Узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками (варианты) Российский патент 2020 года по МПК E04B1/20 

Описание патента на изобретение RU2716751C1

Изобретение относится к строительству, а именно к системе узлов стоек каркаса и опорных балок, и может быть использовано для возведения зданий и сооружений из трубобетонных конструкций, относящихся по конструктивной схеме к каркасным или каркасно-ствольным.

Известна трубчатая строительная конструкция, включающая соосно сопряженные стальные трубы с бетонным ядром внутри, соединенные между собой и с горизонтальными несущими балками узловым соединительным элементом. При этом узловой соединительный элемент выполнен в виде трех соединенных основаниями цилиндров, горизонтальные балки введены внутрь среднего цилиндра, а концы балок снабжены перфорацией или прорезями для соединения концов балок стальными элементами (см. патент РФ №2241100, Е04С 3/34).

Недостатком данной конструкции является ее невысокая несущая способность в виду нарушения целостности конструкции, а также передачи нагрузки от перекрытий только на трубную часть трубобетонной конструкции без передачи ее на бетонное ядро, когда металлическая часть оказывается перегруженной, а бетонная часть недогруженной, что приводит к снижению устойчивости конструкции. Кроме того, при отсутствии жесткого соединения металлических элементов разница во внутренних диаметрах верхней и нижней труб подразумевает наличие зазора, приводящего к люфту конструкции и соответственно к уменьшению ее устойчивости. Также, составные, собранные из мелких труб, стойки внецентренно сжаты с резко изменяющимся в вертикальной оси эксцентриситетом, что снижает несущую способность трубчатой строительной конструкции.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является узел сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий, включающий соосно сопряженные стальные трубы круглого сечения с бетонным ядром внутри, соединенные между собой и с горизонтальными опорными балками узловым соединительным элементом, на наружной поверхности которого в местах сопряжения с торцевой частью опорных балок выполнены крепежные столики, представляющие собой горизонтальные пластины, которые жестко соединены с вертикальными треугольными пластинами-укосами. Причем узловой соединительный элемент выполнен в виде замкнутого полого элемента по форме внутренней полости сопрягаемых стальных труб и имеет сквозное осевое отверстие, а крепежные столики попарно и соосно размещены относительно стоек-колонн (см. патент РФ №95691, Е04В 1/38, Е04В 1/20).

Недостатком известной конструкции является отсутствие сплошности трубы трубобетонной колонны, а также исключение стальной трубы из функциональной работы узла, поскольку воспринимаемая нагрузка фактически передается только бетонному заполнению. Это влечет за собой уязвимость узла сопряжения элементов от действия изгибающих моментов и боковых нагрузок и, как следствие, приводит к снижению несущей способности конструкции в целом. Кроме того, замкнутый полый элемент, расположенный внутри колонны, препятствует равномерному заполнению внутренней полости трубы бетоном, нарушая сплошность бетонной составляющей трубобетонной колонны. Вместе с тем, узел сопряжения неудобен в монтаже, требует точной подгонки элементов, дополнительной выверки ее составных элементов.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что:

- в первом варианте узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками, содержащий соосно сопряженные стальные трубы круглого сечения с бетонным ядром внутри, соединенные между собой и с горизонтальными опорными балками узловым соединительным элементом, на наружной поверхности которого в местах сопряжения с торцевой частью опорных балок выполнены крепежные столики, представляющие собой горизонтальные пластины, которые жестко соединены с вертикальными треугольными пластинами-укосами, согласно изобретению узел снабжен стальными уголками, жестко соединяющими опорные балки с узловым соединительным элементом, выполненным в виде насадки-оболочки, которая представляет собой стальную трубу круглого сечения, горизонтальные пластины крепежных столиков жестко соединены с опорными балками, а в вертикальных треугольных пластинах-укосах выполнены пазы для обеспечения жесткой связи между стойкой-колонной и насадкой-оболочкой, причем крепежные столики расположены попарно и симметрично относительно горизонтальной плоскости опорных балок, а стальные уголки - попарно и симметрично относительно вертикальной плоскости опорных балок;

- во втором варианте узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками, содержащий стальную трубу круглого сечения с бетонным ядром внутри, соединенную с горизонтальными опорными балками узловым соединительным элементом, на наружной поверхности которого в местах сопряжения с торцевой частью опорных балок выполнены крепежные столики, представляющие собой горизонтальные пластины, которые жестко соединены с вертикальными треугольными пластинами-укосами, согласно изобретению узел снабжен стальными уголками, жестко соединяющими опорные балки с узловым соединительным элементом, выполненным в виде насадки-оболочки, которая представляет собой стальную трубу круглого сечения, заглушенную со стороны свободного торца, горизонтальные пластины крепежных столиков жестко соединены с опорными балками, а в вертикальных треугольных пластинах-укосах выполнены пазы для обеспечения жесткой связи между стойкой-колонной и насадкой-оболочкой, причем крепежные столики расположены попарно и симметрично относительно горизонтальной плоскости опорных балок, а стальные уголки - попарно и симметрично относительно вертикальной плоскости опорных балок.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением, заключается в повышении несущей способности трубобетонной конструкции путем увеличения ее устойчивости при сохранении целостной длины трубы, изготовленной в заводских условиях. Это достигается за счет вовлечения в работу под воздействием нагрузки как стальной трубы, так и бетонного ядра. Это означает, что конструкция стоек-колонн будет иметь минимальное количество соединительных стыков, обусловленное техническими возможностями заводов-изготовителей трубной продукции в выпуске длинномерных полуфабрикатов для трубобетонных конструкций.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 схематично изображен узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками с полой насадкой-оболочкой (первый вариант);

- на фиг. 2 схематично изображен узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками с насадкой-оболочкой, заглушенной со стороны свободного торца (второй вариант);

- на фиг. 3 схематично изображен узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками с полой насадкой-оболочкой в изометрии;

- на фиг. 4 раз А-А на фиг. 1;

- на фиг. 5 схематично изображена система узлов жесткого соединения ячеек трубобетонных конструкций.

По первому варианту узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками содержит соосно сопряженные стальные трубы 1 и 2 круглого сечения с бетонным ядром внутри, жестко соединенные между собой и с горизонтальными опорными балками 3 узловым соединительным элементом 4.

По второму варианту узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками содержит стальную трубу 2 круглого сечения с бетонным ядром внутри, жестко соединенную с горизонтальными опорными балками 3 узловым соединительным элементом 4.

В обоих вариантах на наружной поверхности узлового соединительного элемента 4 в местах сопряжения с торцевой частью опорных балок 3 выполнены крепежные столики, представляющие собой горизонтальные пластины 5, которые жестко соединены с вертикальными треугольными пластинами-укосами 6. Крепежные столики расположены попарно и симметрично относительно горизонтально плоскости опорных балок 3. Узел сопряжения снабжен стальными уголками 7 стандартного профиля, жестко соединяющими опорные балки 3 с узловым соединительным элементом, выполненным в виде насадки-оболочки 4.

По первому варианту насадка-оболочка представляет собой стальную трубу круглого сечения, внутренний диаметр которой больше наружного диаметра сопряженных стальных труб 1 и 2 для обеспечения ее свободной надвижки на трубы 1 и 2.

По второму варианту насадка-оболочка 4 представляет собой стальную трубу круглого сечения, заглушенную со стороны свободного торца посредством стального листа 8 круглого сечения. Причем внутренний диаметр насадки-оболочки 4 больше наружного диаметра стальной трубы 2 для обеспечения ее свободной надвижки на трубу 2.

В обоих вариантах горизонтальные пластины 5 крепежных столиков жестко соединены с опорными балками 3, а на вертикальных треугольных пластинах-укосах 6 выполнены пазы для обеспечения жесткой связи между стойкой-колонной и насадкой-оболочкой 4. Причем крепежные столики расположены попарно и симметрично относительно горизонтальной плоскости опорных балок 3.

Сборку заявляемого изобретения производят следующим образом.

Предварительно перед началом монтажа узлов сопряжения осуществляют изготовление трубы-оболочки стойки-колонны из мерных стальных труб 1 и 2 круглого сечения заводского изготовления на стеллажах, оборудованных специальными устройствами по их соосному центрованию. При этом длина стойки-колонны и количество соединяемых труб будут зависеть от проектного решения в части высоты здания или сооружения и технической возможности завода-изготовителя по выпуску максимальной длины трубы требуемого сечения.

По первому варианту стыки сварного соединения стальных труб 1 и 2 между собой и места соединения стоек-колонн с опорными балками 3 усиливают путем установки насадки-оболочки 4, внутренний диаметр которой больше наружного диаметра сопряженных стальных труб 1 и 2 для обеспечения ее свободной надвижки на трубы 1 и 2. Монтаж насадки-оболочки 4 к стойкам-колоннам производят заранее с учетом местоположения узлов сопряжения путем ее надвижки на стойки-колонны с их последующим соединением электродуговой сваркой двумя нахлесточными сварными швами.

По второму варианту места соединения стоек-колонн с опорными балками 3 усиливают путем установки насадки-оболочки 4, изготовленной из стальной трубы круглого сечения, заглушенной со стороны свободного торца посредством стального листа 8 круглого сечения. Причем внутренний диаметр насадки-оболочки 4 больше наружного диаметра стальной трубы 2 для обеспечения ее свободной надвижки на трубу 2. Монтаж насадки-оболочки 4 к стойкам-колоннам производят заранее с учетом местоположения узлов сопряжения путем надвижки заглушенной насадки-оболочки 4 на свободный торец стойки-колонны с последующим соединением электродуговой сваркой одним нахлесточным сварным швом со стороны стойки-колонны и одним тавровым сварным швом со стороны стального листа 8.

Такое соединение элементов в обоих вариантах обеспечивает максимальную жесткость и устойчивость конструкции. Для создания высокой прочности конструкции длина насадки-оболочки 4 по вертикальной оси должна быть не менее двух ее наружных диаметров.

Далее для первого и второго варианта стойки-колонны устанавливают в вертикальное проектное положение и поярусно осуществляют монтаж опорных балок 3 в соответствии с объемно-планировочным решением. В качестве опорных балок 3 длиной до 6 метров в зданиях и сооружениях целесообразно применять стальные двутавры по СТО АСЧМ 20-93. При этом до монтажа опорных балок 3 в проектное положение производится установка горизонтальных стальных пластин 5 попарно и симметрично относительно горизонтальной плоскости опорных балок 3 посредством электродуговой сварки поверх полок каждой из сторон стального двутавра 3. Затем опорные балки 3 с пластинами 5 при помощи подъемного крана перемещают в проектное горизонтальное положение и стыкуют со стойкой-колонной посредством треугольных вертикальных стальных пластин-укосов 6 с пазом для обеспечения жесткой связи между стойкой-колонной и насадкой-оболочкой 4. И сначала сверху, а затем снизу относительно опорных балок 3 жестко соединяют горизонтальными и вертикальными сварными швами. Затем осуществляют монтаж электродуговой сваркой двумя вертикальными сварными швами стальных уголков стандартного профиля 7, жестко соединяющих опорные балки 3 с насадкой-оболочкой 4. При этом до монтажа стальных уголков 7 им посредством нагревания и передачи небольшого усилия ударным способом придают форму, при которой значение угла между полками составляет 108 градусов. При таком конструктивном исполнении треугольные стальные пластины-укосы 6 будут воспринимать вертикальные нагрузки, а стальные уголки 7 - горизонтальные.

Монтаж трубобетонной конструкции осуществляют в вертикальном развитии. После полного сварного соединения всех связей и узлов конструкции производят заполнение напорным методом внутренней полости стальных труб 1 и 2 бетонной смесью, которая после твердения и набора прочности образует бетонное ядро. Такой порядок монтажа производят с целью добиться полной усадки и предварительного напряжения конструкции под действием собственного веса, чтобы не допустить разрушение бетона касательными напряжениями в ходе и по окончанию сборки.

Заявляемое изобретение работает следующим образом.

По первому и второму варианту стойки-колонны и насадки-оболочки 4 совместно с опорными балками 3 смежных ячеек создают в расчетной системе жесткие диски с защемлением. Под действием равномерно распределенной нагрузки перекрытий в опорной балке 3 возникают внутренние напряжения, препятствующие ее растяжению, направленные вдоль продольной оси внутрь балки 3. Под действием этих напряжений вследствие защемления опорной балки 3 в стойке-колонне трубобетонной конструкции в местах их соединений возникают местные растягивающие поперечные деформации, влекущие возникновение продольной сжимающей силы, направленной вдоль оси трубобетонной конструкции.

По второму варианту возникшая в месте сопряжения стоек-колонн с опорными балками продольная сжимающая сила, направленная вдоль оси трубобетонной конструкции вниз, через заглушенную со стороны свободного торца насадку-оболочку 4 благодаря равенству диаметров бетонного ядра и круглой пластины 8 из стального листа равномерно передается на бетонное ядро, наиболее устойчивое для восприятия такого рода нагрузок.

Таким образом, заявляемые варианты узлов сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками позволяют повысить несущую способность трубобетонной конструкции за счет увеличения ее устойчивости.

Похожие патенты RU2716751C1

название год авторы номер документа
Узел сопряжения трубобетонных колонн с балками перекрытий 2018
  • Веселов Виталий Владиславович
  • Абатурова Татьяна Дмитриевна
RU2691249C1
ТРУБЧАТАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ 2012
  • Бикбау Марсель Янович
  • Бикбау Ульяна Марсельевна
RU2496949C2
СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН ПО ВЫСОТЕ И ПЕРЕКРЫТИЯМ 2011
  • Афанасьев Александр Алексеевич
  • Курочкин Александр Вячеславович
RU2464389C2
Способ устройства конической капители для трубобетонных колонн круглого сечения 2020
  • Бирюков Юрий Александрович
  • Бирюков Александр Николаевич
  • Добрышкин Евгений Олегович
  • Бирюков Дмитрий Владимирович
  • Бирюков Николай Александрович
  • Гляков Максим Юрьевич
  • Савчук Александр Дмитриевич
  • Роздобутько Матвей Русланович
  • Бабенко Владимир Михайлович
RU2747999C1
ТРУБЧАТАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ 2007
  • Бикбау Марсель Янович
  • Бикбау Ян Марсельевич
RU2342501C1
БЫСТРОВОЗВОДИМОЕ КАРКАСНОЕ ЗДАНИЕ 2019
  • Лопаткин Павел Евгеньевич
  • Успенский Всеволод Сергеевич
  • Козин Михаил Юрьевич
RU2713847C1
КАРКАСНО-ПАНЕЛЬНОЕ ЗДАНИЕ 2011
  • Павучук Владимир Павлович
  • Голубович Александр Эдуардович
RU2582155C2
СПОСОБ НАРАЩИВАНИЯ ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН И ИХ СОПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКРЫТИЯМИ 2012
  • Курочкин Александр Вячеславович
RU2503782C2
УЗЛОВОЕ СОПРЯЖЕНИЕ КОЛОННЫ С МОНОЛИТНЫМ ПЕРЕКРЫТИЕМ 2013
  • Васильев Антон Владимирович
  • Потапов Юрий Борисович
RU2564720C2
МАЛОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ 2005
  • Бикбау Марсель Янович
  • Бикбау Ян Марсельевич
RU2295010C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 716 751 C1

Реферат патента 2020 года Узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками (варианты)

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для возведения зданий и сооружений из трубобетонных конструкций. Сущность: в первом и втором вариантах узел содержит соосно сопряженные стальные трубы круглого сечения с бетонным ядром внутри, соединенные между собой и с горизонтальными опорными балками посредством насадки-оболочки, которая представляет собой стальную трубу круглого сечения; в отличие от первого варианта во втором варианте стальная труба заглушена со стороны свободного торца. В обоих вариантах на наружной поверхности насадки-оболочки в местах сопряжения с балками выполнены крепежные столики в виде горизонтальных пластин, соединенных с вертикальными треугольными пластинами-укосами. Узел снабжен стальными уголками, соединяющими балки с насадкой-оболочкой, причем крепежные столики расположены попарно и симметрично относительно горизонтальной плоскости балок, а стальные уголки - попарно и симметрично относительно вертикальной плоскости балок. Технический результат: повышение несущей способности конструкции путем увеличения ее устойчивости. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 716 751 C1

1. Узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками, содержащий соосно сопряженные стальные трубы круглого сечения с бетонным ядром внутри, соединенные между собой и с горизонтальными опорными балками узловым соединительным элементом, на наружной поверхности которого в местах сопряжения с торцевой частью опорных балок выполнены крепежные столики, представляющие собой горизонтальные пластины, которые жестко соединены с вертикальными треугольными пластинами-укосами, отличающийся тем, что узел снабжен стальными уголками, жестко соединяющими опорные балки с узловым соединительным элементом, выполненным в виде насадки-оболочки, которая представляет собой стальную трубу круглого сечения, горизонтальные пластины крепежных столиков жестко соединены с опорными балками, а в вертикальных треугольных пластинах-укосах выполнены пазы для обеспечения жесткой связи между стойкой-колонной и насадкой-оболочкой, причем крепежные столики расположены попарно и симметрично относительно горизонтальной плоскости опорных балок, а стальные уголки - попарно и симметрично относительно вертикальной плоскости опорных балок.

2. Узел сопряжения трубобетонных стоек-колонн с опорными балками, содержащий стальную трубу круглого сечения с бетонным ядром внутри, соединенную с горизонтальными опорными балками узловым соединительным элементом, на наружной поверхности которого в местах сопряжения с торцевой частью опорных балок выполнены крепежные столики, представляющие собой горизонтальные пластины, которые жестко соединены с вертикальными треугольными пластинами-укосами, отличающийся тем, что узел снабжен стальными уголками, жестко соединяющими опорные балки с узловым соединительным элементом, выполненным в виде насадки-оболочки, которая представляет собой стальную трубу круглого сечения, заглушенную со стороны свободного торца, горизонтальные пластины крепежных столиков жестко соединены с опорными балками, а в вертикальных треугольных пластинах-укосах выполнены пазы для обеспечения жесткой связи между стойкой-колонной и насадкой-оболочкой, причем крепежные столики расположены попарно и симметрично относительно горизонтальной плоскости опорных балок, а стальные уголки - попарно и симметрично относительно вертикальной плоскости опорных балок.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2716751C1

Автоматический электроостанов для ленточных и тому подобных машин 1952
  • Андрианов К.Ф.
SU95691A1
СПОСОБ НАРАЩИВАНИЯ ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН И ИХ СОПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКРЫТИЯМИ 2012
  • Курочкин Александр Вячеславович
RU2503782C2
KR 1020060005465 A, 18.01.2006
ТРУБЧАТАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ 2003
  • Бикбау М.Я.
  • Тимербулатов Т.Р.
RU2241100C1

RU 2 716 751 C1

Авторы

Казаков Юрий Николаевич

Алексеев Евгений Александрович

Даты

2020-03-16Публикация

2019-01-10Подача