RU153644U1

RU153644U1 - STEEL AND CONCRETE NODE OF OPERATION OF BEAMS TO THE MIDDLE COLUMN IN THE STEEL FRAME OF A MULTI-STOREY BUILDING

Info

Publication number: RU153644U1
Application number: RU2014144825/03U
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Добрачев; Дмитрий Сергеевич Вершинин
Original assignee: Валерий Михайлович Добрачев; Дмитрий Сергеевич Вершинин
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2015-07-27

Abstract

Сталежелезобетонный узел опирания балок на среднюю колонну в стальном каркасе многоэтажного здания, содержащий балки двутаврового сечения, прикрепляемые к колонне двутаврового сечения, и монолитный участок железобетонной плиты перекрытия с продольной арматурой, объединенный с балками при помощи анкеров, отличающийся тем, что устанавливается фланец, закрепленный к стенке колонны на высокопрочных болтах с контролируемым напряжением, опирающийся на опорный столик, приваренный к полке колонны, в околоопорной зоне балки устанавливается насквозь через отверстия в полках колонны высокопрочная арматура с нарезанной разнонаправленной резьбой на концах, соединенная муфтой с внутренней разнонаправленной резьбой и круглыми отверстиями, создающей при стягивании контролируемое предварительное напряжение в стержнях, после набора прочности бетоном, состоящая из двух и более высокопрочных стержней.Steel-reinforced concrete unit supporting the beams on the middle column in the steel frame of a multi-storey building, containing I-beam beams attached to the I-beam column, and a monolithic section of the reinforced concrete floor slab with longitudinal reinforcement, combined with beams using anchors, characterized in that a flange is mounted that is fixed to the column wall on high-strength bolts with controlled voltage, supported by a support table welded to the column shelf, is installed in the near-support zone of the beam through the holes in the columns of the column, high-strength reinforcement with cut multidirectional threads at the ends, connected by a sleeve with an internal multidirectional thread and round holes, which creates a controlled prestressing in the rods when tightened, after concrete has set strength, consisting of two or more high-strength rods.

Description

Полезная модель относится к области строительства, в частности к рамным узлам стальных каркасов многоэтажных зданий и может быть использована при проектировании и строительстве стальных и сталежелезобетонных каркасных зданий и сооружений, а также при реконструкции и усилении таких каркасов.The utility model relates to the field of construction, in particular to the frame nodes of steel frames of multi-storey buildings and can be used in the design and construction of steel and steel-concrete frame buildings and structures, as well as in the reconstruction and reinforcement of such frames.

Известно конструктивное решение узла опирания двутавровых балок на среднюю двутавровую колонну при помощи горизонтальных и вертикальной накладок [Стрелецкий Н.С. Металлические конструкции. - Москва 1961,с 647;]. Нижняя горизонтальная накладка, а также вертикальная накладка привариваются к полке колонны заводскими сварными швами, верхняя горизонтальная накладка - монтажным сварным швом, к полкам и стенке балки все накладки привариваются монтажными сварными швами. Поперечная сила с балки передается через вертикальную накладку, а продольная сила и изгибающий момент - через горизонтальные накладки.A constructive solution is known for the unit for supporting I-beams on the middle I-beam using horizontal and vertical overlays [Streletsky N.S. Metal constructions. - Moscow 1961, with 647;]. The lower horizontal overlay, as well as the vertical overlay, are welded to the column shelf with factory welds, the upper horizontal overlay - with an assembly weld, all overlays are welded with assembly welds to the shelves and beam wall. The transverse force from the beam is transmitted through the vertical plate, and the longitudinal force and bending moment through the horizontal plates.

К недостаткам узла опирания балки на колонну при помощи накладок можно отнести: большие трудозатраты при монтаже; монтажные сварные швы необходимо подвергать физическому контролю качества; неравномерное распределение напряжений в сварном шве, соединяющем верхнюю горизонтальную накладку и полку колонны.The disadvantages of the node supporting the beam on the column using the linings include: large labor costs during installation; assembly welds must be subjected to physical quality control; uneven distribution of stresses in the weld connecting the upper horizontal plate and the column shelf.

Известно конструктивное решение узла опирания двутавровой балки на двутавровую колонну [а.с. СССР №1728408, опубл. 23.04.1992, МПК Е04В 1/38, БИ №15.], содержащее поперечные ребра жесткости колонны, расположенные на уровне поясов балки, опорный столик, приваренный к полке колонны, опорное торцовое ребро балки и пластины, соединяющие стенки балки и колонны болтами высокой прочности. Для пропуска соединительных пластин в полке колонны и опорном ребре балки выполняются прорези.Known structural solution node support I-beam on the I-beam column [and.with. USSR No. 1728408, publ. 04/23/1992, IPC E04B 1/38, BI No. 15.], Containing transverse stiffeners of the column located at the level of the beam belts, a support table welded to the column shelf, a supporting end rib of the beam and plates connecting the walls of the beam and column with high bolts durability. To skip the connecting plates in the column flange and the supporting rib of the beam, slots are made.

Недостатками данного узла опирания балки на колонну являются: необходимость точного выполнения прорезей в полке колонны и опорном ребре балки, что повышает трудоемкость выполнения сопряжения, уменьшение расчетного сечения колонны и балки, что ведет к ослаблению узла.The disadvantages of this node supporting the beam on the column are: the need to accurately make slots in the column flange and the supporting edge of the beam, which increases the complexity of the pairing, reducing the design section of the column and beam, which leads to a weakening of the node.

Также известно конструктивное решение узла опирания балки на колонну при помощи фланца [Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций. - Москва 1989 г.], фланец, приваренный к торцу балки, опирается на опорный столик, приваренный к полке колонны. Фланец соединяется со стенкой колонны при помощи высокопрочных болтов с предварительным напряжением.Also known is the constructive solution of the node supporting the beam on the column using the flange [Recommendations for the calculation, design, manufacture and installation of flange joints of steel building structures. - Moscow 1989], a flange welded to the end of the beam rests on a support table welded to the column shelf. The flange is connected to the wall of the column using high-strength bolts with prestressing.

Недостатком данного узла является требуемая высокая точность изготовления и монтажа конструкций, а также высокие требования к материалу фланца.The disadvantage of this node is the required high accuracy of manufacturing and installation of structures, as well as high demands on the material of the flange.

Известен узел опирания двутавровых балок на двутавровую колонну [Ф Харт, В. Хенн, X, Зонтаг. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания. - Москва 1977 г., с 237], включающий вертикальную опорную пластину, приваренную к полке колонны и прикрепляемую к стенке балки болтами, а также горизонтальные или вертикальные листы, соединяющие пояса балок при помощи сварки или болтов, создающие неразрезность балок.Known node supporting I-beams on the I-column [F. Hart, V. Henn, X, Zontag. Atlas of steel structures. High-rise buildings. - Moscow 1977, p. 237], including a vertical support plate welded to the column shelf and bolted to the beam wall, as well as horizontal or vertical sheets connecting the beam belts by welding or bolts, creating the continuity of the beams.

Недостатком данного узла является то, что в опорном сечении балки действует изгибающий момент, который больше в 1,5-2 раза пролетного момента балки.The disadvantage of this node is that in the reference section of the beam there is a bending moment, which is 1.5-2 times greater than the span of the beam.

Наиболее близким по технической сущности является узловое соединение балки двутаврового сечения с колонной двутаврового сечения [ТКП EN 1994-1-1-2009, Еврокод 4. Проектирование сталежелезобетонных конструкций, часть 1-1. Общие правила и правила для зданий. - Минск 2010 г.] Прототип., включающее вертикальные планки, приваренные к полкам колонны, при помощи которых балка крепится к колонне; контактную пластину, передающую сжимающую нагрузку с балок на колонну; а также монолитный участок железобетонной плиты. Монолитный участок объединен со стальной балкой при помощи анкеров для совместной работы, а также имеет продольную растянутую арматуру, которая вместе с контактной пластиной создает неразрезность конструкции балки перекрытия.The closest in technical essence is the nodal connection of the I-beam with the I-beam column [TKP EN 1994-1-1-2009, Eurocode 4. Design of steel-reinforced concrete structures, part 1-1. General rules and regulations for buildings. - Minsk 2010] A prototype., Including vertical strips welded to the columns of the column, with which the beam is attached to the column; a contact plate transmitting a compressive load from the beams to the column; as well as a monolithic section of a reinforced concrete slab. The monolithic section is combined with a steel beam with the help of joint work anchors, and also has longitudinal tensile reinforcement, which together with the contact plate creates the continuity of the design of the floor beam.

К недостаткам прототипа можно отнести: шарнирное крепление балки к колонне при помощи вертикальной накладки, вследствие чего опорный изгибающий момент балки перекрытия передается только парой сил, образуемой контактной пластиной и растянутой арматурой; а также то, что продольная растянутая арматура не имеет контролируемого напряжения, и, следовательно не может быть осуществлена регулировка усилий в балке, обеспечивающая наиболее рациональную работу балки.The disadvantages of the prototype include: the hinged mounting of the beam to the column using a vertical lining, as a result of which the reference bending moment of the floor beam is transmitted only by a couple of forces formed by the contact plate and the extended reinforcement; as well as the fact that the longitudinal tensile reinforcement does not have a controlled voltage, and, therefore, the efforts in the beam cannot be adjusted to ensure the most rational operation of the beam.

Задачами заявляемой полезной модели являются уменьшение трудоемкости выполнения сопряжения, повышение несущей способности стальной балки перекрытия, за счет выравнивания величин изгибающих моментов в опорном и пролетном сечениях балки, при использовании жесткого фланцевого сопряжения балки с колонной и использовании высокопрочной арматуры с контролируемым напряжением, что ведет к уменьшению высоты балки перекрытия и снижению расхода стали.The objectives of the claimed utility model are to reduce the complexity of the pairing, increase the bearing capacity of the steel floor beams, by aligning the values of bending moments in the support and span sections of the beam, using rigid flange mating of the beam with the column and the use of high-strength reinforcement with controlled voltage, which leads to a decrease floor beam heights and reduced steel consumption.

Поставленные задачи решаются тем, что при опирании стальных двутавровых балок на среднюю стальную двутавровую колонну, фланцы крепятся к стенке колонны на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением, при этом опираются на опорные столики, приваренные к полкам колонны, в месте примыкания балок к колонне устанавливаются горизонтальные ребра жесткости, согласно полезной модели, насквозь через отверстия в стенках колонны пропускается высокопрочная арматура, состоящая из двух или более высокопрочных стержней с предварительным напряжением, напряжение арматуры осуществляется посредством стягивания концов стержней арматуры с нарезанной разнонаправленной при помощи муфты с внутренней разнонаправленной резьбой и круглыми отверстиями, предварительное напряжение арматуры производится после набора прочности бетоном перекрытия, в результате установки фланца увеличивается опорный изгибающий момент, воспринимаемый балкой перекрытия, а в результате предварительного напряжения арматуры в балках перекрытия возникают изгибающие напряжения, противоположные напряжениям от действия постоянной и полезной нагрузок.The tasks are solved in that when the steel I-beams are supported on the middle steel I-beam, the flanges are attached to the wall of the column on high-strength bolts with controlled tension, while leaning on supporting tables welded to the columns of the column, horizontal ribs are installed at the junction of the beams to the column stiffness, according to the utility model, high-strength reinforcement consisting of two or more high-strength rods with preliminary tension is passed through holes in the walls of the column In this case, the reinforcement tension is carried out by tightening the ends of the reinforcing rods with a threaded multidirectional by means of a sleeve with an internal multidirectional thread and round holes, the prestressing of the reinforcement is carried out after the concrete has gained strength, as a result of installing the flange, the reference bending moment perceived by the floor beam increases, and as a result prestressing reinforcement in floor beams bending stresses occur, opposite to stresses from the action of constant and payloads.

Высокопрочная арматура, работающая на растяжение и имеющая возможность контролируемого предварительного напряжения, регулирует соотношение пролетного и опорного изгибающих моментов в балке перекрытия, что увеличивает несущую способность балки перекрытия. Установка фланца, создающего жесткое соединение балки с колонной, увеличивает суммарный опорный изгибающий момент, воспринимаемый балками перекрытия. Таким образом, установка высокопрочной арматуры с предварительным напряжением и фланца выравнивает пролетный и опорный изгибающие моменты, это приводит к уменьшению высоты балки перекрытия и расхода стали.High tensile reinforcement with the possibility of controlled prestressing, regulates the ratio of span and reference bending moments in the floor beam, which increases the bearing capacity of the floor beam. The installation of a flange creating a rigid connection between the beam and the column increases the total reference bending moment perceived by the floor beams. Thus, the installation of high-strength reinforcement with prestressing and flange aligns the span and supporting bending moments, this leads to a decrease in the height of the floor beam and steel consumption.

На фиг. 1, 2, 3, 4 показан сталежелезобетонный узел сопряжения стальной балки двутаврового сечения 1 с колонной двутаврового сечения 2 с применением высокопрочной арматуры 3, состоящей из двух или более предварительно напряженных высокопрочных стержней по верхнему поясу балки. Одним концом высокопрочная арматура заанкерена в монолитном железобетонном перекрытии 10 с рабочей арматурой 5, другой конец арматуры имеет нарезанную резьбу. Направление резьбы на концах стержней арматуры, расположенных друг напротив друга, разное. При этом монолитное железобетонное перекрытие 10 объединено с балкой перекрытия 1 анкерами 4. При эксплуатации здания арматура 3 располагается в монолитном железобетонном перекрытии 10, предварительное натяжение арматуры 3 производится муфтой 13 с внутренней резьбой и круглыми отверстиями после набора прочности бетоном перекрытия 10. Стальная балка 1 опирается фланцем 6 на опорный столик 7, приваренный к полке колонны сварными швами. Нижняя поверхность фланца 6 и верхняя поверхность опорного столика 7 строгаются, для равномерной передачи поперечной силы. Фланец балки крепится к полке колонны при помощи высокопрочных болтов 12 с контролируемым натяжением. Колонна 2 в месте расположения поясов балки усиливается поперечными ребрами жесткости 8. В проектный зазор между фланцем и полкой колонны устанавливаются металлические прокладки 11 (Фиг. 1, 2, 3,4).In FIG. 1, 2, 3, 4 shows a steel-reinforced concrete unit for interfacing a steel beam of I-section 1 with a column of I-section 2 using high-strength reinforcement 3, consisting of two or more prestressed high-strength rods along the upper zone of the beam. At one end, high-strength reinforcement is anchored in a monolithic reinforced concrete floor 10 with working reinforcement 5, the other end of the reinforcement has a threaded thread. The direction of the thread at the ends of the reinforcing rods located opposite each other is different. At the same time, the monolithic reinforced concrete floor 10 is combined with the floor beam 1 with anchors 4. During the operation of the building, the reinforcement 3 is located in the monolithic reinforced concrete floor 10, the prestressing of the reinforcement 3 is made by the coupling 13 with internal thread and round holes after the concrete has been reinforced with the ceiling 10. The steel beam 1 is supported flange 6 to the supporting table 7, welded to the column shelf with welds. The lower surface of the flange 6 and the upper surface of the supporting table 7 planed, for uniform transmission of transverse forces. The beam flange is attached to the column shelf using high-strength bolts 12 with controlled tension. Column 2 at the location of the beam belts is reinforced with transverse stiffeners 8. Metal gaskets 11 are installed in the design gap between the flange and the shelf of the column (Fig. 1, 2, 3,4).

Claims

Steel-reinforced concrete unit supporting the beams on the middle column in the steel frame of a multi-storey building, containing I-beam beams attached to the I-beam column, and a monolithic section of the reinforced concrete floor slab with longitudinal reinforcement, combined with beams using anchors, characterized in that a flange is mounted that is fixed to the column wall on high-strength bolts with controlled voltage, supported by a support table welded to the column shelf, is installed in the near-support zone of the beam through the holes in the columns of the column, high-strength reinforcement with cut multidirectional threads at the ends, connected by a sleeve with an internal multidirectional thread and round holes, which creates a controlled prestressing in the rods when tightened, after concrete has set strength, consisting of two or more high-strength rods.