Механічне з’єднання арматури муфтами з конічним різьбленням Lenton

Протягом багатьох років переважаючим методом будівництва було зведення будівель із збірного залізобетону. Але в останнє десятиліття, у зв’язку з активним будівництвом будівель і споруд з монолітного залізобетону та переходом будівельників на застосування термомеханічно зміцненого арматурного прокату класу А500С по    ДСТУ 3760, з’явилася проблема з’єднання арматури в монолітному каркасі.

Чинні в Україні нормативні документи з проектування залізобетонних конструкцій, у тому числі і для сейсмічних районів, для стикування арматури залізобетонних конструкцій допускають метод зварювання та з’єднання внахлест без зварювання. Але як показує практика, такі з’єднання мають ряд істотних недоліків.

Зварне з’єднання неминуче тягне за собою подорожчання і ускладнює хід виконання робіт за рахунок трудомісткості. Для створення таких з’єднань потрібне залучення висококваліфікованих зварників. Крім того, існує складність контролю якості виконання зварних швів. У сукупності всі ці складові призводять до суттєвого збільшення трудовитрат і собівартості виготовлення металевих каркасів залізобетонних конструкцій.

Більш простим і поширеним з’єднанням арматурних стержнів вважається з’єднання внахлест без використання зварювання. Але серйозними недоліками цього методу вважається перевитрата арматури за рахунок перепуску арматурних стержнів. Крім того, в зоні нахлестки виникає необхідність додаткового поперечного армування, що призводить до утруднення бетонних робіт в зоні густоармованих конструкцій. Потрібно відзначити той факт, що при з’єднанні арматури внахлест передача зусиль з одного стрижня на іншій здійснюється через навколишній бетон. Руйнування захисного шару бетону в зоні нахлестки може згодом призвести до повного руйнування конструкції.

У світовій практиці накопичений значний досвід по стикування арматурних стержнів періодичного профілю за допомогою з’єднувальних елементів – муфт. Найбільш перспективною системою стикування арматурних стержнів є система з’єднання муфтами з конічною різзю. Ця технологія використовувалася при будівництві вежі «Меркурій» (рис. 2, а-в) і вежі «Федерація» (рис. 2, г) ділового центру «Москва Сіті», четвертого транспортного кільця автомобільної розв’язки в Москві, Нововоронезької АЕС, сховища сухих відходів ядерного палива в Красноярському краї, вантових мостів «Східний Босфор» (рис. 2, д-ж) і «Золотий ріг» у Владивостоці (Росія), вежі “Бурдж Халіфа” (ОАЕ) (рис. 2, з), висотного комплексу «Петронас» (Малайзія) (рис. 2, к), багатофункціонального висотного комплексу «Z-towers» (рис. 2, л) і латвійської національної бібліотеки в Ризі (Латвія), стадіону «Альянс арена» в Мюнхені (Німеччина) , «Олімпійського стадіону» в Афінах (Греція), АЕС «Олкілуото» (Фінляндія).

Починаючи з 2008 року в Україні активно впроваджується технологія стикування арматурних стержнів за допомогою муфт з конічною різьбою Lenton виробництва американської компанії Erico. В системі Lenton муфта має внутрішню конічну різь, а  арматурні стрижні – конічну різь на кінцях. Таке з’єднання забезпечує швидку фіксацію, самоцентрування та відсутність можливих пошкоджень при стикуванні різьблення. При нанесенні конічної різі рівномірно зрізаються усі шари термомеханічно зміцненої арматури, що і забезпечує рівномірний розподіл напружень в зоні нанесення різьблення на арматурі.

Мал. № 1 Схема роботи механічного з’єднання з конічною різзю

На малюнку № 1 показано роботу механічного з’єднання при розтягуванні, зусилля розподіляються рівномірно по всім виткам різі, які знаходяться в муфті і в зачеплення вступають витки різі на термозміцненій і не зміцненій зонах арматури.

В ДП НДІБК проводився ряд випробувань механічних з’єднань арматури класу А400С і А500С з конічною різзю муфтами Lenton. Випробуванню піддавалися з’єднання зі стандартною муфтою А12 (призначена для з’єднання стрижнів однакового діаметру, коли один з з’єднуваних стержнів може вільно обертатися, причому його переміщення в осьовому напрямку, не обмежене (рис. 3, а, б)) і позиційною муфтою Р13 (призначена для з’єднання стрижнів однакового діаметру, коли жоден з з’єднуваних стержнів не може вільно обертатися, при цьому переміщення в осьовому напрямку стрижня, який приєднується, обмежене (рис. 3, в, г)).

Під керівництвом доктора технічних наук Ю.А. Климова, з урахуванням пропозицій і зауважень науковців ДП ​​НДІБК, ДерждорНДІ, НТУ, ЗАТ «Гіпроцівільпромбуд», УкрНДІПБ МНС України, був розроблений і отримав позитивний висновок державної експертизи та висновок НТР Мінрегіонбуду України проект національного стандарту України. В результаті проведеної роботи, будівельна галузь України отримала національний стандарт ДСТУ-Н Б В.2.6-155: 2010 «Настанова щодо застосування муфтових з’єднань арматури з конічною різзю при проектуванні і виготовленні залізобетонних конструкцій». Цей стандарт був прийнятий і введений в дію наказом Міністерства регіонального розвитку та будівництва України від 28 грудня 2010 року № 563.

На сьогоднішній день технологія механічного з’єднання арматури муфтами з конічною різзю Lenton має широке застосування і на нашому будівельному ринку. Так, механічне з’єднання Lenton використовується при виконанні ряду конструкцій (з’єднання арматурних стрижнів і сталезалізобетонних колон, з’єднання арматури залізобетонних балок жорсткості з металоконструкціями сталезалізобетонних колон, при армуванні плит перекриттів і т.д.) будівництва найвищого будинку в Україні  –  бізнес-центру ˝Sky tower˝ в місті Київ.

Переваги муфтового з’єднання Lenton відчули і будівельники Кримського півострова. Будівництво готельного комплексу «Кримська Рів’єра Radisson» в місті Алушта (рис. 4), де армування всіх вертикальних конструкцій виконувалося за технологією Lenton, що дозволило значно скоротити час виконання робіт з виробництва монолітного залізобетонного каркаса будівлі на відміну від з’єднання арматури цих конструкцій за допомогою зварювання на металевій скобі-накладці (тип С15-Рс згідно ГОСТ 14098). Для перевірки цього факту був розрахований економічний ефект на прикладі зведення реальних об’єктів від впровадження механічних з’єднань арматури з конічною різзю муфтами Lenton. Розрахунок проводився шляхом порівняння вартості з’єднань муфтами Lenton, зварних з’єднань типу С12-Рс згідно ГОСТ 14098 і з’єднань внахлест без зварювання.

Таблиця 1

Кількість монтованих з’єднань арматури муфтами Lenton за зміну

Вартість арматури приймалася як середнє значення за результатами аналізу прайс-листів 11 постачальників станом на 04.2011 року

Результати розрахунку подано на мал.5.

Як видно з графіка на малюнку 5, значний економічний ефект від впровадження механічних з’єднань арматури з конічним різьбленням муфтами Lenton (від 9,5%) в порівнянні зі з’єднаннями в нахлест без зварювання можна отримати при стикуванні арматури номінальним діаметром від 28 мм до 40 мм.

 При цьому хотілося б відзначити той факт, що вартість з’єднань муфтами Lenton нижча за вартість зварних з’єднань для всіх номінальних діаметром арматури. Цей факт можна пояснити значною трудомісткістю виконання та дорожнечею контролю зварних з’єднань.

Крім відповідності механічних властивостей з’єднань муфтами Lenton вимогам вітчизняних та зарубіжних норм використання з’єднання арматури технологією Lenton дозволяє отримати значний економічний ефект при з’єднанні арматурного прокату номінальним діаметром від 28 мм до 40 мм. У цьому значно скорочуються терміни будівництва, відсутня необхідність залучення для з’єднання арматури висококваліфікованих робочих.

Армування таких конструкцій, як колони, ж/б балки жорсткості муфтами Lenton покращує співвідношення між арматурою та бетоном за рахунок скасування половини стрижнів у зоні нахлеста. Таке з’єднання арматури дає можливість зменшення розмірів колон та інших конструкцій при проектуванні та одержанні за рахунок цього максимальних площ будівель, що будуються. На малюнку 6 показані варіанти армування колон в нахлест і муфтами Lenton. З малюнка видно, що з’єднання муфтами Lenton зменшує відсоток армування конструкції і зменшується відповідно поперечний переріз колони, зберігаючи свою несучу здатність. За рахунок цих факторів можна заощаджувати бетон, арматуру, витрати на опалубні системи і т.д.

Мал. 6. Можливість зменшення розмірів колон при проектуванні

Мал. 7. Армування сталезалізобетонної колони муфтами Lenton