Стыковое соединение железобетонного перекрытия с колонной

Изобретение относится к области строительства, а именно к сооружениям монолитных железобетонных перекрытий, и может быть использовано в сооружениях опорных конструкций безбалочных перекрытий. Соединение содержит плиту перекрытия, колонну, арматурные каркасы колонны и плиты перекрытия, металлические вставки, выполненные в виде пластин. Металлические вставки выполнены прямолинейными и цельными, установлены сквозь колонну и соединены между собой посредством встречного паза и сварного соединения или Г-образными, цельными, установленными за арматуру колонны и соединенными между собой посредством сварного соединения, причем толщину металлической вставки определяют из условия прочности расчетной призмы продавливания непосредственно у колонны b_m≥А_sw/h_m, где A_sw - площадь сечения металлической вставки. Изобретение повышает несущую способность соединения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к сооружениям монолитных железобетонных перекрытий, и может быть использовано в сооружениях опорных конструкций безбалочных перекрытий.

Известно безбалочное перекрытие по патенту Российской Федерации №2187607, кл. Е04В 5/43, 2002 г. Оно выполнено монолитным, а колонна выполнена из трубы, надколонная плита выполнена в виде опорного кольца, жестко закреплена на колонне и дополнительно соединена с ней посредством косынок, в верхней части колонны выполнены четыре выреза симметрично относительно осей колонны, а в вырезах размещены части верхней и нижней сеток арматурного каркаса плиты перекрытия, причем опорное кольцо выполнено круглым и диаметр его равен D+3h, а толщина равна t, где D - наружный диаметр колонны, h - толщина плиты перекрытия, глубина выреза в колонне равна h-3t, а его ширина равна наружному радиусу колонны, высота косынки равна h-2t, причем поперечная арматура каркаса плиты перекрытия установлена под углом 45° и перпендикулярно к боковой поверхности призмы продавливания плиты перекрытия.

Однако это перекрытие в месте стыка с колонной не обладает достаточной прочностью в силу своих конструктивных особенностей.

Известно стыковое соединение безбалочного железобетонного перекрытия с колонной по патенту Российской Федерации №2194825, кл. Е04В 5/43, 2002 г., принятое заявителем за прототип. Напротив каждой грани колонны симметрично относительно осей колонны на арматурном каркасе плиты перекрытия жестко закреплены пластины в направлении от колонны к плите перекрытия, причем каждая пластина имеет отверстия для пропуска арматуры поперечного направления, пластины выполнены длиной не менее 2h+2a, где h - толщина плиты перекрытия, а - толщина защитного слоя бетона колонны, и установлены на ребро, причем один конец каждой пластины выполнен прямоугольной формы и установлен за гранью колонны на расстоянии не менее 2а, а другой имеет скос под углом 45°, расположенный перпендикулярно боковой поверхности призмы продавливания плиты.

Однако заложенная прочность стыкового соединения зависит от правильно выбранных параметров составляющих деталей стыкового соединения, которые рассчитываются приблизительно.

Технической задачей изобретения является создание высокопрочного стыкового соединения монолитного железобетонного перекрытия с колонной путем подбора оптимальных параметров составляющих стыкового соединения, а именно металлических вставок.

Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемом решении металлические вставки выполнены прямолинейными и цельными, установлены сквозь колонну и соединены между собой посредством встречного паза и сварного соединения или Г-образными, цельными установленными за арматуру колонны и соединенные между собой посредством сварного соединения, причем толщину металлической вставки определяют из условия прочности расчетной призмы продавливания непосредственно у колонны b_m≥А_sw/h_m, а площадь сечения металлической вставки А_sw определяют по формуле

где A_sw - площадь сечения металлической вставки, м²;

n - количество металлических вставок, шт.;

b_m - толщина металлической вставки м;

u₂ - периметр расчетного контура у колонны, м;

R_sw - расчетное сопротивление металлической вставки растяжению, кг·м/с²;

h_m - высота металлической вставки, м;

W_bx, W_by - момент сопротивления расчетного контура бетона при продавливании в направлениях взаимно перепендикулярных осей х и y, кг·м;

F_sw,ult, M_sw,x,ult, M_sw,y,ult - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты в направлении осей х и y, которые могут быть восприняты металлом вставки при их раздельном действии, кг·м/с², кг²·м/с²;

F_b,ult, M_b,x,ult, M_b,y,ult - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты от внешней нагрузки, учитываемые при расчете на продавливание в напралении осей х и y, которые могут быть восприняты бетоном в расчетном поперечном сечении при их раздельном действии, кг·м/с², кг²·м/с².

Кроме того, длину металлической вставки определяют по формулам из условия:

L_w,x≥2·t_w,x+b_k,x+h₀,

L_w,y≥2·t_w,y+b_k,y+h₀,

где t_w,x, t_w,y - вылет металлической вставки за поверхность колонны соответственно по осям х и y, м;

b_k,x, b_k,y - ширина колонны соответственно по осям х и y, м;

h_o - приведенная рабочая высота сечения плиты перекрытия, м;

h_o=0,5·(h_ox+h_oy);

h_ox, h_oy - рабочая высота сечения для продольной арматуры, расположенной в направлении осей х и y, м.

Кроме того, длину металлической вставки определяют по формуле

L_w,x(y)≥2·t_w,x(y)+b_k,x(y),

где t_w,x, t_w,y - вылет металлической вставки за поверхность колонны соответственно по осям х и y, м;

b_k,x, b_k,y - ширина колонны соответственно по осям х и y, м.

Кроме того, длину каждой стороны Г-образной металлической вставки соответственно определяют по формуле

L_w,x≥t_w,x+d_k+a_k,

L_w,y≥t_w,y+d_k+a_k,

где t_w,x, t_w,y - вылет металлической вставки за поверхность колонны соответственно по осям х и y м;

d_k - диаметр арматуры колонны, м;

а_k - защитный слой арматуры в колонне, м.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено соединение колонны с плитой перекрытия, вертикальный разрез.

На фиг.2 - вид в плане соединения, горизонтальный разрез.

На фиг.3 - соединение колонны с плитой перекрытия с Г-образными металлическими вставками.

Стыковое соединение железобетонного перекрытия с колонной включает в себя колонну 1 и плиту перекрытия 2, арматурный каркас 3 колонны и арматурный каркас 4 плиты перекрытия, которые размещены внутри колонны 1 и плиты перекрытия 2. Арматурный каркас 4 плиты перекрытия 2 состоит из верхней 5 и нижней 6 сеток. Напротив каждой грани колонны 1 симметрично относительно осей колонн 1 на арматурном каркасе 4 нижней 6 и верхней 5 сеток плиты перекрытия 2 жестко закреплены металлические вставки 7 в направлении от колонны 1 к плите перекрытия 2. Металлические вставки 7 выполнены в виде пластин и каждая из них размещена между верхней 5 и нижней 6 сетками арматурного каркаса 4 плиты перекрытия 2 и жестко с ним соединена, а также имеют отверстия для пропуска арматуры.

Кроме того, металлические вставки 7 выполнены прямолинейными и цельными, и установлены сквозь колонну 1 и соединены между собой посредством встречного паза и сварного соединения. А также металлические вставки 7 могут быть выполнены Г-образными, цельными и установлены за арматурный каркас 3 колонны 1 и соединены между собой посредством сварного соединения.

Для создания высокопрочного стыкового соединения монолитного железобетонного перекрытия с колонной тщательно подбирают параметры металлических вставок, которые рассчитывают по формулам. При расчете рассматривают расчетный контур 8 поперечного сечения, контур приложения нагрузки 9, центр тяжести 10 расчетного контура и расчетный контур продавливания 11.

Толщину металлической вставки определяют из условия прочности расчетной призмы продавливания непосредственно у колонны b_m≥А_sw/h_m, а площадь сечения металлической вставки А_sw определяют по формуле

где A_sw - площадь сечения металлической вставки, м²;

n - количество металлических вставок, шт.;

b_m - толщина металлической вставки, м;

b_m>(F-R_bt·u2·h_o)/R_sw·h_m;

u₂ - периметр расчетного контура у колонны, м;

R_sw - расчетное сопротивление металлической вставки растяжению, кг·м/с²;

h_m - высота металлической вставки, м;

W_bx, W_by - момент сопротивления расчетного контура бетона при продавливании в направлениях взаимно перепендикулярных осей х и y, кг·м;

W_bx(y)=I_bx(y)/y(x)_max,

где I_bx(y) - момент инерции расчетного контура относительно осей х1 и y1, проходящих через его центр тяжести, кг·м²;

I_bx(y)=L³ _x(y)/6+0,5L_x(y)·L² _x(y),

y(х)_max - максимальное расстояние от расчетного контура до его центра тяжести, м;

I_bx(y)1,2 - момент инерции участков контуров длиной Lx и Ly относительно осей x1 и y1, совпадающими с осями х и y, кг·м².

При действии изгибающих моментов в двух взаимно перепендикулярных плоскостях расчет производят из условия:

M_bx(y),ult=R_bt·W_bx(y)·h_o

W_bx(y) - момент сопротивления расчетного контура поперечного сечения, без поперечной арматуры, кг·м;

F_sw,ult≥F-F_b,ult;

F_sw,ult, M_sw,х,ult, M_sw,y,ult - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты в направлении осей х и y, которые могут быть восприняты металлом вставки при их раздельном действии, кг·м/с², кг²·м/с².

F_b,ult, M_b,х,ult, M_b,y,ult - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты от внешней нагрузки, учитываемые при расчете на продавливание в направлении осей x и y, которые могут быть восприняты бетоном в расчетном поперечном сечении при их раздельном действии, кг·м/с², кг²·м/с².

Усилие F_sw,ult, воспринимаемое металлической вставкой, нормальной к продольной оси элемента, определяют (по формуле) из условия:

F_sw,ult=q_sw·u,

где q_sw=R_sw·А_sw - усилие в металлической вставке на единицу длины контура поперечного сечения, расположенной по обе стороны от контура расчетного сечения, кг·м/с²;

A_sw - площадь сечения металлической вставки, м²;

u=2L_sw,x+2L_sw,y+4L_xy - периметр контура расчетного поперечного сечения, м;

u≥F/(R_bt·h_o);

F - сосредоточенная сила от внешней нагрузки, кг·м/с²;

R_bt - расчетное сопротивление бетона на осевое растяжение, кг·м/с²;

L_sw,x, L_sw,y, L_xy - фактические длины участков расположения металлических вставок по расчетному контуру продавливания, м.

Усилие М_sw,ult, воспринимаемое металлической вставкой, нормальной к плоскости элемента, определяют по формуле

M_sw,ult=q_sw·W_sw,

где W_sw - момент сопротивления металлической вставки при продавливании, кг·м.

Длину металлической вставки определяют по формулам из условия:

L_w,x≥2·t_w,x+b_k,x+h_o,

L_w,y≥2·t_w,y+b_k,y+h_o,

где t_w,x, t_w,y - вылет металлической вставки за поверхность колонны соответственно по осям х и y, м;

b_k,x, b_k,y - ширина колонны соответственно по осям х и y, м;

h_o - приведенная рабочая высота сечения плиты перекрытия, м;

h_o=0,5(h_ox+h_oy);

b_ox, h_oy - рабочая высота сечения для продольной арматуры, расположенной в направлении осей х и y, м.

Длину металлической вставки также можно определить по формуле

L_w,x(y)≥2·t_w,x(y)+b_k,x(y),

где t_w,x, t_w,y - вылет металлической вставки за поверхность колонны соответственно по осям х и y, м;

b_k,x, b_k,y - ширина колонны соответственно по осям х и y, м;

где h_o - приведенная рабочая высота сечения плиты перекрытия, м;

h_o=0,5 (h_ox+h_oy);

h_ox, h_oy - рабочая высота сечения для продольной арматуры, расположенной в направлении осей х и y, м;

d_k - диаметр арматуры колонны, м;

a_k - защитный слой арматуры в колонне, м.

Длину каждой стороны Г-образной металлической вставки соответственно определяют по формулам

L_w,x≥t_w,x+d_k+a_k,

L_w,y//t_w,y+d_k+a_k.

Сборку стыкового соединения осуществляют в специально отведенном месте на стройплощадке или в арматурном цехе, а затем в готовом виде устанавливают на строящемся объекте. Соединение арматурных стержней нижней 6 и верхней 5 сеток арматурного каркаса 4 с металлическими вставками 7 осуществляют посредством прерывистого двухстороннего сварного шва.

После установки арматурного блока в проектное положение осуществляют бетонирование плиты перекрытия 2 и стыкового соединения одновременно. Укладка бетона в стыковое соединение с металлическими вставками не отличается от бетонирования плиты перекрытия и уплотнения бетона в ней.

Конструкция предлагаемого стыкового соединения с металлическими вставками, параметры которых рассчитываются по приведенным формулам, и установленными вместо арматурных сеток с поперечной рабочей арматурой является более технологичной по сравнению со «стандартным» вариантом, так как обеспечивает лучшие условия укладки и уплотнения бетона.

Используемые в стыковом соединении металлические вставки, рассчитанные по приведенным формулам, увеличивают несущую способность соединения и изменяют схему образования призмы продавливания. При достаточной несущей способности металлических вставок призма продавливания проходит за пределами их длины.

Использование предлагаемого порядка подбора параметров металлических вставок позволило создать высокопрочное соединение монолитного железобетонного перекрытия с колонной.

1. Стыковое соединение железобетонного перекрытия с колонной, содержащее плиту перекрытия, колонну, арматурные каркасы колонны и плиты перекрытия, металлические вставки, выполненные в виде пластин, отличающееся тем, что металлические вставки выполнены прямолинейными и цельными, установлены сквозь колонну и соединены между собой посредством встречного паза и сварного соединения или Г-образными, цельными, установленными за арматуру колонны и соединенными между собой посредством сварного соединения, причем толщину металлической вставки определяют из условия прочности расчетной призмы продавливания непосредственно у колонны b_m≥А_sw/h_m, а площадь сечения металлической вставки A_sw определяют по формуле

где A_sw - площадь сечения металлической вставки, м²;

n - количество металлических вставок, шт.;

b_m - толщина металлической вставки, м;

u₂ - периметр расчетного контура у колонны, м;

R_sw - расчетное сопротивление металлической вставки растяжению, кг·м/с²;

h_m - высота металлической вставки, м;

W_bx, W_by - момент сопротивления расчетного контура бетона при продавливании в направлениях взаимно-перепендикулярных осей x и y, кг·м;

F_sw,ult M_sw,x,ult, M_sw,y,ult - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты в напралении осей x и y, которые могут быть восприняты металлом вставки при их раздельном действии, кг·м/с², кг²·м/с²;

F_b,ult, M_b,x,ult, M_b,y,ult - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты от внешней нагрузки, учитываемые при расчете на продавливание в напралении осей x и y, которые могут быть восприняты бетоном в расчетном поперечном сечении при их раздельном действии, кг·м/с², кг²·м/с².

2. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что длину металлической вставки определяют по формулам из условия

L_w,x≥2·t_w,x+b_k,x+h₀,

L_w,y≥2·t_w,y+b_k,y+h₀,

где t_w,x, t_w,y - вылет металлической вставки за поверхность колонны, соответственно по осям х и y, м;

b_k,x, b_k,y - ширина колонны, соответственно по осям x и y, м;

h_o - приведенная рабочая высота сечения плиты перекрытия, м,

h_o=0,5·(h_ox+h_oy);

h_ox, h_oy - рабочая высота сечения для продольной арматуры, расположенной в направлении осей х и y, м.

3. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что длину металлической вставки определяют по формуле

L_w,x(y)≥2·t_w,x(y)+b_k,x(y),

где t_wx, t_wy - вылет металлической вставки за поверхность колонны, соответственно по осям х и y, м;

b_kx, b_k,y - ширина колонны, соответственно по осям х и y, м.

4. Стыковое соединение по п.1, отличающееся тем, что длину каждой стороны Г-образной металлической вставки соответственно определяют по формуле

L_w,x≥t_w,x+d_k+a_k,

L_w,y≥t_w,y+d_k+a_k,

где t_w,x, t_w,y - вылет металлической вставки за поверхность колонны, соответственно по осям х и y, м;

d_k - диаметр арматуры колонны, м;

a_k - защитный слой арматуры в колонне, м.