутами 4. В месте второго загиба стержней продольной рабочей арматуры 3, то есть вблизи стыка, распор направлен к оси железобетонной колонны внутрь и погашается в пучке.
Таким образом, предлагаемое устройство не требует высокой точности, не свойственной строительным конструкциям, при изготовлении и монтаже железобетонных колонн, так как должны совпадать не торцы отдельных стержней продольной рабочей арматуры, а торцы пучков, сформированных из стержней продольной рабочей арматуры. Надежность стыка сборных железобетонных колонн обеспечивается пучками, сформированными из стержней продольной рабочей арматуры, контактирующими торцами через тонкий слой цементно-песчаного раствора, силами сцепления на бетонных частях торцов колонн, углублением на торце нижней железобетонной колонны, а универсальность стыка сборных железобетонных колонн обусловлена возможностью применения его для соединения железобетонных колонн разных сечений как по форме, так и по размерам, а также разного армирования как по количеству, так и по сечению стержней продольной рабочей арматуры.