УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
CONNECTION ASSEMBLY FOR CONSTRUCTION REINFORCED CONCRETE ELEMENTS

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства, а именно к узлам соединения строительных железобетонных элементов типа колонн, используемых в сборных железобетонных каркасах зданий различного назначения, в том числе для жилых, промышленных зданий и зданий общего назначения.
Известно стыковое соединение железобетонных элементов здания (Авторское свидетельство SU №1109505, МПК: Е04В 1/38, Е04В 1/78), включающее крепежную деталь несущего элемента, размещенную на уровне верхней грани присоединяемого элемента, имеющего в месте присоединения закладные пластины на верхней и нижней гранях и пазы на стыкуемых гранях для образования бетонных шпонок в замоноличиваемом зазоре. При этом крепежная деталь выполнена в виде консоли таврового сечения с обращенной вниз стенкой, для размещения которой в верхней грани присоединяемого элемента образована прорезь, а в полках консоли и в закладных пластинах выполнены совпадающие отверстия для болтового крепления, при этом пластины снабжены объединяющими их и установленными соосно с отверстиями трубками.
Также из уровня техники известен узел сопряжения многопустотных плит перекрытия с ригелями (RU 81227, Е04В 1/61, 10.03.2009 г.), включающий закладные детали, расположенные или в углублениях на верхней поверхности ригеля, или на боковых его поверхностях, и элементы для образования металлических связей многопустотных плит, выполненные в виде закладных деталей, расположенных на верхней поверхности многопустотных плит перекрытия. При этом металлические связи имеют вид стержней или пластин и выполнены с возможностью соединения многопустотных плит перекрытия с ригелем сваркой по упомянутым закладным деталям.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является стыковое соединение ригелей с колонной железобетонного каркаса здания (патент RU №2101427, МПК: Е04В 1/38), содержащее соединительные элементы, пропущенные через отверстия в колонне, выполненные в месте ее соединения с ригелем и имеющие форму, соответствующую форме соединительного элемента, а в оголовках ригеля выполнены отверстия, имеющие форму конца соединительного элемента. При этом соединительный элемент выполнен составным из двух частей, имеющих на одном конце штырь, а на другом конце одна из частей имеет вилку, а вторая часть выполнена в виде полосы с шириной, соответствующей внутренней части вилки первой части, при этом обе части введены в отверстие в колонне до упора друг в друга и охватывают оставшуюся часть колонны до упора и соединены между собой посредством сварки.
Однако известные технические решения характеризуются сложностью выполнения стыковочных узлов, малыми допусками при монтаже и не обеспечивают достаточной несущей способности, прочности и надежности несущих элементов сборных каркасов, особенно для зданий повышенной этажности, а также большепролетных перекрытий. Кроме того, использование сварочных операций при сборке узлов приводит к увеличению сроков сборки узлов, снижению долговечности узлов (зданий, сооружений), из-за преждевременной коррозии элементов узла сопряжения, а также требует использование технологического оборудования как для сварки, так и контроля сваренных элементов конструкции, что снижает возможность проведения строительных работ в различных климатических условиях.
Задачей заявляемого технического решения является выполнение монтажных узлов, преимущественно узлов соединения колонн Н-образных рамных конструкций, обеспечивающих высокую несущую способность и надежность несущих элементов сборных каркасов зданий повышенной этажности, а также большепролетных перекрытий зданий.
Техническим результатом является повышение прочности узлов соединений колонн рамных конструкций между собой. Кроме того, за счет применения механических соединений без использования сварки, упрощается монтаж каркасных элементов, увеличивается скорость сборки каркаса здания, появляется возможность проведения работ в условиях низких температур (ниже минус 30°C).
Поставленная задача решается тем, что узел соединения строительных железобетонных элементов типа колонн, включает соединительные элементы, расположенные в верхней и нижней частях колонны с возможностью образования при стыковке вышестоящей рамной конструкции с нижестоящей стыковочных узлов, расположенных, по крайней мере, в угловых зонах колонн в области стыка. Первая группа соединительных элементов каждого стыковочного узла расположена в верхней части колонны и включает штырь с винтовой нарезкой и крепежными элементами, выполненный выступающим за пределы верхнего торца колонны и связанный с ее несущей арматурой. Вторая группа соединительных элементов расположена в нижней части колонны, образует ответную часть стыковочного узла и выполнена в виде металлических вертикально ориентированных закладных пластин, жестко связанных с несущей арматурой колонны, и металлической пластины с отверстием, жестко связанной с, по крайней мере, одной закладной пластиной и предназначенной для пропуска через упомянутое отверстие штыря колонны нижестоящей рамной конструкции с последующей его фиксацией с помощью крепежных элементов. При этом, по крайней мере, одна из закладных пластин предназначена для анкеровки в теле колонны, а, по крайней мере, две являются ограничительными, выполняющими функцию опалубки, обеспечивающей формирование полости в угловой зоне колонны для стыковочного узла при изготовлении колонны.
Штырь, выступающий за пределы верхнего торца колонны, может быть выполнен в виде выпуска несущей арматуры колонны.
Первая группа соединительных элементов каждого стыковочного узла может включать муфту, замоноличенную в верхней торцевой части колонны, а штырь, выступающий за пределы верхнего торца колонны, может быть выполнен в виде доборного стержня, связанного с несущей арматурой колонны посредством муфты.
Количество крепежных элементов штыря может быть выбрано равным трем.
Крепежные элементы могут быть выполнены в виде гаек, одна из которых является опорной и расположена на штыре с возможностью регулировки положения вышестоящей колонны при стыковке рамных конструкций, а две другие расположены с возможностью фиксации штыря колонны в пластине с отверстием.
Количество металлических закладных пластин, предназначенных для анкеровки, может быть выбрано равным двум, при этом пластины ориентированы вертикально.
Закладные пластины, предназначенные для анкеровки, могут быть выполнены трапециевидной формы, могут быть расположены под углом друг к другу и соединены между собой и с вертикально ориентированным стержнем несущей арматуры колонны по большему основанию трапеции.
По крайней мере, одна ограничительная пластина может быть ориентирована горизонтально и выполнена с отверстием, в котором закреплен вертикально ориентированный стержень несущей арматуры колонны, а остальные ограничительные пластины могут быть ориентированы вертикально.
Ограничительная пластина, ориентированная горизонтально, может быть выполнена в виде четырехугольника, жестко соединенного с пластиной, предназначенной для анкеровки.
Количество ограничительных пластин может быть выбрано равным двум, при этом пластина, ориентированная вертикально, может быть выполнена изогнутой, образующей Г-образную проекцию в горизонтальной плоскости и жестко соединенной с, по крайней мере, одной пластиной для анкеровки.
Металлическая пластина с отверстием может быть закреплена в створе изогнутой пластины.
Количество соединительных узлов каждой колонны может быть выполнено равным количеству вертикально ориентированных стержней несущей арматуры колонны.
Рамная конструкция может содержать дополнительные соединительные элементы, образующие, по крайней мере, два дополнительных стыковочных узла при стыковке вышестоящей рамной конструкции с нижестоящей, расположенных на участках между угловыми зонами колонны по длинной стороне торца, при этом соединительные элементы могут быть выполнены аналогично соединительным элементам стыковочного узла, расположенного в угловой зоне колонны.
Количество ограничительных пластин дополнительного стыковочного узла может быть выбрано равным двум, при этом одна из пластин ориентирована вертикально и выполнена изогнутой, образующей П-образную проекцию в горизонтальной плоскости.
Пластины для анкеровки могут быть снабжены, по крайней мере, одним стержнем или дополнительной пластиной, предназначенными для повышения прочности фиксации пластин для анкеровки в бетонном теле колонны.
Колонна снабжена выемкой для заполнения ее бетонной смесью при замоноличивании стыка колонн, расположенной со стороны верхнего торца, и каналом, выполненным в теле верхней части колонны, связанным с упомянутой выемкой и выходящим на боковую грань колонны.
Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена Н-образная рама, общий вид, на Фиг. 2, 3 - колонны с квадратным и прямоугольным поперечным сечением, соответственно, вид сверху, на Фиг. 4 - верх колонны Н-образной рамы с первой группой соединительных элементов, продольный разрез, на Фиг. 5 - нижняя часть колонны Н-образной рамы со второй группой соединительных элементов, продольный разрез, на Фиг. 6-8 - соединительные элементы в сборе, на Фиг. 9 - узел соединения колонн, вертикальный разрез, на Фиг. 10, 11 - колонны с квадратным и прямоугольным поперечным сечением, соответственно, вид снизу.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - колонна, 2 - ригель, 3 - консоль для балки, 4 - консоль для наружной панели, 5 - отверстие в консоли для крепления балки, 6 - несущая арматура, 7 - штырь с винтовой нарезкой, 8 - опорная гайка, 9 - гайка, 10 - шайба, 11 - выемка в центральной части верхнего торца колонны, 12 - канал для инъецирования специального раствора, 13 - стальной уголок, 14 - пластины для анкеровки, 15 - ограничительные пластины, 16 - металлическая пластина с отверстием, 17 - стыковочный узел, 18 - технологический зазор, 19 - полость в стыковочном узле, 20 - дополнительный соединительный элемент в верхней части колонны, 21 - дополнительный соединительный элемент в нижней части колонны.
Предлагаемый узел соединения строительных железобетонных элементов предназначен, преимущественно, для соединения Н-образных рамных железобетонных конструкций, расположенных друг над другом и используемых в сборных каркасах зданий. Н-образная рамная конструкция представляет собой две вертикальные колонны (стойки) 1, соединенные горизонтально расположенным ригелем 2, выполненным за одно целое с колоннами (Фиг. 1), при этом колонны 1 рамной конструкции могут быть выполнены как с квадратным, так и с прямоугольным поперечным сечением. Колонна 1 рамной конструкции может быть снабжена консолями 3 с отверстиями 5 для закрепления на ней балки («связевого» ригеля), используемой в конструкциях каркаса здания для соединения между собой соседних Н-образных рамных элементов, а также консолями 4 для крепления наружных стеновых панелей.
Предлагаемый монтажный узел снабжен двумя группами соединительных элементов, первая из которых вмонтирована в верхние торцы колонн, а вторая, ответная первой, - в нижние торцы колонн. При этом при стыковке рамных конструкций между собой (нижних торцов колонн вышестоящей рамной конструкции и верхних торцов колонн нижестоящей рамной конструкции), соединительные элементы образуют в области стыка двух колонн, по крайней мере, четыре стыковочных узла 17 (Фиг. 9), расположенных в угловых зонах торцевой части колонны. Первая группа соединительных элементов каждого стыковочного узла, расположенная в верхней части колонны, включает штырь 7 с винтовой нарезкой и крепежными элементами в виде опорной гайки 8 и гаек 9 с шайбой 10 (Фиг. 4). При этом штырь 7 выполнен выступающим за пределы верхнего торца колонны и может представлять собой выпуск несущей арматуры колонны, или доборный стержень, связанный с несущей арматурой колонны посредством муфты, например, типа Lenton или Peikko, замоноличенной в верхней (торцевой) части колонны (не показано). Штырь 7 может быть выполнен из высокопрочной стали с диаметром 30 или 32 мм.
Вторая группа соединительных элементов, расположенная в нижней части колонны и образующая ответную часть стыковочного узла при совмещении верхней и нижней торцевых частей двух колонн, представляет собой металлические закладные пластины 14 и 15, жестко связанные (например, при помощи сварки) с несущей арматурой колонны, и металлическую пластину 16 с отверстием, жестко связанную с закладными пластинами. При этом, например, две из закладных пластин (пластины 14) предназначены для анкеровки в теле бетона колонны (Фиг. 6-8), а, по крайней мере, две являются ограничительными (пластины 15), выполняющими функцию опалубки, обеспечивающей формирование полости 19 в угловой зоне колонны для стыковочного узла при изготовлении рамной конструкции (Фиг. 9). Пластина 16 выполнена с отверстием, предназначенным для пропуска через него штыря 7 колонны нижестоящей рамной конструкции с последующей фиксацией штыря в полости 19 стыковочного узла 17 с помощью гаек 9 с шайбой 10. Металлические пластины 14, 15, 16 выполняют толщиной, удовлетворяющей условиям жесткости, прочности и условиям технологии сварки, при этом металлическая пластина 16 может быть выполнена, например, в виде шайбы.
Пластины 14, предназначенные для анкеровки, могут быть выполнены трапециевидной формы, и расположены под углом друг к другу, при этом пластины соединены между собой и с вертикально ориентированным стержнем несущей арматуры 6 по большему основанию трапеции (Фиг. 6-8). Пластины для анкеровки могут быть снабжены, по крайней мере, одним анкерным стержнем или дополнительной пластиной (не показано), предназначенными для повышения прочности фиксации пластин в бетонном теле колонны.
Количество ограничительных пластин может быть выбрано равным двум, при этом одна из ограничительных пластин 15 расположена предпочтительно горизонтально и может быть выполнена, например, в виде четырехугольника, имеющего отверстие в центральной части, две стороны которого соединены (с помощью сварки) с пластинами 14, предназначенными для анкеровки. В отверстии данной пластины закреплен выпуск несущей арматуры 6 колонны. Другая ограничительная пластина жестко связана с пластинами 14 для анкеровки (например, с помощью сварки), ориентирована вертикально и может быть выполнена изогнутой, образующей Г-образную проекцию в горизонтальной плоскости. Пластина 16 с отверстием расположена предпочтительно горизонтально и закреплена (приварена) в створе изогнутой ограничительной пластины 15.
Центральная часть верхнего торца каждой колонны 1 рамной конструкции снабжена выемкой 11, к которой подведен канал 12 для инъецирования (подачи) в нее специального раствора для замоноличивания стыка колонн. Другой конец канала 12 выведен на боковую поверхность колонны 1 (Фиг. 4). По периметру верхнего торца колонны размещен стальной уголок 13 для защиты ребер колонны от повреждений и опирания на нее колонны вышестоящей Н-образной рамы (Фиг. 2, 3).
Соединение вышестоящей рамной конструкции с нижестоящей осуществляют следующим образом.
На штыри 7 первой рамной конструкции накручивают опорные гайки 8, при этом, в случае использования в качестве штырей доборных стержней, предварительно осуществляют их крепление к колоннам с помощью муфт. Затем устанавливают вторую рамную конструкцию, располагая нижние торцы ее колонн над верхними торцами колонн первой рамной конструкции с пропусканием штырей 7 через отверстия пластин 16, расположенных в нижних частях колонн второй рамной конструкции. Затем с помощью опорных гаек 8 осуществляют регулировку вертикального положения колонн второй рамной конструкции, с формированием технологического зазора 18 между стыкуемыми торцами колонн (Фиг. 9). После регулировки, каждый штырь 7 фиксируют в полости 19 стыковочного узла 17 с помощью двух гаек 9 (при этом верхняя гайка выполняет функцию контргайки), что позволяет обеспечить передачу нагрузки от вертикального стержня несущей арматуры второй рамной конструкции к вертикальному стержню несущей арматуры первой рамной конструкции. Затем устанавливают дополнительную опалубку (не показано), замыкающую полость 19 и осуществляют закачку высокопрочного безусадочного раствора в канал 12 с замоноличиванием стыков колонн первой и второй рамных конструкций (в том числе выемки 11, технологического зазора 18, полостей 19).
Количество стыковочных узлов, образуемых при соединении вышестоящей рамной конструкции с нижестоящей, совпадает с количеством вертикально ориентированных стержней несущей арматуры, замоноличенных в колоннах рамной конструкции. Соответственно, стыковочные узлы могут располагаться не только в угловых зонах торцевых частей колонн, но и между угловыми зонами по сторонам торцов колонн. Например, при соединении рамных конструкций с колоннами, характеризующимися размерами поперечного сечения 460×800 мм, образуются шесть стыковочных узлов для каждой пары соединяемых колонн (Фиг. 3, 11), четыре из которых расположены в угловых зонах, а два дополнительных - на участках между угловыми зонами. Дополнительные соединительные элементы 20, 21 верхней и нижней частей колонн дополнительных стыковочных узлов, соответственно, выполнены аналогично соединительным элементам стыковочных узлов, расположенных в угловых зонах. При этом вертикально ориентированная ограничительная пластина ответной части дополнительного стыковочного узла может быть выполнена изогнутой, образующей П-образную проекцию в горизонтальной плоскости, а металлическая пластина с отверстием, закрепленная в створе изогнутой пластины, может быть выполнена трапециевидной формы.
Использование предложенной конструкции соединительных элементов позволяет, с одной стороны, существенно увеличить прочность узла соединения Н-образных рамных конструкций между собой по сравнению с прототипом за счет применения закладных деталей, анкерованных в теле бетона колонной части, и соединения с ними выпусков несущей арматуры. С другой стороны, использование канала, связывающего выемку в торцевой части колонны с ее боковой поверхностью, позволяет упростить и ускорить процесс замоноличивания раствором узла соединения. Кроме того, предлагаемые форма и расположение соединительных элементов позволяют повысить точность монтажа железобетонного каркаса при сохранении высокой скорости его возведения. Монтаж железобетонных конструкций может проводиться без использования сварки в осенне-зимний период при низких отрицательных температурах.
В результате, процесс монтажа железобетонного каркаса многоэтажного здания ускоряется, а его прочность оказывается выше, чем в прототипе. Использование предлагаемых соединительных элементов не ведет к существенному удорожанию производства Н-образных рамных конструкций, поскольку они характеризуются простой конструкцией и высокой технологичностью.