RU2342501C1

RU2342501C1 - Tubular building construction

Info

Publication number: RU2342501C1
Application number: RU2007115208/03A
Authority: RU
Inventors: Марсель Янович Бикбау (RU); Марсель Янович Бикбау; Ян Марсельевич Бикбау (RU); Ян Марсельевич Бикбау
Original assignee: Марсель Янович Бикбау; Ян Марсельевич Бикбау
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-12-27
Also published as: RU2007115208A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention pertains to construction, namely, to frames of steel pipes filled in with concrete. Tubular building construction includes coaxially arranged lower and upper round steel pipes connected with each other and with horizontal bearing beams - girth rails by knot connecting element in the form of three steel hollow cylinders with conjugated bases. Upper and lower foundation of the middle cylinder are made as steel supporting plates of square section, and ends of horizontal beams-girth rails located inside the steel pipe are equipped with anchors for pulling steel reinforcing cables inside internal cavities of the beams, whereat beams have square or rectangular cross section, and lower plates are connected with steel gusset plates to the external surface of the lower steel pipe.

EFFECT: speed-up of the process of assembly works, ensured safe conditions of assembly of multi-span ceiling discs.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, а именно к каркасам из стальных труб, заполненных бетоном.The invention relates to construction, namely to frames made of steel pipes filled with concrete.

Известна трубчатая строительная конструкция, включающая стальные трубы, соединенные между собой соединительными элементами и заполненные бетоном (см., например, патент РФ №2120002, кл. Е04В 1/24, 1993 г.). Причем соединительные элементы в известном решении имеют форму прямоугольной призмы, горизонтальные и вертикальные стороны которой образуют стыковочные элементы, используемые для соединения отдельных участков колонн, а также колонн и балок друг с другом с помощью болтов крепления. Для того чтобы оси болтов крепления строго совпадали, все стыковочные элементы выполнены абсолютно совместимыми друг с другом. Такое решение известной трубчатой строительной конструкции обеспечивает быстроту монтажа строящегося здания с использованием общедоступных стальных профилей и предварительно изготовленных элементов.Known tubular building structure, including steel pipes interconnected by connecting elements and filled with concrete (see, for example, RF patent No. 2120002, CL EV 1/24, 1993). Moreover, the connecting elements in the known solution have the shape of a rectangular prism, the horizontal and vertical sides of which form the connecting elements used to connect individual sections of the columns, as well as columns and beams with each other using fastening bolts. In order for the axis of the mounting bolts to strictly coincide, all the connecting elements are made absolutely compatible with each other. Such a solution of the well-known tubular building structure ensures the speed of installation of a building under construction using commonly available steel profiles and prefabricated elements.

Однако трудоемкость монтажа собираемого здания, заметное утяжеление конструкции за счет использования большого объема болтовых соединений существенно ограничивают область применения известной трубчатой конструкции.However, the complexity of installation of the assembled building, a noticeable weighting of the structure due to the use of a large volume of bolted joints significantly limit the scope of the known tubular structure.

Также известна трубчатая строительная конструкция, включающая соосно расположенные нижнюю и верхнюю стальные трубы, сопряженные между собой соединительным элементом (см., например, патент США №5012622 А2, кл. Е04С 3/34, 1991 г.). В этой строительной конструкции соединительный элемент выполнен в виде короткой стальной цилиндрической трубы, на наружной поверхности которой установлены на сварке и перпендикулярно боковой поверхности элемента четыре опорные полки, образующие между собой прямой угол. Свободный конец каждой из опорных полок приварен к балке. При такой конструкции соединительного элемента усилие сдвига от нагруженных балок переносится на бетонный сердечник колонны, и, следовательно, когда бетонный сердечник подвергается осевому сжатию, стальная труба-обойма в трубобетонной колонне подвергается продольной деформации с намного меньшей степенью. Это, в свою очередь, позволяет либо снизить площадь поперечного сечения трубобетонной колонны, либо увеличить ее осевую нагрузку.Also known is a tubular building structure, including coaxially located lower and upper steel pipes, interconnected by a connecting element (see, for example, US patent No. 5012622 A2, class E04C 3/34, 1991). In this building structure, the connecting element is made in the form of a short steel cylindrical pipe, on the outer surface of which four support flanges are installed, which are perpendicular to the side surface of the element, forming a right angle between them. The free end of each of the support flanges is welded to the beam. With this design of the connecting element, the shear force from the loaded beams is transferred to the concrete core of the column, and therefore, when the concrete core is subjected to axial compression, the steel tube cage in the concrete pipe is subjected to longitudinal deformation with a much lower degree. This, in turn, allows either to reduce the cross-sectional area of the concrete pipe, or to increase its axial load.

Как отмечалось выше, крепление опорных полок к поверхности соединительного элемента, а также несущих балок к опорным полкам производится на сварке. Однако, чтобы обеспечить сварное соединение с удовлетворительными прочностными характеристиками, требуется тщательная и отнимающая много времени сварочная операция, что связано со значительными материальными и трудовыми затратами.As noted above, the fastening of the supporting shelves to the surface of the connecting element, as well as the supporting beams to the supporting shelves is carried out in welding. However, in order to provide a welded joint with satisfactory strength characteristics, a thorough and time-consuming welding operation is required, which is associated with significant material and labor costs.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является трубчатая строительная конструкция, включающая соосно расположенные нижнюю и верхнюю стальные круглые трубы, соединенные между собой и с горизонтальными несущими балками-ригелями узловым соединительным элементом в виде трех сопряженных основаниями пустотелых стальных цилиндров: верхнего, среднего и нижнего (см., например, патент РФ №2241100, кл. Е04С 3/34, 2003 г.). Причем на боковой поверхности среднего цилиндра соединительного элемента имеются отверстия, в которые введены концы горизонтальных несущих балок в виде квадратных труб или швеллеров, соединенные стопорным металлическим кольцом. Такая конструкция узлового соединительного элемента позволяет снизить трудоемкость работ при возведении каркаса, так как сборка колонны из отдельных участков стальных труб осуществляется без использования сварки или болтов.The closest in technical essence to the proposed one is a tubular building construction, including coaxially located lower and upper steel round pipes connected to each other and to horizontal supporting beam beams with a nodal connecting element in the form of three hollow steel cylinders paired with bases: upper, middle and lower ( see, for example, RF patent No. 2221100, class E04C 3/34, 2003). Moreover, on the side surface of the middle cylinder of the connecting element there are openings into which the ends of the horizontal load-bearing beams are introduced in the form of square pipes or channels connected by a retaining metal ring. This design of the nodal connecting element allows to reduce the complexity of work during the construction of the frame, as the assembly of the column from individual sections of steel pipes is carried out without the use of welding or bolts.

Кроме того, известная конструкция соединительного элемента позволяет исключить необходимость соблюдения большой точности обрезки торцов стальных труб для обеспечения предельно четкой их стыковки и одновременно повысить прочность и несущую способность каркаса. Благодаря этому обеспечивается возможность применить известную трубчатую строительную конструкцию при монтаже большепролетных дисков перекрытий, в том числе наиболее эффективных предварительно напряженных многопролетных покрытий, изготавливаемых, как известно, с использованием натяжных анкерных узлов. Однако при этом возникают трудности с размещением плит перекрытий и анкерных узлов в процессе монтажа диска перекрытий.In addition, the known design of the connecting element eliminates the need for high precision trimming the ends of the steel pipes to ensure extremely clear fit and at the same time increase the strength and bearing capacity of the frame. Thanks to this, it is possible to use the well-known tubular building structure for the installation of large span floor disks, including the most effective prestressed multi-span coatings, manufactured, as is known, using tension anchor units. However, this raises difficulties with the placement of floor slabs and anchor units during the installation of the floor slab.

Цель предлагаемого изобретения - ускорение монтажных работ, обеспечение безопасных условий монтажа многопролетных дисков перекрытий.The purpose of the invention is the acceleration of installation work, ensuring safe conditions for the installation of multi-span disks of floors.

Поставленная цель достигается тем, что в трубчатой строительной конструкции, включающей соосно расположенные нижнюю и верхнюю стальные круглые трубы, соединенные между собой и с горизонтальными несущими балками-ригелями узловым соединительным элементом в виде трех сопряженных основаниями пустотелых стальных цилиндров: верхнего, среднего и нижнего, верхнее и нижнее основания среднего цилиндра выполнены в виде стальных опорных пластин квадратного сечения со стороной квадрата в пределах от 1,5 до 2,0 наружных диаметров нижней трубы; толщина пластин выбрана в пределах от 1,5 до 3 толщин стенки нижней трубы, а концы горизонтальных балок-ригелей, размещенных внутри стальной трубы, снабжены анкерами для натяжения стальных арматурных тросов во внутренних полостях балок, расположенными на середине высоты средних цилиндров вдоль оси симметрии внутренней полости балок, при этом несущие балки имеют квадратное или прямоугольное сечение. Кроме того, нижние пластины соединены стальными косынками с наружной поверхностью нижней стальной трубы, расположенными в вертикальных плоскостях, проходящих через диагонали квадратных пластин, а толщина косынок выбрана равной толщине нижних пластин.This goal is achieved by the fact that in a tubular building structure, including coaxially located lower and upper steel round pipes, interconnected and with horizontal load-bearing beams-crossbars with a nodal connecting element in the form of three hollow steel cylinders conjugated with bases: upper, middle and lower, upper and the lower base of the middle cylinder is made in the form of steel support plates of square cross section with a square side in the range from 1.5 to 2.0 of the outer diameters of the lower pipe; the thickness of the plates is selected in the range from 1.5 to 3 wall thicknesses of the lower pipe, and the ends of the horizontal beam beams located inside the steel pipe are equipped with anchors for tensioning steel reinforcing cables in the internal cavities of the beams located at the mid-height of the middle cylinders along the axis of symmetry of the internal cavity beams, while the supporting beams have a square or rectangular cross section. In addition, the lower plates are connected by steel scarves to the outer surface of the lower steel pipe located in vertical planes passing through the diagonals of the square plates, and the thickness of the scarves is chosen equal to the thickness of the lower plates.

Предлагаемая трубчатая строительная конструкция схематически изображена на фиг.1, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.The proposed tubular building structure is schematically depicted in figure 1, figure 2 - section aa in figure 1.

Трубчатая строительная конструкция содержит соосно сопряженные стальные трубы 1 (нижняя) и 2 (верхняя) с бетонным сердечником 3. Трубы соединены друг с другом посредством узлового соединительного элемента 4, выполненного в виде соединенных основаниями трех пустотелых стальных цилиндров: верхнего 5, среднего 6 и нижнего 7 с введением в средний цилиндр концов балок-ригелей 8. При этом верхнее и нижнее основания среднего цилиндра выполнены в виде стальных опорных пластин 9 и 10, имеющих квадратное сечение со стороной квадрата, выбранной в пределах от 1,5 до 2,0 наружных диаметров нижней трубы 1, и толщиной пластин в пределах от 1,5 до 3-х толщин стенки нижней трубы. Горизонтальные балки-ригели 8 снабжены анкерами 11 для натяжения стальных арматурных тросов 12 во внутренних полостях балок, расположенными на середине высоты средних цилиндров вдоль оси симметрии внутренней полости несущих балок, при этом балки могут иметь квадратное или прямоугольное сечение. На боковой поверхности среднего цилиндра 6 имеются отверстия, оси которых расположены на середине высоты боковой поверхности цилиндра и в которые введены концы горизонтальных несущих балок-ригелей 8, изготовленных, например, в виде квадратных труб или швеллеров. Сечение отверстий имеет конфигурацию и размеры, обеспечивающие плотную установку горизонтальных балок 8 в указанных отверстиях. Кроме того, нижняя поверхность пластин 10 соединена стальными вертикально ориентированными косынками 13 с наружной поверхностью стальных нижних труб 1, при этом косынки расположены в плоскостях, проходящих через диагонали квадратных стальных пластин.The tubular building construction contains coaxially mated steel pipes 1 (lower) and 2 (upper) with a concrete core 3. The pipes are connected to each other by means of a nodal connecting element 4 made in the form of three hollow steel cylinders connected by bases: upper 5, middle 6 and lower 7 with the introduction of the ends of the beam beams into the middle cylinder 8. In this case, the upper and lower bases of the middle cylinder are made in the form of steel support plates 9 and 10 having a square section with the side of the square selected to the limit from 1.5 to 2.0 the outer diameter of the lower pipe 1 and the plate thickness ranging from 1.5 to 3 lower pipe wall thickness. The horizontal beam-beams 8 are equipped with anchors 11 for tensioning steel reinforcing cables 12 in the internal cavities of the beams located at the mid-height of the middle cylinders along the axis of symmetry of the internal cavity of the supporting beams, while the beams can have a square or rectangular section. On the lateral surface of the middle cylinder 6 there are openings, the axes of which are located at the mid-height of the lateral surface of the cylinder and into which the ends of the horizontal load-bearing beams-crossbars 8 are introduced, made, for example, in the form of square pipes or channels. The cross section of the holes has a configuration and dimensions, ensuring a tight installation of horizontal beams 8 in these holes. In addition, the lower surface of the plates 10 is connected by steel vertically oriented kerchiefs 13 with the outer surface of the steel lower pipes 1, while the kerchiefs are located in planes passing through the diagonals of square steel plates.

Предлагаемое техническое решение позволяет ускорить монтаж каркасов зданий с применением изделий из бетонов, преднапряженных в условиях строительных площадок. Снабжение заявленной трубчатой конструкции дополнительными квадратными пластинами позволяет осуществить быстрое сопряжение предлагаемым узлом колонн из трубобетона с перекрытиями из сборных железобетонных плит, а также осуществить преднапряжение стальных канатов на ригели и пакеты железобетонных плит.The proposed technical solution allows to accelerate the installation of building frames using concrete products, prestressed in the conditions of construction sites. The supply of the claimed tubular structure with additional square plates allows for quick pairing of the proposed site of the columns of concrete with ceilings from precast concrete slabs, as well as preload steel ropes on the crossbars and packages of reinforced concrete slabs.

Применение стальных пластин со стороной квадрата менее 1,5 наружных диаметров нижней трубы 1 приводит к недостаточному опиранию железобетонных плит перекрытий, стянутых в пакеты стальными канатами, а применение квадратов со сторонами более 2,0 наружных диаметров нижних труб приводит к неоправданному расходу металла.The use of steel plates with a square side less than 1.5 of the outer diameters of the lower pipe 1 leads to insufficient support of reinforced concrete floor slabs pulled together in packages with steel ropes, and the use of squares with sides of more than 2.0 of the outer diameters of the lower pipes leads to unjustified metal consumption.

Толщина стальных пластин менее 1,5 толщин стенки нижнего цилиндра не обеспечивает требуемой несущей способности пластин, а толщина пластин более 3-х толщин стенки нижней трубы трубобетонной колонны нерациональна и приводит также к перерасходу дорогостоящего металла.The thickness of the steel plates less than 1.5 wall thicknesses of the lower cylinder does not provide the required load-bearing capacity of the plates, and the thickness of the plates more than 3 wall thicknesses of the lower pipe of the concrete pipe is irrational and also leads to cost overruns of expensive metal.

Монтаж предлагаемой трубчатой строительной конструкции производят следующим образом. Стальные трубы 1 (нижние) выставляют в проектное положение (вертикально) на предварительно смонтированном фундаменте. Затем в верхний свободный конец нижних труб 1 вставляют нижние цилиндры 7 узловых соединительных элементов 4 таким образом, чтобы горизонтальные плоскости квадратных стальных пластин 9 и 10 располагались параллельно осям горизонтальных несущих балок-ригелей 8, устанавливаемых в отверстиях среднего цилиндра 6. Такое расположение ригелей-балок обеспечивает оптимальное натяжение арматурных стальных тросов в горизонтальных несущих ригелях-балках. Пластины также могут быть использованы в качестве дополнительных опор при монтаже предварительно напряженных дисков перекрытий, обеспечивая при этом наиболее рациональное и безопасное размещение плит перекрытий в процессе монтажа диска. После установки соединительного элемента 4 в отверстиях среднего цилиндра 6 размещают горизонтальные несущие балки 8, в которых стальные канаты 12 натягивают и закрепляют с помощью анкеров 11. Далее производят сваривание косынками 13 нижних пластин 10 с наружной поверхностью нижних цилиндрических труб 1. По готовности каркаса производят омоноличивание или монтаж железобетонных плит перекрытий 14, опирающихся на нижние пластины 10 (фиг.2), а затем осуществляют омоноличивание высокопрочным бетоном внутренних полостей труб и соединительного элемента 4 до уровня нижнего основания цилиндра 5. После затвердевания бетона средние цилиндры 6 покрывают верхними пластинами 9 и сваривают их с основанием стальных труб 2 металлического каркаса следующего этажа здания, а в верхний свободный конец труб вновь вставляют узловые соединительные элементы 4 следующего этажа, омоноличивают трубы бетоном, и в дальнейшем возведение каркаса производят описанным выше способом с применением предлагаемой трубчатой конструкции.Installation of the proposed tubular building structure is as follows. Steel pipes 1 (lower) put in the design position (vertically) on a pre-mounted foundation. Then, the lower cylinders 7 of the nodal connecting elements 4 are inserted into the upper free end of the lower pipes 1 so that the horizontal planes of the square steel plates 9 and 10 are parallel to the axes of the horizontal load-bearing beams-crossbars 8 installed in the holes of the middle cylinder 6. This arrangement of the cross-beams-beams provides optimal tension of reinforcing steel cables in horizontal load-bearing crossbars-beams. The plates can also be used as additional supports during the installation of prestressed floor disks, while ensuring the most rational and safe placement of floor slabs during the installation of the disk. After installing the connecting element 4 in the holes of the middle cylinder 6, horizontal load-bearing beams 8 are placed, in which the steel ropes 12 are pulled and secured with anchors 11. Next, the kerchiefs 13 are welded to the lower plates 10 with the outer surface of the lower cylindrical pipes 1. When the frame is ready, monopolizing or installation of reinforced concrete floor slabs 14, based on the lower plate 10 (figure 2), and then monopolize high-strength concrete of the internal cavities of the pipes and connecting ele enta 4 to the level of the lower base of the cylinder 5. After the concrete has hardened, the middle cylinders 6 are covered with the upper plates 9 and welded to the base of the steel pipes 2 of the metal frame of the next floor of the building, and the nodal connecting elements 4 of the next floor are reinserted into the upper free end of the pipes, monopolize the pipes concrete, and in the future the construction of the frame is carried out as described above using the proposed tubular structure.

Использование в трубчатой строительной конструкции предлагаемого узлового соединительного элемента позволяет снизить трудоемкость работ при возведении каркаса, повысить безопасность выполнения работ, существенно сократить сроки возведения и стоимость каркаса.The use of the proposed nodal connecting element in a tubular building structure allows to reduce the complexity of work during the construction of the frame, increase the safety of the work, significantly reduce the construction time and cost of the frame.

Claims

1. Tubular building construction, including coaxially located lower and upper steel round pipes, interconnected and with horizontal load-bearing beams-crossbars by a nodal connecting element in the form of three hollow steel cylinders mated by bases: upper, middle and lower, characterized in that the upper and the lower base of the middle cylinder is made in the form of steel support plates of square cross section with a square side from 1.5 to 2.0 of the outer diameters of the lower pipe; the thickness of the plates is selected from 1.5 to 3.0 wall thicknesses of the lower pipe, and the ends of the horizontal beam crossbars located inside the steel pipe are equipped with anchors for tensioning steel reinforcing cables in the internal cavities of the beams located at the mid-height of the middle cylinders along the axis of symmetry of the internal cavity beams, while the beams have a square or rectangular section.

2. The tubular building structure according to claim 1, characterized in that the lower plates are connected by steel scarves to the outer surface of the lower steel pipe and are located in vertical planes passing through the diagonals of the square plates, and the thickness of the scarves is chosen equal to the thickness of the lower plates.