RU2423585C1

RU2423585C1 - Composite beam structure

Info

Publication number: RU2423585C1
Application number: RU2009146561/03A
Authority: RU
Inventors: Арто СИВИЛЛ (FI); Арто СИВИЛЛ; Маркку ХЕЙНИСУО (FI); Маркку ХЕЙНИСУО; Йоуко КАНСА (FI); Йоуко КАНСА
Original assignee: Раутаруукки Ойй
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2011-07-10
Also published as: EP2145058A1; FI20070384A; FI20070384A0; EP2145058A4; WO2008139029A1

Abstract

FIELD: construction. ^ SUBSTANCE: in a composite beam structure there is one or more parts in the form of boards and a beam are connected together by means of an ingot. The beam structure comprises a steel beam, above which there is one or more mounting pins. Length of mounting pins at least three times exceeds the width of the upper surface of mounting pins. The pin is arranged with the possibility to transfer a force in connection between concrete and steel in the vertical and longitudinal direction relative to the beam. In a transverse cut perpendicular to a longitudinal direction of the pin there is at least one part, in which the pin width is more than on a section arranged directly below. ^ EFFECT: high-quality combination of technical parameters of a beam. ^ 15 cl, 10 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к композитной конструкции, и в частности к композитной балочной конструкции, применяемой в строительстве.The present invention relates to a composite structure, and in particular to a composite beam structure used in construction.

Под композитной конструкцией может пониматься почти любая конструкция, составленная из двух или более материалов, такая как, например, обычная конструкция из железобетона. Среди различных конструкционных элементов операция составления всегда осуществляется в то время, когда элементы являются сплошными, т.е. монолитными, или соединяются посредством соединения внахлестку.A composite structure can be understood to mean almost any structure made up of two or more materials, such as, for example, a conventional reinforced concrete structure. Among the various structural elements, the compilation operation is always carried out at a time when the elements are solid, i.e. monolithic, or are joined by lap joint.

Согласно практике последнего времени, под композитной конструкцией обычно понимают сочетание стальных конструкций или листовых конструкций и бетона или железобетона.According to recent practice, a composite structure is usually understood to mean a combination of steel structures or sheet structures and concrete or reinforced concrete.

Наиболее важным и обычным путем соединения двух различных конструкционных материалов является использование композитных конструкций из бетона и стали, таких как композитные балки в многоэтажных жилых, промышленных или коммерческих зданиях.The most important and usual way of joining two different structural materials is to use composite structures made of concrete and steel, such as composite beams in multi-story residential, industrial or commercial buildings.

Принцип эксплуатации композитной конструкции из стали и бетона основывается на почти полном или частичном взаимодействии между стальной частью и бетонной частью. Стальная часть может быть выполнена из конструкционной стали или листовой конструкционной стали, а бетонная часть может быть обычным бетоном, высокопрочным бетоном или легким бетоном.The operating principle of a composite structure of steel and concrete is based on an almost complete or partial interaction between the steel part and the concrete part. The steel part may be made of structural steel or sheet structural steel, and the concrete part may be ordinary concrete, high-strength concrete or lightweight concrete.

Основной тип композитной сталебетонной конструкции, который обычно используется в качестве перекрытия, может рассматриваться как однопролетная свободно лежащая композитная балка, на которой лежит многопустотная плита/замкнутая композитная плита или тому подобное. Для того чтобы обеспечить взаимодействие между стальной частью и бетонной частью, чаще всего используются установочные штифты, дюбели, сваренные по верхнему фланцу стального профиля, которые имеют размеры, соответствующие упругим соединениям.The main type of composite steel-concrete structure, which is usually used as a ceiling, can be considered as a single-span free-lying composite beam, on which lies a multi-hollow slab / closed composite slab or the like. In order to ensure interaction between the steel part and the concrete part, installation pins, dowels, welded along the upper flange of the steel profile, which have dimensions corresponding to the elastic joints, are most often used.

Соотношение стали и бетона в композитных конструкциях должно быть оптимальным. Сталь лучше выдерживает напряжения растяжения, а бетон - напряжения смятия, так что могут быть использованы лучшие характеристики каждой из частей. Кроме того, почти одинаковые коэффициенты теплового расширения бетона и стали и защитное действие бетона в отношении коррозии стали дают широкие возможности использования композитных конструкций, таких как композитные балочные конструкции. Бетон может также поддерживать тонкие стальные части и предотвращать их коробление и стягивание. Промежуточные перекрытия из бетонной композитной конструкции обычно образуются из стальных балок и бетонных плит или железобетонных плит. Плиты в промежуточных перекрытиях из композитных конструкций лежат или на основных балках, или на вспомогательных балках. Основные балки передают нагрузку от плит на соединения с колоннами. Промежуточные перекрытия с композитной конструкцией обычно используются в многоэтажных коммерческих, офисных и жилых зданиях.The ratio of steel to concrete in composite structures should be optimal. Steel withstands tensile stresses better, and concrete withstands crushing stresses, so that the best characteristics of each part can be used. In addition, the almost identical coefficients of thermal expansion of concrete and steel and the protective effect of concrete with respect to corrosion of steel give wide opportunities for the use of composite structures, such as composite beam structures. Concrete can also support thin steel parts and prevent them from warping and pulling together. Intermediate ceilings from a concrete composite structure are usually formed from steel beams and concrete slabs or reinforced concrete slabs. Slabs in intermediate ceilings made of composite structures lie either on the main beams or on the auxiliary beams. The main beams transfer the load from the slabs to the connections to the columns. Composite floor spans are commonly used in multi-story commercial, office and residential buildings.

В композитной балке, образуемой бетоном и сталью (обычно бетонная часть в композитной балочной конструкции является прессованной, а стальная часть - тянутой), взаимодействие между частями осуществляется механически. Композитные балки устанавливают как опоры, после чего на них укладывают многопустотные плиты или другие плиты и тому подобное. После укладки плит швы и балки заполняют бетоном.In a composite beam formed by concrete and steel (usually the concrete part in the composite beam structure is pressed and the steel part is drawn), the interaction between the parts is carried out mechanically. Composite beams are installed as supports, after which multi-hollow slabs or other slabs and the like are laid on them. After laying the plates, the seams and beams are filled with concrete.

Кроме того, известны несколько иных композитных балочных конструкций и компоновок.In addition, several other composite beam structures and arrangements are known.

Из описания изобретения WO 2004/031507 А1 известна композитная балочная конструкция, включающая в себя несколько установочных штифтов, предназначенных для формирования соединения между сталью и бетоном, причем установочные штифты являются стержневидными изделиями с круглым поперечным сечением, которые прикреплены к верхней поверхности балки. На верхнем конце установочных штифтов имеется расширенный участок, круглый при наблюдении сверху, и компоновка согласно описанию дополнительно включает в себя несущую сетку, формирующую и улучшающую связь между бетоном и сталью.From the description of the invention WO 2004/031507 A1, a composite beam structure is known, including several mounting pins designed to form a connection between steel and concrete, the mounting pins being rod-shaped products with a circular cross section that are attached to the upper surface of the beam. At the upper end of the mounting pins there is an expanded portion, round when viewed from above, and the layout as described further includes a support mesh that forms and improves the bond between concrete and steel.

В патенте США № 6807789 описана композитная конструкция, в которой балка выполнена из нескольких частей, прикрепленных друг к другу путем сварки, и в которой верхняя часть балочной конструкции уже, чем нижняя часть, и в которой бетонное литье полностью заполняет внутреннюю часть балки. В листовой части в середине балочной конструкции выполнены вертикальные проемы.US Pat. No. 6,807,789 describes a composite structure in which a beam is made of several parts attached to each other by welding, and in which the upper part of the beam structure is narrower than the lower part, and in which concrete casting completely fills the inside of the beam. In the sheet part in the middle of the beam structure, vertical openings are made.

В описании АТ 301821 описана композитная конструкция, в которой выполнены сгибы для поддержки в V-образном изделии, заполняемом бетоном и изготовленном путем гибки толстого листа.AT 301821 describes a composite structure in which folds are made to support a V-shaped product filled with concrete and made by bending a thick sheet.

Известные технические решения имеют следующие недостатки.Known technical solutions have the following disadvantages.

Известные конструкции требуют относительно большого количества обрабатывающих операций, таких как сварка, гибка и т.д., и все это крайне нежелательно, или же известные технические решения не позволяют обеспечить действие соединения, т.е. взаимодействия между сталью и бетоном в соединении наилучшим возможным путем, так что соединение должно действовать почти идеально (или идеально, что является целью соединения).Known structures require a relatively large number of processing operations, such as welding, bending, etc., and all this is extremely undesirable, or well-known technical solutions do not allow for the operation of the connection, i.e. the interaction between steel and concrete in the joint in the best possible way, so that the joint should work almost perfectly (or ideally, which is the purpose of the joint).

Задачей настоящего изобретения является создание композитной конструкции нового типа или, более подробно, композитной балочной конструкции, позволяющей свести к минимуму или устранить недостатки известных технических решений и, таким образом, обеспечить функционирование и чрезвычайно качественное сочетание затрат и других характеристик, т.е. технических показателей композитной балки.The present invention is the creation of a composite structure of a new type or, in more detail, a composite beam structure, which allows to minimize or eliminate the disadvantages of the known technical solutions and, thus, to ensure the functioning and extremely high-quality combination of costs and other characteristics, i.e. technical indicators of the composite beam.

Известные технические решения предусматривают использование нескольких дюбелей, размещенных в связи с балкой. Преимущество технического решения согласно настоящему изобретению по сравнению с известными техническими решениями заключается в том, что оно требует меньше несущих деталей, т.е. дюбелей, по сравнению с последними техническими решениями, для соединения стали и бетона между собой и что при том же или меньшем количестве дюбелей в соединении между бетоном и сталью обеспечивается лучший композитный эффект.Known technical solutions involve the use of several dowels placed in connection with the beam. The advantage of the technical solution according to the present invention in comparison with the known technical solutions is that it requires fewer supporting parts, i.e. dowels, compared with the latest technical solutions, for joining steel and concrete with each other and that with the same or fewer dowels in the connection between concrete and steel, a better composite effect is achieved.

Преимущество технического решения согласно настоящему изобретению по сравнению с известными техническими решениями заключается в том, что оно обеспечивает лучшую связь между сталью и бетоном, чем известные технические решения, каковая связь выполняет требования к жесткости и выдерживает нагрузки и напряжения, которым она подвергается, по сравнению с известными техническими решениями, т.е. связь может воспринимать вертикальные и горизонтальные усилия в конструкции (возникающие в различных ее точках).The advantage of the technical solution according to the present invention compared with the known technical solutions is that it provides a better bond between steel and concrete than the known technical solutions, which connection fulfills the requirements for stiffness and withstands the loads and stresses to which it is subjected, in comparison with known technical solutions, i.e. communication can perceive vertical and horizontal forces in the structure (arising at its various points).

При использовании круглых (дюбель) штифтов размещение большого их количества требуется в продольном направлении балки, а установочные штифты, которые имеют форму прямоугольной призмы, такую как, например, квадратная, испытывают недостаток в выступающей поверхности, воспринимающей или передающей вертикальные усилия.When using round (dowel) pins, placing a large number of them is required in the longitudinal direction of the beam, and the mounting pins, which are in the form of a rectangular prism, such as, for example, a square one, lack a protruding surface that receives or transfers vertical forces.

Преимущество технического решения согласно изобретению заключается также в возможности избежать неудобной гибки или других трудоемких операций обработки.An advantage of the technical solution according to the invention also lies in the possibility of avoiding inconvenient bending or other labor-intensive processing operations.

Дальнейшее преимущество технического решения согласно изобретению заключается в том, что при композитной балочной конструкции согласно изобретению потребление стали, требующейся для композитной балочной конструкции, может быть уменьшено с достижением значительного экономического эффекта.A further advantage of the technical solution according to the invention is that with the composite beam structure according to the invention, the consumption of steel required for the composite beam structure can be reduced with a significant economic effect.

Изобретение отличается тем, что указано в прилагаемых пунктах формулы изобретения, и, в особенности, тем, что указано в характеризующей части пункта 1.The invention is characterized in that it is indicated in the attached claims, and, in particular, in that which is indicated in the characterizing part of paragraph 1.

Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:The invention is further described in more detail with reference to the accompanying drawings, where:

на фиг.1а показан поперечный разрез упрощенного варианта композитной балки согласно изобретению при наблюдении с торца балки;on figa shows a cross section of a simplified version of the composite beams according to the invention when viewed from the end of the beams;

на фиг.1b показан вариант согласно изобретению при наблюдении балки сбоку;on fig.1b shows a variant according to the invention when observing the beam from the side;

на фиг.1с показан вид сверху установочных штифтов, наклонно закрепленных в балке;on figs shows a top view of the mounting pins, obliquely mounted in the beam;

на фиг.2а-2g показан вид спереди установочных штифтов различной формы.on figa-2g shows a front view of the mounting pins of various shapes.

Согласно тому, что показано на фиг.1а, в балке 3 размещено изделие типа плиты 2, такое как многопустотная плита. Высота изделия типа плиты, согласно фигуре, почти равна высоте балки 3, но плита может быть также значительно ниже высоты балки. Поверх плиты формируется отливка 1, которая преимущественно является бетонной отливкой, а внутри отливки остается один или более установочных штифтов 4, каковые установочные штифты крепятся на верхней поверхности балки путем сварки в нужной точке.According to what is shown in figa, in the beam 3 is placed a product such as a plate 2, such as a hollow core plate. The height of the plate type product according to the figure is almost equal to the height of the beam 3, but the plate can also be significantly lower than the height of the beam. A casting 1 is formed on top of the plate, which is mainly a concrete casting, and inside the casting there remains one or more installation pins 4, which installation pins are mounted on the upper surface of the beam by welding at the desired point.

С выступом (выступающей поверхностью) установочного штифта 4 передаются вертикальное и продольное усилия.With the protrusion (protruding surface) of the mounting pin 4, vertical and longitudinal forces are transmitted.

Высота отливки может значительно варьироваться в зависимости от различных целей применения, но обычно высота отливки составляет от 40 мм до 200 мм.The casting height can vary significantly depending on various applications, but usually the casting height is between 40 mm and 200 mm.

Длина установочных штифтов по меньшей мере в три раза превышает ширину верхней поверхности установочных штифтов. В наилучшем случае длина установочных штифтов по меньшей мере приблизительно в пять раз превышает ширину верхней поверхности установочных штифтов. Ширина верхней поверхности установочных штифтов обычно составляет от 20 до 70 мм, но может быть также шире или уже, в зависимости от нагрузки балки или от величины требующегося композитного эффекта.The length of the mounting pins is at least three times the width of the upper surface of the mounting pins. In the best case, the length of the mounting pins is at least about five times the width of the upper surface of the mounting pins. The width of the top surface of the mounting pins is usually 20 to 70 mm, but may also be wider or narrower, depending on the beam load or the magnitude of the required composite effect.

Длина установочных штифтов может варьироваться, но обычно составляет по меньшей мере 30% от ширины верхней поверхности балки. Установочные штифты могут также выходить поверх ширины верхней поверхности балки.The length of the mounting pins can vary, but usually is at least 30% of the width of the upper surface of the beam. The mounting pins may also extend over the width of the upper surface of the beam.

Установочные штифты крепятся к балке перпендикулярно или наклонно, если смотреть сверху, как показано на фиг.1с.The mounting pins are attached to the beam perpendicular or inclined when viewed from above, as shown in figs.

Поскольку фиг.1 показана только для иллюстрации композитной балочной конструкции согласно изобретению, она не заключает в себе стальных профилей, композитных пластин или вспомогательного армирования и т.д., остающихся полностью или частично внутри отливки.Since FIG. 1 is shown only to illustrate the composite beam structure according to the invention, it does not include steel profiles, composite plates or auxiliary reinforcement, etc., remaining completely or partially inside the casting.

Техническое решение согласно изобретению может использовать все уже известные балки и типы балок, включая двутавровые балки, тавровые балки, WQ балки, коробчатые балки и т.д.The technical solution according to the invention can use all already known beams and types of beams, including I-beams, T-beams, WQ beams, box beams, etc.

Согласно фиг.2, установочные штифты могут иметь форму параллелограмма или трапеции, трехгранника, или же установочные штифты могут включать в себя одну или более фасок, таких как, например, показанная на фиг.2f. Установочные штифты могут иметь по существу форму Т, или I, или L. Установочные штифты могут также включать в себя одно или более округлений. Исключительно важно также, что установочные штифты имеют, таким образом, по меньшей мере одну наклонную поверхность, или одну криволинейную поверхность, или две прямые поверхности, или сочетания перечисленных поверхностей.According to FIG. 2, the locating pins may be in the form of a parallelogram or trapezoid, a trihedral, or the locating pins may include one or more chamfers, such as, for example, shown in FIG. 2f. The locating pins may be substantially T, or I, or L. The locating pins may also include one or more roundings. It is also extremely important that the locating pins thus have at least one inclined surface, or one curved surface, or two straight surfaces, or combinations of these surfaces.

Установочные штифты могут быть полыми или перфорированными, и внутри установочных штифтов могут быть размещены опорные стержни, такие, например, как круглые опорные стержни, причем указанные стержни предназначены для повышения композитного действия за счет увеличения поверхности схватывания. Круглые стальные стержни могут также использоваться при анкеровке плиты на балке, причем в основание дюбелей может быть помещена сетка для улучшения композитного действия. Сетка может быть изготовлена, например, из стали.The mounting pins can be hollow or perforated, and support rods, such as, for example, round supporting rods, can be placed inside the mounting pins, these rods being designed to increase the composite effect by increasing the setting surface. Round steel rods can also be used for anchoring the slab on the beam, and a mesh can be placed in the base of the dowels to improve the composite effect. The mesh can be made, for example, of steel.

Специалистам в данной области техники хорошо известно, что изобретение не ограничивается вариантами реализации, описанными выше, но может варьироваться в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.Those skilled in the art are well aware that the invention is not limited to the embodiments described above, but may vary within the scope of the appended claims.

Согласно принципу изобретения применяемые технические решения могут варьироваться в довольно широких пределах. Возможно также рассматривать, например, такое техническое решение, при котором уже известные установочные штифты и/или секции (секционные технические решения), увеличивающие схватывание стали и бетона, комбинируются с установочными штифтами, описанными здесь, для совместного использования с целью достичь как можно большего композитного действия в соединении между сталью и бетоном.According to the principle of the invention, the applied technical solutions can vary within a fairly wide range. It is also possible to consider, for example, a technical solution in which the already known installation pins and / or sections (sectional technical solutions) that increase the setting of steel and concrete are combined with the installation pins described here, for joint use in order to achieve the greatest possible composite actions in the connection between steel and concrete.

Claims

1. A composite beam structure used in construction, in which one or more parts in the form of plates (2) and a beam (3) are connected together, preferably by casting (1), wherein the composite beam structure contains at least one beam, such as a steel beam over which one or more mounting pins (4) are fixed, characterized in that the length of the mounting pins mounted in the beam is at least three times the width of the upper surface of the mounting pins, while the installation pin is made with the ability to transfer forces in the connection between concrete and steel both in the vertical and in the longitudinal direction relative to the beam, and in the transverse section perpendicular to the longitudinal direction of the installation pin, there is at least one part in which the width of the installation pin is greater than in the section, located directly below it.

2. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the length of the mounting pin is at least 30% of the width of the upper surface of the beam.

3. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the mounting pins are triangular.

4. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the length of the mounting pins is at least five times the width of the upper surface of the mounting pins.

5. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that part or all of the installation pins are attached to the beam perpendicularly or obliquely in the direction from above.

6. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the mounting pins are in the form of a parallelogram or trapezoid.

7. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that vertical and longitudinal forces arising in the connection between concrete and steel are transmitted with the protrusion or protruding surfaces of the mounting pin.

8. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the mounting pins are essentially T-shaped, or I-shaped or L-shaped.

9. Composite beam structure according to any one of claims 1 to 8, characterized in that one or more chamfers and / or roundings are made on the mounting pins.

10. Composite beam structure according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the mounting pins are hollow and / or holes are made in the mounting pins.

11. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the slab type part is a hollow core slab, or a closed composite slab, or another slab type part.

12. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the mounting pins are arranged to optionally be placed on the upper side of the beam depending on the shear force applied to the connection between the concrete and the steel beam.

13. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that one or more holes are made in the installation pin into which a rod, such as a round rod, longer than the installation pin in the longitudinal direction, can be inserted.

14. The composite beam structure of claim 13, wherein the rods are used in anchoring the slab on the beam.

15. The composite beam structure according to claim 1, characterized in that the base of the dowels is placed in the grid to improve the composite effect.