Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса



Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса
Способ жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса

 


Владельцы патента RU 2472905:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА" (RU)

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса. Технический результат заключается в автоматизации процесса возведения каркаса сооружения, повышении технологичности процесса, снижении трудоемкости и повышении надежности соединения. Способ заключается в том, что изгибаемый ригель пропускают сквозь узел неделимым, целым. Оголовок нижней колонны выполняют лоткообразным с продольными отогнутыми ребрами. Оголовок копирует и охватывает поверхность овала снизу. Ригель плотно вкладывают в оголовок колонны, совмещая фиксирующие штифты с ответными отверстиями в лотке оголовка. Базу верхней колонны выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами с ответными отверстиями в отгибах оголовка. Безвыверочно монтируют верхнюю колонну, совмещая фиксаторы с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость. Плотно охватывают вложенный в полость ригель. Продольные ребра базы верхней колонны и оголовка нижней колонны соединяют друг с другом, например, высокопрочными легированными шпильками. Гарантированно затягивают их гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн и ригеля. 12 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к трубобетонным каркасам гражданских и производственных сооружений, а именно к долговечности и надежности сооружений.

Известны узлы соединения ригелей с колоннами, приведенные в учебнике, в которых колонна выполняется на несколько этажей, а ригели применяются разрезными [1, с.328, рис.117…рис.121, с.445, рис.163]. Аналогичные узлы приведены в [2, с.18, рис.1.4.]. Трудоемкость таких стыков высокая. Надежность стыков может быть повышена, а материалоемкость снижена.

Известны трубобетонные колонны, в которых стальная оболочка из трубы является обоймой и значительно упрочняет бетон, находящийся внутри нее в 1,92…1,5 раза [3, с.191, табл.8.3.]. Примем это техническое решение за аналог.

Известно также, что при трансформации цилиндрической трубы в овал с эллиптической поверхностью [4], или в овал с поверхностью, очерченной по квадратной параболе [5], причем отношение большего габарита по средней линии к меньшему габариту равно трем, превращает профиль, обладающий отличными характеристиками при его изгибе! Показатели оказываются даже лучшими, чем у двутаврового профиля! Примем упомянутые овальные в сечении профили за аналоги.

Известен также «Способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность» [6, №2274719], предложенный К.К.Неждановым и разработанный с аспирантами. Способ реализован на ТЭЦ-1, г.Пенза. Способ заключается в превращении обычной железобетонной колонны, получившей сильные повреждения в результате коррозии бетона и арматуры, в трубобетонную колонну. Способ позволяет не только полностью восстановить утраченную несущую способность, но и увеличишь ее в необходимое число раз. Примем это техническое решение за прототип.

Техническая задача изобретения - автоматизация процесса возведения каркаса сооружения, повышение технологичности процесса, снижение трудоемкости и повышение надежности соединения ригеля с колонной.

Техническая задача по способу автоматизация процесса жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса решена следующим образом.

Способ, автоматизирующий процесс возведения каркаса сооружения, заключается в следующем.

Изгибаемый ригель пропускают сквозь узел неделимым, целым, а оголовок нижней колонны выполняют лоткообразным, с продольными отогнутыми ребрами, копирующим и охватывающим поверхность овала снизу.

Ригель плотно вкладывают в оголовок колонны, совмещая фиксирующие штифты с ответными отверстиями в лотке оголовка, а базу верхней колонны выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами с ответными отверстиями в отгибах оголовка.

Безвыверочно монтируют верхнюю колонну, совмещая фиксаторы с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость с габаритами 3/1 и плотно охватывают вложенный в полость овальный в сечении ригель с такими же габаритами 3/1.

Причем продольные ребра базы верхней колонны и оголовка нижней колонны соединяют друг с другом высокоресурсными соединениями, например высокопрочными легированными шпильками, гарантированно затягивают их гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн и ригеля.

На фиг.1 показан узел жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса. Причем бетон выполнен с применением расширяющегося цемента. Бетон нагнетают в колонну по патрубку в нижней части колонны способом «снизу-вверх». После схватывания бетона происходит его расширение, а стальная обойма препятствует этому расширению. Бетон оказывается всесторонне сжат, его прочность значительно возрастает (см. пример расчета) На фиг.2 - вид сбоку на фиг.1. На фиг.3 - вид А-А и вид Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - вид С-С на фиг.1. На фиг.5 - сечение главной балки; на фиг.6 - расчетная схема трехпролетного неразрезного ригеля; на фиг.7 - болтовое соединение трубобетонной колонны с двутавровым неразрезным ригелем; на фиг.8 - жесткое соединение трубобетонной колонны с овальным в сечении ригелем; на фиг.9 - расчетная схема центрально сжатой трубобетонной колонны; на фиг.10 - сечение стальной трубы ⌀480×6 мм; на фиг.11 - сечение стальной трубы ⌀480×5 мм; на фиг.12 - сечение трубобетонной колонны диаметром ⌀480 мм с центральным каналом в центре сечения колонны.

Изгибаемый ригель 1 пропускают сквозь узел неделимым, целым, а оголовок 2 нижней колонны 3 выполняют лоткообразным, с продольными отогнутыми ребрами 4, копирующим и охватывающим поверхность овала ригеля 1 снизу.

Ригель 1 ориентирован большим габаритом вертикально. Его плотно вкладывают в оголовок 2 колонны 3, совмещая фиксирующие штифты 5 с ответными отверстиями в лотке оголовка 2, а базу 6 верхней колонны 7 выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами 8, западающими в ответные отверстия в отгибах 4 оголовка 2.

Безвыверочно монтируют верхнюю 7 колонну, совмещая фиксирующие штифты 8 с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость с габаритами 3/1 и плотно охватывают вложенный в полость овальный в сечении ригель 1 с такими же габаритами 3/1. Колонны нижняя 3 и верхняя 7 и ригель 1 ориентированы большими габаритами в плоскости рамы каркаса сооружения. Причем продольные ребра 4 базы верхней 7 колонны и оголовка 2 нижней 3 колонны соединяют друг с другом высокоресурсными соединениями, например высокопрочными легированными 9 шпильками (сталь 40Х «Селект»), гарантированно затягивают их гайки гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн 3, 7 и ригеля 1.

Стальная пластинка 10, на которую опирается второстепенная балка, пропущена сквозь овальный ригель и закреплена сваркой. 11 - второстепенная балка, 12 и 13 - накладки, перекрывающие верхний пояс второстепенной балки, 14 - высокопрочные легированные шпильки (сталь 40Х «Селект»).

При монтаже узла необходима установка специальных перегородок для того, чтобы при бетонировании колонны более высокого этажа бетон не заполнял ригель.

В теле колонны имеется канал. При возникновении пожара и повышении температуры датчик подает сигнал и автоматически включается подача воды по полости ригеля и каналу в колонне. Это позволяет не допустить разогрев стального каркаса до температуры, вызывающей снижение прочностных свойств стали.

Сопоставление с аналогом [3, с.191] показывает существенное отличие - обойма выполнена овальной в сечении с соотношением большего габарита к меньшему, равным трем. Узлы жесткого соединения ригеля с трубобетонной колонной не найдены. Узлы показаны в [1, с.328] и в [2, с.68] относятся к колоннам и ригеля, армированным стержневой арматурой. Трудоемкость возведения сооружения с такими конструктивными решениями узлов высокая.

Экономический эффект достигнут за счет снижения трудоемкости изготовления и безвыверочного монтажа элементов рамы. Высокоресурсные болтовые соединения обеспечивают быстрый автоматизированный монтаж конструкций при любых погодных условиях. Выполнение ригеля цельным обеспечивает высокую надежность узлового соединения и позволят достигнуть значительного снижения материалоемкости.

Выполнение трубобетонной колонны и ригеля из овальных профилей с относительной высотой сечения 3/1 также обеспечивает снижение материалоемкости.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

Необходимо сравнить новое решение узла сопряжения с уже известными техническими решениями. Для сравнения возьмем узел сопряжения неразрезного ригеля из прокатного широкополочного двутавра с трубобетонной колонной каркаса.

РИГЕЛЬ

Расчет ригеля производим в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». Напряжения в этом СНиП даны в МПа (мегапаскалях), поэтому для удобства будем измерять действующие силы в гН (гектоньютонах). Тогда 1 МПа=106 Н/м2=1 Н/мм2=100 Н/см2=1 гН/см2.

Материал балки сталь - С255 ГОСТ 27772-88 (В Ст3 сп5) с расчетными сопротивлениями: при изгибе Ry=230 МПа, при срезе Rcp=0,58·Ry=133,4 МПа.

Расчет производился в расчетном комплексе SCAD. В результате получились следующие внутренние усилия:

Mmax=Mоп=8863,1 гНм

Qmax=5174,6 гН

Mтрmax=3833,5 см3 ⇒ по сортаменту подбираем двутавр 50Ш4

Wф=3838 см3, m=173,38 кг.

Сечение главной балки представлено на фиг.5.

Ригель будет состоять из трех составных балок прокатного профиля, сечением I 50Ш4. Стыки балок будут находиться в местах, где момент равен нулю . Схема трехпролетного неразрезного ригеля показана на фиг.6.

Для сравнения подбираем по сортаменту овальный профиль Wтрmax=3833,5 см3 ⇒ Wф=4074,7 см3, m=140,3 кг.

Болтовое соединение трубобетонной колонны с двутавровым неразрезным ригелем показано на фиг.7, жесткое соединение трубобетонной колонны с овальным в сечении ригелем на фиг.8.

Спецификация двутаврового ригеля
Сечение Длина, мм Количество Масса Примечание
ед. всего
Двутавр 50Ш4 10000 2 1733,8 3467,6
Двутарв 50Ш4 4500 1 780,21 780,21
Сумма 4247,81
Спецификация овального ригеля
Сечение Длина, мм Количество Масса Примечание
ед. всего
Овал h=123 см 10000 2 1403 2806
Овал h=123 см 4500 1 631,35 631,35
Сумма 3437,35

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРУБОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ

Расчет круглой в сечении трубобетонной колонны аналогичен расчету овальной трубобетонной колонны. Рассчитаем круглую трубобетонную колонну.

Исходные данные: N=15770 гН; lef=4.8 м; R=240 МПа; γn=0,95; λ=40. Задаемся φ=0,8,γ=1

N - сжимающая сила;

lef - расчетная длина колонны;

φ - коэффициент продольного изгиба;

γ - коэффициент условий работы,

λ - гибкость ,

i - радиус инерции сечения.

Расчетная схема центрально сжатой колонны с шарнирно опертыми концами показана на фиг.9.

Так как эксцентриситет равен нулю, эффект максимален. Находим требуемую площадь сечения стальной трубы из условия ее устойчивости

Задаемся толщиной стенки t=0.6 см. Находим диаметр стальной трубы:

А=π·d·t;

По сортаменту принимаем стандартную круглую трубу круглую Dн=480 мм,

толщина стенки t=6 мм; A - площадь поперечного сечения A=74,6 см2; ix=iy=16,8 см (см. фиг.10).

Aф - фактическая площадь сечения Аф=π·d·t=3,14·47,5·0,6=90,3 см2

гибкость колонны

приведенная гибкость

коэффициент продольного изгиба

Проверяем устойчивость

Устойчивость обеспечена с запасом.

Избыточный запас, необходимо откорректировать сечение.

Корректируем сечение. По сортаменту принимаем трубу круглую Dн=480 мм, толщина стенки t=5 мм; А=74,6 см2; iх=iy=14,9 см (см. фиг.11)

Проверяем устойчивость

Устойчивость обеспечена.

Несущая способность равна: Fтр=γ·φ·Ry·A=1·0,924·74,6=16543,3 гН>15770 гН

Площадь бетона на расширяющемся цементе (заполнение плотное полное).

Сечение колонны показано на фиг.12.

kб=1,92 (М200) - коэффициент, учитывающий увеличение прочности бетона при обжатии его обоймой; [3, с. 191]

Ry=240 МПа;

Rbn=11.28 МПа;

λ=32,21;

Атр=74,6 см2;

;

;

Приведенная гибкость:

φ=0,654

Несущая способность трубобетонной колонны:

Fтрубоб=(Аб·Rbn·kбтр·R)·φ

Fтрубоб=(1734,9·11,28·1,92+74,6·240)·0,654=(37573,77+17904)·0,654=36282,5 гН

Несущая способность стальной трубы:

F=γ·φ·Ry·A=1·0.924·240·74,6=16543,3 гН>15770 гН

При заполнении трубы бетоном произошло значительное увеличение несущей способности

Следовательно, трубобетонные колонны необходимо более широко применять при проектировании каркасов зданий.

Список литературы

1. Железобетонные и каменные конструкции: Учебник для строительных специальностей вузов / В.М.Бондаренко, P.O.Бакиров, В.Г.Назаренко, В.И.Римшин; Под ред. В.М.Бондаренко, - 4-е изд., доп. - М.: Высш. шк., 2007, - 887 с.

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

3. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для студ. высш. учебн. заведений / [Е.И.Беленя, В.А.Балдин, Г.С.Ведеников и др.]; под общ. ред. Е.И.Беленя. - 6-е изд. М.: Стройиздат, 1986, - 560 с. (Аналог).

4. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. Патент России №2192381. М. кл. B66C 6/00, 7/08. Бюл №.31. Зарег. 10.11.2002 (Аналог).

5. Нежданов К.К., Туманов В.А., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Способ повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб. Патент России №2304479. Бюл. №23. Опубликовано 20.08.2007 (Аналог).

6. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность. Патент России №2274719. Бюл. №11. Опубликовано 20.04.2006 (Прототип).

Способ автоматизации процесса жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса, заключающийся в том, что изгибаемый ригель пропускают сквозь узел неделимым, целым, оголовок нижней колонны выполняют лоткообразным, с продольными отогнутыми ребрами, копирующим и охватывающим поверхность овала снизу, ригель плотно вкладывают в оголовок колонны, совмещая фиксирующие штифты с ответными отверстиями в лотке оголовка, базу верхней колонны выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами с ответными отверстиями в отгибах оголовка, безвыверочно монтируют верхнюю колонну, совмещая фиксаторы с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость с габаритами 3/1, плотно охватывают вложенный в полость овальный в сечении ригель с такими же габаритами 3/1, причем продольные ребра базы верхней колонны и оголовка нижней колонны соединяют друг с другом высокоресурсными соединениями, например высокопрочными легированными шпильками, гарантированно затягивают их гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн и ригеля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу выполнения стыковых узлов «колонна-ригели-колонна». .

Изобретение относится к строительству и предназначено для торцевого соединения балочных деревянных элементов в одной плоскости. .

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в пространственных стержневых конструкциях зданий и сооружений. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к узловому соединению тонкостенных стержней пространственной конструкции. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу возведения многоуровневых конструкций. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к сварному узлу сопряжения перекрестных стержней. .

Изобретение относится к области строительства, а именно к узлам соединения тонкостенных сжатых элементов в решетчатых конструкциях, например ферм, рам, арок и т.п. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к сварному стыковому соединению трубчатых стержней. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлу соединения трубчатых профилей. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу возведения арочного здания. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к стыку составных трубобетонных стержней

Изобретение относится к области строительства, в частности к коньковому узлу металлического рамного каркаса быстровозводимого здания

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлам соединения элементов металлического каркаса

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлам связевого блока рамного каркаса металлических быстровозводимых зданий из легких конструкций

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлу сопряжения рамы

Изобретение относится к строительству, а именно к узлам сопряжения элементов пространственных конструкций. Технический результат заключается в повышении надежности соединения. Узловое соединение включает сборно-разборный узловой элемент, выполненный из соединенных между собой четырехгранных фасонок с отверстиями в стенках, к которым прикреплены болтами концы стержней. Соединение содержит полый металлический сердечник квадратного сечения, расположенный в центре узлового элемента и объединяющий фасонки. Каждая из фасонок выполнена с полкой и вертикальными стенками, две из которых взаимно перпендикулярны, а расположенная между ними стенка соединена со стенкой сердечника. Между смежными стенками фасонок образован зазор, в котором установлен наконечник стержневого элемента. Сердечник снабжен центральным болтом, жестко закрепленным с помощью накладки в его основании, с выступающим наружу концом. Основание сердечника расположено в узловом элементе с выступом по отношению к наружной грани полки фасонки. На выступающем конце центрального болта закреплена дисковая накладка, примыкающая к основанию сердечника и снабженная отверстиями, совпадающими по расположению с отверстиями в полках фасонок. Между дисковой накладкой и полками фасонок образован зазор, в котором установлены и закреплены наконечники. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к универсальному строительному элементу, который может быть использован при изготовлении стержневых конструкций. Технический результат заключается в повышении прочностных характеристик. Универсальный строительный элемент включает деревянный стержень с закрепленными на концах стальными наконечниками, снабженными соединительными элементами. Деревянный стержень выполнен квадратного или круглого сечения и снабжен в торцах центральными отверстиями под соединительный элемент; Наконечник выполнен с возможностью использования устанавливаемых на нем соединительных элементов разного типа и образован торцевой накладкой с центральным резьбовым отверстием, примыкающей к торцу деревянного стержня и объединяющей расположенные диаметрально противоположно четыре накладные плоские пластины с отверстиями, с помощью которых стальной наконечник установлен и закреплен на деревянном стержне посредством дюбелей, впрессованных в него через отверстия в упомянутых пластинах наконечника. Боковые поверхности концов деревянного стержня круглого сечения, взаимодействующие с наконечником, выполнены плоскими во взаимно перпендикулярных направлениях. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления сборно-монолитного узла соединения колонны с ригелем. Технический результат заключается в снижении трудоемкости сборки, повышении эксплуатационных возможностей и надежности. Каждый ригель бетонируют с опорными консолями, а в колонне выполняют выемку. Соединительные элементы ригеля выполняют в виде стального троса с запрессованными на его концах обжимными муфтами. Выемку бетона выполняют до оголения рабочей арматуры колонны. Ригель включает в себя опорные консоли из стального прокатного профиля с выпуском за пределы торца ригеля. Каждый из тросовых элементов предварительно складывают пополам до образования выступающей за торец ригеля петли. Концы тросовых элементов замоноличивают в теле ригеля. Затем устанавливают ригели в проектное положение относительно колонны. После чего в выемке колонны подгибают петли тросов и заводят их между рабочей арматурой колонны, а затем расправляют в проектное положение. Внутри петель тросов размещают дополнительные арматурные стержни. После этого устанавливают опалубку и узел соединения в объеме выемки в колонне заливают бетоном. 9 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к стыковому соединению. Технический результат заключается в повышении несущей способности соединения. Стыковое соединение включает концы соединяемых элементов с раздельными по высоте сечения фланцами и стяжные болты. Между раздельными фланцами размещена криволинейная листовая фасонка. Фасонка прикреплена концами к фланцам, а по выпуклой поверхности к предварительно вырезанному сечению соединяемых элементов. 3 ил.

Изобретение относится к строительству и касается узлов опирания прогонов на верхние пояса ферм, в которых узлы ферм из прокатных профилей выполнены с расцентровкой осей сходящихся в узлах стержней. Технический результат изобретения заключается в снижении расхода материала на ферму в прогонных покрытиях. Узел опирания прогона на ферму содержит верхний пояс фермы и примыкающие к нему раскосы, выполненные с расцентровкой осей. Прогон в узле фермы оперт на пояс фермы с эксцентриситетом, вызывающим вращение узла в противоположном направлении вращению, вызванному расцентровкой раскосов, при этом за центр вращения узла фермы принята точка пересечения оси верхнего пояса с осью сжатого раскоса, а величина эксцентриситета опирания прогона равна е=М/Р, где М - узловой момент в поясе от действия усилий в примыкающих к поясу с эксцентриситетом раскосах; Р - сила, действующая от прогона на верхний пояс фермы. 2 ил.
Наверх