RU2839103C2

RU2839103C2 - Tower column

Info

Publication number: RU2839103C2
Application number: RU2023125838A
Authority: RU
Inventors: Виталий Владиславович Веселов
Filing date: 2023-10-09
Publication date: 2025-04-28

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to building structures, namely to columns of multi-storey and high-rise buildings. Column of high-rise building consists of pipe (1) made of steel-fibre concrete with reinforcement with longitudinally arranged steel fibres (2) with length not less than 1.25 of pipe wall (1) cross-section thickness, concrete core (3) inside pipe (1), metal base (4) and metal capitals (5), which are fixed on pipe (1) from outside with polymer solution (6) at foundation level and in floor levels, respectively, with reinforcement of concrete core (3) with longitudinal rods of internal reinforcement (7), which are attached to metal base (4) and metal capitals (5) by tensioning devices (8). Metal base (4) is solidified from inside by concrete core (3) and fixed by anchor bolts (13). Longitudinal rods of internal reinforcement (7) of concrete core (3) are connected along their length by means of coupling sleeves (18). Pipe (1) is equipped with anchors (19) on the inner side in the form of sections of steel fibres (2) protruding beyond pipe wall (1).

EFFECT: reduced material consumption of the column.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно, к колоннам многоэтажных и высотных зданий.The invention relates to building structures, namely, to columns of multi-story and high-rise buildings.

Известна металлическая колонна многоэтажного здания, выполненная составного коробчатого сечения из прокатных профилей или листовой стали (Металлические конструкции. В 3 т.Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений: справочник проектировщика / Под общ. ред. В. В. Кузнецова. М.: изд-во АСВ, 1998 г., с. 82, рис. 5.1).A metal column of a multi-story building is known, made of a composite box section from rolled sections or sheet steel (Metal structures. In 3 volumes. Vol. 2. Steel structures of buildings and structures: designer's handbook / Under the general editorship of V. V. Kuznetsov. Moscow: ASV Publishing House, 1998, p. 82, Fig. 5.1).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость колонны по причине высокого расхода стали, необходимости устройства сварных швов по всей высоте и обеспечения огнестойкости колонны посредством дополнительной защиты толстослойными покрытиями.The disadvantage of the technical solution is the increased material consumption of the column due to the high consumption of steel, the need to install welded seams along the entire height and to ensure the fire resistance of the column through additional protection with thick-layer coatings.

Известна монолитная железобетонная колонна многоэтажного здания, выполняемая квадратного или прямоугольного поперечного сечения из монолитного железобетона с армированием продольными и поперечными стержнями (Тихонов И.Н. Армирования элементов монолитных железобетонных зданий: пособие по проектированию. М.: ФГУП «НИЦ Строительство», 2007 г., с. 52-53, рис. 2.1).A monolithic reinforced concrete column of a multi-story building is known, made of a square or rectangular cross-section from monolithic reinforced concrete with reinforcement by longitudinal and transverse rods (Tikhonov I.N. Reinforcement of elements of monolithic reinforced concrete buildings: a design manual. Moscow: Federal State Unitary Enterprise “Research Center for Construction”, 2007, pp. 52-53, Fig. 2.1).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость и трудоемкость изготовления колонны по причине больших размеров поперечного сечения, неэффективного использования бетона по сечению, необходимости обеспечения трещиностойкости бетона и использования съемной опалубки при возведении.The disadvantage of the technical solution is the increased material and labor intensity of the column production due to the large cross-sectional dimensions, inefficient use of concrete across the section, the need to ensure crack resistance of the concrete and the use of removable formwork during construction.

Известна колонна из армированного сталью бетона, включающая множество стальных секций, проходящих в продольном направлении через бетонную колонну, каждая из стальных секций имеет наружную полку с внешней поверхностью, обращенной наружу в бетонной колонне, противоположную внутреннюю полку с внешней поверхностью, обращенной внутрь в бетонной колонне, и стенку, соединяющую наружную полку с внутренней полкой, при этом все стальные секции расположены в бетонной колонне так, что внешние поверхности их внутренних полок ограничивают центральный бетонный сердечник (RU 2736738, Е04С 3/34, 19.04.2018 г. ).A column made of steel-reinforced concrete is known, comprising a plurality of steel sections extending longitudinally through the concrete column, each of the steel sections having an outer shelf with an outer surface facing outward in the concrete column, an opposite inner shelf with an outer surface facing inward in the concrete column, and a wall connecting the outer shelf with the inner shelf, wherein all the steel sections are located in the concrete column so that the outer surfaces of their inner shelves limit the central concrete core (RU 2736738, E04C 3/34, 19.04.2018).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость и трудоемкость изготовления колонны по причине большого расхода стали на стальные секции, неэффективного использования бетона по сечению, необходимости обеспечения трещиностойкости бетона и совместной работы стальных секций с бетоном, а также необходимости использования съемной опалубки при возведении.The disadvantage of the technical solution is the increased material and labor intensity of the column production due to the high consumption of steel for steel sections, inefficient use of concrete by section, the need to ensure crack resistance of concrete and joint operation of steel sections with concrete, as well as the need to use removable formwork during construction.

Известна усиленная колонна для высотных зданий в виде железобетонной конструкции, включающей армирующие элементы, в качестве которых используют продольные металлические стержни, дополнительно колонна оснащена металлическим каркасом, образованным связанными между собой посредством ребер жесткости угловыми элементами, в которых установлены стояки с, по меньшей мере, одним армирующим элементом, при этом на боковых гранях колонны и дополнительно установленных на каждом торце плитах выполнены сквозные, а в нижней части колонны - глухие отверстия (RU 143976, Е04С 3/30, 10.08.2014 г. ).A reinforced column for high-rise buildings is known in the form of a reinforced concrete structure including reinforcing elements, which are longitudinal metal rods; the column is additionally equipped with a metal frame formed by corner elements connected to each other by means of stiffeners, in which risers with at least one reinforcing element are installed, while through holes are made on the side faces of the column and on slabs additionally installed at each end, and blind holes are made in the lower part of the column (RU 143976, Е04С 3/30, 10.08.2014).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость и трудоемкость изготовления колонны по причине большого расхода стали на стальной каркас, неэффективного использования бетона по сечению, необходимости обеспечения трещиностойкости бетона и совместной работы стального каркаса с бетоном, а также необходимости использования съемной опалубки при возведении.The disadvantage of the technical solution is the increased material and labor intensity of the column production due to the high consumption of steel for the steel frame, inefficient use of concrete in the cross-section, the need to ensure crack resistance of the concrete and the joint operation of the steel frame with concrete, as well as the need to use removable formwork during construction.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является колонна, которая содержит металлическую трубу с бетонным ядром внутри, армированным спиральной арматурой так, чтобы спираль либо касалась внутренних стенок трубы, либо отстояла от них не более чем на 2-3 мм (RU 2121045, Е04С 3/32, 27.10.1998 г. ).The closest technical solution to the claimed invention is a column that contains a metal pipe with a concrete core inside, reinforced with spiral reinforcement so that the spiral either touches the inner walls of the pipe or is no more than 2-3 mm away from them (RU 2121045, E04C 3/32, 10/27/1998).

Недостатком технического решения является повышенная материалоемкость колонны по причине большого расхода стали на трубу, неэффективного использования бетона по сечению, отсутствия надежного сцепления трубы с бетоном, а также необходимости обеспечения огнестойкости трубы посредством дополнительной защиты толстослойными покрытиями.The disadvantage of the technical solution is the increased material consumption of the column due to the high consumption of steel per pipe, inefficient use of concrete across the section, lack of reliable adhesion of the pipe to the concrete, and the need to ensure fire resistance of the pipe through additional protection with thick-layer coatings.

Задача изобретения - снижение материалоемкости колонны высотного здания.The objective of the invention is to reduce the material consumption of a high-rise building column.

Технический результат достигается тем, что колонна высотного здания, содержащая трубу с бетонным ядром и армированием внутри, имеет трубу из сталефибробетона с армированием стальными продольно расположенными фибрами длиной, не меньшей 1,25 толщины поперечного сечения стенки трубы, с внутренней стороны которой выступающими участками стальных фибр образованы соединенные с ее бетонным ядром анкеры, при этом на наружной поверхности трубы в уровне перекрытий и фундамента полимерным раствором закреплены, соответственно, металлические капители и металлическая база, к которым натяжными устройствами прикреплены стержни продольного внутреннего армирования.The technical result is achieved in that the column of a high-rise building, containing a pipe with a concrete core and reinforcement inside, has a pipe made of steel fiber concrete with reinforcement by longitudinally arranged steel fibers with a length no less than 1.25 times the thickness of the cross-section of the pipe wall, on the inner side of which protruding sections of steel fibers form anchors connected to its concrete core, while on the outer surface of the pipe at the level of the ceilings and foundation, metal capitals and a metal base are respectively secured with a polymer solution, to which rods of longitudinal internal reinforcement are attached with tensioning devices.

Колонна высотного здания в уровне фундамента может иметь крепление металлической базы анкерными болтами.A column of a high-rise building at the foundation level may have a metal base secured with anchor bolts.

Колонна высотного здания может иметь стяжные муфты, соединяющие стержни продольного внутреннего армирования по длине. A column of a high-rise building may have tie couplings connecting the longitudinal internal reinforcement rods along its length.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The essence of the invention is explained by the drawings:

- фиг. 1 - общий вид колонны высотного здания;- Fig. 1 - general view of a column of a high-rise building;

- фиг. 2 - поперечное сечение 1-1;- Fig. 2 - cross section 1-1;

- фиг. 3 - поперечное сечение 2-2;- Fig. 3 - cross section 2-2;

- фиг. 4 - поперечное сечение 3-3.- Fig. 4 - cross section 3-3.

Колонна высотного здания состоит из трубы 1, выполненной из сталефибробетона с армированием стальными продольно расположенными фибрами 2 длиной, не меньшей 1,25 толщины поперечного сечения стенки трубы 1, бетонного ядра 3 внутри трубы 1, металлической базы 4 и металлических капителей 5, которые закреплены на трубе 1 снаружи полимерным раствором 6 в уровне фундамента и перекрытий соответственно, а также стержней продольного внутреннего армирования 7, которые прикреплены к металлической базе 4 и металлическим капителям 5 натяжными устройствами 8. Металлическая база 4 состоит из опорной плиты 9, пояса 10, внутренних ребер 11, внешних ребер 12 и закреплена на трубе 1 полимерным раствором 6, а также омоноличена изнутри бетонным ядром 3, дополнительно металлическая база 4 может быть прикреплена анкерными болтами 13. Металлическая капитель 5 состоит из сердечника 14, пояса 15, внутренних ребер 16, внешних ребер 17 и закреплена на трубе 1 полимерным раствором 6, а также омоноличена изнутри бетонным ядром 3. Стержни продольного внутреннего армирования 7 бетонного ядра 3 по длине соединяются стяжными муфтами 18.The column of a high-rise building consists of a pipe 1 made of steel fiber concrete with reinforcement by longitudinally located steel fibers 2 with a length not less than 1.25 times the thickness of the cross-section of the pipe wall 1, a concrete core 3 inside the pipe 1, a metal base 4 and metal capitals 5, which are fixed to the pipe 1 from the outside with a polymer solution 6 at the level of the foundation and floors, respectively, as well as longitudinal internal reinforcement rods 7, which are attached to the metal base 4 and the metal capitals 5 with tensioning devices 8. The metal base 4 consists of a support plate 9, a belt 10, internal ribs 11, external ribs 12 and is fixed to the pipe 1 with a polymer solution 6, and is also monolithic from the inside with a concrete core 3, in addition, the metal base 4 can be attached with anchor bolts 13. The metal capital 5 consists of a core 14, a belt 15, internal ribs 16, external ribs 17 and is fixed on the pipe 1 with polymer solution 6, and is also monolithic from the inside with a concrete core 3. The rods of the longitudinal internal reinforcement 7 of the concrete core 3 are connected along the length with tension couplings 18.

Труба 1 является несъемной опалубкой колонны при заполнении ее бетонным ядром 3 и выполняется в заводских условиях из сталефибробетона с армированием стальными продольно расположенными фибрами 2. С внутренней стороны трубы 1 выступающими участками стальных фибр 2 образованы соединенные с ее бетонным ядром 3 анкеры 19.Pipe 1 is a permanent formwork for the column when it is filled with concrete core 3 and is made in factory conditions from steel fiber concrete with reinforcement by longitudinally located steel fibers 2. On the inside of pipe 1, protruding sections of steel fibers 2 form anchors 19 connected to its concrete core 3.

Металлическая база 4 и металлическая капитель 5 выполняются сварными из стальной трубы и листовой стали и являются соединительными элементами колонны с фундаментом и частей колонны в уровне перекрытий. Металлическая капитель 5 дополнительно выполняет функцию опорного элемента для балок или плит перекрытия.The metal base 4 and the metal capital 5 are welded from a steel pipe and sheet steel and are connecting elements of the column with the foundation and parts of the column at the floor level. The metal capital 5 additionally functions as a supporting element for beams or floor slabs.

Использование сталефибробетона для трубы 1 совместно с бетонным ядром 3 обеспечивает высокую несущую способность колонны при действии нормальных и изгибных усилий, снижает затраты на устройство опалубки, что позволяет уменьшить расход стали армирования, бетона, сроки производства работ и, как следствие, снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления колонны.The use of steel fiber concrete for pipe 1 together with concrete core 3 ensures high load-bearing capacity of the column under normal and bending forces, reduces the cost of formwork, which allows to reduce the consumption of reinforcing steel, concrete, production time and, as a result, reduce the material intensity and labor intensity of column manufacturing.

Применение для трубы 1 сталефибробетона с армированием стальными продольно расположенными фибрами 2 длиной, не меньшей 1,25 толщины поперечного сечения стенки трубы 1 позволяет расположить фибровое армирование вдоль осевых и кольцевых напряжений, возникающих в колонне, что обеспечит высокую прочность сталефибробетона на растяжение, увеличит его трещиностойкость при действии сжатия и растяжения бетонного ядра 3 в трубе 1, и соответственно снизит материалоемкость колонны.The use of steel fiber concrete for pipe 1 with reinforcement by longitudinally located steel fibers 2 with a length not less than 1.25 times the thickness of the cross-section of the wall of pipe 1 allows the fiber reinforcement to be positioned along the axial and hoop stresses arising in the column, which will ensure high tensile strength of steel fiber concrete, increase its crack resistance under the action of compression and tension of the concrete core 3 in pipe 1, and accordingly reduce the material consumption of the column.

Бетонное ядро 3, находясь в замкнутом контуре, образованном трубой 1 из сталефибробетона, обладает повышенными прочностными характеристиками, что снижает материалоемкость колонны.The concrete core 3, being in a closed circuit formed by the pipe 1 made of steel fiber concrete, has increased strength characteristics, which reduces the material consumption of the column.

Предварительное напряжение стержней продольного внутреннего армирования 7 бетонного ядра 3 натяжными устройствами 8 позволяет регулировать нормальные напряжения в бетонном ядре 3 и трубе 1 от внешних нагрузок, избежать больших растягивающих напряжений, что приводит к эффективной работе колонны, уменьшению расхода стали и, как следствие, к снижению материалоемкости колонны.Pre-stressing of the longitudinal internal reinforcement rods 7 of the concrete core 3 with tensioning devices 8 allows for regulation of normal stresses in the concrete core 3 and pipe 1 from external loads, avoiding large tensile stresses, which leads to efficient operation of the column, reduced steel consumption and, as a consequence, to a reduction in the material consumption of the column.

Наличие металлической базы 4 с закреплением полимерным раствором 6 на трубе 1, анкерными болтами 13 и внутренними ребрами 10 монолитно с бетонным ядром 3 позволяет зафиксировать точное расположение установки колонны, обеспечивает жесткое примыкание колонны к фундаменту, что снижает материалоемкость и трудоемкость установки колонны.The presence of a metal base 4 with fastening with polymer solution 6 on pipe 1, anchor bolts 13 and internal ribs 10 monolithically with concrete core 3 allows fixing the exact location of the column installation, ensures a rigid connection of the column to the foundation, which reduces the material intensity and labor intensity of column installation.

Наличие металлической капители 5 с закреплением полимерным раствором 6 на трубе 1 и внутренними ребрами 15 монолитно с бетонным ядром 3 позволяет организовать надежное примыкание элементов перекрытия к колонне, обеспечивает жесткое примыкание частей колонны поэтажно, что снижает материалоемкость и трудоемкость установки колонны.The presence of a metal capital 5 with polymer mortar 6 fastening on pipe 1 and internal ribs 15 monolithically with concrete core 3 allows for reliable connection of floor elements to the column, provides rigid connection of column parts floor by floor, which reduces the material consumption and labor intensity of column installation.

Наличие стяжных муфт 18 обеспечивает простое и надежное соединение стержней продольного внутреннего армирования 7 бетонного ядра 3 по длине, что позволяет снизить трудоемкость изготовления колонны.The presence of tension couplings 18 ensures a simple and reliable connection of the longitudinal internal reinforcement rods 7 of the concrete core 3 along the length, which reduces the labor intensity of column manufacturing.

Наличие выступающих участков продольно расположенных стальных фибр 2 в виде анкеров 19 на внутренней стороне трубы 1 обеспечивает надежную совместную работу бетонного ядра 3 со сталефибробетоном трубы 1 при действии сдвигающих усилий в колонне от внешних нагрузок, что позволяет отказаться от дополнительных элементов сцепления и приводит к снижению материалоемкости и трудоемкости изготовления колонны.The presence of protruding sections of longitudinally located steel fibers 2 in the form of anchors 19 on the inner side of the pipe 1 ensures reliable joint operation of the concrete core 3 with the steel fiber concrete of the pipe 1 under the action of shear forces in the column from external loads, which makes it possible to dispense with additional coupling elements and leads to a reduction in the material consumption and labor intensity of manufacturing the column.

Параметры колонны высотного здания определяются расчетом на усилия от эксплуатационных нагрузок. Напряжения в трубе и бетонном ядре определяются в результате расчета, выполненного с помощью программных средств. Размеры сечения колонны, толщина стенки трубы, количество продольных стержней, их диаметр, класс и величина натяжения, сечение и количество анкеров определяются согласно расчетам по несущей способности, жесткости и трещиностойкости.The parameters of a high-rise building column are determined by calculating the forces from operational loads. The stresses in the pipe and concrete core are determined as a result of a calculation performed using software. The dimensions of the column section, the thickness of the pipe wall, the number of longitudinal rods, their diameter, class and value of tension, the section and number of anchors are determined according to calculations of bearing capacity, rigidity and crack resistance.

Таким образом, заявляемое изобретение приводит к снижению материалоемкости колонны высотного здания.Thus, the claimed invention leads to a reduction in the material consumption of a high-rise building column.

Claims

1. A column of a high-rise building containing a pipe with a concrete core and reinforcement inside, characterized in that the pipe is made of steel fiber concrete with reinforcement by longitudinally arranged steel fibers with a length no less than 1.25 times the thickness of the cross-section of the pipe wall, on the inner side of which protruding sections of steel fibers form anchors connected to its concrete core, while on the outer surface of the pipe at the level of the ceilings and foundation, metal capitals and a metal base are respectively secured with a polymer solution, to which rods of longitudinal internal reinforcement are attached with tensioning devices.

2. A column of a high-rise building according to paragraph 1, characterized in that the metal base at the foundation level has additional fastening with anchor bolts.

3. A column of a high-rise building according to paragraph 1 or 2, characterized in that the longitudinal rods of the internal reinforcement are connected along the length by tie couplings.