Колонна

Изобретение относится к области строительства, в частности к железобетонным колоннам каркасов зданий и сооружений, а также к столбам, опорам, стойкам и другим длинномерным строительным элементам тяжело нагруженных рам, ферм и других несущих конструкций, работающим, преимущественно, на сжатие. Технический результат - повышение технологичности конструкции колонны и возможности ее изготовления как в заводских условиях, так и на строительной площадке. Колонна содержит полый корпус, состоящий из двух металлических тонкостенных С-образных профилей с продольными стенками, полками и отбортованными внутрь фланцами, установленных параллельно друг к другу лицевыми сторонами фланцев, а также упрочняющие элементы, закрепленные внутри корпуса, концевые нижние и верхние опорные элементы и бетонное ядро. Профили установлены так, что фланцы находятся на расстоянии s друг от друга. С одной стороны корпуса между фланцами установлена металлическая пластина, полностью перекрывающая промежуток между фланцами. С противоположной стороны корпуса установлено несколько металлических планок, расположенных с заданным интервалом t₁ и прерывисто перекрывающих упомянутый промежуток для образования технологических окон между планками и фланцами. Пластина и планки скреплены с фланцами сваркой, а в полках обоих профилей со стороны установки планок выполнены дренажные отверстия. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к железобетонным колоннам каркасов зданий и сооружений, а также к столбам, опорам, стойкам и другим длинномерным строительным элементам тяжело нагруженных рам, ферм и других несущих конструкций, работающим, преимущественно, на сжатие.

Из уровня техники известна колонна /высокопрочный железобетонный элемент, работающий на сжатие/, содержащая полую металлическую оболочку, бетонное ядро и размещенный в нем сердечник /SU 580292 (Научно-исследовательский институт бетона и железобетона) 02.11.77, аналог/.

По торцам наружной оболочки закреплены опорные плиты, сердечник выполнен в виде продольных высокопрочных стержней, сгруппированных в пучки или канаты, а в опорных плитах выполнены пазы, в которые заведены концы продольных стержней.

Оболочка выполнена составной из двух прокатных профилей в виде швеллеров, расположенных полками друг к другу и скрепленных сваркой.

Недостатком конструкции этой колонны является большая металлоемкость из-за выполнения оболочки из швеллеров, а также то, что колонна выполнена с герметичными стенками, в результате чего заливка внутренней полости бетоном, погружение вибраторов, дренаж воздуха и, соответственно формирование бетонного ядра производятся только в вертикальном положении колонны до крепления верхней опорной плиты.

Это усложняет технологический процесс изготовления колонны и ограничивает ее изготовление только в заводских условиях.

Из уровня техники известна также наиболее близкая по совокупности общих признаков и достигаемому результату колонна /конструктивный элемент, содержащий металлическую оболочку, усиленную пластиной (варианты)/, содержащая полый корпус, состоящий из двух металлических тонкостенных С-образных профилей с продольными стенками, полками и отбортованными внутрь фланцами, установленных параллельно друг к другу лицевыми сторонами фланцев, а также упрочняющие элементы, закрепленные внутри корпуса, концевые нижние и верхние опорные элементы и бетонное ядро /RU 2212506 С2 (КИМ Дзоонг Шик (KR)), 20.09.2003, наиболее близкий аналог - прототип/.

Упрочняющий элемент прикреплен к внутренней поверхности каждого профиля и выполнен в виде упрочняющей пластины, изготовленной из металла, слоев волокнистого материала, выбранного из группы, включающей углеродное волокно, арамидное волокно и стекловолокно, или комбинации металла и слоев волокнистого материала.

Упрочняющая пластина прикреплена к внутренней поверхности каждого профиля с использованием клея, такого как эпоксидная смола.

В упрочняющей пластине выполнена, по меньшей мере, одна прорезь и соответствующее количество полок, образованных на боковой стороне прорези.

Эта колонна имеет меньшую металлоемкость, чем предыдущая конструкция колонны за счет того, что использованы тонкостенные С-образные профили для формирования полого корпуса.

Недостатком конструкции и этой колонны является то, что колонна выполнена с герметичными стенками, в результате чего заливка внутренней полости бетоном, погружение вибраторов, дренаж воздуха и, соответственно формирование бетонного ядра производятся только в вертикальном положении колонны до крепления верхнего опорного элемента.

Это усложняет технологический процесс изготовления колонны и ограничивает возможность ее изготовления только в заводских условиях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка такой усовершенствованной конструкции колонны, у которой с одной из сторон корпуса выполнены технологические проемы для формирования через них бетонного ядра и дренажа воздуха в горизонтальном положении колонны.

Технический результат, который достигается при решении технической задачи, заключается в повышении технологичности конструкции колонны и возможности ее изготовления как в заводских условиях, так и на строительной площадке.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в колонне, содержащей полый корпус, состоящий из двух металлических тонкостенных С-образных профилей с продольными стенками, полками и отбортованными внутрь фланцами, установленных параллельно друг к другу лицевыми сторонами фланцев, а также упрочняющие элементы, закрепленные внутри корпуса, концевые нижние и верхние опорные элементы и бетонное ядро, согласно изобретению профили установлены так, что фланцы находятся на расстоянии s друг от друга, при этом с одной стороны корпуса между фланцами установлена металлическая пластина, полностью перекрывающая промежуток между фланцами, а с противоположной стороны корпуса установлено несколько металлических планок, расположенных с заданным интервалом t₁ и прерывисто перекрывающих упомянутый промежуток для образования технологических окон между планками и фланцами, при этом пластина и планки скреплены с фланцами сваркой, а в полках обоих профилей со стороны установки планок выполнены дренажные отверстия.

Приведенные признаки изобретения являются существенными, так как в совокупности достаточны для решения технической задачи и достижения технического результата, а каждый в отдельности необходим для идентификации заявляемой колонны.

Эта совокупность общих и отличных от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется усовершенствованная колонна, неизвестна из уровня техники, является новой и достаточной для всех случаев, на которые распространяется объем правовой защиты.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков способа, в том числе отличительных при их взаимодействии с общими признаками, в решении поставленной технической задачи и достижении технического результата, заключается в следующем.

В связи с тем, что профили установлены так, что фланцы находятся на расстоянии s друг от друга, при этом с одной стороны корпуса между фланцами установлена металлическая пластина, полностью перекрывающая промежуток между фланцами, а с противоположной стороны корпуса установлено несколько металлических планок, расположенных с заданным интервалом t₁ и прерывисто перекрывающих упомянутый промежуток для образования технологических окон между планками и фланцами, то обеспечивается возможность заливки бетона, погружения вибраторов, дренажа воздуха через упомянутые технологические окна.

Это предоставляет возможность формирования бетонного ядра в горизонтальном положении колонны с закрепленными концевыми нижним и верхним опорными элементами.

Благодаря тому, что пластина и планки скреплены с фланцами сваркой, обеспечиваются надежные и герметичные неразъемные соединения.

А выполнение в полках обоих профилей со стороны установки планок дренажных отверстий обеспечивает дренаж воздуха из пространства корпуса под полками профилей и заполнение его бетоном.

При этом полностью исключается образование воздушных пробок и достигается полное формирование бетонного ядра в горизонтальном положении колонны с закрепленными концевыми нижним и верхним опорными элементами.

За счет этого достигается повышение технологичности конструкции колонны и возможность ее изготовления как в заводских условиях, так и на строительной площадке.

Колонна имеет и другие отличительные признаки, которые дополняют и характеризуют изобретение в отдельных случаях его выполнения и используются для улучшения технических свойств.

В колонне согласно изобретению профили установлены так, что фланцы находятся друг от друга на расстоянии s=80-200 мм.

Выбранное расстояние (s=80-200 мм) между фланцами определено опытным путем и дает возможность формировать оптимальную ширину технологических окон для удобной заливки бетона и погружения вибратора.

В колонне согласно изобретению планки расположены с интервалом t₁=500-1000 мм.

Выбранный интервал (t₁=500-1000 мм) между планками определен опытным путем и дает возможность формировать оптимальную длину технологических окон для удобной заливки бетона и погружения вибратора.

В колонне согласно изобретению в полках обоих профилей со стороны установки планок дренажные отверстия выполнены диаметром d=10-20 мм и с шагом t₂=800-1200 мм.

Выбранные диаметр (d=10-20 мм) и шаг (t₂=800-1200 мм) дренажных отверстий определены опытным путем и являются оптимальными для дренажа воздуха по всей длине колонны и заполнения пространства корпуса под полками профилей бетоном.

При этом полностью исключается образование воздушных пробок и достигается полное формирование бетонного ядра в горизонтальном положении колонны.

В колонне согласно изобретению упрочняющие элементы выполнены в виде двух арматурных стержней, каждый из которых продольно закреплен на стенке каждого профиля в плоскости его симметрии сваркой.

Такое выполнение упрочняющих элементов является наиболее простым вариантом усиления колонны (вариант 1) за счет усиления стенок С-образных профилей стержневой арматурой, в результате чего повышается несущая способность колонны.

В колонне согласно изобретению упрочняющие элементы выполнены в виде двух уголков, каждый из которых продольно закреплен одной полкой на стенке каждого профиля в плоскости его симметрии сваркой.

Такое выполнение упрочняющих элементов является разновидностью усиления колонны (вариант 2) за счет усиления стенок С-образных профилей угловым равнобоким или неравнобоким профилем, в результате чего существенно повышается несущая способность колонны.

В колонне согласно изобретению упрочняющие элементы выполнены в виде двух уголков, каждый из которых продольно закреплен обеими полками на стенке каждого профиля в плоскости его симметрии сваркой.

Такое выполнение упрочняющих элементов является разновидностью усиления колонны (вариант 3) за счет усиления стенок С-образных профилей угловым равнобоким профилем, расположенным обушком в плоскости симметрии колонны, в результате чего существенно повышается несущая способность колонны.

В колонне согласно изобретению упрочняющие элементы выполнены в виде восьми арматурных стержней, два из которых продольно закреплены на стенке, а два продольно закреплены на фланцах каждого профиля симметрично плоскости его симметрии сваркой.

Такое выполнение упрочняющих элементов является разновидностью усиления колонны (вариант 4) и обеспечивает усиление как стенок, так и фланцев С-образных профилей стержневой арматурой за счет парного расположения на стенках и одиночного расположения на фланцах каждого профиля, в результате чего значительно повышается несущая способность колонны.

В колонне согласно изобретению упрочняющие элементы выполнены в виде двух ребер, одно из которых продольно закреплено на внутренней поверхности пластины, а другое продольно закреплено на внутренних поверхностях планок сваркой, при этом на внутренней торцовой поверхности каждого ребра продольно закреплены арматурные стержни сваркой.

Такое выполнение упрочняющих элементов является разновидностью усиления колонны (вариант 5) и обеспечивает усиление как пластины, так и планок полосовым прокатом и стержневой арматурой, в результате чего существенно повышается прочность пластины и планок, а также несущая способность колонны.

Из уровня техники заявитель не выявил решения, совпадающие с совокупностью общих и отличительных существенных признаков усовершенствованной колонны, в результате чего можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение не является частью уровня техники и соответствует критерию изобретения «новизна».

Из уровня техники заявитель также не выявил решения, совпадающие с отличительными существенными признаками усовершенствованной колонны, в результате чего можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение для специалиста не является очевидным, не выплывает из уровня техники и соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

В дальнейшем усовершенствованная колонна поясняется подробным описанием ее конструкции со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображена колонна, общий вид, вид спереди.

На фиг.2 изображена колонна, общий вид, вид сзади.

На фиг.3а изображен разрез А-А на фиг.2 (вариант 1) (концевой опорный элемент не показан).

На фиг.3б изображен разрез А-А на фиг.2 (вариант 2) (концевой опорный элемент не показан).

На фиг.3в изображен разрез А-А на фиг.2 (вариант 3) (концевой опорный элемент не показан).

На фиг.3г изображен разрез А-А на фиг.2 (вариант 4) (концевой опорный элемент не показан).

На фиг.3д изображен разрез А-А на фиг.2 (вариант 5) (концевой опорный элемент не показан).

На фиг.4 изображена колонна в горизонтальном положении при заполнении ее бетоном, аксонометрия.

Колонна содержит (фиг.1-4) полый корпус 1, состоящий из двух металлических тонкостенных С-образных профилей 2 с продольными стенками 2а, полками 2б и отбортованными внутрь фланцами 2в.

Профили 2 установлены параллельно друг к другу лицевыми сторонами фланцев 2в.

Колонна содержит также упрочняющие элементы 3, закрепленные внутри корпуса 1, концевые нижние и верхние опорные элементы 4, 5 и бетонное ядро 6.

Концевые нижние и верхние опорные элементы 4, 5 выполнены из металлического листа и соединены с корпусом 1 с помощью металлических ребер жесткости сваркой.

Особенностью колонны является то, что профили 2 установлены так, что фланцы 2в находятся на расстоянии s друг от друга.

С одной стороны корпуса 1 между фланцами 2в установлена металлическая пластина 7, полностью перекрывающая промежуток 8 между фланцами 2в (фиг.1, 3а-3д).

С противоположной стороны корпуса 1 установлено несколько металлических планок 9, расположенных с заданным интервалом t₁ и прерывисто перекрывающих упомянутый промежуток 8 для образования технологических окон 10 между планками 9 и фланцами 2в (фиг.2, 3а-3д).

Пластина 7 и планки 9 скреплены с фланцами 2в сваркой (фиг.1, 2).

В полках 2б обоих профилей 2 со стороны установки планок 9 выполнены дренажные отверстия 11 (фиг.2, 3а-3д, 4).

Профили 2 установлены так, что фланцы 2в находятся друг от друга на расстоянии s=80-200 мм (фиг.1).

Планки 9 расположены с интервалом t₁=500-1000 мм (фиг.2).

В полках 2б обоих профилей 2 со стороны установки планок 9 дренажные отверстия 11 выполнены диаметром d=10-20 мм и с шагом t₂=800-1200 мм.

Упрочняющие элементы 3 могут быть выполнены в виде двух арматурных стержней 3а, каждый из которых продольно закреплен на стенке 2а каждого профиля 2 в плоскости его симметрии сваркой (вариант 1) (фиг.3а).

Упрочняющие элементы 3 могут быть выполнены в виде двух уголков 3б, каждый из которых продольно закреплен одной полкой на стенке 2а каждого профиля 2 в плоскости его симметрии сваркой (вариант 2) (фиг.3б).

Упрочняющие элементы 3 могут быть выполнены в виде двух уголков 3б, каждый из которых продольно закреплен обеими полками на стенке 2а каждого профиля 2 в плоскости его симметрии сваркой (вариант 3) (фиг.3в).

Упрочняющие элементы 3 могут быть выполнены в виде восьми арматурных стержней 3а, два из которых продольно закреплены на стенке 2а, а два продольно закреплены на фланцах 2в каждого профиля 2 симметрично плоскости его симметрии сваркой (вариант 4) (фиг.3г).

Упрочняющие элементы 3 могут быть выполнены в виде двух ребер 3в, одно из которых продольно закреплено на внутренней поверхности пластины 7, а другое продольно закреплено на внутренних поверхностях планок 9 сваркой, при этом на внутренней торцовой поверхности каждого ребра 3в продольно закреплены арматурные стержни 3а сваркой (вариант 5) (фиг.3д).

Формирование бетонного ядра 6 внутри колонны осуществляют следующим образом.

В заводских условиях или на строительной площадке сварную конструкцию (вариант 1-5) колонны с закрепленными концевыми нижним и верхним опорными элементами 4, 5 устанавливают в горизонтальное положение технологическими окнами 10 вверх (фиг.4).

Затем полость корпуса 1 заполняют бетоном через технологические окна 10.

После чего производят вибрационное уплотнение бетона вибратором, который опускают через технологические окна 10 и вводят в бетон.

По мере заполнения полости корпуса 1 бетоном и его вибрационной обработки производится дренаж воздуха через технологические окна 10 и дренажные отверстия 11.

После отверждения и набора проектной прочности бетонным ядром 6 готовую колонну передают на монтаж или на склад для временного хранения.

Таким образом, предложенные усовершенствования конструкции колонны позволили сформировать с одной из сторон корпуса 1 технологические проемы в виде технологических окон 10 и дренажных отверстий 11.

Причем через технологические окна 10 производится заливка бетона, погружение вибратора и дренаж воздуха из корпуса 1.

А через дренажные отверстия 11 производится дренаж воздуха из пространства корпуса 1 под полками 26 профилей 2 и заполнение его бетоном.

В результате обеспечивается полное формирование бетонного ядра 6 в горизонтальном положении колонны с закрепленными концевыми нижним и верхним опорными элементами 4, 5.

При этом исключается образование воздушных пробок и достигается полное формирование бетонного ядра 6 внутри корпуса 1 колонны.

За счет этого достигается повышение технологичности конструкции колонны и возможность ее изготовления как в заводских условиях, так и на строительной площадке.

А выбранные варианты (вариант 1-5) (фиг.3а-3д) выполнения упрочняющих элементов 3 обеспечивают существенное усиление стенок 2а (вариант 1-3) (фиг.3а-3в) или стенок 2а и фланцев 2в (вариант 4) (фиг.3г) профилей, а также пластины 7 и планок 9 (вариант 5) (фиг.3д) корпуса 1 и колонны в целом.

При этом выбор необходимого варианта (вариант 1-5) (фиг.3а-3д) выполнения упрочняющих элементов 3 зависит от конкретных условий эксплуатации, действующих нагрузок и выбора величины проектной несущей способности колонны.

Усовершенствованная колонна может быть многократно воспроизведена промышленным способом как в заводских условиях, так и на строительной площадке, что свидетельствует о соответствии его критерию изобретения «промышленная применимость».

1. Колонна, содержащая полый корпус (1), состоящий из двух металлических тонкостенных С-образных профилей (2) с продольными стенками (2а), полками (2б) и отбортованными внутрь фланцами (2в), установленных параллельно друг к другу лицевыми сторонами фланцев (2в), а также упрочняющие элементы (3), закрепленные внутри корпуса (1), концевые нижние и верхние опорные элементы (4, 5) и бетонное ядро (6), отличающаяся тем, что профили (2) установлены так, что фланцы (2в) находятся на расстоянии s друг от друга, при этом с одной стороны корпуса (1) между фланцами (2в) установлена металлическая пластина (7), полностью перекрывающая промежуток (8) между фланцами (2в), а с противоположной стороны корпуса (1) установлено несколько металлических планок (9), расположенных с заданным интервалом t₁ и прерывисто перекрывающих упомянутый промежуток (8) для образования технологических окон (10) между планками (9) и фланцами (2в), при этом пластина (7) и планки (9) скреплены с фланцами (2в) сваркой, а в полках (2б) обоих профилей (2) со стороны установки планок (9) выполнены дренажные отверстия (11).

2. Колонна по п.1, отличающаяся тем, что профили (2) установлены так, что фланцы (2в) находятся друг от друга на расстоянии s=80-200 мм.

3. Колонна по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что планки (9) расположены с интервалом t₁=500-1000 мм.

4. Колонна по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в полках (2б) обоих профилей (2) со стороны установки планок (9) дренажные отверстия (11) выполнены диаметром d=10-20 мм и с шагом t₂=800-1200 мм.

5. Колонна по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что упрочняющие элементы (3) выполнены в виде двух арматурных стержней (3а), каждый из которых продольно закреплен на стенке (2а) каждого профиля (2) в плоскости его симметрии сваркой.

6. Колонна по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что упрочняющие элементы (3) выполнены в виде двух уголков (3б), каждый из которых продольно закреплен одной полкой на стенке (2а) каждого профиля (2) в плоскости его симметрии сваркой.

7. Колонна по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что упрочняющие элементы (3) выполнены в виде двух уголков (3б), каждый из которых продольно закреплен обеими полками на стенке (2а) каждого профиля (2) в плоскости его симметрии сваркой.

8. Колонна по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что упрочняющие элементы (3) выполнены в виде восьми арматурных стержней (3а), два из которых продольно закреплены на стенке (2а), а два продольно закреплены на фланцах (2в) каждого профиля (2) симметрично плоскости его симметрии сваркой.

9. Колонна по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что упрочняющие элементы (3) выполнены в виде двух ребер (3в), одно из которых продольно закреплено на внутренней поверхности пластины (7), а другое продольно закреплено на внутренних поверхностях планок (9) сваркой, при этом на внутренней торцовой поверхности каждого ребра (3в) продольно закреплены арматурные стержни (3а) сваркой.