EP1905909B1 - Appareil pour fixer ensemble rigidement des poutres support de plancher préfabriquées et piliers préfabriqués - Google Patents

Appareil pour fixer ensemble rigidement des poutres support de plancher préfabriquées et piliers préfabriqués Download PDF

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EP1905909B1
EP1905909B1 EP07116594A EP07116594A EP1905909B1 EP 1905909 B1 EP1905909 B1 EP 1905909B1 EP 07116594 A EP07116594 A EP 07116594A EP 07116594 A EP07116594 A EP 07116594A EP 1905909 B1 EP1905909 B1 EP 1905909B1
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pillars
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metal
inserts
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Piero Michelacci
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/20—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of concrete, e.g. reinforced concrete, or other stonelike material
    • E04B1/21—Connections specially adapted therefor
    • E04B1/215—Connections specially adapted therefor comprising metallic plates or parts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/16—Auxiliary parts for reinforcements, e.g. connectors, spacers, stirrups

Definitions

  • the invention falls within the sector of multi-level framework building structures which are suitable for multi-functional use and are intended to withstand major overloads, including those of seismic origin, said structures being formed by prefabricated pillars made of - usually vibrated and precompressed - reinforced concrete and provided in the zones where they are connected to the beams, also made of ordinary or precompressed reinforced concrete, with corbels which then receive, resting on them, the ends of the said beams which finally support the sides of prefabricated honeycomb panels which are also made of reinforced concrete, for forming the floors.
  • the prefabricated side pillars 1 and the middle pillars 1' are single-piece and of predefined height for forming a framework with a predetermined number of levels and that, in the region of the floor sill of each level, the said pillars are provided integrally with laterally projecting parts which are arranged on one side, as indicated by 101 in Figure 1 , in the case of the side pillars 1, whereas they are situated on both sides opposite each other, as indicated by 101' in Figure 2 , in the case of the middle pillars 1' and form actual corbels reinforced by the special internal reinforcements 201 of the pillars which have a greater number of brackets in the linear direction close to the joint which comprises these corbels.
  • each corbel 101, 101' thereof receives, embedded therein, a metal insert A, as shown in Figure 5 , which comprises a robust angle-piece 2 of suitable dimensions, which forms mainly the upper side and consecutive front side of the corbel 101, 101' and which has, welded internally and perpendicularly to its flanges, the ends of anchoring plates 3 which are positioned edgewise and are inserted to a considerable depth inside the body of the pillar 1, 1' and which have intermediate holes 4 passed through by corresponding reinforcing irons 5 able to interact with the reinforcing irons of the said pillar so as to keep the aforementioned parts 2 and 3 firmly in position.
  • the anchoring plates 3 have an asymmetrical position with respect to the angle-piece 2 so that it is possible to use, in the corbels 101' of the middle pillars 1', inserts A with identical characteristics which, with the angle-pieces 2 in the centred position, carry the anchoring plates 3 arranged alongside each other, with the holes 4 mutually aligned, so as to be able to be anchored in the pillar with common reinforcing irons 5.
  • the insert A is completed by at least one pair of vertical holes 6 with a symmetrical arrangement on the top flange of the angle-piece 2, at a short distance from the sides of this angle-piece, which allow access with tie-rods described further below to the inner threaded part of metal bushes 7 welded underneath the said upper flange of the angle-piece 2.
  • a tooth 8 formed for example by a square metal block of suitable dimensions and described more fully below is longitudinally welded in the space between the said holes 6, on the visible side of the upper flange of the angle-piece 2.
  • a metal insert B which comprises a robust plate 9 which is able to form mainly the bottom side of the bottom end corner zone of the beam 10, which is visible and which has, welded longitudinally and at a short distance from its visible front edge, a tooth 11 formed for example also by a square metal block and having for example the same height as the block which forms the tooth 8 of the aforementioned insert A and which at the bottom is coplanar with the bottom side of the beam 10, such that, with respect to this side, the said plate 9 is suitably raised.
  • the plate 9 is anchored firmly to the beam 10 by means of a pair of anchoring plates 12, at one end of which the said plate is welded, these plates 12 being positioned edgewise and being provided with intermediate holes 13 passed through by reinforcing irons 14 which interact suitably with the internal reinforcement of the beam 10.
  • the ends of the plate 9 have, welded thereto, the bottom ends of metal tubular members 15 of equal height, for example with a rectangular cross-section, which with their bottom end project from the plate 9 so as to touch the ideal horizontal plane which contains the visible bottom side of the tooth 11 and the inner wall of this projecting bottom section of the tubes 15 is open as indicated by 16 in Figure 9 , so as to establish a connection between the internal cavity of the said tubes and the chamber 17 which is situated underneath the plate 9 and which is defined, as well as by this plate, by the bottom section of the tubes 15, by the tooth 11 and, parallel to the latter, by a folded sheet-metal wall 18 welded at least to the bottom side of the plate 9.
  • the wall 18 has the same height as the tooth 11.
  • the tubes 15 have an interaxial distance substantially the same as that of the upper holes 6 in the insert A of the pillars.
  • the tooth 8 of the insert A of the corbels engages inside the aforementioned chamber 17 of the insert B of the beams and rests on the plate 9, while the tooth 11 of this plate rests on the upper flange of the angle-piece 2 of the insert A and this flange closes at the bottom the said chamber 17.
  • the holes 6 in the insert A are situated inside the bottom end of the tubes 15.
  • the beams 10 are anchored mechanically to the corbels 101, 101' of the pillars and are prevented from performing undesirable horizontal movements, so as to allow rapid and correct mounting of the prefabricated beams on the pillars 1, 1' which are fixed on-site, without the use of reinforcements or bracing members.
  • the tubes 15 receive, inserted in them, the threaded tie-rods 19 which, with one end, are screwed into the bushes 7 of the insert A and which, with the opposite - also threaded - end, project conveniently from the said tubes 15 into which a self-levelling, high-strength, expanding cement mortar 20 is subsequently injected, said mortar filling completely these tubes and saturating also the chamber 17 with the engaging teeth 8 and 11, thereby improving the strength of the joint and helping preserve over time all the metal components which form it, since they are completely embedded in the cement.
  • the mortar manages to withstand extremely high loads, which are substantially twice those which are usual for this type of product, since it is confined within a box-shaped structure of the metal system for supporting the beam, enabling the apparatus to absorb lower horizontal forces which allow it to counteract effectively the reverse moments which may occur during seismic events, providing a rigid and hyperstatic joint.
  • the tubes 15 are closed at the top by inserts 21 or with the holed end of reinforcing plates extending partly over the outer side of the beam 10 and then the said inserts 21 are fixed to the top end of the tie-rods 19 with nuts 22 and/or other suitable means.
  • the middle pillars 1' may have embedded therein, instead of the insert C according to Figure 3 , oppositely arranged inserts C' as can be seen in Figure 4 , said inserts comprising internally threaded bushes 125' for being able to screw in there the threaded bars 26 which co-operate with the upper reinforcements 110 of the beams 10, these bushes 125' being able to be connected to the reinforcements of the pillar by means of special anchoring irons 25'.
  • joint C which is very much simpler (see Figure 2 ) whereby the said joint is formed by corrugated sheet-metal tubes which are embedded transversely in the middle pillars so as to form therein through-holes inside which it is possible to secure, using expanding cement mortar and/or other suitable means, reinforcing bars 26 which project by equal amounts into the beams resting on the opposite corbels 101' of a same middle pillar 1'.
  • the strength of the beam-pillar connecting joint has to be increased, after checking that the pillar and beam are able to withstand the respective shearing and flexing stresses, steps are taken to increase proportionally the number of bushes and upper bars in the fixture along the outer side and the size of the teeth 8, 11 formed by the square opposition blocks on the supports of the inner side, all of which can be easily deduced also by means tests.
  • the plate 9 of the insert B of the beams may be replaced with an angle-piece so as to form also a frontal protection for the said beams, which is particularly useful for preventing damage thereto during transportation and arrangement in position.

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Claims (15)

  1. Dispositif pour fixer ensemble de manière rigide des poutres de support de plancher préfabriquées et des piliers préfabriqués pour la construction de structures d'ossature en béton renforcé à plusieurs niveaux, ces structures étant appropriées pour une utilisation multifonctionnelle et étant capables de supporter des surcharges majeures, en incluant celles d'origine sismique, comportant des poutres (10) préfabriquées, des traverses (5) de plancher préfabriquées et des piliers (1) latéraux d'une pièce et des piliers (1') centraux d'une pièce qui sont tous d'une hauteur définie à l'avance qui, à chaque niveau de plancher, comportent d'une pièce avec eux des zones agrandies comportant des saillies (101, 101') latérales qui ont la fonction d'une console et qui ont, noyés en leur sein, au moment de la préfabrication, des inserts A métalliques qui agissent en tant que support et système pour une coopération mécanique immédiate avec des inserts B métalliques correspondants qui sont disposés, également au moment de la préfabrication, sur les extrémités des poutres (10) préfabriquées, l'ensemble étant tel que, immédiatement après agencement en position, les poutres sont empêchées d'effectuer des mouvements horizontaux non souhaitables, des moyens étant prévus pour garantir la fixation verticale par la suite les uns aux autres des inserts A, B métalliques ainsi que des moyens pour agencer des fers (26) de renforcement sur le côté horizontal extérieur des poutres, entre des renforcements (110) faisant saillie, et pour fixer les fers de renforcement aux piliers (1, 1') l'ensemble étant tel qu'il est possible d'effectuer une coulée (20, 29) supplémentaire qui fixe de manière rigide ensemble les composants préfabriqués de la structure de bâtiment, en bloquant les joints de connexion pilier-poutre au moyen d'une connexion hyperstatique rigide, dans laquelle toutes les parties métalliques sont sensiblement noyées dans le ciment, comme si la structure complète était fabriquée sur site, et qui est capable d'empêcher également les mouvements horizontaux de manière à être particulièrement approprié pour supporter des contraintes composite à intensité élevée, telles que des contraintes sismiques, caractérisé en ce que les bords des traverses (5) de plancher préfabriquées sont positionnées sur les poutres et après installation des fers (27) de renforcement supplémentaires pour connecter les renforcements (28) de la traverse de plancher à ceux (110) des poutres (10), et les inserts A métalliques noyés dans les consoles (101, 101') pour supporter les piliers (1, 1') comportent une pièce (2) cornière robuste de dimensions appropriées qui forme principalement le côté supérieur et le côté avant consécutif de la console (101, 101') et qui comporte, soudées en interne et perpendiculairement à ses rebords, les extrémités de plaques (3) d'ancrage qui sont positionnées sur les côtés et qui sont insérées à une profondeur considérable à l'intérieur du corps du pilier (1, 1') et qui comportent des trous (4) intermédiaires qui sont traversés par des fers (5) de renforcement correspondants qui interagissent avec les fers de renforcement du pilier et qui maintiennent fermement les pièces (2) cornières et les plaques (3) d'ancrage en position.
  2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques (3) d'ancrage sont au moins au nombre de deux et ont un agencement dissymétrique sur la pièce (2) cornière de sorte qu'il est possible d'utiliser dans les consoles (101') des piliers (1') centraux des inserts A métalliques ayant des caractéristiques identiques qu'ont les pièces (2) cornières dans une position centrée et supportent les plaques (3) d'ancrage agencées le long les unes des autres avec les trous (4) associés mutuellement alignés de manière à être capables d'être fixés dans le pilier en utilisant des fers (5) de renforcement communs.
  3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rebord supérieur de la pièce (2) cornière, à une courte distance de ses côtés, est muni d'au moins une paire de trous (6) ayant un agencement dissymétrique qui permettent l'accès à la partie filetée interne de douilles (7) métalliques soudées en dessous du rebord supérieur de la pièce (2) cornière, l'ensemble étant agencé de manière à ce qu'il soit possible de fixer par vissage des tirants (19) dans ces douilles.
  4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'une dent (8) formée par exemple par une barre (8) métallique de dimensions appropriées et ayant une section transversale carrée ou une section transversale appropriée autre est soudée longitudinalement et est soulevée dans l'espace entre les trous (6), sur le côté visible du rebord supérieur de la pièce (2) cornière.
  5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert B métallique disposé sur les extrémités des poutres (10) préfabriqués comporte une plaque (9) robuste qui est capable de former principalement le côté de fond de la zone d'extrémité de fond de cornière de la poutre, qui est visible et qui a, soudée longitudinalement et à une courte distance de son bord avant visible, une dent (11) formée par une barre métallique qui a, par exemple, la même hauteur et la même forme que celles de la dent (8) de l'insert A des consoles des piliers, de manière à garantir la coopération ou l'interverrouillage entre les deux inserts A, B, la plaque (9) étant ancrée fermement dans la poutre (10) au moyen d'une ou plusieurs plaques (12) d'ancrage à une extrémité desquelles la plaque (9) est soudée, ces plaques d'ancrage étant positionnées sur champ et étant munies de trous (13) intermédiaires à travers lesquels passent des fers (14) de renforcement qui interagissent de manière appropriée avec le renforcement interne de la poutre (10).
  6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la dent (11) est telle qu'elle est coplanaire au fond avec le côté de fond de la poutre (10) de sorte que, en ce qui concerne ce côté, la plaque (9) qui comporte la dent (11) soudée par en dessous et soulevée, est en retrait de manière appropriée.
  7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités de la plaque (9) comportent, soudées à celle-ci, les extrémités de fond d'éléments (15) tubulaires métalliques de hauteur égale, par exemple ayant une section transversale rectangulaire, qui par leur extrémité de fond font saillie de la plaque (9) de manière à toucher le plan horizontal idéal qui contient le côté visible de fond de la dent (11) et la paroi intérieure de cette section de fond faisant saillie des tubes (15) comporte une ouverture (16) qui crée une liaison entre la cavité interne des tubes et une chambre (17) qui est située en dessous de la plaque (9) et qui est définie, ainsi que par cette plaque, par la section de fond des tubes (15), par la dent (11) et, parallèlement à cette dernière, par une paroi (18) en forme de feuille métallique pliée qui est soudée au moins au côté de fond de la plaque (9) et a la même hauteur que la dent (11), les tubes (15) ayant une distance interaxiale qui est sensiblement la même que celle des trous (6) supérieurs dans l'insert A des piliers.
  8. Dispositif suivant l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que les inserts A, B ont des dimensions telles que, lorsque la poutre (10) préfabriquée repose par ses extrémités sur les pattes (101, 101') des piliers (1, 1'), la dent (8) de l'insert A des consoles coopère à l'intérieur de la chambre (17) de fond mentionnée précédemment de l'insert B des poutres et repose sur la plaque (9) de cet insert, tandis que la dent (11) de fond de cette plaque repose sur le rebord supérieur de la pièce (2) cornière de l'insert A de fond et ce rebord ferme la chambre (17) au fond, sachant qu'il peut être considéré que les trous (6) de l'insert A de fond soient agencés à l'intérieur des tubes (1) de l'insert B des poutres, qui de cette manière sont fixés mécaniquement aux consoles (101, 101') des piliers et sont empêchés d'effectuer des mouvements horizontaux non souhaitables.
  9. Dispositif suivant l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert B d'extrémité des poutres est tel que, une fois que l'assemblage de ces poutres a été effectué sur les piliers, les tubes (15) de l'insert B sont capables de recevoir, insérées en leur sein, des tirants (19) filetés qui par une extrémité sont vissées dans les douilles (7) de l'insert A du pilier et par l'extrémité opposée, également filetée, font saillie de manière appropriée des tubes (15) en étant emplies d'un mortier (20) de ciment à expansion à forte résistance et autonivelant, le mortier remplissant complètement ces tubes et saturant également la chambre (17) comportant les dents (8, 11) de coopération, les tubes (15) étant alors fermés au-dessus par des inserts (21) et comportant l'extrémité à trous des plaques de renforcement qui s'étendent partiellement au-dessus du côté extérieur de la poutre (10) et ensuite ces inserts (21) sont fixés à l'extrémité supérieure des tirants (19) par des écrous (22) et/ou d'autres moyens appropriés, l'ensemble étant mis oeuvre de sorte que le mortier supporte des charges extrêmement élevées qui sont sensiblement le double de celles classiques pour ce type de produit, puisqu'il est complètement confiné à l'intérieur d'une structure en forme de boîte du système métallique pour supporter la poutre, permettant au dispositif d'absorber des forces horizontales inférieures qui lui permettent de contrecarrer effectivement les moments inverses dans le cas d'événements sismiques, fournissant un joint rigide et hyperstatique.
  10. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au niveau du renforcement (110) du côté extérieur de la poutre (10), les piliers (1) latéraux comportent une plaque (23) métallique transversale visible comportant des trous (24) qui laissent accès à des sièges (125) d'extrémité borgne et filetée de fers (25) d'ancrage robustes en forme de L qui sont noyés dans le corps du pilier (1), ces sièges (125) filetés d'un tel insert C métallique noyé dans les piliers (1) latéraux recevant, vissées en leur sein, les extrémités de barres (26) filetées qui s'étendent sur un tronçon approprié le long du côté extérieur de la poutre (10), de manière à interagir mécaniquement avec le renforcement (110) faisant saillie de cette dernière.
  11. Dispositif suivant l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à la place de l'insert C métallique, des inserts C' agencés en opposition sont noyés dans les piliers (1) centraux, les inserts comportant des douilles (125') filetées intérieures pour être capables de visser en leur sein les barres (26) filetées qui coopèrent avec les renforcements (110) supérieurs des poutres (10), ces douilles (125') étant capables d'être connectées aux renforcements du pilier au moyen de fers (25') d'ancrage spéciaux.
  12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'à titre d'une variante aux inserts C des piliers centraux, les piliers comportent, noyés en leur sein, des inserts C" formés par des tubes métalliques à feuilles ondulées, qui forment dans les piliers des trous traversants à l'intérieur desquels il est possible de fixer, en utilisant du mortier de ciment expansif et/ou d'autres moyens appropriés, des barres (26) de renforcement qui font saillie d'une quantité égale dans les poutres en reposant sur les consoles (101') opposées d'un même pilier (1') central.
  13. Dispositif suivant l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour garantir que, une fois la fixation des barres (26) aux inserts C' C", C" des piliers terminés, il est possible de disposer en position les traverses (S) de plancher en forme d'alvéoles, en les faisant reposer partiellement sur les poutres (10) et en fournissant ensuite un renforcement (27) supplémentaire qui coopère à la fois avec celui (110) des poutres et celui (28) des traverses (S) de plancher et effectuer finalement une coulée (29) supplémentaire qui fixe définitivement les poutres aux piliers et les traverses de plancher aux poutres, l'ensemble de sorte que, une fois l'opération d'assemblage terminée, la connexion entre des poutres et des piliers se fait sans jeu et est capable de supporter de la manière la meilleure possible des contraintes en traction et en compression horizontales.
  14. Dispositif suivant l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rendement fonctionnel de l'insert B métallique noyé dans les poutres est amélioré en prévoyant des moyens spéciaux pour connecter mécaniquement ensemble les éléments (15) tubulaires et les plaques (12) d'ancrage.
  15. Dispositif suivant l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (9) de l'insert B métallique des poutres peut être remplacée par une pièce cornière de manière à fournir également une protection frontale dans les poutres, particulièrement utile pour empêcher des dommages à celles-ci pendant le transport et la mise en position.
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