УЗЕЛ ОПИРАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИЙ НА СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ БЕЗКОНСОЛЬНЫЕ КОЛОННЫ (2 ВАРИАНТА)

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к узлам опирания ригелей и/или безбалочных плит перекрытий на сборные железобетонные безконсольные колонны, и предназначена для возведения многоэтажных каркасных зданий или сооружений работающие по рамно-связевой схеме.
В массовом строительстве многоэтажных зданий, наиболее распространение имеет унифицированный сборный железобетонный каркас межвидового применения (серия 1.020). Каркас этой серии работает по связевой схеме. Основные несущие конструкции этого каркаса являются колонны, горизонтальные диски перекрытий и вертикальные диафрагмы. В рамно-связевом каркасе, перекрытия воспринимают вертикальные нагрузки, и действующие на здание горизонтальные силы и передают их вертикальным диафрагмам.
Вертикальные диафрагмы воспринимают часть вертикальных и все горизонтальные нагрузки, действующие на здание, и передают их фундаментам. Таким образом, они совместно с колоннами и перекрытиями обеспечивают общую прочность и устойчивость здания. Для увеличения жесткость и общую устойчивость здания, вертикальные диафрагмы объединяют связями по высоте здания. Связи выполняют в виде монолитных или сборных железобетонных обвязочных балок. При таком объединении вертикальные диафрагмы образуют объемно пространственную геометрически неизменяемую систему.
Колонны связевого каркаса воспринимают вертикальные нагрузки от опирающихся на них ригелей перекрытий. Действия горизонтальных нагрузок на колонны незначительно и, как правило, в расчете не учитывается.
Особенность связевого каркаса это - узлы соединения ригелей с колоннами. В унифицированном каркасе межвидового применения ригели опираются на выступающую "скрытую консоль" колонн. Использования "скрытой консоли" оказались более эстетичными и менее громоздкими, чем узлы с консолями традиционного типа. Однако для жилищных зданий эстетика унифицированного каркаса оказалась малоприемлемой, поэтому в жилищном строительстве унифицированный каркас имеет ограниченное применение.
Колонны с консолями более трудоемки в изготовлении и требует более сложной оснастки, чем безконсольные. Традиционно, консоли располагаются в одной плоскости и примыкание взаимно перпендикулярных ригелей или обвязочных балок к колоннам требует установку дополнительных закладных деталей в колонах, и соответственно устройство металлических консолей. Ригели этой серии опираются на консоли колонн, и соединяются сварными швами. Сварочные работы выполняются во время монтажа в условия строительной площадки, которые не всегда благоприятствуют, особенно в зимнее время.
Из уровня техники известны системы для соединения сборных железобетонных колонн и плит, состоящих из объединенных колонн и плит. Каждый угол плиты оборудован стальной трубой, установленной на стальной пластине, которая приложена и покрывает верхнюю поверхность колонны. Каждая колонна оснащена высокопрочной стальной арматурой, выступающей в верхней части для проникновения в стальные трубы четырех углов четырех плит, через отверстия в стальной опорной плите, приложенной в нижней поверхности следующей колонны выше этого, и через трубы, внедренные вертикально в более низкой секции следующей колонны. Внедренные трубы соответствуют отверстиям на опорной плите. Четыре стальных трубы четырех плит, встречающихся на одной колонне, связаны с высоким растяжимым стальным проволочным тросом через три отверстия, которые сверлят горизонтально в трех местах по длине трубы: верхние, средние, и более низкие секции (US 5809712, 22.09.1998).
Недостатками данной конструкции является большие трудозатраты за счет необходимости повышенной точности и качества монтажных работ.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели по первому варианту ее выполнения является узел соединения колонны с плитой перекрытия, в котором в опорных частях плит перекрытий предусмотрены сквозные отверстия, через которые пропускаются продольные стержни колонны нижнего яруса. Колонна верхнего яруса имеет ниши для размещения стержней (RU 104948, 27.05.2011).
Недостатками указанного узла является то, что прочность и надежность опорного узла этого варианта зависит от качества выполненных работ. Контроль и проверка качества обетонированного узла, в котором установлено большое количество арматуры, представляет весьма трудную задачу.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели по второму варианту ее выполнения является стыковой узел «колонна-ригели-колонна», содержащий нижнюю колонну, перекрытие, верхнюю колонну, в качестве нижней и верхней колонн установлены колонны поэтажной разрезки с отверстиями в верхних торцах и арматурными выпусками в нижних торцах, в центре верхних торцов колонн замоноличены резьбовые втулки, ригели выполнены сборно-монолитными, опорные торцы ригелей выполнены с двухсторонними скосами, в замоноличенном стыке выполнены отверстия, соосные отверстиям в торце нижней колонны и арматурным выпускам верхней колонны (RU 109766, 27.10.2011).
Недостатком данного решения является сложность и трудоемкость монтажных работ.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании узла опирания горизонтального элемента строительной конструкций на сборные железобетонные безконсольные колонны, который исключал бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в исключении использования закладных и монтажных деталей за счет чего снижается время монтажа узла опирания, поскольку не тратится время на установку этих деталей, на отделочные и т.п. работы, повышении точности и качества монтажных работ, а также монтажные работы по установке горизонтального элемента строительной конструкций (ригелей и/или плиты перекрытия) в проектное положение не требуют специалистов высокой квалификации.
Указанный технический результат достигается в первом варианте выполнения узла опирания горизонтального элемента строительной конструкций на сборные железобетонные безконсольные колонны, состоящего из колонны верхнего яруса, выполненной с нишами, в которых расположены продольные стержни колонны верхнего яруса, колонны нижнего яруса с продольными стержнями и по меньшей мере одного горизонтального элемента строительной конструкции, опорная часть которого выполнена со сквозными отверстиями для пропускания продольных стержней колонны нижнего яруса, выполненных с возможностью вхождения в ниши колонны верхнего яруса.
Горизонтальный элемент строительной конструкций может представлять собой ригель или плиту перекрытия.
Заданный технический результат достигается во втором варианте выполнения узла опирания горизонтального элемента строительной конструкций на сборные железобетонные безконсольные колонны, состоящего из колонны верхнего яруса с продольными стержнями, колонны нижнего яруса с глухими отверстиями, консоль со сквозными отверстиями и по меньшей мере одного горизонтального элемента строительной конструкции, опорная часть которого выполнена со сквозными отверстиями для пропускания продольных стержней колонны верхнего яруса, выполненных с возможностью прохождения через сквозные отверстии консоли и вхождения в глухие отверстия колонны нижнего яруса.
Горизонтальный элемент строительной конструкций может представлять собой ригель.
Консоль может быть выполнена металлической и в поперечном сечении может иметь профиль в виде перевернутой буквы «Т».
Узел опирания горизонтального элемента строительной конструкций на сборные железобетонные безконсольные колонны может дополнительно содержать обвязочные балки, расположенные на консоли.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен узел опирания двух ригелей на колонну по первому варианту выполнения; на фиг. 2 - узел опирания одного ригеля на колонну по первому варианту выполнения; на фиг. 3 - узел опирания надколонной плиты безбалочного перекрытия на колонну по первому варианту выполнения; на фиг. 4 - узел опирания двух ригелей на колонну по второму варианту выполнения; на фиг. 5 - узел опирания двух ригелей на колонну по второму варианту выполнения, вид сверху; на фиг. 6 - разрез А-А по фиг. 5.
Принятые обозначения:
1 - колонна верхнего яруса,
2 - колонны нижнего яруса,
3 - продольные стержни (арматурные выпуски),
4 - обвязочная балка,
5 - ниши колонны верхнего яруса,
6 - горизонтальный элемент строительной конструкций (ригель или плита),
7 - сквозные отверстия,
8 - глухие отверстия,
9 - консоль.
По первому варианту воплощения узел опирания состоит из колонны верхнего яруса 1, колонны нижнего яруса 2 и одного или двух горизонтальных элементов строительной конструкции 6 (например, ригель, плита перекрытия).
Колонна верхнего яруса 1 имеет ниши 5, в которых расположены продольные стержни 3 колонны верхнего яруса.
Колонна нижнего яруса 2 выполнена также с продольными стержнями 3, которые проходят при монтаже сквозь сквозные отверстия 7 в опорной части горизонтального элемента строительной конструкции 6 и входят в ниши 5 колонны верхнего яруса 1.
Сборные железобетонные колонны 1, 2 и горизонтальные элементы строительной конструкции 6 выполняются в заводских условиях, по традиционной технологии и не требуют сложной оснастки.
В колоннах 1, 2 и горизонтальных элементах строительной конструкции 6 (ригелях и плитах) не требуются закладные детали для опорных узлов. Колонны 1, 2 выполняются с продольными стержнями 3 (выпуском продольной несущей арматуры), общее количество и диаметр продольных стержней 3 зависят от несущей способности колонн 1, 2.
Количество отверстий, диаметр и расстояния между сквозными отверстиями 7 опорной части горизонтального элемента строительной конструкции 6 строго увязаны с количеством продольных стержней 3, диаметром этих стержней и расстоянием между ними.
В первом варианте, сборка и выполнения узла опирания горизонтального элемента строительной конструкций на сборные железобетонные безконсольные колонны осуществляется следующим образом.
1. Колонна нижнего яруса устанавливается в проектное положение. После выверки ее местоположения в плане и по вертикали, колонна фиксируется инвентарными струбцинами, и затем колонна закрепляется согласно проекту.
2. На верху колонны нижнего яруса укладывают выравнивающий слой цементно-песчаного раствора толщиной 5-10 мм и затем устанавливают, по меньшей мере, один горизонтальный элемент строительной конструкции, опорная часть которого выполнена со сквозными отверстиями для пропускания продольных стержней (арматурные выпуски) колонны нижнего яруса. Через сквозные отверстия горизонтальных элементов пропускаются верхние выпуски стержней колонны нижнего яруса.
3. После выверки и уточнения местоположения горизонтальных элементов заполняют зазоры между стержнями колонн и стенками отверстий горизонтальных конструкций цементно-песчаным раствором с полимерными или другими добавками.
4. В опорной части, на верху горизонтальных элементов строительной конструкции укладывают выравнивающий слой цементно-песчаного раствора и затем, на подготовленную площадку устанавливают колонну верхнего яруса. Нижние выпуски продольных стержней колонны верхнего яруса совмещают с верхними выпусками стержней колонны нижнего яруса.
5. После выверки, колонна верхнего яруса фиксируется инвентарными струбцинами, и затем выполняют традиционную сварку верхних выпусков продольных стержней колонны нижнего яруса и нижних выпусков продольных стержней колонны верхнего яруса. Выполняют омоноличивание стыка мелкозернистым бетоном. В дальнейшем порядок и последовательность монтажа повторяется.
По второму варианту воплощения узел опирания состоит из колонны верхнего яруса 1, колонны нижнего яруса 2, одного или двух горизонтальных элементов строительной конструкции 6 (например, ригель) и консоль 9, а также дополнительно может содержать обвязочные балки 4.
Консоль 9 выполнена металлической со сквозными отверстиями 7 и в поперечном сечении может иметь профиль в виде перевернутой буквы «Т».
Колонна верхнего яруса 1 имеет продольные стержни 3, а колонна нижнего яруса - глухие отверстия 8.
Опорная часть горизонтального элемента строительной конструкции 6 выполнена со сквозными отверстиями 7 для пропускания продольных стержней 3 колонны верхнего яруса 1, выполненных с возможностью прохождения через сквозные отверстии 7 консоли 9 и вхождения в глухие отверстия 8 колонны нижнего яруса 2.
Обвязочные балки 4 располагаются на консоли 9.
В данном узле опирания выполнена поэтажная разрезка колонн. Небольшие габариты и вес колонн позволяет использовать традиционные подъемно транспортные средства для их перемещения и монтажа. Безконсольные сборные железобетонные колонны имеют прямоугольную форму поперечного сечения, и это упрощает их изготовление.
Сборные железобетонные горизонтальные элементы строительной конструкции (ригели) и обвязочные балки (распорки, связевые ригели) имеют прямоугольную форму поперечного сечения. Для опирания и соединения с колоннами, в концах горизонтальных элементов строительной конструкции имеются сквозные вертикальные отверстия, а обвязочные балки в концах имеют прорези для пропуска вертикального ребра (сборной металлической) консоли. Изготовление горизонтальных элементов строительной конструкции и обвязочных балок может быть в одной оснастки.
Особенность этого узла опирания состоит в соединения колонн между собой, которое осуществляется через горизонтальный элемент строительной конструкции и консоль по типу "штепсельного соединения".
После установки и фиксация колонн нижнего яруса (инвентарными струбцинами) в проектное положение производится проверка горизонтальной плоскости верха этих колонн, которая при необходимости выравнивается цементно-песчаным раствором с полимерными добавками. При этом защита вертикальных каналов от попадания раствора в них, и фиксация колонн нижнего яруса в проектное положение обеспечивается инвентарными направляющими (трубы). На свежеуложенном слое раствора устанавливают (металлическую скрытую) консоль, и совмещают отверстия пластин консоли со глухими отверстиями (вертикальными каналами) колонн нижнего яруса за счет установленных инвентарных направляющих. Глухие отверстия колонн нижнего яруса заполняются составом содержащий эпоксидную смолу, полиэтилен-полиамид, песок кварцевый и другие компоненты. Выравнивающий слой цементно-песчаного раствора с полимерными добавками укладывают на горизонтальные части (листы) консоли. На свежеуложенном слое раствора укладывают горизонтальные элементы строительной конструкции и совмещают отверстия с глухими отверстиями (вертикальными каналами) колонн нижнего яруса инвентарными направляющими. Инвентарные направляющие снимаются и производят монтаж колонн верхнего яруса, пропуская продольные стержни сквозь сквозные отверстия горизонтального элемента строительной конструкции и консоли в глухие отверстия колонны нижнего яруса. Медленное опускание колонны верхнего яруса в проектное положение необходимо для контроля правильного заполнения глухих отверстий колонны нижнего яруса. Лишний растворный состав из глухих отверстий под действием веса колонн верхнего яруса выдавливается и полностью заполняет пространство между колоннами и вертикальным стыком между горизонтальными элементами строительной конструкции. Выполняется выверка и закрепления колонны верхнего яруса в проектное положение инвентарными струбцинами и связям. Обвязочные балки укладывают на консоли и фиксируют вертикальными ребрами консоли и дополнительными шпонками. На горизонтальных элементах строительной конструкции производят монтаж плит перекрытий, диафрагм жесткости, шахты лифтов, лестничных площадок, маршей и других деталей. В дальнейшем порядок и последовательность монтажа повторяется.
Применения конструкции заявленной полезной модели позволяет перенести выполнения некоторых операций со строительной площадки в заводских условиях. Среди них следует отметить сварочные и монолитные работы соединения горизонтальных элементов строительной конструкции с колоннами. В результате достигается снижение материалоемкости и трудоемкость при изготовлении и монтаже элементов опорного узла, повышение качества работ и сокращение сроков строительства. Опорный узел может применяться при строительстве многоэтажных гражданских, общественных и промышленных зданий и сооружений.
На опорные участки горизонтальных элементов строительной конструкции передаются усилия от сопрягаемых с ними колонн и от действующих нагрузок на них. Таким образом, опорные участки горизонтальных элементов строительной конструкции находятся в сложно-напряженном состоянии. Конструированием горизонтальных элементов строительной конструкции и особенно опорных участков можно регулировать степень защемления опорных узлов в широком диапазоне и получить наиболее экономичное решение по расходу металла.