Сталебетонная колонна Российский патент 2024 года по МПК E04C3/30 

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно, к колоннам многоэтажных и высотных зданий.

Известна колонна из армированного сталью бетона, включающая множество стальных секций, проходящих в продольном направлении через бетонную колонну, каждая из стальных секций имеет наружную полку с внешней поверхностью, обращенной наружу в бетонной колонне, противоположную внутреннюю полку с внешней поверхностью, обращенной внутрь в бетонной колонне, и стенку, соединяющую наружную полку с внутренней полкой, при этом все стальные секции расположены в бетонной колонне так, что внешние поверхности их внутренних полок ограничивают центральный бетонный сердечник (RU 2736738, Е04С 3/34, 19.04.2018 г.).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость и трудоемкость изготовления колонны по причине большого расхода стали на стальные секции, неэффективного использования бетона по сечению, необходимости обеспечения трещиностойкости бетона и совместной работы стальных секций с бетоном, а также необходимости использования съемной опалубки при возведении.

Известна усиленная колонна для высотных зданий в виде железобетонной конструкции, включающей армирующие элементы, в качестве которых используют продольные металлические стержни, дополнительно колонна оснащена металлическим каркасом, образованным связанными между собой посредством ребер жесткости угловыми элементами, в которых установлены стояки с, по меньшей мере, одним армирующим элементом, при этом на боковых гранях колонны и дополнительно установленных на каждом торце плитах выполнены сквозные, а в нижней части колонны - глухие отверстия (RU 143976, Е04С 3/30, 10.08.2014 г.).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость и трудоемкость изготовления колонны по причине большого расхода стали на стальной каркас, неэффективного использования бетона по сечению, необходимости обеспечения трещиностойкости бетона и совместной работы стального каркаса с бетоном, а также необходимости использования съемной опалубки при возведении.

Известна сталебетонная стойка, включающая стальную трубу, полости которой заполнены бетоном (SU №104647, Е04С 3/36, 1955 г.).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость сталебетонной стойки по причине большого расхода стали, пониженного сцепления бетона со стальным профилем, которое обеспечивается только за счет трения, и необходимости обеспечения огнестойкости колонны посредством дополнительной огнезащиты.

Известна сталебетонная стойка, включающая стальные гнутые профили С-образного сечения со стенками с выштампованными шпильками, имеющей бетон заполнения согласно полезной модели, гнутые С-образные профили согнутые по высоте стенки по дуге окружности спарены между собой по плоскостям стыка за счет загибов выштампованных шпилек взаимно входящих в образованные отверстия от выштамповки (RU 2121045, Е04С 3/32, 27.10.1998 г.).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость и трудоемкость стойки по причине большого расхода стали, использования нескольких профилей с устройством шпилек и необходимости их соединения, а также необходимости обеспечения огнестойкости стойки снаружи посредством дополнительной огнезащиты.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является колонна, которая содержит металлическую трубу с бетонным ядром внутри, армированным спиральной арматурой так, чтобы спираль либо касалась внутренних стенок трубы, либо отстояла от них не более чем на 2-3 мм (RU 2121045, Е04С 3/32, 27.10.1998 г.).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость колонны по причине большого расхода стали на трубу, отсутствия надежного сцепления трубы с бетоном, а также необходимости обеспечения огнестойкости трубы посредством дополнительной огнезащиты.

Задача изобретения - снижение материалоемкости и улучшение эксплуатационных характеристик сталебетонной колонны.

Технический результат достигается тем, что сталебетонная колонна, содержащая металлическую трубу с бетонным ядром, имеет снаружи трубу из сталефибробетона, бетонное ядро выходит за пределы металлической трубы, которая имеет круглые отверстия, расположенные спирально по длине трубы.

Сталебетонная колонна может иметь армирование продольными стержнями внутри металлической трубы.

Сталебетонная колонна может иметь вертикальные фасонки с наружной стороны металлической трубы, выступающие за пределы колонны и расположенные в уровне перекрытий.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- фиг. 1 - общий вид колонны высотного здания;

- фиг. 2 - поперечное сечение 1-1;

- фиг. 3 - поперечное сечение 2-2.

Сталебетонная колонна (фиг. 1) состоит из внутренней металлической трубы 1 диаметром D₁, внешней трубы из сталефибробетона 2 диаметром D₂, которые заполнены бетонным ядром 3, с армированием продольными стержнями 4 внутри металлической трубы 1 (фиг. 2). Внутренняя металлическая труба 1 имеет круглые отверстия 5 диаметром d, расположенные спирально по высоте сталебетонной колонны с шагом h (фиг. 1). Внутренняя металлическая труба 1 имеет снаружи вертикальные фасонки 6, закрепленные сварными швами 7 в уровне перекрытий и выступающие за пределы колонны (фиг. 2).

Внешняя труба из сталефибробетона 2 является несъемной опалубкой колонны при заполнении ее бетонным ядром 3 и выполняется в заводских условиях с армированием стальными фибрами. Внутренняя металлическая труба 1 является основным армированием колонны и имеет диаметр D₂, меньший диаметра D₁ на величину защитного слоя бетона (50-100 мм), а круглые отверстия 5 во внутренней металлической трубе 1 имеют диаметр d не менее 40 мм, что соответствует фракции крупного заполнителя бетонного ядра 3.

Использование внешней трубы из сталефибробетона 2 совместно с бетонным ядром 3 обеспечивает высокую несущую способность колонны при действии нормальных и изгибных усилий, повышает трещиностойкость, снижает затраты на устройство опалубки, что позволяет уменьшить расход стали армирования, бетона, сроки производства работ и, как следствие, снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления сталебетонной колонны.

Бетонное ядро 3, находясь в замкнутом контуре, образованном внутренней металлической трубой 1, обладает повышенными прочностными характеристиками, что снижает материалоемкость колонны.

Бетонное ядро 3, находясь за пределами внутренней металлической трубы 1, защищает ее от коррозионного износа и высоких температур при пожаре, что повышает эксплуатационные характеристики сталебетонной колонны.

Наличие круглых отверстий 5 во внутренней металлической трубе 1 обеспечивает надежную совместную работу бетонного ядра 3 с внутренней металлической трубой 1 при действии сдвигающих усилий в колонне от внешних нагрузок, что позволяет отказаться от дополнительных элементов сцепления, приводит к снижению материалоемкости и трудоемкости изготовления сталебетонной колонны.

Расположение круглых отверстий 5 во внутренней металлической трубе 1 по спирали позволяет незначительно ослаблять поперечное сечение колонны, обеспечивая надежное сцепление бетонного ядра 3 с внутренней металлической трубой 1, при этом круглые отверстия 5 отсутствуют в уровне перекрытий, что обеспечивает высокую несущую способность и приводит к снижению материалоемкости сталебетонной колонны.

Наличие продольных стержней 4 внутри внутренней металлической трубы 1 позволяет использовать большое поперечное сечение сталебетонной колонны, воспринимать напряжения от усадки бетонного ядра 3 при его твердении, что улучшает эксплуатационные характеристики сталебетонной колонны.

Наличие вертикальных фасонок 6 позволяет организовать надежное примыкание элементов перекрытия к внутренней металлической трубе 1, обеспечивает равномерное загружение сечения колонны, что улучшает эксплуатационные характеристики сталебетонной колонны.

Параметры сталебетонной колонны определяются расчетом на усилия от эксплуатационных нагрузок. Напряжения в металлической трубе и бетонном ядре определяются в результате статического расчета, выполненного с помощью программных средств, реализующих метод конечных элементов. Размеры сечения колонны, параметры ее элементов определяются согласно расчетам по несущей способности, трещиностойкости и деформациям колонны.

Таким образом, заявляемое изобретение приводит к снижению материалоемкости и улучшению эксплуатационных характеристик сталебетонной колонны.

Изобретение относится к области строительства, а именно к сталебетонным колоннам многоэтажных и высотных зданий. Технический результат изобретения заключается в снижении материалоемкости и улучшении эксплуатационных характеристик сталебетонной колонны. Сталебетонная колонна, содержащая металлическую трубу с бетонным ядром, снаружи снабжена трубой из сталефибробетона, бетонное ядро выходит за пределы металлической трубы, которая имеет круглые отверстия, расположенные спирально по длине трубы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сталебетонная колонна, содержащая металлическую трубу с бетонным ядром, отличающаяся тем, что имеет снаружи трубу из сталефибробетона, а бетонное ядро выходит за пределы металлической трубы, которая имеет круглые отверстия, расположенные спирально по длине трубы.

2. Сталебетонная колонна по п. 1, отличающаяся тем, что имеет армирование продольными стержнями внутри металлической трубы.

3. Сталебетонная колонна по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что имеет вертикальные фасонки с наружной стороны металлической трубы, выступающие за пределы колонны и расположенные в уровне перекрытий.