ДЛИННОМЕРНЫЙ СТАЛЕБЕТОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
LONG-DIMENSIONAL 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 г. (схема сталебетонного элемента приведена на рис. 15).
Недостатками такого элемента 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 профилированного листа к прокатным профилям, а также значительные габаритные размеры колонны из-за выступающих за плоскость колонны гофр профилированного листа.
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, низкая несущая способность из-за ослабления вертикальных уголков отверстиями; из-за неэффективного расположения поперечных элементов, а именно, не в направлении оси минимальной жесткости вертикальных уголков; из-за низкой несущей способности шпонок;
- во-вторых, высокая трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью просверливания отверстий в вертикальных уголках;
- в-третьих, низкая коррозионная стойкость поперечных планок и сварных швов крепления из-за их расположения снаружи обоймы;
- в-четвертых, значительные габаритные размеры, обусловленные наличием выступающих поперечных планок за полку уголка и уменьшающих полезный объем здания;
- в-пятых, высокая стоимость элемента из-за необходимости нанесения антикоррозийного и/или противопожарного и/или адгезионного покрытия на поперечные планки.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание длинномерного сталебетонного элемента с эффективной металлоконструкцией усиления из стальных прокатных элементов, обеспечивающей более эффективную совместную работу с бетонным ядром, высокую несущую способность, коррозионную стойкость, а также снижение трудоемкости при изготовлении, уменьшение габаритных размеров и стоимости элемента.
Для решения технической проблемы предложен длинномерный сталебетонный элемент, включающий бетонный элемент с охватывающей его обоймой усиления из стальных прокатных профилей. Согласно изобретению, новым является то, что обойма усиления связана с бетонным элементом для совместной работы с помощью поперечных элементов, расположенных в теле бетона, соединяющих диагонально расположенные уголковые профили.
Согласно изобретению, поперечные элементы выполнены из одинарных арматурных стержней или замкнутых стержней в виде прямоугольников, которые присоединены к диаметрально расположенным уголкам, в местах внутренних скруглений полок, либо с помощью сварных соединений, либо с помощью закрепления вязальной проволокой в отверстиях, выполненных в полках.
Согласно изобретению, поперечные элементы выполнены в виде шпилек, соединяющих диагонально расположенные уголковые профили с помощью гаек и опорных пластин, установленных на резьбовых концах шпилек, при этом опорные пластины снабжены отверстиями под шпильки и параллельно установлены в пазах, выполненных в скрепляемых уголках в одном уровне.
Согласно изобретению, длинномерный сталебетонный элемент содержит дополнительные поперечные элементы по боковым сторонам обоймы усиления, присоединенные с помощью сварного соединения к полкам уголков изнутри.
Согласно изобретению, диагональные поперечные элементы из стержней, одиночные или в виде замкнутых прямоугольников, установленные друг над другом во взаимно перпендикулярных направлениях, связаны между собой в точках контакта, расположенных на центральной оси элемента, вязальной проволокой.
Согласно изобретению, по меньшей мере, один из диагональных поперечных элементов расположен в теле бетона с наклоном к центральной оси элемента.
На фиг. 1 схематично изображен участок длинномерного сталебетонного элемента с уголковыми прокатными профилями, соединенными диагональными поперечными арматурными стержнями, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схематично изображен участок обоймы усиления с уголковыми прокатными профилями, соединенными по диагонали поперечными арматурными стержнями, пространственный вид (бетонный элемент условно не показан); на фиг. 4 - то же, в варианте выполнения диагональных поперечных элементов из стальных пластин, с дополнительно установленными поперечными элементами по боковым сторонам обоймы усиления; на фиг. 5 схематично изображены два диаметрально расположенных уголковых профиля, соединенных поперечным элементом из арматурных стержней в виде замкнутого прямоугольника; на фиг. 6 схематично изображен узел крепления поперечного элемента в виде замкнутого прямоугольника к уголку с помощью вязальной проволоки и отверстий в полках уголка; на фиг. 7 схематично изображен участок обоймы усиления с уголковыми прокатными профилями, соединенными по диагонали поперечными и наклоненными по отношению к центральной оси стальными пластинами, пространственный вид, (бетонный элемент условно не показан); на фиг. 8 схематично изображен участок вертикального уголка в месте присоединения к нему шпильки и закрепления ее с помощью гаек и опорных пластин; на фиг. 9 - узел I на фиг. 8; на фиг. 10 схематично изображены установленные друг над другом замкнутые стержни, во взаимно перпендикулярных направлениях, связанные между собой в точках контакта (в центре элемента) вязальной проволокой.
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 выполнена в виде пространственной металлоконструкции, образованной из стальных уголковых профилей 2, соединенных между собой диагонально расположенными поперечными элементами в направлении наименьшей жесткости уголка.
В качестве используемых поперечных элементов, в частности, могут быть: арматурные стержни 3 (фиг. 1, фиг. 2), стальные планки 4 (фиг. 4, фиг. 7), замкнутые арматурные стержни в виде прямоугольника 5 (фиг. 3, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 10), шпильки 6 (фиг. 8, фиг. 9).
Крепление стержневых поперечных элементов, как одиночных 3, так и замкнутых в виде прямоугольника 5, осуществляется в местах внутренних скруглений полок уголков 2 с помощью, например сварных швов 7 (фиг. 5), либо с помощью вязальной проволоки 8, пропущенной через отверстия 9 в уголках 2 (фиг. 6).
Крепление поперечных элементов в виде стальных пластин 4 также осуществляется в местах внутренних скруглений полок уголков с помощью сварных швов (фиг. 4).
Скрепление диагонально расположенных уголковых профилей 2 может быть выполнено с помощью шпилек 6 и установленных на их резьбовых концах гаек 10, притягиваемых к упорным пластинам 11, которые снабжены отверстиями под шпильки и установлены параллельно в пазах, выполненных в скрепляемых уголках в одном уровне (фиг. 8, фиг. 9).
Кроме поперечных элементов, устанавливаемых горизонтально, в пространственной металлоконструкции обоймы усиления также могут быть установлены и наклоненные к центральной оси элементы 12 (фиг. 7).
При расположении поперечных элементов из стержней в виде замкнутых прямоугольников друг над другом во взаимно перпендикулярных направлениях, в точках их контакта, расположенных на центральной оси элемента, образованы узловые соединения 13 с помощью вязальной проволоки (фиг. 10).
Для дополнительного усиления длинномерный несущий элемент содержит поперечные элементы 14 по боковым сторонам обоймы усиления, присоединенные с помощью сварного соединения к полкам уголков изнутри.
Изготовление длинномерного сталебетонного элемента осуществляют монолитным возведением с одновременным формированием в опалубке обоймы усиления из прокатных уголков с предварительно приваренными к ним поперечными элементами. При этом возможно использование металлической обоймы в качестве несъемной опалубки бетонного элемента. Совместная работа бетонного элемента 1 и элементов обоймы усиления обеспечивается за счет анкеровки поперечных элементов в теле бетона.
Таким образом, преимущество заявляемого длинномерного сталебетонного элемента по сравнению с прототипом заключается в следующем:
- в повышении несущей способности за счет выполнения более эффективной обоймы усиления в виде пространственной металлоконструкции, обеспечивающей эффективное диагональное размещение в ней поперечных элементов в направлении наименьшей жесткости уголка, а также эффективное сцепление элементов обоймы усиления с бетонным элементом за счет использования в качестве элементов сцепления анкеров в виде поперечных элементов;
- в уменьшении трудоемкости изготовления в связи с отсутствием необходимости в сверлении отверстий, обеспечивающих сцепление бетонного элемента с обоймой усиления;
- в повышении коррозионной стойкости поперечных элементов и сварных швов их крепления за счет более рационального их расположения в теле бетона;
- в уменьшении габаритных размеров за счет размещения поперечных элементов внутри контура уголков;
- в уменьшении стоимости элемента из-за отсутствия необходимости использования защитных покрытий на поперечных элементах обоймы усиления.
Достигаемый технический результат заключается в повышении несущей способности, снижении трудоемкости изготовления и уменьшении габаритных размеров.