ТРУБОБЕТОННАЯ КОЛОННА

Область техники.
Полезная модель относится к области строительства, в частности, к конструкции трубобетонной колонны. Предлагаемое техническое решение является частью технологии «Домостроительный конструктор», разработанной Азиковым Ю.В. для возведения сейсмостойких жилых домов с трубобетонным рамно-сочлененным каркасом в теле панелей из беспесчаного крупнопористого керамзитобетона.
Термины, используемые в заявке.
Трубобетонная колонна - конструкция, включающая наружную оболочку в виде стальной трубы и внутреннее бетонное ядро.
Оголовок - опорная часть колонны.
Бетонное ядро - бетонная часть трубобетонной колонны.
Уровень техники.
Американский инженер Джон Лалли (John Lally) в начале XX века первым предложил использовать для изготовления несущих колонн зданий металлические трубы, заполненные бетоном.
Так, из уровня техники известна конструкция трубобетонной колонны, предложенная Джоном Лалли, см. патент US 1547175 A, МПК Е04С 3/30, публ. 28.07.1925 г., включающая трубу круглого поперечного сечения с бетонным ядром внутри и стальной оголовок, в состав последнего входят кольцо и опорная пластина, соединенные сваркой.
Недостатком конструкции трубобетонной колонны, известной из патента US 1547175 А, является передача нагрузки от перекрытий только на стенки трубы, в то время как бетонное ядро взаимодействует с перекрытием только опосредовано.
Другим недостатком конструкции трубобетонной колонны, известной из патента US 1547175 A, является отсутствие средств крепления оголовка к трубе, что отрицательно сказывается на монолитности конструкции.
Следует заметить, что проблема обеспечения совместной работы бетонного ядра и внешней стальной оболочки при эксплуатационных нагрузках остается актуальной для конструкций трубобетонных колонн.
Из уровня техники известна конструкция трубобетонной колонны, см. заявку Китая CN 109235778 A, МПК Е04С 3/34, публ. 18.01.2019 г. Конструкция трубобетонной колонны включает внешнюю и внутреннюю трубы круглого поперечного сечения, стальные пластины, расположенные вдоль геометрической оси колонны и неразъемно соединяющие трубы, а также бетонное ядро, заполняющее пространство между трубами и пластинами.
Стальные пластины в приведенной выше конструкции выполняют две функции -центрируют внутреннюю трубу и улучшают совместную работу бетонного ядра и внешней стальной оболочки при эксплуатационных нагрузках.
Недостатками указанной выше конструкции являются:
- сложность конструкции, обусловленная необходимостью использования для производства колонны труб нескольких диаметров;
- использование протяженных соединительных пластин;
- отсутствие средств разъемного соединения колонны с элементами каркаса здания.
За ближайший аналог заявляемой полезной модели взята конструкция трубобетонной колонны, известная из патента US 8826629 B1, МПК Е04С 3/00, публ. 09.09.2014 г.
Конструкция ближайшего аналога включает:
- внешнюю стальную трубу круглого поперечного сечения;
- бетонное ядро;
- цилиндрическую выемку в бетонном ядре;
- анкерный болт, один конец стержня которого заглублен в бетон, а второй выступает из дна указанной выше цилиндрической выемки;
- оголовок, выполненный в виде стальной пластины с крепежными отверстиями, снабженной приварной гайкой.
Недостатками указанной выше конструкции являются:
- использование анкерного болта, резьба вступающего участка которого может повреждаться в процессе транспортировки колонны и при выполнении монтажных работ;
- недостаточно прочная связь анкерного болта с бетонным ядром и стальной трубой;
- необходимость вращения оголовка для его фиксирования на колонне;
- проблемы с ориентированием оголовка с крепежными отверстиями.
Раскрытие сущности полезной модели.
Задача, на достижение которой направлено заявленное устройство, заключается в создании трубобетонной колонны трубобетонного рамно-сочлененного каркаса сейсмостойкого жилого дома, характеризующейся пониженной трудоемкостью сборки колонны, пониженной трудоемкостью возведения трубобетонного каркаса здания и улучшенной совместной работой бетонного ядра и стальной трубы при эксплуатационных нагрузках.
Технические результаты, на достижение которых направлена полезная модель, заключаются:
- в повышении монолитности конструкции колонны;
- в улучшении совместной работы бетонного ядра и стальной трубы при эксплуатационных нагрузках;
- в снижении трудоемкости сборки колонны;
- в снижении трудоемкости возведения трубобетонного каркаса здания.
Указанные технические результаты достигаются в конструкции трубобетонной колонны, включающей основание, стальную трубу круглого поперечного сечения, бетонное ядро, расположенное внутри трубы, резьбовой крепежный элемент, соединенный с бетонным ядром, оголовок колонны, выполненный из стали, с кольцом, внутренний диаметр которого превышает внешний диаметр трубы колонны, и опорной пластиной, присоединенной к кольцу сваркой и прижатой к торцу колонны с помощью резьбового соединения, включающего указанный выше резьбовой крепежный элемент.
Технические результаты достигаются тем, что резьбовой крепежный элемент выполнен в виде гайки с удлиненным корпусом, корпус гайки снабжен соединительными пластинами, соединительные пластины присоединены сваркой первыми концами к корпусу гайки, а вторыми концами к внутренней поверхности стальной трубы колонны, при этом корпус гайки и соединительные пластины погружены в бетонное ядро колонны.
При этом колонна может быть снабжена стальной арматурой, приваренной к соединительным пластинам.
При этом оголовок может быть снабжен проушинами для присоединения балок каркаса, присоединенными сваркой к кольцу оголовка колонны.
3
При этом в качестве бетона может быть использован керамзитобетон с плотностью 1200 кг/м.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель поясняется следующими изображениями.
На Фиг. 1 изображена трубобетонная колонна - ближайший аналог;
На Фиг. 2 изображена трубобетонная колонна без оголовка;
На Фиг. 3 изображена гайка в сборе с соединительными пластинами;
На Фиг. 4 изображена гайка в сборе с соединительными пластинами и арматурой;
На Фиг. 5 изображен стальной каркас трубобетонной колонны в разрезе;
На Фиг. 6 изображен оголовок трубобетонной колонны;
На Фиг. 7 изображен оголовок балки, выполненной по технологии трубобетона;
На Фиг. 8 изображен узел каркаса, состоящий из трубобетонной колонны и двух балок;
На Фиг. 9 изображена часть трубобетонного рамно-сочлененного каркаса здания.
На Фиг. 10 представлена 3D-визуализация проекта дома с трубобетонной рамно-сочлененным каркасом в теле панелей из беспесчаного крупнопористого керамзитобетона.
На Фиг. 11 изображена часть конструкции дома, включающая трубобетонный рамно-сочлененный каркас в теле панелей из беспесчаного крупнопористого керамзитобетона.
Позициями на изображениях трубобетонной колонны обозначены:
1 - трубобетонная колонна; 2 - стальная труба; 3 - пластина основания;
4 - гайка; 5 - соединительная пластина;
6 - армирующие стержни; 7 - кольцо оголовка; 8 - опорная пластина оголовка;
9 - проушина; 10 - ухо; 11,12- балка; 13 - угловая балка.
Осуществление полезной модели.
Предлагаемая полезная модель может быть реализована следующим образом. Изготавливают стальные гайки 4 с удлиненным корпусом.
Приваривают к внешней поверхности корпуса каждой гайки 4 соединительные пластины 5, как показано на Фиг. 3.
Для дальнейшего повышения монолитности конструкции колонны и улучшения совместной работы бетонного ядра и стальной трубы при эксплуатационных нагрузках колонна может быть снабжена стальной арматурой, приваренной к соединительным пластинам (см. Фиг. 4).
Устанавливают со стороны первого торца стальной трубы гайку 4 в сборе с соединительными пластинами 5 внутрь стальной трубы 2 и приваривают периферические концы соединительных пластин 5 к внутренней поверхности стальной трубы 2.
Устанавливают вторую гайку 4 со стороны второго торца стальной трубы 2 и приваривают периферические концы соединительных пластин 5 к внутренней поверхности стальной трубы 2.
Стальной каркас трубобетонной колонны готов к заполнению бетонным ядром, см. Фиг. 5.
Изготавливают основание трубобетонной колонны.
В простейшем случае основание 3 (см. Фиг. 2) может быть выполнено в форме стальной пластины 3, в которой выполняют монтажные отверстия и центральное отверстие для осуществления прижатия основания к торцу колонны с помощью резьбового соединения, включающего гайку 4 и болт.
Основание также можно выполнить в виде стального кольца, внутренний диаметр которого превышает внешний диаметр стальной трубы 2, и стальной пластины, присоединенной к торцу кольца сваркой. В указанной выше пластине при этом также выполняют монтажные отверстия и центральное отверстие для осуществления прижатия основания к торцу колонны с помощью резьбового соединения, включающего гайку 4 и болт.
Изготавливают стальной оголовок трубобетонной колонны. Как и оголовок, известный из патента US 1547175 А, он включает кольцо 7 и опорную пластину 8. При этом для наилучшей реализации конструкции необходимо приварить к кольцу 7 проушины 9 (см. Фиг. 6) для присоединения балок каркаса здания (см. Фиг. 8, 9).
Присоединяют основание 3 к каркасу трубобетонной колонны с помощью резьбового соединения болт-гайка 4.
Резьбовое отверстие гайки 4, предназначенное для присоединения оголовка, защищают от попадания внутрь бетона. Например, вворачивают в отверстие болт.
Внутрь каркаса трубобетонной колонны (или балки) закачивают бетон.
Бетон в стальной каркас можно закачивать как на предприятии-изготовителе колонн, так и непосредственно на строящемся объекте.
После застывания бетонного ядра на колонну устанавливают оголовок.
Ориентируют оголовок относительно основания колонны и фиксируют его на колонне с помощью резьбового соединения болт-гайка 4.
Предлагаемая конструкция трубобетонной колонны пригодна и для использования в качестве балки. При этом для изготовления балки 11, 12, 13, выполняют оголовки в соответствии с Фиг. 7. Оголовок балки, помимо стального кольца 7 и опорной пластины 8, включает ухо 10, которое присоединяют сваркой к поверхности опорной пластины.
При этом необходимо обеспечить доступ к центральному отверстию опорной пластины 8 для возможности прижатия оголовка к торцу балки с помощью резьбового соединения болт-гайка 4. Например, в части уха 10, прилегающей к поверхности опорной пластины 8, выполнить напротив центрального отверстия выемку под болт, как это показано на Фиг. 7.
Конструктивное решение узлов сопряжения трубобетонного рамно-сочлененного каркаса (см. Фиг. 9) обеспечивает эффективную передачу вертикальных нагрузок (от перекрытия или покрытия) на стальную трубу и бетонное ядро трубобетонной колонны.
Предлагаемое техническое решение было реализовано на практике и испытано.
Колонны были выполнены из металлической трубы диаметром 159 мм с толщиной стенки 4 мм.
3
В качестве бетона для снижения массы изделия при сохранении требуемой прочности был использован керамзитобетон с плотностью 1200 кг/м.
Испытания трубобетонных колонн в составе трубобетонного рамно-сочлененного каркаса сейсмостойкого жилого дома, выполненных в соответствии с заявленной полезной моделью, подтвердили промышленную применимость полезной модели и ее соответствие заявленным техническим результатам.
Повышение монолитности конструкции колонны достигается:
- выполнением резьбового крепежного элемента в виде гайки с удлиненным корпусом, снабженным соединительными пластинами, которые присоединены сваркой к корпусу гайки и к внутренней поверхности стальной трубы колонны;
- погружением корпуса гайки с соединительными пластинами в бетонное ядро колонны;
- оснащением колонны стальной арматурой, приваренной к соединительным пластинам.
Улучшение совместной работы бетонного ядра и стальной трубы при эксплуатационных нагрузках достигается распределением нагрузки как на бетонное ядро, так и на стальную трубу колонны.
Снижение трудоемкости сборки колонны достигается за счет оптимизации конструкции колонны и использования резьбового крепежного элемента в виде гайки с удлиненным корпусом, снабженным соединительными пластинами, которые присоединены сваркой к корпусу гайки и к внутренней поверхности стальной трубы колонны.
3
Снижение трудоемкости возведения трубобетонного каркаса здания достигается за счет применения резьбовых соединений, включающих резьбовой крепежный элемент в виде гайки с удлиненным корпусом, конструкции оголовков и применения в качестве бетона использован керамзитобетон с плотностью 1200 кг/м.
Трубобетонный рамно-сочлененный каркас в сочетании со стеновыми панелями из беспесчаного крупнопористого керамзитобетона позволяет осуществлять строительство зданий на площадках с сейсмичностью 8 баллов (см. Фиг. 10).
Для обеспечения совместной работы трубобетонного рамно-сочлененного каркаса и стеновой панели в панели предусмотрены отверстия и выемки. В частности, для монтажа трубобетонной колонны в панели (см. Фиг. 11) предусмотрено сквозное технологическое отверстие. В верхнем торце плиты предусмотрена технологическая выемка (не показана), в которой располагаются горизонтальные балки трубобетонного-рамно-сочлененного каркаса, а также узловые соединения. После монтажа горизонтальных связей выемка заполняется бетоном вместе с плитой перекрытия.
Проведенные патентные исследования подтвердили соответствие заявленного технического решения трубобетонной колонны условиям патентоспособности полезной модели.