ДЛИННОМЕРНЫЙ СТАЛЕБЕТОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
LONG-LENGTH STEEL CONCRETE ELEMENT

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для изготовления несущих и ненесущих элементов строительных конструкций, преимущественно стержневых (колонн, пилонов, балок, раскосов ферм и.т.п.).
Известен сталебетонный элемент в виде колонны, содержащий бетонное ядро, установленные в нем четыре прокатных профиля в виде уголков и четыре вертикальных арматурных стержня, причем арматурные стержни расположены ближе к наружному краю бетонного ядра, чем прокатные профили (Руководство по проектированию железобетонных конструкций с жесткой арматурой. А.П. Васильев, Н.И. Катин, Н.А. Егоров и др. Научно-исследовательский институт бетона и железобетона Госстроя СССР (НИИЖБ), Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных здании и сооружений Госстроя СССР (ЦНИИПРОМЗДАНИЙ. Стройиздат, 1978 (схема сталебетонного элемента приведена на рис. 15)).
Недостатками известного аналога являются: во-первых, низкая несущая способность колонны на восприятие изгибающего момента из-за того, что стальные профили расположены близко к центру сечения колонны, во-вторых, низкая надежность из-за того, что между уголками колонны и бетоном при значительных нагрузках возможно преодоление сил трения между уголком и бетоном, в результате чего нарушается совместная работа уголковых профилей и бетона колонны.
Известен сталебетонный элемент в виде колонны, включающий бетонное ядро, ограниченное прокатными профилями, к которым посредством соединительных элементов прикреплены профилированные листы, с поперечными гофрами, а соединительные элементы выполнены уголкового профиля и прикреплены к прокатным профилям, при этом профилированные листы прикреплены к полкам уголкового профиля с наружной стороны (Патент РФ №2122083 C1, дата приоритета 28.05.1997, дата публикации 20.11.1998, авторы: Чихладзе Э.Д., UA, Колчунов В.И., RU и Адамян И.Р., RU).
Недостатками этого известного аналога являются высокие трудозатраты и низкая несущая способность узла крепления профлиста к прокатным профилям, а также значительные габаритные размеры колонны из-за выступающих за плоскость колонны гофр профлиста.
В качестве прототипа принят сталебетонный элемент в виде усиленной колонны, снабженной охватывающей ее металлической обоймой усиления из вертикальных элементов уголкового профиля с отверстиями в полках и поперечных соединительных планок, причем обойма усиления связана с колонной для обеспечения совместной работы с помощью соединительных бетонных шпонок, расположенных в отверстиях обоймы усиления и в отверстиях, соосно выполненных в колонне, при этом отверстия в полках элементов обоймы усиления расположены рядами с одинаковым шагом и выполнены с возможностью образования соединительных шпонок заполнителем при бетонировании отверстий или при осуществлении обжатия перфорированных элементов металлической обоймы с помощью струбцин (Патент РФ №2593611 C1, дата приоритета 18.06.2015, дата публикации 2016, авторы: Юрченко А.А. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются:
- во-первых, ограниченная область применения - выполнение усиленных колонн;
- во-вторых, трудность изготовления, обусловленная необходимостью временного крепления на углах вертикально установленной колонны слоя мелкозернистой бетонной смеси перед установкой стальных элементов, а также необходимостью просверливания отверстий в колонне.
Задачей изобретения является расширение области использования сталебетонного элемента в качестве длинномерных несущих и ненесущих элементов, а также уменьшение трудоемкости изготовления за счет возможности монолитного формирования длинномерного сталебетонного элемента, осуществляемого одновременным формированием бетонного элемента с элементами стального проката с отверстиями.
Для решения поставленной задачи длинномерный сталебетонный элемент, включающий бетонный элемент с охватывающей его обоймой усиления из стальных прокатных профилей с отверстиями в полках, расположенными рядами с одинаковым шагом, и соединительных поперечных элементов, причем обойма усиления связана с бетонным элементом для совместной работы с помощью бетонных шпонок, расположенных в отверстиях прокатных профилей, согласно изобретению он выполнен с возможностью увеличения длины, изменения формы по длине и положения в пространстве, при этом бетонный элемент и элементы обоймы усиления связаны монолитно, а отверстия в прокатных профилях выполнены с возможностью заполнения их бетоном, формирующим бетонный элемент и одновременно шпонки, причем в качестве прокатных профилей использованы или уголковые профили, или швеллеры, а в качестве соединительных поперечных элементов использованы или планки, или арматурные стержни.
Согласно изобретению отверстия в прокатных профилях выполнены или круглыми, или овальными, или прямоугольными, или квадратными, или конической формы, а также отверстия могут быть сквозные или несквозные.
Согласно изобретению отверстия в одной полке или стенке прокатных профилей смещены на половину шага по отношению к отверстиям в смежной полке или стенке.
Согласно изобретению отверстия в каждой полке или стенке прокатных профилей выполнены двумя или более рядами.
Согласно изобретению отверстия крайнего ряда в каждой полке прокатных профилей выполнены большей величины по отношению к отверстиям промежуточного ряда.
Согласно изобретению отверстия одного ряда в каждой полке прокатных профилей смещены на половину шага по отношению к отверстиям другого ряда.
Согласно изобретению поперечные планки, соединяющие прокатные профили, снабжены отверстиями под шпонки и соединены встык с полками профилей.
Согласно изобретению внутренние поверхности прокатных профилей, контактирующие с бетонным элементом, выполнены с возможностью увеличения коэффициента трения.
Согласно изобретению бетонный элемент выполнен из безусадочной мелкозернистой бетонной смеси.
Согласно изобретению бетонный элемент выполнен из самонапрягаемого мелкозернистого бетона.
Согласно изобретению элемент содержит состыкованные по длине прокатные профили.
Согласно изобретению стыковое соединение уголковых прокатных профилей содержит закрепленный посредством сварки с внутренней стороны профилей накладной арматурный стержень, площадь сечения которого с учетом прочностных характеристик стали эквивалентна площади сечения уголка.
Согласно изобретению стыковое соединение уголковых прокатных профилей содержит закрепленную с внутренней или с внешней стороны профилей посредством сварки или болтовых соединений накладку в виде уголка с большими или меньшими размерами полок.
Согласно изобретению стыковое соединение прокатных профилей в виде швеллеров содержит два накладных арматурных стержня, прикрепленных сваркой с внутренней стороны швеллера по месту контакта полок и стенки, площадь сечения которых с учетом прочностных характеристик стали эквивалентна площади сечения швеллера.
Согласно изобретению длинномерный сталебетонный элемент дополнительно снабжен торцевыми стальными пластинами, прикрепленными к прокатным профилям на концах посредством сварки, при этом прокатные профили для возможности осуществления стыковки могут иметь выступающие за плоскость торцевых пластин концы.
Согласно изобретению поперечные соединительные арматурные стержни закреплены посредством сварки на внутренней поверхности полок прокатных профилей в промежутке между отверстиями с требуемым шагом.
Согласно изобретению длинномерный сталебетонный элемент может быть выполнен в виде сплошного или полого элемента цилиндрической или коробчатой формы.
Согласно изобретению прокатные профили и соединенные с ними встык поперечные планки, охватывающие бетонный элемент, использованы в качестве элементов несъемной опалубки бетонного элемента.
Согласно изобретению длинномерный сталебетонный элемент, выполненный на два или большее количество этажей, содержит разрывы в бетонном элементе, устраиваемые с возможностью размещения арматуры и осуществления замоноличивания при монтаже монолитного перекрытия.
Согласно изобретению бетонный элемент в местах прохождения предполагаемого перекрытия может иметь измененную форму, в частности форму усеченной пирамиды.
Согласно изобретению в местах устройства разрывов (проемов) бетонный элемент содержит закладки из малопрочного материала, выполненные с возможностью их извлечения из тела сталебетонного элемента или разрушения перед монтажом монолитного перекрытия.
Согласно изобретению в местах устройства разрывов (проемов) бетонный элемент содержит закладки инвентарных объемных элементов, имеющие приспособление для их легкого извлечения.
На фиг. 1 схематично изображен длинномерный сталебетонный элемент с отверстиями круглой формы в полках уголковых прокатных профилей, соединенных поперечными арматурными стержнями, общий вид; на фиг. 2 - то же, в варианте с соединительными поперечными планками; на фиг. 3 схематично изображен уголковый профиль с двумя рядами круглых сквозных отверстий в полке; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 схематично изображен уголковый профиль с двумя рядами сквозных отверстий в каждой полке, выполненных разных размеров и расположенных в разных уровнях; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 схематично изображен длинномерный сталебетонный элемент в варианте с поперечными арматурными стержнями, присоединенными к внутренним граням полок уголковых профилей, общий вид; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 7; на фиг. 9 схематично изображен длинномерный сталебетонный элемент в варианте с торцевыми стальными пластинами, общий вид.
Длинномерный сталебетонный элемент, выполненный, например в виде колонны, содержит бетонный элемент 1 и монолитно соединенную с ним обойму усиления, охватывающую бетонный элемент (фиг. 1). Обойма усиления образована из стальных прокатных профилей 2, в частности уголковых, соединенных между собой посредством сварки поперечными элементами, например арматурными стержнями 3 (фиг. 1, фиг. 7, фиг. 8) или планками 4 (фиг. 2). Для обеспечения совместной работы бетонного элемента 1 и элементов обоймы усиления в полках прокатных профилей 2 выполнены отверстия 5, образующие при бетонировании колонны соединительные шпонки 6. При этом отверстия 5 выполнены в ряд (фиг. 1, фиг. 2) и могут быть круглой или иной формы, а также сквозными и несквозными, в частности, в виде:
- овальных, квадратных, прямоугольных, конусообразных сквозных вырезов (условно не показано);
- круглых или конусообразных несквозных вырезов (условно не показано);
- двух (или более) круглых сквозных одинаковых вырезов в каждой полке, находящихся в одном сечении (условно не показано);
- двух (или более) круглых сквозных вырезов разного диаметра в каждой полке, находящихся в одном сечении (фиг. 3, фиг. 4);
- двух (или более) круглых сквозных вырезов разного диаметра в каждой полке, находящихся в разных сечениях (фиг. 5, фиг. 6), при этом отверстия малых диаметров смещены по отношению к отверстиям больших диаметров, являющихся крайними, на половину шага.
Для обеспечения более надежного контакта стальных элементов обоймы и бетонного элемента возможны также следующие конструктивные особенности и приемы.
Отверстия 5 в смежных гранях уголковых профилей рекомендуется выполнять со смещением на половину шага (условно не показано);
Поперечные планки 4 металлической обоймы могут быть снабжены отверстиями под шпонки и при этом соединены встык с полками прокатных профилей (фиг. 2).
Кроме того, нижний и/или верхний торцы бетонного элемента 1 могут быть снабжены стальными пластинами 7, прикрепленными к прокатным профилям 2 на концах посредством сварки. При этом прокатные профили при необходимости, в частности для осуществления стыковки, могут иметь выступающие за плоскость торцевых пластин концы (условно не показано).
Контактирующие металлические поверхности прокатных профилей с бетонным элементом могут быть выполнены с возможностью увеличения коэффициента трения. При этом внутренние поверхности прокатных профилей 2 соответственно обработаны, например, пескоструйной смесью.
Бетонный элемент 1 может быть образован обычной бетонной смесью (с наибольшей крупностью заполнителя, не превышающей 1/2 наименьшего диаметра отверстий 5 прокатных профилей), мелкозернистой бетонной смесью, безусадочной мелкозернистой бетонной смесью, самонапрягаемым мелкозернистым бетоном или мелкозернистым фибробетоном.
Изготовление длинномерного сталебетонного элемента осуществляют монолитным возведением с одновременным формированием в опалубке обоймы усиления из прокатных профилей в виде уголков с перфорированными полками и поперечных соединительных элементов, причем формирование обоймы усиления осуществляют в зависимости от назначения и требований по несущей способности, а в качестве прокатных профилей могут быть использованы также швеллеры (условно не показано). При этом возможно использование металлической обоймы в качестве несъемной опалубки бетонного элемента.
Монолитная технология возведения позволяет выполнить длинномерный сталебетонный элемент в виде сплошного или полого цилиндрического или коробчатого стержня с заданной несущей способностью (условно не показано).
Преимуществом данной технологии является также то, что длинномерный сталебетонный элемент может быть выполнен на два или большее количество этажей, при этом при необходимости может иметь в бетонном элементе разрывы, устраиваемые с возможностью размещения арматуры и осуществления замоноличивания при монтаже монолитного перекрытия.
К тому же при выполнении длинномерного сталебетонного элемента на два или большее количество этажей при необходимости в местах прохождения предполагаемого перекрытия бетонный элемент может иметь измененную форму, в частности форму усеченной пирамиды.
Вместе с тем в местах устройства разрывов (проемов) в бетонном элементе могут быть установлены закладки из малопрочного материала, выполненные с возможностью их извлечения из тела сталебетонного элемента или разрушения перед монтажом монолитного перекрытия, а также могут быть установлены закладки инвентарных объемных элементов, имеющие приспособление для их легкого извлечения.
Указанные конструктивные и технологические приемы позволяют существенно снизить трудозатраты при изготовлении длинномерного сталебетонного элемента и расширить область его использования.
Таким образом, преимущество предлагаемого длинномерного сталебетонного элемента по сравнению с прототипом заключается в расширении области использования при изготовлении несущих и ненесущих элементов и в уменьшении трудоемкости изготовления за счет возможности совместного бетонирования железобетонного элемента с уже установленными в опалубке стальными элементами.