CZ309028B6

CZ309028B6 - Multi-purpose demountable reinforced concrete prefabricated column building system with articulated joints and controlled dynamic properties

Info

Publication number: CZ309028B6
Application number: CZ2013848A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Witzany; Jiří prof. Ing. Witzany
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2021-12-08
Also published as: CZ2013848A3

Abstract

The invention is a multi-purpose reinforced concrete prefabricated system comprising columns (1) connected to dies (2). The supporting columns (1) are connected to the dies (2) by articulated joints (3) in the form of frame fields, into which reinforcing elements (4) are inserted via flexible contact bearings (5). The resilient contact bearings (5) consist of a metal plate with a screw connection hole with a reinforcing element (4), a resilient layer and another metal plate with a screw connection hole with a column (1) and / or a die (2).

Description

Víceúčelový železobetonový prefabrikovaný systémMulti-purpose reinforced concrete prefabricated system

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká víceúčelového železobetonového prefabrikovaného systému obsahujícího sloupy propojené s průvlaky pro vícepodlažní budovy s řízenými statickými a dynamickými vlastnostmi.The invention relates to a multi-purpose reinforced concrete prefabricated system comprising columns connected to girders for multi-storey buildings with controlled static and dynamic properties.

Dosavadní stav technikyState of the art

Řešení problematiky seismického zatížení a odezvy stavebních objektů na účinky přírodní, technické a indukované seismicity je v současnosti celosvětově věnována mimořádná pozornost a to nejenom u stavebních objektů nacházejících se v oblastech zvýšené přírodní seismické aktivity, ale zejména v důsledku narůstající intenzity dopravy a objemu stavební činnosti jak povrchové, tak podpovrchové, i objektů dotčených účinky technické a indukované seismicity. Vysoká citlivost železobetonových prefabrikovaných zejména stěnových systémů popř. sloupových, vícepodlažních budov s „tuhými“ styky s malou ductilitou - oblastí pružně plastických deformací - vzhledem k účinkům vynucených deformací, přetvoření a otřesů zvyšuje míru rizika porušení, popř. selhání statické funkce nosného systému vystavenému dlouhodobě intenzivním vibracím a otřesům, popř. seismickým účinkům.Addressing the issue of seismic loading and the response of buildings to the effects of natural, technical and induced seismicity is currently receiving special attention worldwide, not only in buildings located in areas of increased natural seismic activity, but mainly due to increasing traffic intensity and construction volume both surface, both subsurface, and objects affected by the effects of technical and induced seismicity. High sensitivity of reinforced concrete prefabricated especially wall systems or column, multi-storey buildings with "rigid" joints with low ductility - the area of elastically plastic deformations - due to the effects of forced deformations, deformations and shocks increases the degree of risk of failure, or. failure of the static function of the load-bearing system exposed to long-term intense vibrations and shocks, or seismic effects.

V současné době existuje řada patentových spisů obsahujících dílčí řešení především demontovatelných spojů a styků mezi jednotlivými částmi nosné prefabrikované betonové konstrukce. Příkladem je japonská patentová přihláška JP 11256728 A zveřejněná 21. 9. 1999 zabývající se otázkou řešení konzoly, jejího spoje a upevnění. Dalším příkladem je japonský patentový spis JP 2003064766 zveřejněný 5.3. 2003 týkající se prefabrikované betonové stěny a způsobem jejího zhotovení. Jiným příkladem je německý užitný vzor DE 20307595 U1 zveřejněný 10. 7. 2003 zabývající se způsobem spojování betonových panelů se závitovou objímkou, mezinárodní patentová přihláška WO 2012006764 AI zveřejněná 19.1.2012 zabývající se spojovací konstrukcí pro složený profil zapuštěného typu.At present, there are a number of patents containing partial solutions, especially demountable joints and joints between individual parts of a load-bearing prefabricated concrete structure. An example is the Japanese patent application JP 11256728 A published on September 21, 1999 dealing with the issue of the solution of the bracket, its connection and fastening. Another example is Japanese Patent Publication JP 2003064766 published 5.3. Concerning the prefabricated concrete wall and the method of its construction. Another example is German Utility Model DE 20307595 U1 published on July 10, 2003 dealing with a method of joining concrete panels with a threaded sleeve, International Patent Application WO 2012006764 A1 published January 19, 2012 dealing with a joining structure for a composite profile of a recessed type.

V těchto patentových spisech a přihláškách nejsou řešeny otázky návrhu komplexního systému zajišťujícího prostorovou stabilitu a odolnost v podmínkách vyznačujících se otřesy, vibracemi a seismickými účinky v rozsahu, který by odpovídal systému, který je předmětem vynálezu. Jiným příkladem jsou unikátní výškové konstrukce budov se schopností reagovat na vibrace základového podloží způsobené přírodní seismicitou a schopné upravovat dynamické vlastnosti nosného systému výškové budovy vystavené intenzivním vibracím z vnějšího prostředí.These patents and applications do not address the design of a complex system providing spatial stability and resistance in conditions characterized by shocks, vibrations and seismic effects to an extent consistent with the system of the present invention. Another example is the unique high-rise structures of buildings with the ability to respond to vibrations of the subsoil caused by natural seismicity and able to adjust the dynamic properties of the load-bearing system of a high-rise building exposed to intense vibrations from the outside environment.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny víceúčelovým železobetonovým prefabrikovaným systémem obsahujícím sloupy propojené s průvlaky, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že nosné sloupy jsou s průvlaky spojeny kloubovými styky do podoby rámových polí, do kterých jsou vloženy přes pružná kontaktní ložiska ztužující prvky.The above drawbacks are largely eliminated by the multi-purpose reinforced concrete prefabricated system comprising columns connected to the dies according to the invention. Its essence is that the supporting columns are connected to the dies by articulated joints in the form of frame fields, into which reinforcing elements are inserted via flexible contact bearings.

Pružná kontaktní ložiska jsou s výhodou tvořená kovovou deskou s otvorem pro šroubový spoj se ztužujícím prvkem, pružnou vrstvou a další kovovou deskou s otvorem pro šroubový spoj se sloupem a/nebo průvlakem.The resilient contact bearings are preferably formed by a metal plate with a screw connection hole with a reinforcing element, a resilient layer and another metal plate with a screw connection hole with a column and / or a die.

Ztužující prvky jsou ve výhodném provedení tvořeny prvky vybranými ze skupiny stěnová diafragma, tvarovaná kovová konstrukce, tvarovaná železobetonová konstrukce, tyče, lanové prvky.In a preferred embodiment, the reinforcing elements are formed by elements selected from the group of wall diaphragm, shaped metal structure, shaped reinforced concrete structure, rods, rope elements.

- 1 CZ 309028 B6- 1 CZ 309028 B6

Železobetonový prefabrikovaný sloupový stavební systém s kloubovými styky a jejich řízenými dynamickými vlastnostmi, podle vynálezu sestává se sloupů a průvlaků vzájemně spojených kloubovými styky s velkou duktilitou a z vložených ztužujících prvků spojených se sloupy a průvlaky prostřednictvím kontaktních pružných ložisek, jejichž rozmístění a tuhost závisí na velikosti a intenzitě statických a dynamických zatížení. Nedílnou součástí nosného systému je stropní deska zajišťující redistribuci vodorovných sil do jednotlivých svislých nosných částí systému.Reinforced concrete prefabricated column building system with articulated joints and their controlled dynamic properties, according to the invention consists of columns and dies interconnected by articulated joints with high ductility and interposed reinforcing elements connected to columns and dies by contact spring bearings, the distribution and rigidity depending on size and intensity of static and dynamic loads. An integral part of the supporting system is the ceiling plate ensuring the redistribution of horizontal forces into the individual vertical supporting parts of the system.

Charakteristickým znakem systému podle vynálezu je jeho schopnost absorbovat jisté množství přetvářné energie vyvolané účinkem mimořádného zatížení, přírodní seismicitou, popř. dlouhodobě působícím cyklickým, proměnným účinkům zatížení a tím zamezit jeho nežádoucímu porušení, popř. selhání a kolapsu.A characteristic feature of the system according to the invention is its ability to absorb a certain amount of deformation energy caused by the effect of extraordinary loads, natural seismicity, resp. long-term cyclical, variable effects of the load and thus prevent its undesirable failure, or. failure and collapse.

V uvedeném příkladu provedení zajišťují prostorovou stabilitu kloubového prefabrikovaného sloupového systému prefabrikované železobetonové diafragmy nebo ocelové ztužující konstrukce, např. tvaru písmene A, popř. speciální ztužující konstrukce, např. ocelová lana, popř. trubky spřahující diagonálně kloubové styčníky sloupů a průvlaků, vložené do některých „rámových“ polí, popř. při jednosměrném uspořádání „rámů“ mezi sloupy ve směru kolmo na rámové pole a spojených se sloupy, popř. průvlaky pružnými kontaktními ložisky.In this exemplary embodiment, the spatial stability of the articulated prefabricated column system is ensured by prefabricated reinforced concrete diaphragms or steel reinforcing structures, e.g. the shape of the letter A, or special reinforcing constructions, eg steel ropes, or pipes connecting diagonally articulated joints of columns and girders, inserted into some "frame" fields, or in the case of a one-way arrangement of "frames" between the columns in a direction perpendicular to the frame field and connected to the columns, or dies with flexible contact bearings.

Požadované snížení tuhosti, zvýšené poddajnosti styků prefabrikovaných dílců je dosaženo vložením pmžných částí do oblasti vzájemného kontaktu částí nosného systému a odstraněním betonových zálivek jako nedílné součásti řešení styků nosných dílců. Tuhost, tj. poddajnost těchto pražných článků je třeba stanovit s ohledem na statické požadavky vyplývající ze zatížení a účinků přenášených stykovanými dílci a s ohledem na požadavek tlumení vibrací a dynamických účinků určitých charakteristik.The required reduction in stiffness, increased flexibility of the joints of the prefabricated parts is achieved by inserting heavy parts into the area of mutual contact of the parts of the load-bearing system and removing concrete grouts as an integral part of solving the joints of load-bearing parts. The stiffness, ie the ductility of these baffles, must be determined with regard to the static requirements resulting from the loads and effects transmitted by the contacted parts and with regard to the requirement of vibration damping and the dynamic effects of certain characteristics.

Charakteristickým článkem jsou demontovatelné kloubové styky sloupů, průvlaků a stropních dílců, jejichž významnou vlastností je vedle možnosti demontáže systému opakované sestavení dílců do prostorově působícího systému na jiném místě a v jiném funkčním uspořádání a ztužující prvky s pružnými kontaktními ložisky zajišťujícími spojení se sloupy a průvlaky. Systém lze výhodně aplikovat v oblastech s intenzivní technickou a indukovanou seismicitou a v oblastech s vysokou pravděpodobností výskytu přírodní seismicity.A characteristic feature is the demountable articulated joints of columns, dies and ceiling members, whose important feature is, in addition to the possibility of dismantling the system, reassembly of parts into a spatially acting system at another location and function and reinforcing elements with flexible contact bearings to ensure connection with columns and dies. The system can be advantageously applied in areas with intensive technical and induced seismicity and in areas with a high probability of natural seismicity.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález bude blíže osvětlen na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněn v axonometrickém pohledu víceúčelový železobetonový prefabrikovaný systém obsahující sloupy propojené s průvlaky a různými ztužující prvky. Na obr. 2 je znázorněn schematicky víceúčelový železobetonový prefabrikovaný systém v pohledu zboku.The invention will be further elucidated on the basis of a specific exemplary embodiment with the aid of the accompanying drawings, in which FIG. Fig. 2 is a schematic side view of a multi-purpose reinforced concrete prefabricated system.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Na obr. 1 je znázorněno prostorové uspořádání nosného systému podle vynálezu sestávajícího ze sloupů 1 a průvlaků 2 vzájemně spojených kloubovými styky 3 a vložených ztužujících prvků 4. Do takto vytvořené „rámové“ konstrukce s kloubovými styky 3 mezi jednotlivými sloupy 1 a průvlaky 2 jsou vloženy do některých polí kloubové rámové konstrukce ztužující prvky 4 v podobě železobetonové diafragmy spřahující kloubově spojené sloupy 1 a průvlaky 2 prostřednictvím pružných kontaktních ložisek 5 s odpovídající tuhostí, které zajišťují prostorovou stabilitu systému. Pro případ omezení vibrací mezi jednotlivými podlažími a snížení odezvy nosného systému vzhledem k dynamickým účinkům je tuhost vzájemného spojení ztužujících prvků 4 mezi sloupy 1 a průvlaky 2 snížena pomocí pražných kontaktních ložisek 5 vložených doFig. 1 shows a spatial arrangement of a support system according to the invention consisting of columns 1 and dies 2 interconnected by articulated joints 3 and inserted reinforcing elements 4. In the thus formed "frame" structure with articulated joints 3 between individual columns 1 and dies 2 in some fields of the articulated frame structure reinforcing elements 4 in the form of a reinforced concrete diaphragm coupling the articulated columns 1 and dies 2 by means of resilient contact bearings 5 with corresponding rigidity, which ensure the spatial stability of the system. In the case of reducing vibrations between floors and reducing the response of the supporting system due to dynamic effects, the rigidity of the interconnection of the reinforcing elements 4 between the columns 1 and the dies 2 is reduced by means of Prague contact bearings 5 inserted in

-2 CZ 309028 B6 styku těchto částí nosného systému. Tuhost těchto pružných kontaktních ložisek 5 je volena tak, aby bylo dosaženo požadovaného tlumení určitých frekvencí, popř. dosaženo požadovaných dynamických vlastností nosného sloupového systému s kloubovými styky 3. Kontakt mezi jednotlivými prefabrikovanými dílci je řešen výhradně prostřednictvím pružných kontaktních 5 ložisek 5 zajišťujících spolupůsobení ztužujících prvků 4 se sloupy 1 a průvlaky 2 nosného systému.-2 CZ 309028 B6 contact of these parts of the support system. The rigidity of these flexible contact bearings 5 is chosen so as to achieve the required damping of certain frequencies or the required dynamic properties of the load-bearing column system with articulated joints 3 are achieved.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn patrový kloubový rám s vloženými ztužujícími prvky 4 a pozice pružných kontaktních ložisek 5 ve spojích mezi sloupy 1 a průvlaky 2.Fig. 2 schematically shows a storey articulated frame with inserted reinforcing elements 4 and the position of the resilient contact bearings 5 in the joints between the columns 1 and the dies 2.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Víceúčelový železobetonový prefabrikovaný sloupový stavební systém s řízenými vlastnostmi 15 styků podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění při stavbě zejména vícepodlažních budov v oblastech se zhoršenými základovými podmínkami, s intenzivní pozemní a podzemní dopravou, v oblastech poddolovaných a zejména v oblastech s vysokou pravděpodobností výskytu přírodní seismicity.The multi-purpose reinforced concrete prefabricated column building system with controlled joints according to the invention finds application in the construction of multi-storey buildings in areas with degraded foundation conditions, intensive ground and underground traffic, mined areas and especially in areas with high probability of natural seismicity.

Claims

PATENT CLAIMS

A multi-purpose reinforced concrete prefabricated system comprising columns (1) connected 5 to dies (2), characterized in that the supporting columns (1) are connected to the dies (2) by articulated joints (3) in the form of frame bays into which they are inserted reinforcing elements (4) via flexible contact bearings (5).

Multi-purpose reinforced concrete prefabricated system according to claim 1, characterized in that the resilient contact bearings (5) are formed by a metal plate with a screw connection hole with a reinforcing element (4), a resilient layer and another metal plate with a screw connection hole column (1) and / or die (2).

Multi-purpose reinforced concrete prefabricated system according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcing elements (4) are formed by elements selected from the group consisting of wall diaphragm, shaped metal structure, shaped reinforced concrete structure, bars, rope elements.