Узел соединения внецентренно сжатой колонны со ступенчатым фундаментом

Изобретение относится к конструкции каркасов гражданских и промышленных зданий, возводимых преимущественно на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях. Новым в узле соединения внецентренно сжатой колонны с фундаментом посредством ее защемления в отверстие в фундаменте является то, что фундамент выполнен составным многоступенчатым из центральной, средней и наружной ступеней со сквозными центральными, клиновидными отверстиями в каждой из ступеней, сужающимися книзу с конусностью 1/10...1/5 (5,7…11,3⁰), причем каждая из ступеней и нижний конец колонны выполнены клиновидными и имеют конусность 1/12...1/6 (4,8…9,5⁰), при этом ступени вложены одна в другую, а клиновидный конец колонны введен в центральное отверстие центральной ступени фундамента, а в зазоре между клиновидным концом колонны и фундаментом плотно вставлена пара силовых монтажных клиньев, каждый из которых содержит пару рычагов, шарнирно соединенных одними концами с возможностью изменения угла конусности клина и регулирования вертикальности, при этом на одном из рычагов закреплен домкрат, сообщенный с гидропульсирующей насосной станцией, а зазоры между ступенями фундамента и клиновидным концом колонны и фундаментом плотно заполнены прочным сыпучим материалом, например, гранитной крошкой крупностью 5…10 мм, причем верхняя часть центрального отверстия центральной ступени по контуру колонны закрыта бетонной пробкой толщиной 40…50 мм, на которой симметрично относительно внецентренно сжатой колонны размещены центрирующие подкладки, на которых установлены пара домкратов, а на колонне закреплено монтажное устройство в виде цангового зажима, состоящее из L – образных упоров, плотно прижатых к колонне и соединенных друг с другом парой балочек посредством шпилек с напрягающими гайками, причем поршни пары домкратов взаимодействуют снизу с L – упорами монтажного устройства, обеспечивая восстановление проектного положения внецентренно сжатой колонны и уплотняя сыпучий материал в зазоре между острием колонны и стенками отверстия в фундаменте. Технический результат изобретения состоит в обеспечении рихтовки пространственного положения колонны по отношению к фундаменту без разрушения узла соединения и обеспечение надежного заанкеривания внецентренно сжатой колонны в фундаменте. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к конструкции каркасов гражданских и промышленных зданий, возводимых преимущественно на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях.

Известны монолитные и сборные ступенчатые фундаменты для железобетонных и стальных внецентренно сжатых колонн [1, с.137...139, рис.5.7]. Сборные колонны соединяют со ступенчатым фундаментом посредством углубления в виде стакана. Углубление имеет дно. Зазоры 50...75 мм между колонной и стенками стакана плотно заполняют мелкозернистым бетоном класса не ниже В15. Этим стремятся обеспечить монолитность стыка колонны с фундаментом.

Известен также полый фундамент, заполненный щебнем [2, патент RU №2123091]. Регулирование его пространственного положения производят посредством принудительного нагнетания пульпы в полость, заполненную щебнем. Примем известные технические решения за аналоги.

Недостатки первого аналога следующие:

- бетон, заполняющий зазоры между стержнем колонны и фундаментом, особенно при выполнении работ в зимних условиях, не обеспечивает надежного защемления колонны в фундаменте;

- при выполнении работ в зимнее время и замерзании воды в стакане фундамент разрывает;

- невозможно рихтовать положение колонны по отношению к фундаменту без разрушения узла их соединения;

- при плохом качестве замоноличивания зазора между колонной и фундаментом все сжимающее усилие передается на дно стакана и возможно продавливание дна нижним торцом внецентренно сжатой колонны.

Недостаток второго аналога [2] - необходимость разрушения пола в цехе и возможность прорыва пульпы из-под подошвы фундамента.

Технический результат изобретения - обеспечение рихтовки пространственного положения колонны по отношению к фундаменту без разрушения узла соединения и обеспечение надежного заанкеривания внецентренно сжатой колонн в фундаменте.

Технический результат реализован тем, что внецентренно сжатая колонна соединена с фундаментом посредством ее защемления в отверстие в фундаменте.

Отличие в том, что фундамент многоступенчатый, составной. Он имеет центральную, среднюю и наружную ступени со сквозным центральным клиновидным отверстием в каждой из ступеней, сужающимся книзу с конусностью 1/10...1/5 (5,7...11,3°).

Каждая ступень и нижний конец колонны клиновидны и имеют конусность 1/12...1/6 (4,8...9,5°), при этом ступени вложены одна в другую, а клиновидный конец колонны введен в центральное отверстие в центральной ступени фундамента.

В зазоре между клиновидным концом колонны и фундаментом плотно вставлена пара силовых монтажных клиньев, каждый из которых содержит пару рычагов, шарнирно соединенных одними концами с возможностью изменения угла конусности клина и регулирования вертикальности.

При этом на одном из рычагов закреплен домкрат, сообщенный с гидропульсирующей насосной станцией, а зазоры между ступенями фундамента и клиновидным концом колонны и фундаментом плотно заполнены прочным сыпучим материалом, например гранитной крошкой крупностью 5...10 мм.

Верхняя часть центрального отверстия центральной ступени по контуру колоны закрыта бетонной пробкой толщиной 40...50 мм, на которой симметрично относительно внецентренно сжатой колонны размещены центрирующие подкладки.

На центрирующих подкладках установлена пара домкратов, а на колонне закреплено монтажное устройство в виде цангового зажима, состоящее из L-образных упоров, плотно прижатых к колонне и соединенных друг с другом парой балочек посредством шпилек с направляющими гайками.

Поршни пары домкратов взаимодействуют снизу с L-образными упорами монтажного устройства, обеспечивая восстановление проектного положения внецентренно сжатой колонны, и уплотняя сыпучий материал в зазоре между клиновидным концом колонны и стенками отверстия в фундаменте.

Сопоставление новой конструкции узла соединения внецентренно сжатой колонны с фундаментом показывает следующие существенные отличия его от аналога, а именно:

- фундамент составной, многоступенчатый со сквозными клиновидными, центральными отверстиями в каждой из ступеней, суживающимися книзу с конусностью 2β=1/10...1/5 (5,7...11,3°);

- низ колонны и каждая из ступеней также клиновидны с меньшей конусностью 2α=1/12...1/6 (4,8...9,5°);

- клиновидный конец колонны введен в сквозное клиновидное, центральное отверстие в фундаменте и точно зафиксирован в нем в проектном положении парой монтажных клиньев, выполняющих функции кондуктора;

- пара монтажных клиньев обеспечивают установку внецентренно сжатой колонны точно по вертикали и позволяют рихтовать положение колонны в плане в пределах ±(40...50 мм) и по высоте;

- центральный фундамент введен в следующую ступень многоступенчатого фундамента с дополнительной возможностью рихтовки ±(40...50 мм);

- заанкеривание колонны и ступеней фундамента друг в друге достигнуто плотным заполнением полостей вокруг клиновидного конца колонны и полостей, отделяющих ступени фундамента одну от другой, сыпучим материалом, например гранитной крошкой крупностью 5...10 мм с уплотнением ее вибротрамбовкой;

- клиновидный конец внецентренно сжатой колонны расклинивает и уплотняет сыпучий материал в зазоре и надежно защемляет ее в фундаменте, а сжимающие усилия с клиновидного конца колонны передаются через сжатый сыпучий материал (гранитную крошку) на фундамент;

- при неравномерной осадке фундамента бетонная пробка толщиной 40...50 мм вокруг колонны легко разрушается и колонна поддомкрачивается без повреждения.

На фиг.1 показан узел жесткого соединения внецентренно сжатой колонны с фундаментом; на фиг.2 - вид по А-А (план); на фиг.3 - монтажный клин; на фиг.4 - процесс монтажа колонны.

Узел содержит внецентренно сжатую колонну 1 железобетонную или стальную с клиновидным концом 2. Клиновидный конец 2 имеет конусность 1/12...1/6 (4,8...9,5°). На фиг.1 фундамент имеет три вложенные одна в другую ступени: центральную, среднюю и наружную. Центральная ступень фундамента 3 имеет центральное отверстие 4 также клиновидное книзу, причем конусность отверстия 4 больше, чем конусность нижнего конца колонны. Конусность сквозного отверстия 4 равна 2β=1/10...1/5 (5,7...11,3°).

Между клиновидным концом колонны 1 и стенками клиновидного сквозного отверстия 4 имеется зазор, сужающийся книзу. У верха фундамента зазор равен 75...100 мм, а у нижнего торца колонны равен 40...50 мм. Клиновидный конец 2 внецентренно сжатой колонны имеет длину, превышающую высоту сечения внецентренно сжатой колонны в 1,8...2 раза. Упомянутый зазор по контуру клиновидного конца 2 колонны 1 заполнен прочным сыпучим материалом 5, например щебнем из гранита с крупностью фракций 5...10 мм.

Центральная ступень фундамента 3 опирается на грунтовое основание 6 и вложена в среднюю ступень. Средняя ступень фундамента 3 вложена в наружную ступень.

Верх отверстия 4 по контуру колонны закупорен бетонной пробкой 7.

На бетонной пробке 7 установлены центрирующие подкладки 8 необходимой толщины в зависимости от произошедшей осадки многоступенчатого фундамента 3 и колонны 1.

Для выполнения пространственной рихтовки колонны 1 на центрирующих подкладках 8 установлена пара домкратов 9 симметрично относительно колонны 1.

Поршни домкратов 9 уперты снизу в L-образные упоры 10 монтажного устройства в виде цангового зажима 11. L-образные упоры 10 плотно прижаты к стержню колонны 1 посредством балочек 12, шпилек 13 и напрягающих гаек 14. Для увеличения трения L-образные упоры 10 имеют насечку подобно насечке на клиновых зажимах в разрывных машинах [3]. При действии домкратов 9 сила

сцепления цангового зажима с колонной 1 увеличивается, так как домкраты действуют на L-образные упоры 10с эксцентриситетом.

На фиг.4 показана внецентренно сжатая колонна в процессе монтажа. После опускания внецентренно сжатой колонны 1 клиновидным концом 2 в центральное отверстие в фундаменте 3 колонну 1 временно закрепляют и фиксируют посредством монтажных клиньев 15 (фиг.3).

Каждый из монтажных клиньев 15 содержит пару рычагов 16, соединенных с одного из концов шарнирно с возможностью изменения угла конусности монтажного клина.

В шарнирном сочленении пары рычагов введены шаровой шарнир 17, западающий в лунки в рычагах 16, и накладки 18, шарнирно соединяющие рычаги 16. На одном из рычагов закреплен домкрат 19, соединенный шлангом 20 с гидропульсирующей насосной станцией 21, работающей в циклическом режиме [3, с.268...271], [4, с.473].

Последовательность возведения фундамента и соединения колонны с фундаментом.

1. Производят геодезическую разбивку, например, с использованием лазерных нивелиров.

2. В соответствии с осями здания точно устанавливают арматурный каркас наружной ступени фундамента 3 и стальную опалубку, состоящую из внешней оболочки и конусного пустотообразователя, и фиксируют их друг относительно друга.

3. На опалубке закрепляют четыре прицельные мушки, например, из проволоки. Положение опалубки корректируют так, чтобы луч от каждого из двух нивелиров прошел над острием мушек. Необходимо одновременно использовать два лазерных нивелира, посылающих два взаимно перпендикулярных луча.

4. Бетонируют наружную ступень фундамента, подавая бетон, например, бетононасосом и уплотняя бетон вибрированием.

5. После схватывания бетона демонтируют внешнюю оболочку опалубки и извлекают пустотообразователь в виде конуса.

6. Смазывают внутреннюю поверхность наружной ступени фундамента эмульсией, предотвращающей сцепление, и, установив по кондуктору арматурные каркасы средней ступени и пустотообразователь средней ступени, бетонируют среднюю ступень фундамента 3. Затем аналогичным образом бетонируют центральную ступень фундамента 3. При последовательном бетонировании наружной, средней и центральной ступени фундамента точность размещения центрального отверстия повышается.

7. Заполняют сквозное клиновидное отверстие в центральной ступени фундамента сыпучим материалом до проектной отметки и уплотняют его вибротрамбовкой.

8. Краном опускают внецентренно сжатую колонну 1, направляя ее клиновидный конец 2 в центр отверстия до упора в сыпучий материал.

9. Заклинивают клиновидный конец 2 в фундаменте 3 двумя монтажными клиньями 15 с двух сторон от внецентренно сжатой колонны 1 и, управляя подачей масла от гидропульсирующей насосной станции 21 по шлангу 20 клиньями 15, устанавливают внецентренно сжатую колонну 1 точно по вертикали и точно на пересечении разбивочных осей здания в плане.

Точность установки внецентренно сжатой колонны контролируют, используя лазерные нивелиры и две мишени с координатной сеткой, приклеенные к поверхности колонны. Пазухи, возникшие со всех четырех сторон клиновидного конца колонны, плотно заполняют сыпучим материалом, например гранитной крошкой крупностью 5...10 мм. Уплотнение сыпучего материала производят вибротрамбованием или вдавливанием домкратом. Сыпучий материал не доводят до верхней грани фундамента 3 на 40...50 мм. Затем по контуру колонны выполняют бетонную пробку толщиной t=40...50 мм заподлицо с верхней гранью фундамента 3.

Способ рихтовки пространственного положения колонны по отношению к фундаменту.

При возникшей неравномерной осадке грунтового основания и соответствующей неравномерной осадке фундаментов и колонн, восстановление проектного положения колонн достигают следующим образом:

- на бетонную пробку 7 укладывают симметричную пару центрирующих подкладок 8 требуемой толщины в зависимости от осадки данного фундамента и колонны;

- на центрирующие подкладки 8 устанавливают пару домкратов 9 циклического режима работы [3, с.369], [4, с.473];

- на стержень внецентренно сжатой колонны 1 устанавливают L-образные упоры 10 монтажного устройства 11 в виде цангового зажима и стягивают пару балочек 12, парой шпилек 13 с напрягающими гайками 14;

- закрепляют монтажное устройство 11 на стержне колонны 1 на требуемой высоте, упирая поршни домкратов 9 в L-образные упоры 10 снизу;

- включают пульсирующую насосную станцию 21, создавая давление и пульсацию масла в трубопроводах гидросистемы и сообщая этим не только силовое, но и циклическое действие паре домкратов 9;

- силовые и циклические воздействия пары домкратов 9 постепенно увеличивают и, наконец, преодолевают опорную реакцию внецентренно сжатой колонны 1 и защемляющее действие сыпучего материала (гранитного щебня) в зазорах вокруг клиновидного конца колонны, бетонная пробка вокруг стержня колонны раздавливается и вдавливается в зазор;

- процесс возвращения внецентренно сжатой колонны 1 в проектное положение контролируют посредством лазерных нивелиров и мишеней с координатной сеткой, приклеенных на поверхности колонны (проектная точка на мишени заранее выделена);

- циклы поддомкрачивания внецентренно сжатой колонны 1 повторяют необходимое число раз с соответствующим добавлением сыпучего материала (гранитного щебня);

- после полного восстановления проектного положения внецентренно сжатой колонны 1 восстанавливают бетонную пробку 7 по ее контуру.

Возник следующий экономический эффект:

- обеспечена механизированная рихтовка пространственного положения колонны по отношению к фундаменту с большой точностью и наименьшими трудозатратами;

- при небольших осадках и отклонениях по горизонтали стержня колонны 1 для рихтовки используют зазоры между клиновидным концом колонны и центральной ступенью фундаменты, а при больших осадках дополнительно используют зазоры между ступенями фундамента 3;

- при необходимости устранения сыпучего материала из зазора используют гидромонитор и вымывают щебень струей воды под напором;

- повышена надежность заанкеривания колонны с одновременным расширением пределов перемещения колонны как по вертикали, так и по горизонтали;

- разработаны дополнительные монтажные устройства: монтажный клин и цанговый зажим, облегчающие трудоемкий процесс монтажа и особенно рихтовки положения колонны в процессе эксплуатации здания.

Литература

1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. Учеб. для строит. спец. вузов. В 2-х частях. Ч. 2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: Высш. шк., 1989. - 264 с.

2. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Кузина В.Н. Патент РФ №2123091, 12.10.1998.

3. Серенсен С.В., Гарф М.Э., Козлов Л.А. Машина для испытаний на усталость/Под ред. С.В. Серенсена. Машгиз. М. 1957.-404 с.

4. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3. Стальные сооружения, конструкции из алюминиевых сплавов. Реконструкция, обследование, усиление и испытание конструкций зданий и сооружений. (Справочник проектировщика) /Под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) - М.: изв-во АСВ, 1999.-528 стр.

Узел соединения внецентренно сжатой колонны с фундаментом посредством ее защемления в отверстие в фундаменте, отличающийся тем, что фундамент выполнен составным многоступенчатым из центральной, средней и наружной ступеней со сквозными центральными, клиновидными отверстиями в каждой из ступеней, сужающимися книзу с конусностью …(5,7…11,3⁰), причем каждая из ступеней и нижний конец колонны выполнены клиновидными и имеют конусность …(4,8…9,5⁰), при этом ступени вложены одна в другую, а клиновидный конец колонны введен в центральное отверстие центральной ступени фундамента, а в зазоре между клиновидным концом колонны и фундаментом плотно вставлена пара силовых монтажных клиньев, каждый из которых содержит пару рычагов, шарнирно соединенных одними концами с возможностью изменения угла конусности клина и регулирования вертикальности, при этом на одном из рычагов закреплен домкрат, сообщенный с гидропульсирующей насосной станцией, а зазоры между ступенями фундамента и клиновидным концом колонны и фундаментом плотно заполнены прочным сыпучим материалом, например, гранитной крошкой крупностью 5…10 мм, причем верхняя часть центрального отверстия центральной ступени по контуру колонны закрыта бетонной пробкой толщиной 40…50 мм, на которой симметрично относительно внецентренно сжатой колонны размещены центрирующие подкладки, на которых установлены пара домкратов, а на колонне закреплено монтажное устройство в виде цангового зажима, состоящее из L–образных упоров, плотно прижатых к колонне и соединенных друг с другом парой балочек посредством шпилек с напрягающими гайками, причем поршни пары домкратов взаимодействуют снизу с L–упорами монтажного устройства, обеспечивая восстановление проектного положения внецентренно сжатой колонны и уплотняя сыпучий материал в зазоре между острием колонны и стенками отверстия в фундаменте.