ТРУБЧАТАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
TUBULAR BUILDING STRUCTURE

Предлагаемое изобретение относится к строительству, а именно к трубчатым строительным конструкциям в виде трубобетонных колонн с сопряжением с перекрытиями, и предназначено для применения при возведении сборных несущих каркасов многоэтажных зданий и сооружений.
Известны несущие колонны в виде трубобетона, широко применяющиеся в развитых странах при строительстве многоэтажных и высотных зданий, телевышек, мостов и др. и сооружений в виде соосно сопряженных, преимущественно, круглых стальных труб, наполняемых бетоном после монтажа стальной обечайки, как правило, в построечных условиях (см., например. Modern Street Tube Confined Concrete Structures / Cai Shao-Huai, China, Communication Press, 2003, 358 p.).
Также известны трубчатые строительные конструкции в виде соосно сопряженных стальных труб с узловым соединительным элементом на торцах в виде фланцевого стыка со сварным швом (см., например, книгу А.И. КИКИНА и др. «Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном». - М.: Стройиздат. 1974. - 145 с.). Разработчики конструкции рекомендуют заполнять стыковую полость между фланцами пластичным цементным раствором с перфорацией стальных труб для выхода воздуха. Однако такое соединение, как показала практика строительства, не обеспечивает достаточной прочности стыка труб.
Кроме того, в известных решениях реализуется изготовление трубобетонных колонн после монтажа стальных труб непосредственно на строительной площадке. Это делает весьма трудоемкой необходимость обеспечения равнопрочности бетона по всей высоте колонны и создает значительную зависимость характеристик трубобетонных колонн в условиях российского климата от температуры наружного воздуха. В холодное время года к трудоемкости изготовления известных конструкций добавляется необходимость изготовления теплоизоляции и дополнительного прогрева бетона колонн. Такие условия затрудняют получение однородных конструктивных свойств по высоте трубобетонных колонн, при этом затруднен контроль качества бетона и соответственно достижение необходимой несущей способности известных конструкций.
Весьма полно описаны различные варианты узловых соединений трубобетонных колонн в первой нормативной документации в России, выпущенной ФГУП «НИЦ «СТРОИТЕЛЬСТВО» в 2011 году (стандарт организации СТО 36554501-025-2011 «ТРУБОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ»). Основная часть известных решений предполагает достаточно сложные элементы узлов и сопряжении для соединения трубобетонных колонн друг с другом по вертикали и с конструкциями перекрытий по горизонтали, что затрудняет их применение для быстрой сборки каркасов многоэтажных, а также высотных зданий и сооружений с обеспечением высокой надежности, особенно при строительстве в зонах с значительной сейсмичностью.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является трубчатая строительная конструкция, включающая соосно расположенные верхнюю и нижнюю стальные круглые трубы, соединенные между собой и с горизонтальными несущими балками-ригелями узловым соединительным элементом в виде трех сопряженных основаниями пустотелых стальных цилиндров: верхнего, среднего и нижнего (см., например, патент РФ №2342501, кл. E04B 1/30, 2007 г.). При этом верхнее и нижнее основания среднего цилиндра выполнены в виде стальных опорных пластин квадратного сечения со стороной квадрата от 1,5 до 2,0 наружных диаметров нижней трубы, толщина пластин выбрана от 1,5 до 3,0 толщин стенки нижней трубы, концы горизонтальных балок-ригелей, размещенных внутри стальной трубы, снабжены анкерами для натяжения стальных арматурных тросов во внутренних полостях балок, расположенными на середине высоты средних цилиндров вдоль оси симметрии внутренней полости балок, при этом балки имеют квадратное или прямоугольное сечение, а нижние опорные пластины соединены с наружной поверхностью нижней стальной трубы стальными косынками с толщиной, аналогичной толщине опорных пластин, и расположенными вертикально в плоскостях, проходящих через диагонали, вертикальную и горизонтальную оси квадратных пластин.
Рассмотренное решение позволяет ускорить монтаж каркасов зданий, повысить их устойчивость, сейсмостойкость/особенно с применением балок-ригелей, преднапряженных в условиях строительных площадок. Монтаж каркасов зданий и сооружений ускоряется за счет применения разработанных узлов соединительных элементов, позволяющих возводить несущие колонны по вертикали с их омоноличиванием бетоном и соединением по горизонтали с преднапряженными балками-ригелями из железобетона.
Однако рассматриваемое техническое решение имеет недостаток - значительную трудоемкость в построечных условиях в связи с большим объемом сварочных работ и необходимостью омоноличивания бетоном внутреннего объема стальных труб, балок-ригелей и узлов соединительных элементов, что, как показала практика применения, значительно замедляет темп монтажа каркаса, особенно при строительстве высотных зданий, когда необходимо подавать бетон на значительную высоту и обеспечивать его сплошность во внутритрубном пространстве и твердение в условиях колебаний дневных и ночных температур.
Кроме того, применение известного изобретения вызывает необходимость теплоизоляции и дополнительного прогрева твердеющего бетона при строительстве в зимний период, а также обуславливает сложность обеспечения равнопрочности бетона по всему телу трубобетонной несущей конструкции и ее примыкания к перекрытиям многоэтажных зданий и сооружений.
Целью настоящего изобретения является упрощение и ускорение монтажа трубобетонных колонн и конструкций перекрытий многоэтажных и высотных зданий и сооружений в независимости от погодных условий, обеспечение стабильной заданной прочности и надежности несущих конструкций каркасов.
Поставленная цель достигается тем, что трубчатая строительная конструкция для сборного строительства каркасов многоэтажных и высотных зданий и сооружений, включающая круглые, квадратные или прямоугольные трубы, заполненные бетоном, узловые соединительные элементы, размещенные на торцах труб и содержащие приваренные к наружной поверхности труб торцевые верхние и нижние опорные стальные квадратные пластины со стороной от 1,5 до 2,0 диаметра или средней ширины стальных труб, а также стальные подпирающие косынки, выполнена высотой в три этажа здания и снабжена дополнительными промежуточными стальными опорными пластинами, приваренными к наружной поверхности труб на высоте пересечений с межэтажными перекрытиями, при этом толщина каждой пластины выбрана в пределах от 2 до 5 толщин стенок труб; торцевые опорные пластины выполнены с посадочными выемками глубиной от 0,2 до 0,5 толщины пластин для закрепления в них концов стальных труб и снабжены отверстиями для болтового скрепления труб друге другом по вертикали и конструкциями перекрытий по горизонтали, а промежуточные опорные пластины снабжены отверстиями для болтового скрепления труб с конструкциями перекрытий по горизонтали, при этом отверстия для болтов расположены по периметру симметрично вокруг наружной поверхности стальных труб; параллельно поверхности верхних торцевых опорных пластин и над ними расположены стальные арматурные стержни диаметром не менее 14 мм с равными выпусками с каждой стороны трубы и общей длиной от 2-х до 4-х диаметров или средних ширин стальных труб, причем расположены арматурные стержни снаружи стальных труб попарно и симметрично относительно вертикальной оси труб на расстоянии от поверхности опорных пластин, выбранном в пределах от 3 до 10 толщин пластин. Кроме того, стальные арматурные стержни пропущены через стальную оболочку труб.
За указанными пределами параметров изготовления трубчатой строительной конструкции поставленная цель не достигается.
Предлагаемая трубчатая строительная конструкция изображена на фиг.1 - общий вид; на фиг.2 - продольный разрез; на фиг.3 - вид на опорную пластину по стрелке «А» на фиг.1: а - размещение арматурных стержней снаружи стальных труб; б - размещение арматурных стержней через стальную оболочку труб; на фиг.4 - разрез по В-В фиг.1.
Трубчатая строительная конструкция содержит соосно расположенные стальные трубы 1 и 2, например, круглой формы, высотой в три этажа каждая, заполненные бетоном, например, класса В-30 - 2. На торцах каждой трубы размещен узловой соединительный элемент - узел сцепления, включающий верхнюю 3 и нижнюю 4 квадратные стальные опорные пластины толщиной от 1,5 до 3 толщин стенок труб, расположенные соосно с трубами 1 и 2, приваренные к ним и выполненные с углублениями - посадочными выемками 5 глубиной от 0,2 до 0,5 толщины пластин для вхождения в них концов стальных труб. Пластины 3 и 4 приварены к наружной поверхности труб непрерывным швом 6.
Конструкция в средней части содержит промежуточные опорные стальные пластины 7 для соединения трубчатой конструкции с конструкциями перекрытий, например, ригелями 8. При этом толщина каждой промежуточной пластины 7 выбрана в пределах от 2 до 5 толщин стенок труб.
Под торцевыми 4 и промежуточными 7 опорными пластинами к наружной поверхности труб приварены стальные подпирающие косынки 9 толщиной, равной толщине этих пластин, и расположенные вертикально в плоскостях, проходящих через диагонали, а также вертикальную и горизонтальную оси опорных пластин.
Каждая опорная пластина снабжена отверстиями 10 для болтового скрепления колонн друг с другом по вертикали и крепления к конструкциям межэтажных перекрытий.
При необходимости увеличения сопротивления силе среза в местах сопряжения трубобетонных колонн с перекрытиями или балками-ригелями в предлагаемой трубчатой конструкции предусмотрены закладные стальные арматурные стержни 11 различного профиля для изготовления монолитных межэтажных покрытий. Стержни 11 располагаются параллельно поверхности верхних торцевых опорных пластин 3 и имеют диаметр не менее 14 мм. Как показано на фиг.3, арматурные стержни 11 закладываются с равными выпусками 12 с каждой стороны трубы и общей длиной от 2 до 4 диаметров или средних ширин стальных труб. Располагаются арматурные стержни снаружи стальных труб 1, 2 попарно и симметрично относительно вертикальной оси труб на расстоянии «d» от поверхности торцевых опорных пластин, выбранном в пределах от 3 до 10 толщин пластин. Для увеличения сопротивления силе среза узла сцепления трубобетонных колонн с перекрытиями арматурные стержни 11 могут быть пропущены через стальную оболочку труб (фиг.3б),
Для обеспечения жесткости каркасов высотных зданий и сооружений предлагаемое изобретение предусматривает омоноличивание перекрытий на уровне стыка стальных труб с толщиной перекрытий, включающей толщины обеих опорных торцевых пластин и арматурных стержней с защитным слоем бетона (фиг.1).
Выбранные размеры опорных пластин согласно предлагаемому изобретению обеспечивают надежность соединения трубчатых строительных конструкций в единую трубобетонную колонну по вертикали за счет достаточной площади опирания трубчатых конструкций и болтового скрепления их между собой. Конструкция позволяет для обеспечения высокого сопротивления силе среза разместить под опорными пластинами подпирающие стальные косынки, наличие которых повышает и эксплуатационную надежность трубобетонной конструкции. Болтовые скрепления как торцевых, так и промежуточных опорных пластин позволяют прочно и оперативно соединить с трубчатой строительной конструкцией как преднапряженные, так и обычные балки, ригели или железобетонные плиты каркаса здания или сооружения (фиг.1).
Разработанные характеристики и параметры конструкции оптимальны для достижения цели изобретения, упрощения сборки каркаса здания и быстроты его монтажа.
Оценка времени сборки каркаса здания, на примере 43 этажного здания (Москва, ул. Давыдковская, дом 3) показала возможность уменьшения срока строительства при применении предлагаемого изобретения в 2 раза. Применение болтовых соединений опорных пластин колонн в сочетании с жесткими диафрагмами монолитных железобетонных перекрытий через каждые 3 этажа высотного здания обеспечивает его повышенную устойчивость, сейсмостойкость и эксплуатационную надежность.
Предлагаемое изобретение может позволить осуществлять быструю сборку каркасов жилых и общественных многоэтажных и высотных зданий и сооружений из комплектующих заводской готовности с гарантированным качеством в любое время года, что весьма важно для строительства в условиях России и других стран с холодным климатом.