Стыковое соединение сборных железобетонных колонн и способ его выполнения

010214 Изобретение относится к строительству и может быть использовано в железобетонных каркасах многоэтажных зданий и сооружений. Известно стыковое соединение колонн с оборванной у стыка продольной рабочей арматурой и плоскими торцами, снабженными стальными торцовыми пластинами, арматурными стержнямикоротышами, размещенными в каналах вдоль оборванной рабочей арматуры, и включающее межторцовый зазор, заполненный стальными центрирующими и периферийными вкладышами, а также высокопрочным раствором [1]. Известное стыковое соединение обеспечивает равномерное распределение контактных напряжений в стыке и отличается достаточно высокой несущей способностью. Однако оно сложно и трудоемко в производстве, металлоемко, не располагает достаточной технологической надежностью. Известно стыковое соединение, включающее концевые участки колонн с поперечными стальными листами, прикрепленными на сварке к оборванным у торцов колонн стержням продольной арматуры, и центрирующую прокладку. [2, с. 89, фиг. 3.10]. Стык сравнительно прост в исполнении. Недостатком стыка являются температурные сварочные деформации и напряжения, возникающие в элементах стыка при креплении торцовых пластин к арматурному каркасу и снижающие надежность стыкового соединения. Наиболее близким к предлагаемому является стыковое соединение колонн [3], включающее стальные листы на торцах колонн, закрепленные анкерными стержнями, расположенными внахлест параллельно оборванным концам рабочей арматуры, ниши у торцов колонн, а также шпильки с винтовой нарезкой, зафиксированные в отверстиях стальных листов на торцах стыкуемых колонн по концам в нишах обеих колонн гайками, в зазоре между торцовыми стальными листами размещена центрирующая прокладка и юстировочные гайки, а ниши зачеканены бетоном. Известный стык имеет высокую несущую способность. Недостатком его является высокая металлоемкость, а также относительно небольшая величина межторцового зазора, что вызывает затруднения по размещению в нем юстировочных гаек и заполнению цементно-песчаным раствором. Известен способ выполнения стыкового соединения, включающий поочередную установку на одной оси стыкуемых колонн, выполненных с поперечными стальными листами, прикрепление к ним по контуру стального окаймления и последущее заполнение раствором зазора между торцовыми стальными листами стыкуемых колонн [4, фиг. 12, с. 27-29]. Известный способ сравнительно прост в исполнении. Однако получаемый стык недостаточно надежен, он также не способен воспринять возникающие под нагрузкой в стыке изгибающие моменты. Наиболее близким к предлагаемому является способ выполнения стыка [3], включающий поочередную установку на одной оси нижней и верхней стыкуемых колонн с плоскими торцами, фиксацию в проектном положении верхней колонны с прикреплением ее к нижней колонне шпильками, крепежными и юстировочными гайками, а также с предварительным размещением в межторцовом зазоре центрирующей прокладки и раствора. Известный способ обеспечивает высокий темп монтажа колонн. Вместе с тем, он достаточно трудоемок и позволяет получить надежные и высокопрочные стыки на винтовых соединениях, но при достаточно высокой их металлоемкости. Основной задачей, на решение которой направлены предлагаемые технические решения стыкового соединения сборных железобетонных колонн и способа его выполнения, является повышение надежности стыковых соединений колонн, сокращение металлоемкости стыков и трудозатрат на их выполнение. Решение поставленной задачи достигается тем, что стыковое соединение сборных железобетонных колонн, включающее концевые участки стыкуемых колонн с поперечными торцовыми стальными листами, снабженные жестко связанными с ними анкерными стержнями, расположенными у торцов параллельно стержням рабочей арматуры, межторцовый зазор, заполненный бетоном, и шпильки с винтовой нарезкой, прикрепленные крепежными и юстировочными гайками к торцовым листам стыкуемых колонн в их угловых нишах, образованных стальными уголками и зачеканенных бетоном. В бетоне межторцового зазора стыкового соединения размещено косвенное армирование в виде по меньшей мере одной арматурной сетки с образованием монолитной железобетонной вставки, поперечные торцовые листы со стороны межторцового зазора снабжены жестко прикрепленными к ним по контуру дискретным окаймлением. Анкерные стержни прикреплены к торцовым листам в конусных раззенкованных отверстиях со стороны межторцового зазора на сварке и размещены вдоль периметра поперечного сечения колонн в створах со стержнями их продольной арматуры. В стыковом соединении сборных колонн дискретное окаймление поперечных торцовых листов со стороны межторцового зазора может быть выполнено в виде стальных призматических или цилиндрических стержней, приваренных к торцовым листам на части длины их сторон. В стыковом соединении сборных колонн по меньшей мере один торцовый стальной лист выполнен в виде цельной пластины. В стыковом соединении сборных колонн поперечные стальные листы на торцах стыкуемых колонн могут быть выполнены в виде дискретных закладных деталей, размещенных по углам колонн и жестко соединенных между собой в плоскости каждого торца на сварке арматурными стержнями.-1 010214 Указанный технический результат достигается тем, что способ выполнения стыкового соединения колонн включает поочередную установку на одной вертикальной оси нижней и верхней стыкуемых колонн, закрепление на торце нижней колонны направленных кверху шпилек с юстировочными гайками,опирание верхней колонны на котировочные гайки, установку посредством этих гаек в проектное положение верхней колонны, фиксацию ее положения крепежными гайками в угловых нишах и зачеканку бетоном всех угловых ниш. При этом верхнюю колонну после размещения над торцом нижней колонны косвенной арматуры опирают на юстировочные гайки с образованием межторцового зазора, снабженного косвенным армированием, а фиксацию верхней колонны крепежными гайками в нижних угловых нишах осуществляют непосредственно после ее установки в проектное положение юстировочными гайками. Затем на двух оппозитных боковых гранях колонн вплотную на уровне межстыкового зазора и угловых ниш закрепляют опалубочные щиты, а на двух других гранях колонн под углом к ним закрепляют наклонные щиты, образующие совместно с двумя ранее установленными щитами приемный и выходной бункеры. После этого в приемный бункер начинают подачу с вибрацией бетонной смеси до полного заполнения межторцового зазора, всех угловых ниш и выходного бункера, затем в приемный и выходной бункеры вплотную вдоль боковых граней колонн под воздействием вибрации погружают металлические листы-шиберы, отсекающие бетонную смесь в обоих бункерах, и после набора бетоном требуемой прочности опалубку стыка демонтируют, а отсеченные остатки бетона удаляют. Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом позволяет заметить, что от известного оно отличается новыми признаками: (I) в бетоне межторцового зазора размещено косвенное армирование в виде по меньшей мере одной сварной арматурной сетки с образованием монолитной железобетонной вставки; (2) поперечные торцовые листы со стороны межторцового зазора снабжены жестко прикрепленным к ним по контуру дискретным окаймлением; (3) анкерные стержни жестко прикреплены к торцовым листам в конусных раззенкованных отверстиях со стороны межторцового зазора на сварке; и (4) размещены вдоль периметра поперечного сечения колонн в створах с оборванными стержнями их продольной арматуры. При этом (5) дискретное окаймление поперечных торцовых листов со стороны межторцового зазора выполнено в виде стальных цилиндрических или призматических стержней, приваренных к торцовым листам на части длины их сторон; (6) по меньшей мере один торцовый лист в стыковом соединении выполнен в виде цельной пластины; (7) поперечные стальные листы на торцах стыкуемых колонн выполнены составными в виде дискретных закладных деталей, жестко соединенных между собой в плоскости каждого торца на сварке арматурными стержнями. Способ выполнения стыкового соединения включает следующую последовательность операций: (9) верхнюю колонну после размещения косвенной арматуры над торцом нижней колонны опирают на юстировочные гайки; (10) после установки верхней колонны посредством юстировочных гаек в проектное положение сразу же фиксируют ее положение крепежными гайками в нижних угловых нишах верхней колонны с образованием межторцового зазора, снабженного косвенной арматурой; затем (11) на двух оппозитных боковых гранях колонн вплотную на уровне межстыкового зазора и угловых ниш закрепляют опалубочные щиты, а на двух других гранях колонн под углом к ним закрепляют наклонные щиты,образующие совместно с двумя ранее установленными щитами приемный и выходной бункеры; после чего (12) в приемный бункер начинают подачу с вибрацией бетонной смеси до полного заполнения межторцового зазора, всех угловых ниш и выходного бункера; затем (13) в приемный и выходной бункеры вплотную вдоль боковых граней колонн под воздействием вибрации погружают металлические листышиберы, отсекающие бетонную смесь в обоих бункерах; и (14) после набора бетоном требуемой прочности опалубку стыка демонтируют, а отсеченные остатки бетона удаляют. Все перечисленные признаки позволяют обеспечить бессварной стык колонн повышенной надежности с высокоточным размещением колонн в проектном положении без применения сварки, традиционных громоздких монтажных кондукторов и технологической оснастки, при одновременном сокращении расхода металла и трудозатрат на его устройство. Все перечисленные признаки предлагаемого технического решения в приведенной сумме неизвестны, а достигнутые технические результаты по предложенному решению превосходят известные, позволяют полностью решить поставленную задачу и создают сверхсуммарный результат вследствие взаимного усиления воздействия каждого из перечисленных признаков друг на друга. Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено предлагаемое стыковое соединение колонн на одной вертикальной оси, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез А-А колонны на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, поперечный разрез Б-Б колонны на фиг. 1, случай сплошной торцовой пластины; на фиг. 4 - то же, поперечный разрез Б-Б колонны на фиг. 1, случай составных пластин в виде дискретных угловых закладных деталей на торцах колонн; на фиг. 5 - то же, разрез В-В на фиг. 1 в стыке между торцами колонн; на фиг. 6 - представлена конструкция дискретных угловых закладных деталей торца колонны, вид в изометрии; на фиг. 7 - фрагмент конструкции сплошных торцовых листов колонн, размещенных в стыке в про-2 010214 ектном положении, вид в изометрии; на фиг. 8 - случай составных пластин в виде парных закладных деталей торцов стыкуемых колонн,размещенных в стыке в проектном положении, вид в изометрии; на фиг. 9 - представлена опалубка стыкового соединения; на фиг. 10 - то же, разрез Г-Г на фиг. 9, со схемой подачи бетонной смеси в стык. Предлагаемое стыковое соединение сборных колонн (фиг. 1-10) включает концевые участки колонн 1 с продольной арматурой, стержни 2 которой заанкерены в бетоне у торцов. На торцах стыкуемых колонн 1 размещены поперечные стальные листы. Эти листы могут быть сплошными 3 по всему торцу колонны 1, либо составными в виде дискретных угловых закладных деталей 4, или в виде парных закладных деталей 5. По углам к торцовым листам 3, 4, 5 на сварке прикреплены вертикальные стальные уголки 6, образующие у торцов колонн 1 угловые ниши 7. К этим же листам в конусных отверстиях со стороны межторцового зазора 8 на сварке закреплены анкерные стержни: 9, расположенные на концевых участках колонн параллельно и внахлест к стержням 2 оборванной рабочей арматуры колонн. Стержни 9 и 2 размещены в одном створе вдоль всего периметра поперечного сечения колонн. В зоне их анкеровки размещено косвенное армирование в виде сварных сеток 10. На торцовых листах 3 по периметру со стороны межторцового зазора 8 на сварке прикреплено дискретное окаймление в виде стержней 11. Дискретные угловые торцовые детали 4 в плоскости торца каждой колонны 1 жестко соединены между собой стержнями окаймления 11 по периметру, а также стержнями-коротышами 12. Парные торцовые закладные детали 5 также соединены на сварке стержнями 11 окаймления у боковых граней торцов колонны и стержнями 12. Кроме того, парные торцовые закладные детали 5 на стыкуемых колоннах для обеспечения однородности напряженного состояния в бетоне стыка повернуты друг относительно друга на 90 (см. фиг. 8). В угловых нишах 7 торцовые листы 3, 4, 5 содержат сквозные отверстия 13 для пропуска и фиксации по концам шпилек 14 с винтовой резьбой. Шпильки 14 закреплены на торцовом листе в нишах 7 нижней колонны крепежными гайками 15, а в верхней колонне они зафиксированы в ее нишах 7 крепежными гайками 16 и снизу юстировочными гайками 17. При сборке стыкового соединения верхнюю колонну опирают по углам на эти юстировочные гайки 17, размещенные на шпильках 14 в межторцовом зазоре 8. Между торцами колонн 1 в бетоне межторцового зазора 8, уложенного с контролем прочности,размещено косвенное армирование в виде одной или нескольких сварных сеток 18, образуя монолитную железобетонную вставку, плотно прилегающую к торцам обеих колонн. Торцовые стальные листы 3, 4 или 5 обеих колонн 1, снабженные анкерными стержнями 9, в стыке 8 объединены вертикальными шпильками 14, пропущенными через отверстия 13 и по концам зафиксированы на этих листах 3, 4 или 5 крепежными гайками 15 и 16 в угловых нишах колонн. Требуемую площадь сечения анкерных стержней 9 определяют расчетом из условия превышения прочности сечений концевых участков колонн над прочностью сечений ствола колонны с заданными параметрами безопасности. Поэтому в любом случае расчета площадь сечения анкерных стержней 9 должна быть не менее 0,4 от площади сечения стержней 2 рабочей арматуры ствола колонны. Таким образом, по стыку 8 колонн 1 сохранена непрырывность продольного армирования, что обеспечивает восприятие не только продольных усилий, но и совместно с продольными усилиями изгибающих моментов всеми сечениями как ствола колонн, так и стыка. Наличие косвенной арматуры в виде сварных сеток 10 и 18, а также торцовых пластин 3, 4 и 5 со стержнями 11 их окаймления позволяет реализовать в бетоне концевых участков колонн 1 у стыка 8 и в стыке 8 объемное напряженное состояние и существенно повысить прочность бетона сечений в указанных местах. Наличие юстировочных гаек 17 позволяет не только обеспечить прецизионно точную установку колонн 1 при монтаже, но и исключить потребность в центрирующей прокладке в стыковом зазоре 8. В результате, в стыке оказался устраненным концентратор напряжений, способствующий продольному раскалыванию торцов колонн при продольном сжатии от расчетных нагрузок. Более того, применение монолитного бетона в стыковом зазоре 8 с косвенным армированием сетками 18 существенно повысило эксплуатационную надежность стыка, поскольку в контактах монолитного бетона стыка 8 с торцами стыкуемых сборных колонн 1 неизбежно плотное примыкание без возникновения каких-либо местных неплотностей, независимо от возможных перекосов торцов, возникающих при изготовлении сборных железобетонных колонн 1. Это означает, что опасность местного смятия бетона в стыке исключена и обеспечено полное использование прочностных свойств материалов колонны и стыка. Таким образом, по сравнению с аналогами [1, 2] и прототипом [3], в указанном стыковом соединении колонн при наличии приведенных выше признаков получено новое качество, при котором обеспечено повышение несущей способности и надежности стыкового соединения за счет создания однородного напряженного состояния и исключения вероятности местных повреждений бетона по контактным поверхностям. Конструкции торцовых листов 4 и 5 обеспечивают при их применении существенное сокращение металлоемкости стыкового соединения. Предлагаемое стыковое соединение сборных колонн 1 выполняют в следующей последовательности. Сначала устанавливают и закрепляют в проектном положении нижнюю колонну. На ее верхнем торцовом листе 3, 4 или 5 крепежными гайками 15 закрепляют направленные кверху шпильки 14. Поверху-3 010214 нижней колонны устанавливают сварные сетки 18 косвенного армирования, на шпильки 14 от требуемой отметки наворачивают юстировочные гайки 17. На юстировочные гайки 17 опирают нижними торцовыми листами 3, 4 или 5 верхнюю колонну, пропустив шпильки 14 через отверстия 13 этих листов. После установки верхней колонны в требуемое проектное положение посредством юстировочных гаек 17, верхнюю колонну в проектном положении фиксируют на шпильках 14 крепежными гайками 16 в угловых нишах 7. Затем на двух боковых гранях стыка колонн 1 прижатием винтами 19 закрепляют вертикальные щиты 20 опалубки, а на двух других сторонах колонн напротив стыка закрепляют наклонные щиты 21 опалубки так, чтобы был образован приемный 22 и выходной 23 бункеры. Подачу бетонной смеси 24 осуществляют при воздействии вибрации, создаваемой глубинным вибратором 25, только с одной стороны стыка через приемный бункер 22 до полного заполнения межторцового зазора 8, всех угловых ниш 7 и выходного бункера 23. Непосредственно после завершения укладки бетонной смеси в стык, вдоль боковых граней колонн в бункерах 22 и 23 под воздействием вибрации погружают металлические листышиберы 26, отсекающие излишки бетонной смеси от стыка 8 и угловых ниш 7. После набора бетоном в межторцовом зазоре 8 и угловых нишах 7 требуемой прочности, опалубку стыка 20, 21 и листы 26 демонтируют, а отсеченные остатки бетона из бункеров 22 и 23 удаляют. Бетонирование стыковых соединений выполняют для группы стыков из одной партии бетонной смеси. Таким образом, в представленном способе предложенное стыковое соединение колонн выполняют без дополнительных операций и перестановок, как в прототипе [3], за один прием при минимальных трудовых и энергетических затратах. Полностью исключена потребность в монтажных кондукторах, в сложном контрольно-технологическом оборудовании. В целом приведенный способ выполнения стыкового соединения колонн дополняет преимущества конструктивного решения, обеспечивает получение надежного, прочного и высокоточного стыкового соединения колонн, технологическую надежность и высокий темп строительства с его применением. Стыковое соединение не требует сварочных работ на стройплощадке, практически не зависит от погодных условий, поскольку местный прогрев концевых участков колонн у стыка и термоизолированная опалубка обеспечивают, как показало опытное применение, высококачественную укладку бетонной смеси и при отрицательной температуре воздуха. Кроме того, при отрицательных температурах могут применяться и беспрогревные технологии на основе использования полимерных бетонов. Предлагаемое техническое решение представляет новое развивающееся направление конструирования многоэтажных каркасных зданий массового назначения, в которых наряду с повышенными безопасностью и надежностью обеспечивается высокий темп возведения. Источники информации 1. Патент РФ 2233368, Кл. Е 04 В 1/38, БИ 21, 27.07.04 2. Дыховичный Ю.А., Максименко В.А. Сборный железобетонный унифицированный каркас. Опыт московского строительства. Проектирование, изготовление, монтаж, перспективы развития. М.: Стройиздат, 1985, 296 с, илл. 3. Патент РФ 2244789, Кл. Е 04 С 3/34, Е 04 В 1/38, БИ 2, 20.01.05 4. ВНИИИС Госстроя СССР. Серия 8. Строительные конструкции. Обзорная информация. Стыки железобетонных элементов каркасов многоэтажных зданий. Матков Н.Г. Обзор. М.: ВНИИИС, 1982, 95 с, илл. (фиг. 12, с. 27-29) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Стыковое соединение сборных железобетонных колонн, включающее концевые участки стыкуемых колонн с поперечными торцовыми стальными листами, снабженными жестко связанными с ними анкерными стержнями, расположенными у торцов колонн параллельно стержням продольной арматуры,межторцовый зазор, заполненный бетоном, и шпильки с винтовой нарезкой, прикрепленные крепежными и юстировочными гайками к поперечным торцовым листам стыкуемых колонн в их угловых нишах, образованных жестко прикрепленными к торцовым листам на сварке стальными уголками и зачеканенных бетоном, отличающееся тем, что в бетоне межторцового зазора размещено косвенное армирование в виде по меньшей мере одной сварной арматурной сетки с образованием монолитной железобетонной вставки, поперечные торцовые листы со стороны межторцового зазора снабжены жестко прикрепленным к ним по контуру дискретным окаймлением, анкерные стержни жестко прикреплены к торцовым листам в конусных раззенкованных отверстиях со стороны межторцового зазора на сварке и размещены вдоль периметра поперечного сечения колонн в створах со стержнями их продольной арматуры. 2. Стыковое соединение сборных колонн по п.1, отличающееся тем, что дискретное окаймление поперечных торцовых листов выполнено в виде стальных цилиндрических или призматических стержней,приваренных со стороны межторцового зазора к торцовым листам на части длины их сторон. 3. Стыковое соединение сборных колонн по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один торцовый стальной лист выполнен в виде цельной пластины. 4. Стыковое соединение сборных колонн по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что поперечные стальные листы на торцах стыкуемых колонн выполнены составными в виде дискретных закладных-4 010214 деталей, жестко соединенных между собой в плоскости каждого торца на сварке арматурными стержнями окаймления. 5. Способ выполнения стыкового соединения колонн по любому из пп.1-4, включающий поочередную установку на одной вертикальной оси нижней и верхней стыкуемых колонн, закрепление на торце нижней колонны направленных кверху шпилек с юстировочными гайками, опирание верхней колонны на юстировочные гайки и установку ее посредством этих гаек в проектное положение, фиксацию положения верхней колонны крепежными гайками в угловых нишах и зачеканку бетоном всех угловых ниш,отличающийся тем, что верхнюю колонну после размещения над торцом нижней колонны косвенной арматуры опирают на юстировочные гайки с образованием межторцового зазора, снабженного косвенным армированием, а фиксацию верхней колонны крепежными гайками в нижних угловых нишах осуществляют непосредственно после ее установки в проектное положение юстировочными гайками, затем на двух оппозитных боковых гранях колонн вплотную на уровне межстыкового зазора и угловых ниш закрепляют вертикальные опалубочные щиты, а на двух других гранях колонн под углом к ним закрепляют наклонные щиты, образующие совместно с двумя ранее установленными щитами приемный и выходной бункеры, после чего в приемный бункер начинают подачу с вибрацией бетонной смеси до полного заполнения межторцового зазора, всех угловых ниш и выходного бункера, затем в приемном и выходном бункерах вплотную вдоль боковых граней колонн под воздействием вибрации погружают металлические листы-шиберы, отсекающие бетонную смесь в обоих бункерах, и после набора бетоном требуемой прочности опалубку стыка демонтируют, а отсеченные остатки бетона удаляют.