Механическое соединение арматуры муфтами с конической резьбой Lenton

В течение многих лет преобладающим способом строительства было возведение зданий из сборного железобетона. Но в последнее десятилетие, в связи с активным строительством зданий и сооружений из монолитного железобетона и переходом строителей на применение термомеханически упрочненного арматурного проката класса А500С по ДСТУ 3760, возникла проблема соединения арматуры в монолитном каркасе.

Действующие в Украине нормативные документы по проектированию железобетонных конструкций, в том числе и для сейсмических районов, для стыковки арматуры железобетонных конструкций допускают метод сварки и соединения в нахлест без сварки. Но, как показывает практика, такие соединения имеют ряд существенных недостатков.

Сварное соединение неизбежно влечет удорожание и усложняет ход выполнения работ за счет трудоемкости. Для создания таких соединений требуется привлечение высококвалифицированных сварщиков. Кроме того, существует сложность контроля качества исполнения сварных швов. В совокупности все эти составляющие приводят к существенному увеличению трудозатрат и себестоимости изготовления металлических каркасов железобетонных конструкций.

Более простым и распространенным соединением арматурных стержней считается соединение в нахлест без использования сварки. Но серьезными недостатками этого метода считается перерасход арматуры за счет перепуска арматурных стержней. Кроме того, в зоне нахлестки возникает необходимость дополнительного поперечного армирования, что приводит к затруднению бетонных работ в зоне густоармированных конструкций. Следует отметить тот факт, что при соединении арматуры в нахлест передача усилий с одного стержня на другой осуществляется через окружающий бетон. Разрушение защитного слоя бетона в зоне нахлестки может впоследствии привести к полному разрушению конструкции.

В мировой практике накоплен значительный опыт по стыковке арматурных стержней периодического профиля с помощью соединительных элементов – муфт. Наиболее перспективной системой стыковки арматурных стержней является система соединения муфтами с конической резьбой. Эта технология использовалась при строительстве башни «Меркурий» (рис. 2, а-в) и башне «Федерация» (рис. 2, г) делового центра «Москва Сити», четвертого транспортного кольца автомобильной развязки в Москве, Нововоронежской АЭС, хранилища сухих отходов ядерного топлива в Красноярском крае, вантовых мостов «Восточный Босфор» (рис. 2, д-ж) и «Золотой рог» во Владивостоке, башни «Бурдж Халифа» (ОАЭ) (рис. 2, з), высотного комплекса «Петронас» (Малайзия) (рис. 2, к), многофункционального высотного комплекса «Z-towers» (рис. 2, л) латвийской национальной библиотеки в Риге (Латвия), стадиона «Альянс арена» в Мюнхене (Германия), » Олимпийского стадиона» в Афинах (Греция), АЭС «Олкилуото» (Финляндия).

Начиная с 2008 года, в Украине активно внедряется технология стыковки арматурных стержней с помощью муфт с конической резьбой Lenton производства нидерландской компании Erico. В системе Lenton муфта имеет внутреннюю коническую резьбу, а арматурные стержни — коническую резьбу снаружи на концах. Такое соединение обеспечивает быструю фиксацию, самоцентрирование и отсутствие возможных повреждений при стыковке резьбы. При нанесении конической резьбы равномерно срезаются все слои термомеханически упрочненной арматуры, что обеспечивает равномерное распределение напряжений в зоне нанесения резьбы на арматуре.

Рис. №1 Схема работы механического соединения с конической резьбой

На рисунке № 1 показана работа механического соединения при растяжении, усилия распределяются равномерно по всем виткам резьбы, находящимся в муфте и в зацепление вступают витки резьбы на термоупрочненной и не упрочненной зонах арматуры.

В ГП НИИСК проводился ряд испытаний механических соединений арматуры класса А400С и А500С с конической резьбой муфтами Lenton. Испытанию подвергались соединения со стандартной муфтой А12 (предназначена для соединения арматуры одинакового диаметра, когда один из соединяемых стержней может свободно вращаться, причем его перемещение в осевом направлении не ограничено (рис. 3, а, б)) и позиционной муфтой Р13 (предназначена для соединения арматуры одинакового диаметра, когда ни один из соединяемых стержней не может свободно вращаться, при этом перемещение в осевом направлении присоединяемого стержня ограничено (рис. 3, в, г)).

а		б	в	г
д			е	ж
з	к		л
Рис. 2. Примеры использования технологии соединения арматурных стержней муфтами с конической резьбой Lenton

Под руководством доктора технических наук Ю.А. Климова, с учетом предложений и замечаний ученых ГП НИИСК, ГосдорНИИ, НТУ, ЗАО «Гипрогражданпромстрой», УкрНИИПБ МЧС Украины, был разработан и получил положительное заключение государственной экспертизы и заключение НТС Минрегионстроя Украины проект национального стандарта Украины. В результате проведенной работы, строительная отрасль Украины получила национальный стандарт ДСТУ-Н Б В.2.6-155: 2010 «Руководство по применению муфтовых соединений арматуры с конической резьбой при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций». Этот стандарт был принят и введен в действие приказом Министерства регионального развития и строительства Украины от 28 декабря 2010 № 563.

Сегодня технология механического соединения арматуры муфтами с конической резьбой Lenton имеет широкое применение и на нашем строительном рынке. Так, механическое соединение Lenton используется при выполнении ряда конструкций (соединение арматурных стержней и сталежелезобетонных колонн, соединение арматуры железобетонных балок жесткости с металлоконструкциями сталежелезобетонных колонн, при армировании плит перекрытий и т.д.) строительства самого высокого здания в Украине. — Бизнес-центра «Sky tower» в Киеве.

Преимущества муфтового соединения Lenton ощутили и строители Крымского полуострова. Строительство гостиничного комплекса «Крымская Ривьера Radisson» в городе Алушта (рис. 4), где армирование всех вертикальных конструкций производилось по технологии Lenton, что позволило значительно сократить время выполнения работ по производству монолитного железобетонного каркаса здания в отличие от соединения арматуры этих конструкций с помощью сварки на металлической скобе-накладке (тип С15-Рс согласно ГОСТ 14098). Для проверки этого факта рассчитан экономический эффект на примере возведения реальных объектов от внедрения механических соединений арматуры с конической резьбой муфтами Lenton. Расчет производился путем сравнения стоимости соединений муфтами Lenton, сварных соединений типа С12-Рс согласно ГОСТ 14098 и соединений внахлест без сварки.

Рис. 4. Строительство гостиничного комплекса «Крымская Ривьера Radisson» в городе Алушта

Таблица 1 Количество монтируемых соединений арматуры муфтами Lenton в смену

Стоимость арматуры принималась как среднее значение по результатам анализа прайс-листов 11 поставщиков на 04.2011 года.

Результаты расчета представлены на рис.5.

Как видно из графика на рисунке 5, значительный экономический эффект от внедрения механических соединений арматуры с конической резьбой муфтами Lenton (от 9,5%) по сравнению с соединениями в нахлест без сварки можно получить при стыковке арматуры номинальным диаметром от 28 мм. до 40 мм.

Рис. 5. График анализа стоимости соединений муфтами Lenton, сварных соединений и соединений в нахлест без сварки.

При этом хотелось бы отметить тот факт, что стоимость соединений муфтами Lenton ниже стоимости сварных соединений для всех номинальных диаметров арматуры. Этот факт можно объяснить значительной трудоемкостью выполнения и дороговизной контроля сварных соединений.

Кроме соответствия механическим свойствам соединений муфтами Lenton требованиям отечественных и зарубежных норм, использование соединения арматуры технологией Lenton позволяет получить значительный экономический эффект при соединении арматурного проката номинальным диаметром от 28 мм до 40 мм. При этом существенно сокращаются сроки стройки, отсутствует необходимость привлечения для соединения арматуры высококвалифицированных рабочих.

Армирование таких конструкций, как колонны, ж/б балки жесткости муфтами Lenton улучшает соотношение между арматурой и бетоном за счет отсутствия половины стержней в зоне нахлеста. Такое соединение арматуры дает возможность уменьшения размеров колонн и других конструкций при проектировании и получении за счет этого максимальных площадей строящихся зданий. На рисунке 6 показаны варианты армирования колонн в нахлесте и муфтами Lenton. Из рисунка видно, что соединение муфтами Lenton уменьшает процент армирования конструкции и уменьшается соответственно поперечное сечение колонны, сохраняя свою несущую способность. За счет этих факторов можно экономить бетон, арматуру, расходы на опалубочные системы и т.д.

Рис. 6. Возможность уменьшения размеров колонн при проектировании

Рис. 7. Армирование сталежелезобетонной колонны муфтами Lenton