УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ ТРУБОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ С ПЕРЕКРЫТИЕМ В КАРКАСЕ ЗДАНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2025 года по МПК E04B1/30 

Область техники

Предлагаемая группа изобретений относится к области строительства зданий, а именно к конструкциям каркасов многоэтажных и высотных зданий, выполняемых с применением трубобетона.

Уровень техники

Современное строительство идет по пути все более широкого развития и применения гибридных технологий, включающих сочетания различных технологических решений, при этом имеется спрос в отношении решений, позволяющих ускорить темпы строительства зданий, снизить общий вес зданий и материалоемкость строительства при одновременном повышении технических показателей качества конструкций, таких как надежность, сейсмостойкость, огнестойкость и др.

Альтернативой традиционным схемам строительства сборно-каркасных зданий и сооружений в настоящее время являются безригельные каркасы.

Как указано в описании к патенту RU 2501916 С2 (МПК Е04В 1/21, Е04В 1/38, опубл. 20.12.2013 г.), строительные системы безригельного каркаса в сравнении с традиционными схемами строительства сборно-каркасных зданий и сооружений имеют такие преимущества, как:

- высокий уровень индустриализации - технология изготовления элементов зданий максимально переносит затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов;

- высокая производительность монтажа - используется минимально возможное количество соединений, что способствует ускорению монтажа;

- сокращение количества сварочных работ;

- уменьшение расхода бетона в процессе монтажа;

- свобода архитектурных решений - междуэтажные перекрытия могут принимать самые разнообразные формы, позволяя тем самым решать архитектурные задачи по проектированию жилищных, общественных или промышленных зданий.

Пространственная жесткость и прочность безригельных каркасов обеспечивается монолитной связью его элементов - перекрытий и колонн, следовательно, главным узлом системы безригельного каркаса, с точки зрения прочности и жесткости каркаса, является узел соединения двух основных элементов каркаса здания - перекрытия и колонны.

Известна строительная система «КУБ-2,5» по патенту RU 2247812 С2, МПК Е04 В 1/18, Е04 В 5/43, опубл. 10.03.2005 г. ), которая отличается, прежде всего, отсутствием ригелей (роль которых выполняют плиты перекрытия), а также использованием колонн без выступающих частей. Соединение колонн с плитами перекрытий выполнено следующим образом: в местах пересечения надколонных плит перекрытия с колонной или со стыком двух колонн в надколонную плиту по периметру отверстия для колонны вмонтирована обечайка, и замоноличена с продольной арматурой надколонной плиты и колонн. В местах пересечения надколонных плит перекрытия со стыком двух колонн обнаженная арматура верхней колонны выполнена в виде петлевого выпуска, а в нижней - в виде арматурных стержней, и замоноличена бетоном при объединении с надколонной плитой.

Из уровня техники известно также решение по патенту RU 2 501 916 С2 (МПК Е04 В 1/21, Е04 В 1/38, опубл. 20.12.2013 г. ) - узел соединения колонн с надколонной плитой перекрытия безригельного каркаса сооружения, содержащий колонны, надколонную плиту перекрытия, опирающуюся на колонны, отличающийся тем, что узел соединения включает закладные детали, которые установлены на периферийных участках поперечного сечения колонн и соединены с арматурой колонн, и вертикальные стержни, которые пропущены через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединены с закладными деталями колонн.

Указанные технические решения рассчитаны на применение при соединении железобетонных колонн с железобетонными плитами перекрытий. Они не применимы в более современных конструкциях каркасов зданий, при возведении которых используются трубобетонные колонны.

Известно возведение каркасов зданий с использованием колонн из трубобетона. См., например, решения по патентам RU 2473747 С2, МПК Е04 В 1/22, 27.01.2013 г., RU 2496949 С2, МПК Е04 В 1/30, 27.10.2013 г., RU 2464389 С2, МПК Е04 В 1/38, 20.10.2012 г., RU 2503782 С2, МПК Е04 В 1/38, 10.01.2014 г., RU 2350717 С1, МПК Е04 В 1/18, 27.03.2009 г.

Использование трубобетона позволяет значительно ускорить темпы строительства за счет использования конструкций колонн заводской готовности.

При использовании трубобетонных колонн в безригельных каркасах зданий сохраняется актуальность качественного выполнения узлов соединений колонн с перекрытиями, такие узлы должны обладать высокими показателями надежности, прочности, огнестойкости.

Наиболее близким решением узла сопряжения трубобетонной колонны с перекрытием в каркасе здания, принимаемым за прототип, является узел сопряжения, раскрытый в принадлежащем заявителю патенте RU 2793496 С1 (МПК Е04 В 1/20, опубл. 04.04.2023 г. ).

Согласно прототипу, узлы соединения стыков колонн выполнены в виде болтовых соединений через опорные фланцы, в узлах сопряжения колонн с этажными перекрытиями выполнены опорные элементы, сверху опорных фланцев колонн и опорных элементов в узлах сопряжения колонн с перекрытиями выполнены удерживающие стальные косынки и установлены опорные консоли, частично заведенные в тело колонны через прорези в стенке колонны с закреплением сварными швами, при этом узлы соединений стыков колонн и сопряжений колонн с этажными перекрытиями располагаются внутри монолитных дисков перекрытий и дополнительно армированы.

Заявляемая группа изобретений обеспечивает повышенную надежность узлов сопряжения колонн с перекрытием по сравнению с прототипом, в том числе при строительстве безригельных зданий с использованием трубобетона.

Сущность изобретения

Предлагаемая группа изобретений направлена на достижение следующего технического результата: значительное повышение надежности и несущей способности узлов сопряжения трубобетонных колонн с перекрытиями в конструкции каркаса здания, повышение технологичности и темпов строительства здания в целом.

Указанный технический результат достигается за счет выполнения узла сопряжения с опорными консолями улучшенной формы с улучшенным расположением, а также снабжения его дополнительным опорным элементом в виде верхнего фланца, размещенного поверх опорных консолей.

Предлагаемый узел сопряжения трубобетонной колонны с этажным перекрытием в каркасе здания по первому варианту исполнения изобретения содержит опорный элемент, сверху которого установлены опорные консоли, частично заведенные в тело колонны через прорезы в стенке колонны с закреплением сварными швами. При этом, согласно изобретению, опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние, составляющее не менее 1/7 (одной седьмой части) диаметра колонны, и имеют в верхней части внутриколонного участка переменный рельеф, а поверх опорных консолей с наружной стороны колонны установлен дополнительный верхний опорный элемент в виде фланца таким образом, что нижний и верхний опорные элементы совместно с опорной консолью в сечении образуют двутавр.

Достижение изобретением заявленного технического результата обеспечивается следующим. Поскольку опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние, составляющее не менее 1/7 диаметра колонны, и имеют в верхней части внутриколонного участка переменный рельеф, обеспечивается усиление связи железобетонного ядра колонны с перекрытием. Проникновение бетона железобетонного ядра колонны в элементы переменного рельефа консолей обеспечивает прочную анкеровку опорных консолей в железобетонном ядре колонны, при этом усилия и моменты, создаваемые перекрытием здания, перераспределяются не только на стенку трубы, но и на железобетонное ядро колонны, благодаря чему значительно повышается несущая способность и надежность узла.

Кроме того, за счет снабжения узла сопряжения дополнительным опорным элементом в виде верхнего фланца, размещенного поверх опорных консолей таким образом, что нижний и верхний опорные элементы совместно с опорной консолью в сечении образуют двутавр, несущая способность и надежность узла сопряжения дополнительно повышаются по сравнению с прототипом, в котором вертикальное сечение опорной косоли и опорного элемента является тавровым.

Предлагаемый узел сопряжения, как и узел по прототипу, располагается внутри монолитного диска перекрытия, что обеспечивает его огнестойкость, и дополнительно армирован, что повышает его надежность. При этом, в предлагаемом изобретении, в отличие от прототипа, дополнительная арматура приколонной зоны и верхняя арматура диска перекрытия может быть приварена к верхнему опорному фланцу, что обеспечивает повышенную надежность узла, а также повышение технологичности и темпов строительства здания в целом.

Выполнение узла сопряжения в предлагаемом виде возможно в заводских условиях, что позволяет ускорить процесс возведения зданий, позволяет непосредственно на стройплощадке дополнительно армировать нужные участки перекрытий.

Предлагаемый узел по предпочтительным вариантам его осуществления включает 6, 8 или 12 опорных консолей, расположенных радиально на одинаковом расстоянии друг от друга по всему периметру колонны, их количество подбирается в зависимости от усилия, передаваемого от диска перекрытия.

По предпочтительному варианту осуществления изобретения в верхней части внутриколонного участка опорных консолей выполняются вырезы, которые могут иметь различную форму. Наиболее оптимальной, согласно предпочтительному варианту исполнения изобретения, является серповидная форма указанных вырезов.

Опорные элементы в узлах сопряжений колонн с этажными перекрытиями могут быть выполнены в любой геометрической форме, при этом преимущественно они выполняются в виде опорных колец, в виде элементов с периметром многоугольника или комбинации элементов с периметрами круглой и многоугольной формы.

Опорные консоли предпочтительно выполняются в виде стальных пластин.

Предлагаемый узел сопряжения трубобетонной колонны с этажным перекрытием в каркасе здания по второму варианту исполнения изобретения содержит опорный элемент, сверху которого установлены опорные консоли, частично заведенные в тело колонны через прорезы в стенке колонны с закреплением сварными швами. Согласно изобретению, одна из консолей выполнена с длиной, превышающей диаметр колонны и заведена в колонну диаметрально, а остальные опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние, составляющее не менее 1/7 диаметра колонны, при этом опорные консоли имеют в верхней части внутриколонного участка переменный рельеф, а поверх опорных консолей снаружи колонны установлен дополнительный верхний опорный элемент в виде фланца таким образом, что нижний и верхний опорные элементы совместно с опорной консолью в сечении образуют двутавр.

По аналогии с первым вариантом осуществления изобретения, достижение заявленного технического результата обеспечивается за счет того, что опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние, составляющее не менее 1/7 диаметра колонны и имеют в верхней части внутриколонного участка переменный рельеф, чем достигается усиление связи железобетонного ядра колонны с перекрытием. Проникновение бетона железобетонного ядра колонны в элементы переменного рельефа консолей обеспечивает прочную анкеровку опорных консолей в железобетонном ядре колонны, при этом усилия и моменты, создаваемые перекрытием здания, перераспределяются не только на стенку трубы, но и на железобетонное ядро колонны, благодаря чему значительно повышается несущая способность и надежность узла.

При этом, по второму варианту изобретения, выполнение одной из консолей с длиной, превышающей диаметр колонны, и с диаметральным расположением внутри колонны, позволяет сократить общее количество используемых опорных консолей до трех при одновременном сохранении высоких показателей несущей способности и надежности узла.

Предпочтительно узел сопряжения по второму варианту исполнения изобретения включает одну диаметрально расположенную консоль и не менее 2 опорных консолей, частично заведенных в тело колонны, расположенных радиально на одинаковом расстоянии друг от друга, например, перпендикулярно диаметральной консоли.

Также, как и в первом варианте изобретения, опорные консоли преимущественно выполняются в виде стальных пластин с переменным рельефом в верхней части внутриколонного участка в виде вырезов серповидной формы.

Опорные консоли по втором варианту исполнения изобретения могут выполняться сборными из частей, одна из которых располагается в прорези колонны, а другая приваривается к первой снаружи колонны с образованием единой детали. Такая конструкция позволяет дополнительно усилить несущую способность заявляемого узла сопряжения.

Осуществление изобретения

Конструктивные особенности предлагаемой группы изобретений проиллюстрированы на чертежах.

Фигуры 1-10 демонстрируют предпочтительное осуществление первого варианта изобретения:

фиг. 1 - общий вид колонны с заявляемыми узлами сопряжения колонны с этажными перекрытиями,

фиг. 2 - вертикальное сечение А-А колонны с заявляемыми узлами сопряжения колонны с этажными перекрытиями,

фиг. 3 - верхний торец колонны (вид сверху Б-Б),

фиг. 4 - горизонтальное сечение В-В, вид сверху на узел сопряжения (узел выполнен с 12 опорными консолями),

фиг. 5 - горизонтальное сечение Г-Г, узел сопряжения в разрезе (узел выполнен с 12 опорными консолями),

фиг. 6 - горизонтальное сечение Д-Д, вид сверху на узел сопряжения нижнего торца колонны (узел выполнен с 12 опорными консолями),

фиг. 7 - горизонтальное сечение Е-Е, узел сопряжения нижнего торца колонны в разрезе (узел выполнен с 12 опорными консолями),

фиг. 8 - радиальное сечение Ж-Ж узла сопряжения по консоли,

фиг.9 - общий 3D вид узла сопряжения снаружи колонны,

фиг.10 - 3D вид узла сопряжения изнутри колонны.

Узел сопряжения трубобетонной колонны 1 с этажным перекрытием 2 в каркасе здания содержит опорный элемент 3, сверху которого установлены опорные консоли 4, частично заведенные в тело колонны 1 через прорезы 5 в стенке колонны с закреплением сварными швами 6. Опорные консоли 4 заведены в тело колонны на расстояние не менее 1/7 диаметра колонны и имеют в верхней части 7 внутриколонного участка переменный рельеф 8, а поверх опорных консолей 4 установлен дополнительный верхний опорный элемент 9 в виде фланца таким образом, что нижний 3 и верхний 9 опорные элементы совместно с опорной консолью 4 в сечении образуют двутавр 10, как показано на фиг.4.

Предлагаемый узел сопряжения, как и узел по прототипу, располагается внутри монолитного диска перекрытия 2 и может быть дополнительно усилен арматурой 11.

В верхней части 7 внутриколонного участка опорных консолей 4 выполнены вырезы 12 серповидной формы.

Опорные элементы в узлах сопряжений колонн с этажными перекрытиями выполнены с разными периметрами: периметр нижнего опорного элемента представляет собой окружность, периметр верхнего элемента - границу многоугольника.

Опорные консоли 4 выполнены в виде стальных пластин.

Фигуры 11-13 демонстрируют предпочтительное осуществление второго варианта изобретения:

фиг. 11 - общий вид колонны с заявляемым узлом сопряжения колонны с этажным перекрытием,

фиг. 12 - горизонтальное сечение З-З узла сопряжения, фиг.13 - вертикальное сечение И-И узла сопряжения.

Узел сопряжения трубобетонной колонны 1 с этажным перекрытием 2 в каркасе здания по второму варианту изобретения содержит опорный элемент 3, сверху которого установлены опорные консоли 4, частично заведенные в тело колонны 1 через прорезы 5 в стенке колонны с закреплением сварными швами 6. Одна из консолей 4 (обозначенная позицией 13) выполнена с длиной, превышающей диаметр колонны 1 и заведена в колонну 1 диаметрально, а остальные опорные консоли 4 заведены в тело колонны на расстояние не менее 1/7 диаметра колонны, при этом опорные консоли имеют в верхней части 7 внутриколонного участка переменный рельеф 8, а поверх опорных консолей 4 установлен дополнительный верхний опорный элемент 9 в виде фланца таким образом, что нижний 3 и верхний 9 опорные элементы совместно с опорной консолью 4 (или 13) в сечении образуют двутавр (не показан).

Узел включает одну диаметрально расположенную консоль 13 и шесть дополнительных опорных консолей 4, частично заведенных в тело колонны 1, две из которых выполнены удлиненными и расположены радиально перпендикулярно диаметральной консоли 13. В верхней части 7 внутриколонного участка опорных консолей 4, 13 выполнены вырезы 12 серповидной формы.

Опорные консоли 4, 13 по втором варианту исполнения изобретения могут выполняться сборными из частей, одна из которых 4 располагается в прорези колонны, а вторая 15 приваривается к первой с образованием единой детали.

Заявляемый узел по обоим вариантам исполнения изобретения выполняется на колоннах в заводских условиях. Опорные элементы 3 и 9 в виде фланцев изготавливаются из двух половин и привариваются к колонне 1, опорные консоли 4 заводятся в тело колонны 1 в соответствии с применяемым вариантом исполнения изобретения и закрепляются сварными швами 6. Верхний и нижний торцевые фланцы колонн 1 снабжаются отверстиями 14 для болтовых соединений, тело колонны снабжается арматурой 11. Колонны завозятся на стройплощадку в виде изделий заводской готовности и при возведении здания соединяются между собой через фланцы болтовыми соединениями. В ходе строительства производится поярусный монтаж колонн 1 и перекрытий 2 в следующем порядке: монтаж колонны 1 в проектное положение, устройство опалубки, заполнение трубобетонной колонны 1 бетоном, монтаж арматурного каркаса и, если применимо, иных составляющих частей перекрытий 2, согласно применяемой технологии, монтаж дополнительной арматуры 11 в приколонной зоне путем приваривания к верхнему опорному элементу 9 узла сопряжения (как показано на фиг.13), бетонирование перекрытия 2, демонтаж опалубки.

Натурный образец заявляемого узла (по первому варианту исполнения изобретения) представлен на фото - фиг.14.

Испытания подтвердили, что конструктивные преимущества предлагаемого узла значительно повышают его несущую способность и ускоряют возведение здания.

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к узлам сопряжения колонн и перекрытий многоэтажных зданий. Узел сопряжения трубобетонной колонны с этажным перекрытием в каркасе здания содержит опорный элемент, сверху которого установлены опорные консоли, частично заведенные в тело колонны через прорезы в стенке колонны с закреплением сварными швами. Опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние, составляющее не менее 1/7 диаметра колонны, и имеют в верхней части внутриколонного участка переменный рельеф, а поверх опорных консолей с наружной стороны колонны установлен дополнительный верхний опорный элемент в виде фланца таким образом, что нижний и верхний опорные элементы совместно с опорной консолью в сечении образуют двутавр. Одна из консолей в другом варианте изобретения выполнена с длиной, превышающей диаметр колонны, и заведена в колонну диаметрально, а остальные опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние, составляющее не менее 1/7 диаметра колонны. Технический результат: значительное повышение несущей способности и надежности узла. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Узел сопряжения трубобетонной колонны с этажным перекрытием в каркасе здания, содержащий опорный элемент, сверху которого установлены опорные консоли, частично заведенные в тело колонны через прорезы в стенке колонны с закреплением сварными швами, отличающийся тем, что опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние не менее 1/7 диаметра колонны и имеют в верхней части внутриколонного участка переменный рельеф, а поверх опорных консолей установлен дополнительный верхний опорный элемент в виде фланца таким образом, что нижний и верхний опорные элементы совместно с опорной консолью в сечении образуют двутавр.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что в верхней части внутриколонного участка опорных консолей выполнены вырезы серповидной формы.

3. Узел по п.1, отличающийся тем, что опорные консоли выполнены в виде стальных пластин.

4. Узел по п.1, отличающийся тем, что он включает 6, 8 или 12 опорных консолей, расположенных радиально на одинаковом расстоянии друг от друга по всему периметру колонны, при этом количество консолей подбирается в зависимости от усилия, передаваемого от диска перекрытия.

5. Узел по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно армирован путем приваривания арматурных стержней к верхнему опорному элементу.

6. Узел сопряжения трубобетонной колонны с этажным перекрытием в каркасе здания, содержащий опорный элемент, сверху которого установлены опорные консоли, частично заведенные в тело колонны через прорезы в стенке колонны с закреплением сварными швами, отличающийся тем, что одна из консолей выполнена с длиной, превышающей диаметр колонны, и заведена в колонну диаметрально, а остальные опорные консоли заведены в тело колонны на расстояние не менее 1/7 диаметра колонны, при этом опорные консоли имеют в верхней части внутриколонного участка переменный рельеф, а поверх опорных консолей снаружи колонны установлен дополнительный верхний опорный элемент в виде фланца таким образом, что нижний и верхний опорные элементы совместно с опорной консолью в сечении образуют двутавр.

7. Узел по п.6, отличающийся тем, что в верхней части внутриколонного участка опорных консолей выполнены вырезы серповидной формы.

8. Узел по п.6, отличающийся тем, что опорные консоли выполнены в виде стальных пластин.

9. Узел по п.6, отличающийся тем, что он включает одну диаметрально расположенную консоль и не менее 2 опорных консолей, частично заведенных в тело колонны, расположенных радиально перпендикулярно диаметральной консоли.

10. Узел по п.6, отличающийся тем, что опорные консоли выполнены сборными из частей, одна из которых располагается в прорези колонны, а другая приваривается к первой снаружи колонны с образованием единой детали.