Соединение балок со стойкой или стойками Советский патент 1993 года по МПК E04B1/38 

Настоящее изобретение относится к соединению стоек, и балок в пространственных рамах и/или только балок в металлических конструкциях.

На фиг.1 представлена вертикальная проекция, частично в сечении варианта соединения; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.З; на фиг.5 - вертикальная проекция, частично в сечении, второго варианта соединения; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.5; на фиг.7 - вертикальная проекция, частично в сечении, третьего варианта соединения; на фиг.З - разрез Д-Д на фиг.7; на фиг.9 - разрез Е- Е на фиг.7.

Если обратиться с начала к фиг. с 1 по 4, то на них представлено соединение согласно изобретению для балок и прерывающихся стоек.

В конструкции соединения, показанной на фиг. с 1 по 4, предусмотрены две параллельные пластины 1 и 2, размещенные соответственно у верхнего конца стойки 3 и у нижнего конца стойки 4, образующие первый элемент соединения.

В каждой из упомянутых двух пластин предусмотрены четыре отверстия 5, пригодные для скрепления с соответствующими отверстиями, предусмотренными на втором элементе 6 соединения с помощью болтов.

Таким образом, четыре элемента 6, каждый из которых прикреплен к металлической балке 7, будут закреплены на пластинах 1 и 2, в предпочтительном вари00

со

00

ел

00

со

анте осуществления, представленном на рисунках.

На каждой из двух пластин 1 и 2 предусмотрены два шпунта 8, противоположных друг другу, на их внутренней поверхности, обращенной к другой пластине, таким образом, что при скреплении двух пластин они стоят под углом 90° по отношению друг к другу, как можно заметить на фиг.З.

Каждый из элементов 6 выполнен из двух параллельных горизонтальных пластин 9,10, снабженных отверстием, которое соответствует отверстию 5 пластин 1 и 2, из вертикальной пластины 11, размещенной продольно между упомянутыми пластинами 9 и 10, которая выступает за их пределы с тем чтобы соответствовать, через соответствующее отверстие, соответствующему шпунту 1 и 2, и из вертикальной пластины 12, поперечной между двумя пластинами 9 и 10, которая соответствует размеру и части всего соединения для балки 7, помимо усиления против закручивания.

Далее на пластинах 1 и 2 может быть предусмотрен третий элемент, имеющий один или более шпунтов 13 с отверстиями для крепления наклонных связей (не показаны) и отверстия 14 для крепления горизонтальных связей 15.

Две пластины 1 и 2 должны быть соединены со стойками 4 и 3, в то время как элементы б должны быть приварены к балкам 7.

В решении, представленном на фиг.5 и 6, первый элемент соединения согласно изобретению выполнен из двух пластин 1 и 2, параллельных друг другу, с помощью вертикальных шпунтов 8.

Пластины 1 и 2 имеют центральное отверстие для прохождения стойки 3, которая в этом случае является сквозной стойкой.

Верхняя пластина 2 в этом случае уже, чем нижняя пластина 1. Обе пластины 1 и 2 снабжены отверстиями 5.

Элементы 6 по существу являются такими же, как элементы 6, представленные на фиг. с 1 по 4, в том отношении, что они также имеют две параллельных горизонтальных пластины 9 и 10, вертикальную продольную пластину 11 и вертикальную поперечную пластину 12.

Однако в этом случае, поскольку пластина 1 уже пластины 2, пластина 9 элемента 6 по необходимости должна быть длиннее пластины 10, чтобы ее можно было скрепить с отверстием 5,

Вертикальные шпунты 8, которые соединяют пластины 1 и 2, представляют собой паз 16, в который входят пластина 11 элемента 6.

Кроме того, в этом варианте осуществления конструкции соединения могут присутствовать отверстия 14 для горизонтальных связей 15 и шпунты 13 с отверстиями для наклонных вертикальных .связей.

Предусмотрены также отверстия 17 для прохождения агрегатов.

Соединение этого типа вводится через

стойку 3 длиной, например, 12 м, позиционируется на желаемой высоте, обеспечивая совпадение осей узлов с осями стойки 3 и под прямым углом к ней или, если применяются наклонные леса, они должны быть зафиксированы с помощью сварки в цехе,

Обычная погрешность при центрировании и фиксировании стойки 3 соединения не наносит ущерба соединению стоек с балками 7, поскольку размеры снимают с осей

соединения, на которых не отражается эксцентричность позиционирования стойки в конструкции соединения. Этот тип соединения подходит для конструкции любого типа. Анкерное крепление первого элемента соединения к стойке 3, будет осуществлено с помощью сварки в цехе и, если предположить что стойка имеет допуски на прокатку, то изменяя зазор при позиционировании и толщину возможных пластин для упроч.нения стойки 3 Соединения, удается преодолеть такой допуск.

На фиг.7-9, представлено решение для сквозной стойки из армированного бетона и металлического ящика, действующего в качестве упруго деформируемой временной стойки.

По существу соединение реализуется с теми же характеристиками, что и вариант осуществления согласно фиг.5 и б, причем

совпадающие элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Эта конструкция соединения позволяет за счет строительства металлических ящиков из несущих стоек и их расчета как штанг сварной

рамы - оправки вводить в конструкцию соединения стойку из армированного бетона.

Металлическая клетка из армированного бетона, выполненная из продольных стержней 18 и кронштейнов 19, будет занимать половину нижнего этажа и половину верхнего этажа и.будет вводиться на каждом уровне лесов. Металлический ящик 20 может иметь любое сечение, например квадратное, круглое, восьмиугольное и т.д.,

и можно также являться внешним завершением стойки 3 и действовать в качестве кар- каса для самой стойки, оставляя металлической клетке из армированного бетона Задачу соединения нижней и верхней

Стоек и задачу упрочнения ограниченного соединения,

i Естественно, выполняя отверстие 21 в верхней пластине 1 меньшим по размеру, |иожно легко достичь сужения стоек. Следует отметить, что согласно теории и:в противоположность практическим техническим приемам работы с армированным бетоном яерекрытие каркасов выполняется в центре стойки 3, а не у ее основания с возможностью уменьшения числа каркасов, отходящих от соединения.

, Соединение согласно настоящему изо- бретению может обеспечить отсутствие уп- (ругой деформации металлического ящика ;20 стойки 3 из армированного бетона. Это ,;снова возвращает к решению, представлен- |ному на фиг. 1-4, на которых вместо позици- онирования Шпунтов 8 выполняют .центральное отверстие 21, как на фиг.8, для позиционирования металлической клетки 18, 19 из армированного бетона. В этом ; случае продольные стержни 18 и кронштейны 19 .служат заменой крепежа, вы полняе- могос помощью шпунтовб. В этом варианте осуществления изобретения железная трубка прерывается в месте соединения и приварена к пластинам 1 и 2, как на фиг. 1 и 2, в то время как стойка из армированного бетона на фиг.7 и 8 проходит через узел и металлический ящик на фиг.9 не подвергается упругой деформации, поскольку он ; приварен, как показано на фиг, 1-3, и образует внешнее завершение стойки, выполненной из смешанных секций армированного железом бетона. Использование этих соединений делает возможным .металлический вариант осуществления армированного бетона.

При использовании соединений согласно изобретению металлический остов конструкции, будучи собранным, будет : представлять собой пространственную кон- струкцию, состоящую из различных вертикальных плоских рам со связями или без них и из различных горизонтальных и/или наклонных и/или изогнутых плоских рам со связями или без них.

Производя и выпуская на продажу серийно этот новый элемент - болтовое соединение, Ос котором будет сообщено в справочниках, как это делается для всей продукции сталелитейной промышленности, будут достигнуты следующие преимущества: даже самые маленькие цеха в силу простоты операций смогут создавать свои собственные конструкции, используя заранее изготовленное соединение, причем они придут к применению ветровых связанных схем, наиболее пригодных для металлических конструкций, поскольку единственная работа, которая должна быть выполнена - это отвинчивание болтов, подготовка компонентов из элементов и приварка в цехе

первого элемента к стойке или стойкам, а второй элемент к оконечностям балок. Единственной операцией, требуемой в отношении штанг является их обрезка в соответствии с требуемым размером, При этом

0 все дефекты конструкции можно избежать, начиная с теоретической расчетной схемы, что позволяет получить конструкции правильной формы, а это является наипервейшим требованием для сейсмостойких

5 конструкций. Кроме того, приварка штанг к созданию в цехе заранее направляется, поскольку для балок полностью восстанавливаемое сварное соединение также обеспечивается сваркой невысокого качест0 ва и в любом случае подлежащей проверке в цехе перед использованием. И цех может также быть передвижным и функционировать на самой строительной площадке с вы- текающей из этого экономией на

5 транспортировку конструкционных элементов. При наличии заранее изготовленных соединений любая конструкция может быть разработана, рассчитана и возведена за весьма ограниченное время, а также может

0 быть запрограммирована на компьютере. Способ не зависит от допуска на прокатку, поскольку прокатанная штанга вводится в соединение через оконечность стойки или балки и соединяется с ним с помощью свар5 ки с использованием также в случае необходимости переходных деталей. Точность сборки будет гарантирована заранее изготовленным болтовым соединением, выполняемым специально занимающимися этим

0 рабочими, а также посредством позиционирования осей узлов.

Легко могут быть выполнены кронштейны.

Что касается штанг рамных конструк5 ций, то помимо имеющих максимальную конфигурацию, которую соединение способно принят, можно использовать любые другие стержни меньшего размера, причем для приспособления к соединению требует0 ся только сварка балок 7 только с пластиной 12, что ограничивает длину пластин 9 и 10 пластиной 12, а увеличивая размер пластины 12, удается ввести штангу любого размера под любым углом. Если к первому

5 элементу соединения сходится меньшее количество штанг, то достаточно отрезать часть соединения, не имеющую отношения к делу. Изменяя размер соединения, можно применять более стойкие профили на нижних этажах и менее жесткие на верхних этажах, что приводит к лучшему распределению материалов в соответствии с теоретическими расчетами. Аналогичным образом стальная конструкция с использованием этих соединений может оказаться конкурен- тноспособной по отношению к армирован: ному бетону, поскольку благодаря им в противоположность армированному бетону удается с небольшими затратами выполнить усиливающие связи со шлангами. Эти связи в значительной степени воспринимают напряжение, возникающее вследствие сейсмических явлений, смягчая воздействие на остальные части конструкции. Использование соединения расширит строительство конструкций из стали, что благотворно скажется на сталелитейной промышленности, и обеспечит общество более надежными с сейсмической точки зрения конструкциями.

Благодаря использованию соединения будет достигнуто при тех же условиях уменьшение веса конструкций, однородности высоты балок при последующей более высокой производительности; изолированные связи не будут существовать и, следо- вательно, не будет концентрации напряжений с последующей экономией на выполнении наземных работ и самих связей, увеличением скорости сборки и, наконец, конструкция будет выглядеть более изящной. Устраняется обременительная стадия расчета соединения штанг рамы с вытекающим из этого устранением возможности погрешности, поскольку эта стадия выполняется специфическим образом во время разработки прототипа соединения, которое подлежит массовому производству.

Как можно было убедиться, при нынешнем уровне техники рамные стальные конструкции выполняются, только когда это вызвано архитектурными или конструкцио- ными требованиями, например, при строительстве небоскребов, и обычно выполнено целиком в цехе сварное соединение используется потому, что известные болтовые соединения не могут быть реализованы и с трудом обеспечивают соединение с полным восстановлением более слабого конструкционного элемента.

Например, фланцевое фиксированное соединение, наиболее широко используемое в практике и считающееся наиболее эффективным со статической точки зрения, как указано в издании Italsider 1979 года I collegamentl nella Carpentaria metallica стр. 58. имеет тот недостаток, что необходимо просверливать колонну и таким образом ослаблять ее в точке максимального момента, т.е. в точке,где необходимо упрочнение. Согласно настоящей конструкции соединения, напротив, предусматривается выполнение сварного соединения в цехе на упрочненной колонне. Следует подчерк- нуть, что упрочнение обычных металлических стержней является своевременным, поскольку, когда речь идет о рамных конструкциях, момент имеет нулевое значение в центре стойки и максимальное значение в

0 месте соединения, а также потому, что обычно каждая стойка относится к двум плоским рамам под прямыми углами по отношению друг к другу и поэтому необходимо придать стойке достаточную прочность на изгиб так5 же в самом слабом направлении. Это упрочнение должно быть таким, что, как только сейсмические силы вызвали прогиб вертикальных связей и таким образом смещение лесов, и вместе с тем вызванные моменты

0 начинаютбыть значительными ..пластичные -шарниры создают на оконечности балок, а не на оконечности стоек, что привело бы к разрушению всей конструкции.

Упрочнение стойки в месте соединения

5 полезно, помимо этого, по причинам, связанным с расчетом конструкции, также для исправления дефектов прокатки сквозной стойки , которая, по определению, должна проходить через отверстие и должна прива0 риваться вдоль его контура. Отверстие может быть точно определено для каждого стержня: фактически путем изменения зазора между пластинами и стойкой, например: согласно итальянским конструкциям между

5 0 и 3 мм для пластин, превышающих или равных 10 мм, удается ограничить допуск на прокатку для стоек по формуле 3 мм х 4 мм сварки 12 мм, т.е. удается преодолеть допуск на прокатку для всех стоек НЕ, за иск0 лючением стоек НЕМ 500. В этом случае будет необходимо изменить также толщину упрочняющих пластин и это имеет смысл, поскольку, если прокатанный стержень меньше теоретического, т.е. расчетного, то

5 своевременным является упрочнение секции пластинами увеличенной толщины и наоборот в противоположном случае.

Пластическая деформация с начала вертикальных связей, а затем оконечностей ба0 лок должна рассеивать кинетическую энергию, передаваемую землетрясением конструкцию, предотвращать ее разрушение или, в случае необходимости, предоставлять возможность эвакуировать

5 конструкцию до ее разрушения. Возвращаясь к недостаткам фланцевых соединений, другим недостатком является тот факт, что соединительные болты размещены с увеличивающимися интервалами от точки, где балка передает стойке растягивающее напряжемие и, следовательно, поскольку не все болты задействованы одинаковым образом, поломка ряда болтов за один раз может произойти. Деформация болтов перед поломкой создает позитивный эффект с точки 3, рения пластичности соединения, но нельзя Сказать, что создаются пластичные стойкие Соединения, потому что диссипация энергии в болтах перед достижением разрушения очень низка.

Болт, напротив, допускает как неупругую деформацию в болтовом соединении при придании отверстиям овальной формы (упругая деформация в соединительных пластинах), так и создание собственно пла- етичного шарнира. В противоположность решению с фланцевым соединением при придании отверстиям овальной формы все болты работают одновременно и одинаковым образом и диссипация энергии имеет место в пластинах,а не в болтах.

Уместно сделать ссылку на следующее Замечание в монографии 5 Indagine Sperimentale sulla Resistenza e Duttilita di Collegameml Strutturali, исследование ftalsider-Comunlta Europea июль 1981 года, Генуя. На стр. 42/43 в выводе к эксперименту с соединением в решетчатой конструкции С вертикальными связями можно прочесть: Поведение болтовых соединений опреде ляется скольжениями, которые, однако, не представляются случайными и которые во всяком случае имеют позитивный эффект, поскольку они в значительной мере способствуют пластичности соединения и, следо- вательно, улучшают динамическую реакцию Системы, и опять: Конструкционная пластичность болтового соединения в этих условиях оказывается не меньше, чем у целиком сварного решения, т.е. сделан вы- вод о том, что соединительные пластины полностью восстанавливаются.

По поводу сварного решения: Однако помимо значительных сложностей, связанных с обязательным выполнением сварки в цехе, оно обеспечивает низкую диссипацию энергии, существенно не способствует пластичности соединения и реакция при сейсмических явлениях представляется менее благоприятной, чем при болтовом соедине- нии. I/I наконец: Испытания с болтами увеличенного диаметра, М20, показывают в целом, каким образом завышение размеров болтов имеет позитивные аспекты на уровне прочности, хотя оно не снижает характе- ристи;си в отношении пластичности; фактически достигаются на 10% большие моменты, чем наблюдаемые при применении болтов М 14, с существенно более высокими вращениями с точки зрения поломки.

Очевидно также, что диссипация энергии в гистерезисном цикле оказывается существенно увеличенной.

Соединение благоприятствует созданию пластичных шарниров, где имеется проход между поперечным сечением стержня и соединением. Фактически в точке, где. балке должен быть придан размер, чтобы противостоять моменту, который почти равен моменту по центральной линии, но гораздо ниже максимума, которому подвергается фиксированное соединение, внезапное уменьшение прочности соответствует непрерывному изменению напряжения,

Другим преимуществом болтового соединения является то, что оно облегчает сборку в цехе со спусканием балки сверху. Это означает, что балка опускается краном и направляется на свое место, так что она автоматически занимает свое положение не может упасть, поскольку помимо того, что она опирается на часть соединения вблизи стоек, второй элемент соединения не может смещаться в горизонтальном направлении.

Последним преимуществом в отношении фланцевого решения является отсутствие сварных пластин внутри стойки для восстановления непрерывности балки, которая проходит через соединение, поскольку эта непрерывность достигается за счет самого соединения за пределами стойки.

Из анализа методики соединения, приложенной к отчету инженеров Бесио, Корба- на, Кремонини и Де Мартино, следует, что она предусматривает кронштейны, закрепляемые болтами вблизи стойки, закрепление болтами профилей неупрочненных стержней вблизи кронштейнов и уплотнение с помощью стыковых накладок. Этот узел, помимо просверливания балок и стоек, не обеспечивает упрочнения балок и стоек в соединении, не обеспечивает связи, не обеспечивает крепление крупными болтами и состоит из слишком большого числа элементов.

Для выполнения узла с помощью соединения, напротив, рабочий в цехе на этаже /-ах/ должен располагать только болтами, гайками, прокладками и инструментами для центрирования отверстий и затягивания болтов и не должен располагать также кронштейнами, пластинами и стыковыми накладками, которые являются тяжелыми и громоздкими.

Наиболее широко используемая конфигурация соединения предполагает, что в него сходятся нижняя и верхняя стойки, четыре балки под прямыми углами друг к другу, четыре или восемь наклонных вертикальных связей и четыре горизонтальные связи, однако при использовании узла того же типа могут быть выполнены соединения, которые предполагают, что в него сходятся балки в разном количестве или под другим углом, а также разной высоть). Могут быть также получены различные горизонтальный и вертикальный наклоны путем приварива- ния первого элемента к стойке наклонно и приваривания балок наклонно ко второму элементу,

Формула изобретения

1. Соединение балок со стойкой или стойками , включающее верхнюю и нижнюю соосные горизонтальные пластины, разнесенные одна относительнодругой по вертикали, и крепежные детали, отличающе- е с я т ем, что оно снабжено дополнительными верхней и нижней горизонтальными пластинами, шпунтами и вертикальными продольными и поперечными пластинами и дополнительными крепежными деталями, дополнительная верхняя и нижняя пластины разнесены одна относительно другой, объединены поперечными вертикальными пластинами,закреплены к основным верхней и нижней пластинам, обьединенньум шпунтами продольными вертикальными- пластинами и дополнительными крепежными деталями.

2. Соединение по п. 1,от л и ч а ю щ е е- с я тем, что шпунты, объединяющие каждую основную верхнюю и нижнюю пластины, имеющие равные размеры, выполнены парными и установлена центрально по осям симметрии соединения.

3. Соединение по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что каждая верхняя и нижняя пластина выполнена с центральным отверстием для пропуска стойки из армированного бетона.

4. Соединение по пп.2 и 3, отличающее с я тем, что дополнительные горизон- тальные пластины выполнены с равными .размерами.

5. Соединение по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что горизонтальная нижняя пластина выполнена с центральным отверстием

для пропуска стойки, имеет размер, больший верхней,а вертикальные шпунты установлены за пределами отверстия, их число по крайней мере равно числу соединяемых балок.

6. Соединение по п.5, отличающее- с я тем, что количество шпунтов равно четырем.

7. Соединение по п.5, отличающееся тем, что верхняя пластина выполнена с пазами для ввода продольной вертикальной пластины.

8. Соединение по пп. 5 и б, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что каждый из шпунтов выполнен в виде вертикальных элементов, парал- лельно разнесенных друг от друга для ввода продольной вертикальной пластины.

9. Соединение по п.5, от л и ч а ю ще е- с я тем, что дополнительная нижняя горизонтальная, пластина больше верхней.. 10. Соединение по п.1, от л и ч а ю щее- с я тем, что часть крепежных деталей выполнена в виде болтов.

11. Соединение по п.1 .отличающее- с я тем, что верхняя и нижняя пластины снабжены крепежными деталями для горизонтальных и наклонных связей.

12. Соединение по п.11,отл и ч а ющее- с я тем, что крепежные детали выполнены в виде болтов.

Использование: в соединениях решетчатых металлических рам, образованных из стоек и балок, которые могут усиливаться диагностальными связями. Сущность изобретения: соединение балок со стойкой или стойками включает верхнюю и нижнюю со- осные горизонтальные пластины, разнесенные друг относительно друга по вертикали, и крепежные детали. Соединение снабжено дополнительными верхней и нижней горизонтальными пластинами, шпунтами и вертикальными продольными и поперечными пластинами и дополнительными крепежными деталями , дополнительная верхняя и нижняя пластины разнесены друг относительно друга, объединены поперечными вертикальными пластинами, закреплены к основным верхней и нижней пластинам, объединенным шпунтами продольными вертикальными пластинами и дополнительными крепежными деталями. Предусмотрены варианты выполнения пластин, шпунтов и крепежных деталей соединения. 11 э.п.ф- лы, 9 ил. w Ј

Б

ЧЪг. 1 .

13

9 К

А-А

Фиг.г

Ј/.&

фи&.5

Г - Г

t

ty

со со

CO

ел

OJ

фи&9