RU2496949C2

RU2496949C2 - Tubular building structure

Info

Publication number: RU2496949C2
Application number: RU2012103501/03A
Authority: RU
Inventors: Марсель Янович Бикбау; Ульяна Марсельевна Бикбау
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ИМЭТСТРОЙ" (ЗАО "ИМЭТСТРОЙ")
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-10-27
Also published as: RU2012103501A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: tubular building structure comprising pipes filled with concrete with nodal connection elements placed at their ends and comprising end upper and lower support square plates and steel supporting gussets welded to the external surface of the pipes. It is made with height of three floors of the building and is equipped with additional intermediate steel support plates. In parallel to the surface of upper end support plates and above them there are steel reinforcement rods with equal protrusions at each side of the pipe. Reinforcement rods may be arranged outside the steep pipes in pairs and symmetrically relative to the vertical axis of the pipes or are pulled via a steel shell of pipes.

EFFECT: increased stability, accelerated assembly of building frames.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к строительству, а именно к трубчатым строительным конструкциям в виде трубобетонных колонн с сопряжением с перекрытиями, и предназначено для применения при возведении сборных несущих каркасов многоэтажных зданий и сооружений.The present invention relates to construction, namely to tubular building structures in the form of concrete columns with mating with ceilings, and is intended for use in the construction of prefabricated load-bearing frames of multi-storey buildings and structures.

Известны несущие колонны в виде трубобетона, широко применяющиеся в развитых странах при строительстве многоэтажных и высотных зданий, телевышек, мостов и др. и сооружений в виде соосно сопряженных, преимущественно, круглых стальных труб, наполняемых бетоном после монтажа стальной обечайки, как правило, в построечных условиях (см., например. Modern Street Tube Confined Concrete Structures / Cai Shao-Huai, China, Communication Press, 2003, 358 p.).Bearing columns are known in the form of pipe concrete, widely used in developed countries in the construction of multi-story and high-rise buildings, television towers, bridges, etc. and structures in the form of coaxially conjugated, mainly round steel pipes, filled with concrete after mounting a steel shell, usually in construction conditions (see, for example, Modern Street Tube Confined Concrete Structures / Cai Shao-Huai, China, Communication Press, 2003, 358 p.).

Также известны трубчатые строительные конструкции в виде соосно сопряженных стальных труб с узловым соединительным элементом на торцах в виде фланцевого стыка со сварным швом (см., например, книгу А.И. КИКИНА и др. «Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном». - М.: Стройиздат. 1974. - 145 с.). Разработчики конструкции рекомендуют заполнять стыковую полость между фланцами пластичным цементным раствором с перфорацией стальных труб для выхода воздуха. Однако такое соединение, как показала практика строительства, не обеспечивает достаточной прочности стыка труб.Also known are tubular building structures in the form of coaxially mated steel pipes with a nodal connecting element at the ends in the form of a flange joint with a weld (see, for example, the book by A. I. KIKIN and others. “Structures of steel pipes filled with concrete.” - M .: Stroyizdat. 1974. - 145 p.). Designers recommend filling the joint cavity between the flanges with a plastic cement mortar with perforation of steel pipes to allow air to escape. However, such a connection, as construction practice has shown, does not provide sufficient pipe junction strength.

Кроме того, в известных решениях реализуется изготовление трубобетонных колонн после монтажа стальных труб непосредственно на строительной площадке. Это делает весьма трудоемкой необходимость обеспечения равнопрочности бетона по всей высоте колонны и создает значительную зависимость характеристик трубобетонных колонн в условиях российского климата от температуры наружного воздуха. В холодное время года к трудоемкости изготовления известных конструкций добавляется необходимость изготовления теплоизоляции и дополнительного прогрева бетона колонн. Такие условия затрудняют получение однородных конструктивных свойств по высоте трубобетонных колонн, при этом затруднен контроль качества бетона и соответственно достижение необходимой несущей способности известных конструкций.In addition, the well-known solutions implement the production of concrete pipes after the installation of steel pipes directly at the construction site. This makes it very time consuming to ensure equal strength of concrete over the entire height of the column and creates a significant dependence of the characteristics of pipe concrete columns in the Russian climate on the outside temperature. In the cold season, the need for manufacturing thermal insulation and additional heating of concrete columns is added to the complexity of manufacturing known structures. Such conditions make it difficult to obtain uniform structural properties along the height of the concrete columns, while it is difficult to control the quality of concrete and, accordingly, to achieve the necessary bearing capacity of known structures.

Весьма полно описаны различные варианты узловых соединений трубобетонных колонн в первой нормативной документации в России, выпущенной ФГУП «НИЦ «СТРОИТЕЛЬСТВО» в 2011 году (стандарт организации СТО 36554501-025-2011 «ТРУБОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ»). Основная часть известных решений предполагает достаточно сложные элементы узлов и сопряжении для соединения трубобетонных колонн друг с другом по вертикали и с конструкциями перекрытий по горизонтали, что затрудняет их применение для быстрой сборки каркасов многоэтажных, а также высотных зданий и сооружений с обеспечением высокой надежности, особенно при строительстве в зонах с значительной сейсмичностью.The various options for nodal connections of pipe-concrete columns are described in full in the first regulatory documentation in Russia issued by FSUE "SRC" CONSTRUCTION "in 2011 (organization standard STO 36554501-025-2011" PIPE CONCRETE COLUMNS)). The main part of the known solutions involves rather complex knot and pairing elements for connecting pipe concrete columns vertically and horizontally with floor structures, which makes it difficult to use them for quick assembly of multistory and high-rise buildings and structures with high reliability, especially when construction in areas with significant seismicity.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является трубчатая строительная конструкция, включающая соосно расположенные верхнюю и нижнюю 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 №2342501, кл. E04B 1/30, 2007 г.). При этом верхнее и нижнее основания среднего цилиндра выполнены в виде стальных опорных пластин квадратного сечения со стороной квадрата от 1,5 до 2,0 наружных диаметров нижней трубы, толщина пластин выбрана от 1,5 до 3,0 толщин стенки нижней трубы, 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 балки имеют квадратное или прямоугольное сечение, а нижние опорные пластины соединены с наружной поверхностью нижней стальной трубы стальными косынками с толщиной, аналогичной толщине опорных пластин, и расположенными вертикально в плоскостях, проходящих через диагонали, вертикальную и горизонтальную оси квадратных пластин.Closest to the technical nature of the proposed solution is a tubular building structure, including coaxially located upper and lower steel round pipes, interconnected and with horizontal load-bearing beams-crossbars 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. 2342501, CL E04B 1/30, 2007). The upper and lower bases of the middle cylinder are made in the form of steel support plates of square cross section with a square side of 1.5 to 2.0 outer diameters of the lower pipe, the thickness of the plates selected from 1.5 to 3.0 wall thicknesses of the lower pipe, the ends are 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 of the beams, while the beams are square or rectangular cross section and the lower support plate connected to the outer bottom surface of the steel pipe steel gussets having a thickness similar to the thickness of the support plates and disposed vertically in planes passing through the diagonals, vertical and horizontal axis of square plates.

Рассмотренное решение позволяет ускорить монтаж каркасов зданий, повысить их устойчивость, сейсмостойкость/особенно с применением балок-ригелей, преднапряженных в условиях строительных площадок. Монтаж каркасов зданий и сооружений ускоряется за счет применения разработанных узлов соединительных элементов, позволяющих возводить несущие колонны по вертикали с их омоноличиванием бетоном и соединением по горизонтали с преднапряженными балками-ригелями из железобетона.The considered solution allows you to speed up the installation of building frames, increase their stability, earthquake resistance / especially with the use of beam beams, prestressed in the conditions of construction sites. The installation of building frames is accelerated by the use of the developed nodes of the connecting elements, allowing the construction of the supporting columns vertically with their monolithic concrete and horizontal connection with prestressed beam beams made of reinforced concrete.

Однако рассматриваемое техническое решение имеет недостаток - значительную трудоемкость в построечных условиях в связи с большим объемом сварочных работ и необходимостью омоноличивания бетоном внутреннего объема стальных труб, балок-ригелей и узлов соединительных элементов, что, как показала практика применения, значительно замедляет темп монтажа каркаса, особенно при строительстве высотных зданий, когда необходимо подавать бетон на значительную высоту и обеспечивать его сплошность во внутритрубном пространстве и твердение в условиях колебаний дневных и ночных температур.However, the technical solution under consideration has a drawback - considerable laboriousness in building conditions due to the large volume of welding work and the need for concrete monolithic of the internal volume of steel pipes, beam beams and nodes of connecting elements, which, as practice has shown, significantly slows down the rate of installation of the frame, especially during the construction of high-rise buildings, when it is necessary to supply concrete to a considerable height and ensure its continuity in the in-pipe space and hardening under fluctuations in day and night temperatures.

Кроме того, применение известного изобретения вызывает необходимость теплоизоляции и дополнительного прогрева твердеющего бетона при строительстве в зимний период, а также обуславливает сложность обеспечения равнопрочности бетона по всему телу трубобетонной несущей конструкции и ее примыкания к перекрытиям многоэтажных зданий и сооружений.In addition, the application of the known invention necessitates thermal insulation and additional heating of hardening concrete during construction in the winter, and also makes it difficult to ensure equal strength of concrete throughout the body of the concrete pipe supporting structure and its adjacency to the floors of multi-storey buildings and structures.

Целью настоящего изобретения является упрощение и ускорение монтажа трубобетонных колонн и конструкций перекрытий многоэтажных и высотных зданий и сооружений в независимости от погодных условий, обеспечение стабильной заданной прочности и надежности несущих конструкций каркасов.The aim of the present invention is to simplify and accelerate the installation of concrete pipes and floor structures of multi-story and high-rise buildings and structures, regardless of weather conditions, ensuring a stable specified strength and reliability of the supporting structures of the frames.

Поставленная цель достигается тем, что трубчатая строительная конструкция для сборного строительства каркасов многоэтажных и высотных зданий и сооружений, включающая круглые, квадратные или прямоугольные трубы, заполненные бетоном, узловые соединительные элементы, размещенные на торцах труб и содержащие приваренные к наружной поверхности труб торцевые верхние и нижние опорные стальные квадратные пластины со стороной от 1,5 до 2,0 диаметра или средней ширины стальных труб, а также стальные подпирающие косынки, выполнена высотой в три этажа здания и снабжена дополнительными промежуточными стальными опорными пластинами, приваренными к наружной поверхности труб на высоте пересечений с межэтажными перекрытиями, при этом толщина каждой пластины выбрана в пределах от 2 до 5 толщин стенок труб; торцевые опорные пластины выполнены с посадочными выемками глубиной от 0,2 до 0,5 толщины пластин для закрепления в них концов стальных труб и снабжены отверстиями для болтового скрепления труб друге другом по вертикали и конструкциями перекрытий по горизонтали, а промежуточные опорные пластины снабжены отверстиями для болтового скрепления труб с конструкциями перекрытий по горизонтали, при этом отверстия для болтов расположены по периметру симметрично вокруг наружной поверхности стальных труб; параллельно поверхности верхних торцевых опорных пластин и над ними расположены стальные арматурные стержни диаметром не менее 14 мм с равными выпусками с каждой стороны трубы и общей длиной от 2-х до 4-х диаметров или средних ширин стальных труб, причем расположены арматурные стержни снаружи стальных труб попарно и симметрично относительно вертикальной оси труб на расстоянии от поверхности опорных пластин, выбранном в пределах от 3 до 10 толщин пластин. Кроме того, стальные арматурные стержни пропущены через стальную оболочку труб.This goal is achieved by the fact that the tubular building structure for the prefabricated construction of skeletons of multi-storey and high-rise buildings and structures, including round, square or rectangular pipes filled with concrete, nodal connectors located at the ends of the pipes and containing end upper and lower welded to the outer surface of the pipes supporting steel square plates with sides from 1.5 to 2.0 diameters or average widths of steel pipes, as well as steel supporting scarves, made in the height of three fl Ms building and provided with additional intermediate steel support plates welded to the outer surface of the pipe at the height of intersection with the floor slabs, the thickness of each plate is selected in the range of 2 to 5 thicknesses of the pipe walls; end support plates are made with landing recesses with depths from 0.2 to 0.5 of plate thickness for fixing the ends of steel pipes in them and are provided with holes for bolting fastening pipes to each other vertically and with horizontal structures of ceilings, and intermediate supporting plates are provided with holes for bolt fastening pipes with horizontal overlap structures, while bolt holes are located around the perimeter symmetrically around the outer surface of the steel pipes; parallel to the surface of the upper end support plates and above them are steel reinforcing bars with a diameter of at least 14 mm with equal outlets on each side of the pipe and with a total length of 2 to 4 diameters or average widths of steel pipes, with reinforcing bars outside the steel pipes pairwise and symmetrically with respect to the vertical axis of the pipes at a distance from the surface of the support plates, selected in the range from 3 to 10 thicknesses of the plates. In addition, steel reinforcing bars are passed through the steel sheath of the pipes.

За указанными пределами параметров изготовления трубчатой строительной конструкции поставленная цель не достигается.Beyond the specified limits of the manufacturing parameters of the tubular building structure, the goal is not achieved.

Предлагаемая трубчатая строительная конструкция изображена на фиг.1 - общий вид; на фиг.2 - продольный разрез; на фиг.3 - вид на опорную пластину по стрелке «А» на фиг.1: а - размещение арматурных стержней снаружи стальных труб; б - размещение арматурных стержней через стальную оболочку труб; на фиг.4 - разрез по В-В фиг.1.The proposed tubular building structure is shown in figure 1 - General view; figure 2 is a longitudinal section; figure 3 is a view of the base plate in the direction of the arrow "A" in figure 1: a - the placement of reinforcing bars outside of steel pipes; b - placement of reinforcing bars through the steel pipe shell; figure 4 is a section along bb In figure 1.

Трубчатая строительная конструкция содержит соосно расположенные стальные трубы 1 и 2, например, круглой формы, высотой в три этажа каждая, заполненные бетоном, например, класса В-30 - 2. На торцах каждой трубы размещен узловой соединительный элемент - узел сцепления, включающий верхнюю 3 и нижнюю 4 квадратные стальные опорные пластины толщиной от 1,5 до 3 толщин стенок труб, расположенные соосно с трубами 1 и 2, приваренные к ним и выполненные с углублениями - посадочными выемками 5 глубиной от 0,2 до 0,5 толщины пластин для вхождения в них концов стальных труб. Пластины 3 и 4 приварены к наружной поверхности труб непрерывным швом 6.The tubular building structure contains coaxially arranged steel pipes 1 and 2, for example, of circular shape, each three floors high, filled with concrete, for example, class B-30 - 2. At the ends of each pipe there is a nodal connecting element - a clutch assembly including the upper 3 and bottom 4 square steel support plates with a thickness of 1.5 to 3 pipe wall thicknesses, aligned with pipes 1 and 2, welded to them and made with recesses - landing recesses 5 with a depth of 0.2 to 0.5 of the thickness of the plates for entry ends in them GOVERNMENTAL pipes. The plates 3 and 4 are welded to the outer surface of the pipes with a continuous seam 6.

Конструкция в средней части содержит промежуточные опорные стальные пластины 7 для соединения трубчатой конструкции с конструкциями перекрытий, например, ригелями 8. При этом толщина каждой промежуточной пластины 7 выбрана в пределах от 2 до 5 толщин стенок труб.The structure in the middle part contains intermediate supporting steel plates 7 for connecting the tubular structure with the structures of the floors, for example, crossbars 8. Moreover, the thickness of each intermediate plate 7 is selected in the range from 2 to 5 pipe wall thicknesses.

Под торцевыми 4 и промежуточными 7 опорными пластинами к наружной поверхности труб приварены стальные подпирающие косынки 9 толщиной, равной толщине этих пластин, и расположенные вертикально в плоскостях, проходящих через диагонали, а также вертикальную и горизонтальную оси опорных пластин.Under the end 4 and intermediate 7 support plates, steel backing kerchiefs 9 are welded to the outer surface of the pipes with a thickness equal to the thickness of these plates and located vertically in planes passing through the diagonals, as well as the vertical and horizontal axis of the support plates.

Каждая опорная пластина снабжена отверстиями 10 для болтового скрепления колонн друг с другом по вертикали и крепления к конструкциям межэтажных перекрытий.Each base plate is provided with holes 10 for bolting the columns together vertically and attaching them to the floor structures.

При необходимости увеличения сопротивления силе среза в местах сопряжения трубобетонных колонн с перекрытиями или балками-ригелями в предлагаемой трубчатой конструкции предусмотрены закладные стальные арматурные стержни 11 различного профиля для изготовления монолитных межэтажных покрытий. Стержни 11 располагаются параллельно поверхности верхних торцевых опорных пластин 3 и имеют диаметр не менее 14 мм. Как показано на фиг.3, арматурные стержни 11 закладываются с равными выпусками 12 с каждой стороны трубы и общей длиной от 2 до 4 диаметров или средних ширин стальных труб. Располагаются арматурные стержни снаружи стальных труб 1, 2 попарно и симметрично относительно вертикальной оси труб на расстоянии «d» от поверхности торцевых опорных пластин, выбранном в пределах от 3 до 10 толщин пластин. Для увеличения сопротивления силе среза узла сцепления трубобетонных колонн с перекрытиями арматурные стержни 11 могут быть пропущены через стальную оболочку труб (фиг.3б),If it is necessary to increase the resistance to shear force at the junctions of the concrete columns with ceilings or beam beams, the proposed tubular design provides embedded steel reinforcing bars 11 of various profiles for the manufacture of monolithic interfloor coatings. The rods 11 are parallel to the surface of the upper end support plates 3 and have a diameter of at least 14 mm. As shown in figure 3, the reinforcing bars 11 are laid with equal outlets 12 on each side of the pipe and a total length of 2 to 4 diameters or average widths of steel pipes. Reinforcing bars are located outside the steel pipes 1, 2 in pairs and symmetrically with respect to the vertical axis of the pipes at a distance "d" from the surface of the end support plates, selected in the range from 3 to 10 plate thicknesses. To increase the resistance to shear force of the coupling unit of the concrete columns with ceilings, the reinforcing rods 11 can be passed through the steel shell of the pipe (figb),

Для обеспечения жесткости каркасов высотных зданий и сооружений предлагаемое изобретение предусматривает омоноличивание перекрытий на уровне стыка стальных труб с толщиной перекрытий, включающей толщины обеих опорных торцевых пластин и арматурных стержней с защитным слоем бетона (фиг.1).To ensure the rigidity of the skeleton of high-rise buildings and structures, the invention provides for monolithic overlapping at the junction of steel pipes with a thickness of overlapping, including the thickness of both supporting end plates and reinforcing bars with a protective layer of concrete (figure 1).

Выбранные размеры опорных пластин согласно предлагаемому изобретению обеспечивают надежность соединения трубчатых строительных конструкций в единую трубобетонную колонну по вертикали за счет достаточной площади опирания трубчатых конструкций и болтового скрепления их между собой. Конструкция позволяет для обеспечения высокого сопротивления силе среза разместить под опорными пластинами подпирающие стальные косынки, наличие которых повышает и эксплуатационную надежность трубобетонной конструкции. Болтовые скрепления как торцевых, так и промежуточных опорных пластин позволяют прочно и оперативно соединить с трубчатой строительной конструкцией как преднапряженные, так и обычные балки, ригели или железобетонные плиты каркаса здания или сооружения (фиг.1).The selected dimensions of the support plates according to the invention provide reliable connection of the tubular building structures into a single pipe-concrete column vertically due to the sufficient area of support of the tubular structures and bolting them together. The design allows for providing high resistance to shear force to place supporting steel scarves under the support plates, the presence of which increases the operational reliability of the pipe-concrete structure. Bolt fasteners of both end and intermediate support plates allow both prestressed and ordinary beams, crossbars or reinforced concrete slabs of the building frame or structure to be firmly and quickly connected to the tubular structure (Fig. 1).

Разработанные характеристики и параметры конструкции оптимальны для достижения цели изобретения, упрощения сборки каркаса здания и быстроты его монтажа.The developed characteristics and design parameters are optimal for achieving the purpose of the invention, simplifying the assembly of the building frame and the speed of its installation.

Оценка времени сборки каркаса здания, на примере 43 этажного здания (Москва, ул. Давыдковская, дом 3) показала возможность уменьшения срока строительства при применении предлагаемого изобретения в 2 раза. Применение болтовых соединений опорных пластин колонн в сочетании с жесткими диафрагмами монолитных железобетонных перекрытий через каждые 3 этажа высотного здания обеспечивает его повышенную устойчивость, сейсмостойкость и эксплуатационную надежность.Evaluation of the assembly time of the building frame, using the example of a 43-story building (Moscow, 3 Davydkovskaya St.), showed the possibility of reducing the construction time by applying the invention by 2 times. The use of bolted joints of the support plates of columns in combination with rigid diaphragms of monolithic reinforced concrete floors every 3 floors of a high-rise building provides its increased stability, seismic resistance and operational reliability.

Предлагаемое изобретение может позволить осуществлять быструю сборку каркасов жилых и общественных многоэтажных и высотных зданий и сооружений из комплектующих заводской готовности с гарантированным качеством в любое время года, что весьма важно для строительства в условиях России и других стран с холодным климатом.The present invention can allow for the rapid assembly of frames of residential and public multi-story and high-rise buildings and structures from factory-ready components with guaranteed quality at any time of the year, which is very important for construction in Russia and other countries with a cold climate.

Claims

1. Tubular building construction for the prefabricated construction of skeletons of multi-storey and high-rise buildings and structures, including round, square or rectangular pipes filled with concrete, nodal connectors located at the ends of the pipes and containing end upper and lower supporting steel square plates welded to the outer surface of the pipes with a side from 1.5 to 2.0 diameters or the average width of steel pipes, as well as steel supporting scarves, characterized in that it is made three stories high and bzhena steel additional intermediate support plates welded to the outer surface of the pipe at the height of intersection with the floor slabs, the thickness of each plate is selected in the range of 2 to 5 thicknesses of the pipe walls; end support plates are made with landing recesses with depths from 0.2 to 0.5 of plate thickness for fixing the ends of steel pipes in them and are provided with holes for bolting the pipes together vertically and horizontally with overlapping structures, and intermediate support plates are provided with holes for bolt fastening of pipes with horizontal overlap constructions, while bolt holes are located around the perimeter symmetrically around the outer surface of steel pipes; parallel to the surface of the upper end support plates and above them are steel reinforcing bars with a diameter of at least 14 mm with equal outlets on each side of the pipe and with a total length of 2 to 4 diameters or average widths of steel pipes, with reinforcing bars outside the steel pipes pairwise and symmetrically with respect to the vertical axis of the pipes at a distance from the surface of the support plates, selected in the range from 3 to 10 thicknesses of the plates.

2. The tubular building structure according to claim 1, characterized in that, in order to increase the resistance of the nodal connecting element to shear force, the steel reinforcing bars are passed through the steel pipe shell.