СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ УЗЕЛ ОПИРАНИЯ БАЛОК НА СРЕДНЮЮ КОЛОННУ В СТАЛЬНОМ КАРКАСЕ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к области строительства, в частности к рамным узлам стальных каркасов многоэтажных зданий и может быть использована при проектировании и строительстве стальных и сталежелезобетонных каркасных зданий и сооружений, а также при реконструкции и усилении таких каркасов.
Известно конструктивное решение узла опирания двутавровых балок на среднюю двутавровую колонну при помощи горизонтальных и вертикальной накладок [Стрелецкий Н.С. Металлические конструкции. - Москва 1961,с 647;]. Нижняя горизонтальная накладка, а также вертикальная накладка привариваются к полке колонны заводскими сварными швами, верхняя горизонтальная накладка - монтажным сварным швом, к полкам и стенке балки все накладки привариваются монтажными сварными швами. Поперечная сила с балки передается через вертикальную накладку, а продольная сила и изгибающий момент - через горизонтальные накладки.
К недостаткам узла опирания балки на колонну при помощи накладок можно отнести: большие трудозатраты при монтаже; монтажные сварные швы необходимо подвергать физическому контролю качества; неравномерное распределение напряжений в сварном шве, соединяющем верхнюю горизонтальную накладку и полку колонны.
Известно конструктивное решение узла опирания двутавровой балки на двутавровую колонну [а.с. СССР №1728408, опубл. 23.04.1992, МПК Е04В 1/38, БИ №15.], содержащее поперечные ребра жесткости колонны, расположенные на уровне поясов балки, опорный столик, приваренный к полке колонны, опорное торцовое ребро балки и пластины, соединяющие стенки балки и колонны болтами высокой прочности. Для пропуска соединительных пластин в полке колонны и опорном ребре балки выполняются прорези.
Недостатками данного узла опирания балки на колонну являются: необходимость точного выполнения прорезей в полке колонны и опорном ребре балки, что повышает трудоемкость выполнения сопряжения, уменьшение расчетного сечения колонны и балки, что ведет к ослаблению узла.
Также известно конструктивное решение узла опирания балки на колонну при помощи фланца [Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций. - Москва 1989 г.], фланец, приваренный к торцу балки, опирается на опорный столик, приваренный к полке колонны. Фланец соединяется со стенкой колонны при помощи высокопрочных болтов с предварительным напряжением.
Недостатком данного узла является требуемая высокая точность изготовления и монтажа конструкций, а также высокие требования к материалу фланца.
Известен узел опирания двутавровых балок на двутавровую колонну [Ф Харт, В. Хенн, X, Зонтаг. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания. - Москва 1977 г., с 237], включающий вертикальную опорную пластину, приваренную к полке колонны и прикрепляемую к стенке балки болтами, а также горизонтальные или вертикальные листы, соединяющие пояса балок при помощи сварки или болтов, создающие неразрезность балок.
Недостатком данного узла является то, что в опорном сечении балки действует изгибающий момент, который больше в 1,5-2 раза пролетного момента балки.
Наиболее близким по технической сущности является узловое соединение балки двутаврового сечения с колонной двутаврового сечения [ТКП EN 1994-1-1-2009, Еврокод 4. Проектирование сталежелезобетонных конструкций, часть 1-1. Общие правила и правила для зданий. - Минск 2010 г.] Прототип., включающее вертикальные планки, приваренные к полкам колонны, при помощи которых балка крепится к колонне; контактную пластину, передающую сжимающую нагрузку с балок на колонну; а также монолитный участок железобетонной плиты. Монолитный участок объединен со стальной балкой при помощи анкеров для совместной работы, а также имеет продольную растянутую арматуру, которая вместе с контактной пластиной создает неразрезность конструкции балки перекрытия.
К недостаткам прототипа можно отнести: шарнирное крепление балки к колонне при помощи вертикальной накладки, вследствие чего опорный изгибающий момент балки перекрытия передается только парой сил, образуемой контактной пластиной и растянутой арматурой; а также то, что продольная растянутая арматура не имеет контролируемого напряжения, и, следовательно не может быть осуществлена регулировка усилий в балке, обеспечивающая наиболее рациональную работу балки.
Задачами заявляемой полезной модели являются уменьшение трудоемкости выполнения сопряжения, повышение несущей способности стальной балки перекрытия, за счет выравнивания величин изгибающих моментов в опорном и пролетном сечениях балки, при использовании жесткого фланцевого сопряжения балки с колонной и использовании высокопрочной арматуры с контролируемым напряжением, что ведет к уменьшению высоты балки перекрытия и снижению расхода стали.
Поставленные задачи решаются тем, что при опирании стальных двутавровых балок на среднюю стальную двутавровую колонну, фланцы крепятся к стенке колонны на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением, при этом опираются на опорные столики, приваренные к полкам колонны, в месте примыкания балок к колонне устанавливаются горизонтальные ребра жесткости, согласно полезной модели, насквозь через отверстия в стенках колонны пропускается высокопрочная арматура, состоящая из двух или более высокопрочных стержней с предварительным напряжением, напряжение арматуры осуществляется посредством стягивания концов стержней арматуры с нарезанной разнонаправленной при помощи муфты с внутренней разнонаправленной резьбой и круглыми отверстиями, предварительное напряжение арматуры производится после набора прочности бетоном перекрытия, в результате установки фланца увеличивается опорный изгибающий момент, воспринимаемый балкой перекрытия, а в результате предварительного напряжения арматуры в балках перекрытия возникают изгибающие напряжения, противоположные напряжениям от действия постоянной и полезной нагрузок.
Высокопрочная арматура, работающая на растяжение и имеющая возможность контролируемого предварительного напряжения, регулирует соотношение пролетного и опорного изгибающих моментов в балке перекрытия, что увеличивает несущую способность балки перекрытия. Установка фланца, создающего жесткое соединение балки с колонной, увеличивает суммарный опорный изгибающий момент, воспринимаемый балками перекрытия. Таким образом, установка высокопрочной арматуры с предварительным напряжением и фланца выравнивает пролетный и опорный изгибающие моменты, это приводит к уменьшению высоты балки перекрытия и расхода стали.
На фиг. 1, 2, 3, 4 показан сталежелезобетонный узел сопряжения стальной балки двутаврового сечения 1 с колонной двутаврового сечения 2 с применением высокопрочной арматуры 3, состоящей из двух или более предварительно напряженных высокопрочных стержней по верхнему поясу балки. Одним концом высокопрочная арматура заанкерена в монолитном железобетонном перекрытии 10 с рабочей арматурой 5, другой конец арматуры имеет нарезанную резьбу. Направление резьбы на концах стержней арматуры, расположенных друг напротив друга, разное. При этом монолитное железобетонное перекрытие 10 объединено с балкой перекрытия 1 анкерами 4. При эксплуатации здания арматура 3 располагается в монолитном железобетонном перекрытии 10, предварительное натяжение арматуры 3 производится муфтой 13 с внутренней резьбой и круглыми отверстиями после набора прочности бетоном перекрытия 10. Стальная балка 1 опирается фланцем 6 на опорный столик 7, приваренный к полке колонны сварными швами. Нижняя поверхность фланца 6 и верхняя поверхность опорного столика 7 строгаются, для равномерной передачи поперечной силы. Фланец балки крепится к полке колонны при помощи высокопрочных болтов 12 с контролируемым натяжением. Колонна 2 в месте расположения поясов балки усиливается поперечными ребрами жесткости 8. В проектный зазор между фланцем и полкой колонны устанавливаются металлические прокладки 11 (Фиг. 1, 2, 3,4).