МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БАЛКА, УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ БАЛКОЙ И КАРКАС МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится полезная модель Полезная модель относится к строительству, в частности к сборно-каркасному домостроению, и может найти применение при возведении зданий, в которых в качестве несущих вертикальных элементов используются железобетонные колонны.
Уровень техники.
Металлические балки, применяемые в качестве несущих элементов каркасов зданий хорошо известны и было разработано множество балочных систем для использования в строительстве металлических каркасов зданий.
Известен из А.с. СССР N 1778251 (опубликовано. 30.11.1992) стальной каркас здания, включающий составные металлические колонны и ригели, расположенные в двух перпендикулярных направлениях и жестко прикрепленные к колоннам. Ригели и колонны выполнены в виде парных швеллеров, соединенных между собой накладками. Ригели выполнены двух типов, в одном из которых швеллеры установлены стенкой наружу, а в другом - полками наружу.
Известна из патента RU 2232125 (опубликовано 10.07.2004) прокатная металлическая балка в основном двухтаврового поперечного сечения, содержащая стенку и два пояса и выполненная симметричной из четырех элементов, двух зеркальных относительно осей у и х профильных элементов. Каждый профильный элемент содержит вертикально ориентированную стенку, плавно переходящую по радиусу кривой сверху и снизу в трубчатого профиля элемент, переходящий в горизонтальный отгиб.
Известны из патента RU 2146320 (опубликовано 10.03.2000) рамный металлический каркас многоэтажного здания, узел рамного металлического каркаса и используемые в них горизонтальные несущие металлические ригели. Рамный металлический каркас многоэтажного здания включает двутавровые поэтажные металлические колонны, двутавровые продольные ригели и поперечные балки и образован посредством узлов сопряжения поэтажно разрезных нижней и верхней колонн двутаврового сечения с продольным ригелем, имеющим в зоне сопряжение двутавровое сечение и расположенным вдоль продольной разбивочной оси здания, а также поперечными балками. Продольные ригели выполнены в пролетах каркаса двутаврового и/или коробчатого сечения с уширенными нижними поясами, на которые опираются панели или элементы перекрытия, либо монолитные межэтажные перекрытия.
Известен из патента RU 2183708 (опубликовано 20.06.2002) металлический каркас здания, включающий металлические колонны двутаврового сечения, соединенные с ними балки и перекрытия. Колонны выполнены с расположенными с наружной стороны полок двутавров опорными выступами для балок. Металлические балки составлены из двух металлических несущих элементов, выполненных в виде швеллера или двутавра. Балки внутренней поверхностью верхних полок навешены и оперты на опорные выступы, расположенные с наружной стороны полок металлических колонн, а перекрытия расположены на полках элементов балок.
Известен из патента RU 62620 (опубликовано 27.04.2007) каркас многоэтажного здания, включающий металлические колонны с укрепленными на них ригелями, на которые уложены концами железобетонные многопустотные плиты, объединенные в диски перекрытий. Ригели по первому виду конструктивного исполнения выполнены из готового двутаврового проката, а ригели по второму виду конструктивного исполнения выполнены двутаврового сечения с уменьшенной шириной верхней полки по отношению к ширине нижней полки.
Быстровозводимые металлические конструкции бесспорные лидеры среди строительных конструкций не только из-за низкой цены, но и по срокам их возведения.
Но, несмотря на то, что дома с металлическим каркасом обладают рядом неоспоримых преимуществ перед железобетонными или сборно-панельными в настоящее время широко осуществляется строительство зданий различного назначения на основе модифицированных вариантов разработанных ранее типовых серий, например, таких как серии 1-335 Ом изм. или серии 1.020-1/87, с каркасом из хорошо освоенных строительными предприятиями типовых строительных изделий - несущих железобетонных стоек (колонн) и несущих железобетонных горизонтальных строительных элементов - прогонов, балок, ригелей, на которые уложены концами железобетонные плиты.
Общим недостатком, присущим известным сериям является наличие выступающих внутрь помещения частей железобетонных ригелей, что значительно ухудшает внутренний вид помещений и ограничивает возможности архитектурных решений в части свободной планировки и перепланировки помещений.
Попытка решения этой проблемы была предпринята созданием известных из патента RU 51046 (опубликовано 27.01.2006) и выбранных в качестве ближайших аналогов для каркаса многоэтажного здания, его узлов соединения колонн с балками и используемых при его возведении металлических балок (ригелей). Известный каркас многоэтажного здания содержит железобетонные колонны с укрепленными на них ригелями, на которые уложены концами железобетонные многопустотные плиты, объединенные между собой в плоские диски перекрытий. Металлическая балка выполнена из двух, скрепленных между собой перемычками на расстоянии друг от друга, равном толщине колонны, металлических строительных элементов - швеллеров. Металлические балки выполнены в двух видах конструктивного исполнения в профиле: по первому виду исполнения - полки швеллеров направлены горизонтально на две наружные стороны; по второму виду исполнения - полки швеллеров направлены горизонтально вовнутрь к продольной оси ригеля. При этом, по второму виду исполнения на уровне нижнего пояса на двух наружных вертикальных стенках балки по всей ее длине приварены по одному уголковому профилю с полками, направленными горизонтально и в две стороны. В узлах соединения колонн с балками ригели (балки) соединены (сварены) с железобетонными колоннами, охватывая их, а также между собой по схеме неразрезной балки.
Недостатками известного технического решения являются не достаточно высокие надежность и несущая способность как балки, так и каркаса в целом, обусловленные наличием связывающих при формировании балки металлические элементов перемычек, которые придают балке излишнюю гибкость, и как следствие снижают надежность в общей схеме каркаса здания. Недостатком является также при возведении каркаса здания необходимость замоналичивания больших участков вследствие наличия пустот между металлическими перемычками.
Раскрытие полезной модели.
В основу полезной модели поставлена задача устранения вышеуказанных недостатков и создания конструкции каркаса в целом, составляющих его узлов и элементов, в частности балок, обладающих повышенной надежностью и повышенной несущей способностью.
Еще одной целью является сокращение сроков строительства и снижение затрат на строительство здания в целом за счет исключения дополнительных трудозатрат на строительной площадке на дополнительное замоноличивание.
Целью является также расширение ассортимента применяемых в строительстве унифицированных конструкций, обладающих высокой несущей способностью и высокими прочностными характеристиками, улучшенными эксплуатационными качествами.
Кроме того, целью является обеспечение возможности взаимозаменяемости в каркасе здания железобетонных балок (прогонов, ригелей) на металлические балки без изменения остальной номенклатуры элементов каркаса здания.
Поставленная задача решается созданием нескольких вариантов осуществления металлической балки.
Согласно первого варианта осуществления металлической балки содержащей жестко связанные между собой первый металлический строительный элемент и второй металлический строительный элемент; при этом первый и второй металлические строительные элементы имеют швеллерное поперечное сечение с одинаковой высотой вертикально ориентированных стенок и установлены друг относительно друга так, что на уровне верхнего пояса балки верхняя полка первого металлического строительного элемента направлена к верхней полке второго металлического строительного элемента, а на уровне нижнего пояса балки нижняя полка первого металлического строительного элемента направлена к нижней полке второго металлического строительного элемента; причем на уровне нижнего пояса балки, по меньшей мере, один из металлических строительных элементов жестко связан по всей длине вертикально ориентированной стенки с металлическим профилем уголкового сечения с образованием нижней полки балки, новым является то, что края противолежащих полок разных металлических строительных элементов сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой; при этом балка снабжена жестко связанными с металлическими элементами опорными металлическими пластинами, приспособленными для опирания балки на колонну и, по меньшей мере, двумя вертикально ориентированными ребрами жесткости.
Согласно второго варианта осуществления металлической балки содержащей связанные между собой первый металлический строительный элемент и второй металлический строительный элемент; при этом балка на уровне верхнего и нижнего поясов выполнена с полками; причем полки балки образованы металлическими строительными элементами; новым является то, что первый и второй металлические строительные элементы имеют двутавровое поперечное сечение с одинаковой высотой вертикально ориентированных стенок и установлены друг относительно друга так, что края верхних полок металлических строительных элементов сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой, а края нижних полок металлических строительных элементов сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой; при этом балка снабжена жестко связанными с металлическими элементами опорными металлическими пластинами, приспособленными для опирания балки на колонну, и, по меньшей мере, двумя вертикально ориентированными ребрами жесткости.
Согласно третьего варианта осуществления металлической балки, содержащей жестко связанные между собой первый металлический строительный элемент и второй металлический строительный элемент, при этом каждый металлический строительный элемент имеет вертикально ориентированную стенку, нижнюю и верхнюю полки; причем первый металлический строительный элемент имеет швеллерное поперечное сечение; при том, что металлические строительные элементы установлены друг относительно друга так, что на уровне верхнего пояса балки верхняя полка первого металлического строительного элемента направлена к верхней полке второго металлического строительного элемента, а на уровне нижнего пояса балки нижняя полка первого металлического строительного элемента направлена к нижней полке второго металлического строительного элемента; причем высота вертикально ориентированных стенок металлических строительных элементов имеет по существу одинаковую величину; новым является то, что второй металлический элемент имеет двухтавровое поперечное сечение, при этом края противолежащих полок разных металлических строительных элементов сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой; при том, что балка снабжена жестко связанными с металлическими элементами опорными металлическими пластинами, приспособленными для опирания балки на колонну, и, по меньшей мере, двумя вертикально ориентированными ребрами жесткости.
Расположение образующих балку металлических строительных элементов с сопряжением краев их полок (т.е. «впритык» друг к другу) обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую жесткость общей конструкции балки, более высокую надежность и несущую способность в каркасе здания. Кроме того такое расположение металлических строительных элементов позволяет обеспечить выполнение поверхностей верхней и нижней граней балки сплошной (без пропусков) и таким образом, по сравнению с прототипом исключить необходимость замоноличивания пропусков между перемычками.
Целесообразно, чтобы во всех вариантах осуществления металлической балки опорная металлическая пластина имела бы такие размеры, при которой обеспечивалась ее жесткая связь с закладным элементом колонны, на которую она опирается.
Опорные металлические пластины предназначены для передачи и распределения усилий при опирании балки на колонну, благодаря чему нагрузка передается на нижележащий каркас здания сосредоточенно и равномерно, следовательно, при передаче сосредоточенного усилия от колонны на балку не произойдет смятия опорной зоны нижнего пояса металлической балки на опоре.
Металлическая балка может быть выполнена с двумя ребрами жесткости, установленными по одному на периферийных участках балки в зонах сопряжения ее опорной металлической пластины с колоннами. Предпочтительным является размещение ребра жесткости на таком расстоянии от торца балки, которое составляет по существу половину измеренной продольно длине балки длины опорной металлической пластины.
Металлическая балка может быть выполнена с двумя ребрами жесткости, установленными по одному на периферийных участках балки в зонах ее сопряжения с колоннами на таком расстоянии от торца балки, которое составляет по существу половину измеренной продольно длине балки длины опорной металлической пластины, а также с двумя дополнительными ребрами жесткости, установленными по одному с примыканием к каждому торцу балки.
Ребра жесткости, обеспечивая точную, сосредоточенную передачу усилий на опорную пластину от верхней колонны каркаса здания; усиливают прочностные свойства балки путем увеличения ее жесткости и защиты опорной части балки от смятия при действии нагрузок.
Металлическая балка может быть выполнена с таким количеством ребер жесткости, которые могут быть расположены по всей длине балки с расчетным шагом в диапазоне от 200 мм до 600 мм, что дает возможность не увеличивать расчетное сечение металлических элементов при повышении нагрузок на перекрытия.
Целесообразно, чтобы расстояние между вертикально ориентированными стенками металлических строительных элементов было равно по существу толщине колонны, при этом предпочтительно выбрано из диапазона от 190 мм до 200 мм.
Желательно, чтобы длина балки составляла бы по существу 5690 мм.
Возможно, чтобы ширина полок разных металлических строительных элементов имела по существу одинаковую величину.
Кроме того, ширина полок разных металлических строительных элементов может иметь разную величину.
Решению тех же задач способствует также создание конструкции каркаса многоэтажного здания, содержащего узлы соединений железобетонных поэтажных колонн с балками и опирающиеся на балки плиты перекрытия, в котором, по меньшей мере, часть узлов соединения колонн с балками выполнена с использованием одного ли нескольких вышеописанных вариантных исполнений металлической балки.
Целесообразно при этом, чтобы опирающиеся на балки плиты перекрытия каркаса здания были выполнены с подрезами.
Желательно, чтобы поэтажные железобетонные колонны были выполнены с закладными элементами, приспособленными для обеспечения жесткой связи колонн с металлическими балками.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель в дальнейшем будет описано более полно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на Фиг.1 показана металлическая балка, выполненная согласно первого варианта ее осуществления в исполнении с одной полкой, где Фиг.1а представляет перспективный вид, Фиг.1б - поперечное сечение, Фиг.1в - вид сверху;
на Фиг.2 показана металлическая балка, выполненная согласно первого варианта ее осуществления в исполнении с двумя полками, где Фиг.2а представляет перспективный вид, Фиг.2б - поперечное сечение, Фиг.2в - вид сверху;
на Фиг.3 изображен узел соединения колонны каркаса здания с металлической балкой, показанной на Фиг.2;
на Фиг.4 показана металлическая балка, выполненная согласно второго варианта ее осуществления, где Фиг.4а представляет перспективный вид, Фиг.4б - поперечное сечение;
на Фиг.5 показано альтернативное исполнение второго варианта осуществления, металлической балки с дополнительными ребрами жесткости, где Фиг.6а представляет перспективный вид, Фиг.5б представляет вид сверху;
на Фиг.6 показано еще одно альтернативное исполнение второго варианта осуществления металлической балки, выполненное с различной шириной верхней и нижней полок;
на Фиг.7 показан третий вариант осуществления металлической балки, где Фиг.7а - представляет вид сверху, а Фиг.7б - поперечное сечение, на Фиг.8 показано поперечное сечение альтернативное исполнение третьего варианта осуществления металлической балки;
на Фиг.9 показан в перспективе фрагмент каркаса здания, иллюстрирующий узлы каркаса, содержащие металлические балки, выполненные согласно их первого варианта осуществления;
на Фиг.10 показан в перспективе фрагмент каркаса здания, иллюстрирующий узлы каркаса, содержащие металлические балки, выполненные согласно их второго варианта осуществления;
на Фиг.11 показан в перспективе фрагмент каркаса здания, иллюстрирующий другой вариант исполнения узлов каркаса;
на Фиг.12 показано поперечное сечение фрагмента каркаса в узле каркаса, иллюстрирующее подрез плиты перекрытия в месте ее опирания на металлическую балку.
Осуществление полезной модели.
Со ссылкой на Фиг.1-Фиг.3 подробно описана металлическая балка согласно первого варианта ее осуществления.
Металлическая балка 1 содержит жестко связанные между собой первый металлический строительный элемент 2 и второй металлический строительный элемент 3, имеющие швеллерное поперечное сечение.
Первый металлический строительный элемент 2 (далее по тексту первый швеллер 2) имеет вертикально ориентированную стенку 4 и две направленные в одну сторону горизонтальные полки - верхнюю полку 5 и нижнюю полку 6.
Второй металлический строительный элемент 3 (далее по тексту второй швеллер 3) имеет вертикально ориентированную стенку 7 и две направленные в одну сторону горизонтальные полки - верхнюю полку 8 и нижнюю полку 9.
Длины 1_ первого швеллера 2 и второго швеллера 3 имеют одинаковую величину, при этом их вертикально ориентированные стенки, соответственно 4 и 7, имеют одинаковую высоту h, определяемую расстоянием между наружными поверхностями верхней и нижней полок.
Первый швеллер 2 и второй швеллер 3 установлены друг относительно друга так, что их полки обращены друг к другу и на уровне верхнего пояса балки 1 верхняя полка 5 первого швеллера 2 направлена к верхней полке 8 второго швеллера 3, а на уровне нижнего пояса балки 1 нижняя полка 6 первого швеллера 2 направлена к нижней полке 9 второго швеллера 3.
Края противолежащих полок разных швеллеров сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой с образованием коробчатого тела балки 1, ограниченного полками и вертикально ориентированными стенками обоих швеллеров.
Верхние полки швеллеров формируют верхнюю грань 10 балки 1 шириной D, определяемую суммарной шириной верхних полок первого и второго швеллеров (фактически расстоянием между вертикально ориентированной стенкой 4 и вертикально ориентированной стенкой 7).
На уровне нижнего пояса балки 1 к наружной стороне вертикальной стенки 4 первого швеллера 2 приварен металлический профиль 11 уголкового сечения таким образом, что его полка 12 образует нижнюю полку балки 1. В качестве металлического профиля 11 может быть использован равнополочный уголок или неравнополочный уголок, например, уголок стальной горячекатанный равнополочный по ГОСТ 8509-93.
Балка 1 снабжена двумя горизонтально ориентированными опорными металлическими пластинами 13 (обозначены одной позицией), расположенными по одной на периферийных участках (т.е. прилегающих к торцевым сторонам балки) ее нижней грани, и вертикально ориентированными ребрами жесткости 14 (обозначены одной позицией), выполненными в виде простирающихся по существу параллельно торцевым сторонам балки вертикальных металлических пластин, расположенных на периферийных участках балки 1 в зоне расположения опорных пластин 13.
Опорные металлические пластины 13 жестко связаны с нижними полками 6 и 9 швеллеров соответственно 2 и 3, а также с металлическим профилем 11.
Расположенные во внутреннем объеме коробчатого тела балки 1 ребра жесткости 14 жестко связаны сваркой со швеллерами 2 и 3. В зависимости от технологии производства работ ребра жесткости 14 могут быть вварены как цельным листом, так и приварены отдельными листами сначала к швеллерам, а затем сварены в общий лист
В альтернативном исполнении первого варианта осуществления балка 1, как показано на Фиг.2, может быть выполнена с двумя нижними полками. В этом случае к вертикальной стенке 7 второго швеллера 3 на уровне нижнего пояса балки 1 приварен второй металлический профиль 15 уголкового сечения так, что его полка 16 образует вторую нижнюю полку балки 1.
На Фиг.3 показан узел соединения колонны 17 каркаса здания с балкой 1, выполненной с двумя полками 12 и 16, предназначенными для опирания плит перекрытия соответственно 18 и 19. Расположенные на периферийных участках балки 1 опорные пластины 13 предназначены для передачи и распределения усилий при опирании балки 1 на колонну 17. Ширина а" опорной пластины 13, измеренная продольно ширине О балки 1, превышает ширину балки 1 незначительно так, чтобы обеспечивалась жесткая связь сваркой опорной пластины 13 с металлическими профилями не выходя за пределы их полок соответственно 12 и 16. Ширина а" опорной пластины 13 согласована также с измеренной продольно ширине й балки 1 толщиной колонны 17 с учетом ее закладного металлического элемента 20, приспособленного для его жесткой связи (сваркой или болтовым соединением) с опорной пластиной 13 для обеспечения жесткой связи балки 1 с колонной 17.
Закладной элемент 20 колонны 17 может быть выполнен например в виде расположенной на обращенном в сторону балки торце колонны пластины с анкерами или в виде охватывающего по периметру торец и боковую сторону колонны уголковым профилем с анкерными стержнями. Со второй торцевой стороны колонна для сопряжения с верхней гранью другой балки может быть снабжена выполненным аналогично закладным элементом (не показано).
Минимальное расстояние, на которое опорная пластина 13 выходит за пределы нижней грани балки 1, обусловлено обеспечением возможности выполнения сварных швов для жесткой связи опорной пластины 13 с металлическими профилями 11 и 15, а также закладным элементом 20. Ширина сварных швов, как правило, составляет 20-40 мм.
Длина опорной металлической пластины 13, измеренная продольно длине L балки 1, согласована с измеренной в том же направлении длиной участка колонны 17, на которую опирается балка 1 и в зависимости от вида узла каркаса здания может быть по существу быть равной ширине колонны (с учетом закладного элемента 20) или составлять половину ширины колонны.
Толщину опорной пластины 13 подбирают расчетным путем, в зависимости от воспринимаемых усилий на балку, например, для балки 1-го этажа она будет больше, чем для балки 4-го или 5-го этажа, при этом минимальная толщина опорной пластины составляет 20 мм.
Ребра жесткости 14 повышают устойчивость конструкции элементов балки (стенок металлических элементов) от нагрузок, которые на опорных пластинах 13 являются максимальными, поскольку усилия на колонны 17 передаются сосредоточенно, не зависимо от этажа. Вертикально ориентированные ребра жесткости 14 располагают от торца балки 1 на расстоянии, составляющем половину длины опорной пластины 13.
Количество ребер жесткости подбирается в зависимости от нагрузок, приходящихся на балку в каркасе здания. В случае высоких нагрузок балка дополнительно может быть снабжена дополнительными ребрами жесткости (как показано ниже для второго варианта осуществления балки).
В показанном на Фиг.4 втором варианте осуществления металлической балки, обозначенной позицией 21, первый металлический строительный элемент и второй металлический строительный элемент имеют двутавровое поперечное сечение.
Первый металлический строительный элемент (далее двутавр 22) имеет вертикально ориентированную стенку 23, верхнюю полку 24 и нижнюю полку 25. Второй металлический элемент (далее двутавр 26) имеет вертикально ориентированную стенку 27, верхнюю полку 28 и нижнюю полку 29. Высота вертикально ориентированных стенок 23 и 27 двутавров соответственно 22 и 26 имеет одинаковую величину. Двутавр 22 и двутавр 26 установлены друг относительно друга так, что обращенные друг к другу края верхней полки 24 двутавра 22 и верхней полки 28 двутавра 26 сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой с образованием верхнего пояса балки 21, а обращенные друг к другу края нижней полки 25 двутавра 22 и нижней полки 29 двутавра 26 сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой с образованием нижнего пояса балки 21.
Коробчатая часть балки 21 ограничена вертикально ориентированными стенками 23 и 27, а также простирающимися от них навстречу друг к другу (т.е. к центру балки) в верхнем поясе балки участками верхних полок 24 и 28 и простирающимися от них навстречу друг к другу (т.е. к центру балки) участками нижних полок 25 и 29. При этом участки верхних полок двутавров, простирающиеся от вертикально ориентированных стенок двутавров в направлении от центра балки, формируют верхние полки балки 21, а участки нижних полок простирающиеся от вертикально ориентированных стенок двутавров в в направлении от центра балки формируют нижние полки балки 21.
Расстояние между центральными осями вертикально ориентированных стенок 23 и 27 определяет ширину Р балки 21 в поперечном сечении, по существу равном толщине колонны, на которую она опирается
Балка 21 аналогично первому варианту осуществления балки снабжена расположенными на периферийных участках нижней поверхности ее коробчатой части опорными металлическими пластинами 13 (обозначены одной позицией для всех вариантов осуществления) и вертикально ориентированными ребрами жесткости 14 (обозначены одной позицией для всех вариантов осуществления).
Количество ребер жесткости 14, также как и при конструировании первого варианта осуществления, т.е. балки 1, подбирается в зависимости от нагрузок, приходящихся на балку в каркасе здания. Показанная на Фиг.4 балка 21 в исполнении с двумя ребрами жесткости 14 предпочтительно применяется при сравнительно небольших нагрузках.
Ребра жесткости 14 могут быть расположены внутри коробчатой части балки 21 и/или между ее верхними и нижними полками.
В случае высоких нагрузок (например, когда металлическая балка на типовом этаже расположена между двумя колоннами по высоте) балка 21 кроме ребер жесткости 14 может быть дополнительно снабжена, как показано на Фиг.5, дополнительными ребрами жесткости 30, расположенными по одному с каждой торцевой стороны балки. При этом ребра жесткости 14 размещены от торца балки на расстоянии, составляющем половину длины опорной пластины 13, а дополнительные ребра жесткости 30 по существу примыкают к торцам балки, находясь от них на небольшом расстоянии приблизительно от 10 мм до 20 мм.
В случае очень высоких нагрузок, определяемых толщиной плит перекрытия, конструкцией пола, назначением помещений, дополнительные ребра жесткости могут быть расположены по всей длине балки внутри коробчатой части с расчетным шагом в диапазоне от 200 мм до 600 мм (не показано). Дополнительная установка ребер жесткости не только на опоре, но и по всей длине балки дает возможность не менять расчетное сечение при увеличении нагрузок на перекрытие здания. Подбор сечения металлической балки, близким к поперечному сечению железобетонного прогона (ригеля, балки) каркаса, обусловит в необходимых случаях их унификацию и взаимозаменяемость без изменения остальной номенклатуры элементов каркаса здания.
В альтернативном исполнении второго варианта осуществления балки 21, показанном на Фиг.6, ее нижние полки (т.е. простирающаяся наружу от имеющей ширину D коробчатой части балки часть нижней полки 25 первого двутавра и простирающаяся наружу от коробчатой части балки часть нижней полки 29 второго двутавра) могут иметь большую ширину, чем ее верхние полки (т.е. простирающаяся наружу от коробчатой части балки часть верхней полки 24 первого двутавра и простирающаяся наружу от коробчатой части балки часть верхней полки 28 второго двутавра). При этом расположенные между верхними и нижними полками балки участки ребер жесткости 14 (и дополнительных ребер жесткости) имеют скошенную форму. Такое исполнение балки упрощает монтаж плит перекрытия при возведении каркаса здания в случае укладки металлических балок на параллельных осях (или параллельно друг другу в каркасе здания).
В третьем варианте осуществления металлической балки, показанной на Фиг.7 и обозначенной позицией 31, первый металлический строительный элемент выполнен двутаврового поперечного сечения (далее двутавр 32), а второй металлический строительный элемент выполнен швеллерного поперечного сечения (далее швеллер 33).
Двутавр 32 имеет вертикально ориентированную стенку 34, верхнюю полку 35 и нижнюю полку 36, а швеллер 33 имеет вертикально ориентированную стенку 37, верхнюю полку 38 и нижнюю полку 39. Высота вертикально ориентированных стенок 34 и 37 соответственно двутавра 32 и швеллера 33 имеет одинаковую величину h. Двутавр 32 и швеллер 33 установлены друг относительно друга так, что обращенные друг к другу края верхней полки 38 швеллера 33 и верхней полки 35 двутавра 32 сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой с образованием верхнего пояса балки, а обращенные друг к другу края нижней полки 39 швеллера 33 и нижней полки 36 двутавра 32 сопряжены друг с другом и жестко связаны между собой сваркой с образованием нижнего пояса балки.
Коробчатая часть балки 31 ограничена вертикально ориентированными стенками 34 и 37, верхней полкой 38 швеллера 33 и простирающейся к ней от вертикально ориентированной стенки 34 двутавра 32 частью его верхней полки 35, а также простирающимися от вертикальных стенок навстречу друг к другу к другу в нижнем поясе балки частью нижней полки 36 двутавра 32 и нижней полки 39 швеллера 33. При этом вторая часть верхней полки 35, простирающаяся от вертикально ориентированной стенки 34 двутавра 32 в противоположном направлении по отношению к ее первой части, формирует верхнюю полку балки 31, а вторая часть нижней полки 36, простирающаяся от вертикально ориентированной стенки 34 двутавра 32 в противоположном направлении по отношению к ее первой части, формирует нижнюю полку балки 31.
Также, как и в предыдущих вариантах осуществления, балка 31 снабжена опорными металлическими пластинами 13, расположенными на периферийных участках нижней стороны ее коробчатой части, и вертикально ориентированными ребрами жесткости 14 и дополнительными ребрами жесткости 30, находящихся на ее периферийных участках в зоне расположения опорных пластин 13.
В альтернативном исполнении третьего варианта осуществления балка 31 может быть выполнена без дополнительных вертикально ориентированных ребер жесткости 30 (не показано).
В еще одном альтернативном исполнении третьего варианта осуществления балка 31, как показано на Фиг.8, может быть снабжена второй нижней полкой, образованной приваренным на уровне нижнего пояса балки к вертикальной стенке 37 швеллера 33 металлическим профилем 40 уголкового сечения.
В любом варианте осуществления ширина балки D, определяемая поперечным сечением ее коробчатой части, т.е. расстоянием между вертикально ориентированными стенками металлических элементов, по существу равна толщине колонны, на которую устанавливается балка.
Термин «по существу» означает принятые в строительстве отклонения при изготовлении подобных строительных элементов.
В качестве металлических строительных элементов могут быть использованы выпускаемые промышленностью стандартные швеллеры, например, швеллеры стальные горячекатанные (прокатный швеллер) или прокатные двутавры.
Ширина полок составляющих балку первого и второго металлических элементов (швеллеров или двутавров), подбирается исходя из расчетной ширины балки, которая должна отвечать несущим способностям предъявляемых к данной конструкции, а также исходя из условия опирания балки на колонну. Ширина полок разных металлических элементов, формирующих коробчатую часть балки, может иметь по существу одинаковую величину, составляющую по существу половину толщины колонны, или может иметь разную величину.
Металлические элементы швеллерного поперечного сечения могут быть сформированы сваренными между собой соответствующим образом металлическими листами или уголками. Металлические элементы двутаврового поперечного сечения могут быть сформированы из двух швеллеров, вертикальные стенки которых жестко связаны между собой, например сваркой.
Толщина вертикально ориентированных стенок и полок металлических элементов определяется расчетным методом и выбирается из диапазона от 8 мм до 20 мм.
3
3
Полость коробчатой части балки в целях повышения звукоизоляции, может быть заполнена легким бетоном типа полистиролбетон, пенобетон, имеющего плотность в диапазоне от 250 кг/м до 800 кг/м.
Длина L балки выбирается при разработке архитектурно-планировочного решения в зависимости от заданного пролета между колоннами здания из диапазона от 3 м до 12 м.
Высота вертикально ориентированных стенок металлических элементов, определяющая высоту балки, выбирается из условия обеспечивающего отсутствие выступания балки над уровнем пола и не должна быть меньше суммарной величины толщины опирающейся на балку плиты и толщины конструкции пола, указанной при разработке проекта.
Высота вертикально ориентированных стенок в зависимости от сетки колонн, расчетной нагрузки и типа плит перекрытий предпочтительно выбирается из диапазона от 140 мм до 500 мм.
В частном случае исполнения балка для применения в сериях 1.335 Ом и 1.335 Ом изм, 1.335 А выполнена шириной, выбранной из диапазона от 190 мм до 200 мм при длине балки составляющей по существу 5690 мм и ширине предназначенных для опирания плит перекрытия полок балки, выбранных из диапазона от 50 до 140 мм.
В каркасных зданиях все нагрузки передаются на каркас, который представляет собой пространственную конструкцию, содержащую установленные в заранее заданных узлах здания железобетонные колонны, опертые на них несущие балки, и образующие перекрытия (межэтажные) и покрытие (чердачное перекрытие) элементы, уложенные концами на несущие балки.
В зависимости от назначения здания (его типа) каркас может быть одно- и многоярусным (многоэтажным), одно-, двух- и многопролетным. Размещение колонн в плане, расстояния между колоннами поперек здания (пролеты) и расстояния между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) принимают с учетом планировочных решений, технологических, конструктивных и экономических факторов, соображений унификации (ограничением числа типоразмеров) элементов.
Каркас многоэтажного здания (далее каркас здания), для использования в котором предназначены предлагаемые балки, собирается из изделий заводского изготовления.
Имеющие прямоугольное поперечное сечение сборные железобетонные колонны высотой «на этаж» выполняются традиционным способом с установкой в них закладных деталей, необходимых для жесткой связи колонн с балками.
Каркас здания имеет несколько узлов сопряжения вертикальных несущих элементов здания - железобетонных колонн с несущими горизонтальными элементами - балками, выполненными в соответствии с вышеописанными вариантами осуществления металлических балок.
На уровне верхнего (чердачного) перекрытия узел соединения железобетонной колонны каркаса с балкой содержит поэтажную колонну и опирающиеся на нее в зависимости от места нахождения узла соединения колонны с балкой в каркасе здания одну балку или две балки.
Как показано на Фиг.9, обозначенный позицией 41 узел соединения колоны каркаса с балкой содержит нижнюю поэтажную колонну 42 и опирающуюся на нее балку 43, а обозначенный позицией 44 узел соединения колонны каркаса с балкой содержит нижнюю поэтажную колонну 45 и опирающиеся на нее балку 43 и балку 46. Балки 43 и 46 выполнены согласно первого варианта осуществления балки в исполнении с двумя нижними полками. При этом ширина рядовой колонны 45 в два раза превышает ширину крайней колонны 42.
На уровне верхнего (чердачного) перекрытия в узлах соединения железобетонной колонны каркаса с балкой возможно применение металлической балки выполненной согласно любому варианту ее осуществления, например как показанные на Фиг.10 узлы соединения колонн каркаса с балками, выполненными согласно второго варианта их осуществления (узлы, колонны и балки обозначены теми же позициями, что и на Фиг.9).
На типовых этажах (включая первый этаж) целесообразно применение металлической балки, выполненной согласно ее второго или третьего вариантов осуществления, например, как показано на Фиг.11 для балки, выполненной согласно ее второго варианта осуществления. Обозначенный позицией 47 узел соединения колонны каркаса с балкой содержит нижнюю поэтажную колонну 48 и опирающуюся на нее балку 49 с размещенной на ней верхней поэтажной колонной 50. Верхняя поэтажная колонна 50 установлена над нижней поэтажной колонной 48 по одной вертикальной оси, а их обращенные друг к другу торцы сопряжены с одной балкой. Обозначенный позицией 51 узел соединения колоны каркаса с балкой содержит нижнюю поэтажную колонну 52, опирающиеся на нее балку 49 и балку 53 с размещенной на них верхней поэтажной колонной 54. Верхняя поэтажная колонна 54 установлена над нижней поэтажной колонной 52, а их обращенные друг к другу торцы сопряжены с двумя балками.
Каждая колонна в узле каркаса здания (например, нижняя колонна 48 и верхняя поэтажная колонна 50) выполнена высотой на этаж, т.е. поэтажной, при этом деление колонн на «верхнюю» и «нижнюю» принято условно, поскольку верхняя колонна 50 при монтаже перекрытия следующего этажа будет выполнять функции нижней колонны 48.
Являющиеся элементами каркаса здания плиты перекрытия 55 опираются на полки металлических балок. Узлы соединения железобетонной колонны каркаса с металлической балкой отличаются минимальным набором соединительных элементов, что позволят значительно сократить количество монтажных работ, осуществляемых на стройплощадке и повысить технологичность сборки здания.
Как показано на Фиг.12 для обеспечения расположения на одном уровне нижней поверхности обозначенной позицией 56 балки и нижней поверхности плит перекрытия 57 и 58, плиты перекрытия 57 и 58 в местах их опоры на нижние полки 59 и 60 балки 56 выполнены с подрезами соответственно 61 и 62. При этом каждый подрез выполнен в виде открытой выемки на опоре нижней плиты перекрытия, а его высота соразмерна с высотой полки балки. Для показанной на Фиг.12 и выполненной из двух двутавров балки 56, которая размещена между нижней колонной 63 и верхней колонной 64, высота подрезов 61 и 62 будет определяться толщиной нижних полок соответственно 59 и 60 двутавров.
Подрезка плит перекрытия каркаса на опоре (т.е. контактирующей с нижней полкой частью нижней стороны плиты) позволяет полностью исключить выступ нижнего пояса балки над нижней поверхностью плиты перекрытия и выполнить все в одном уровне, т.е. обеспечить эффект «ровного» потолка, что облегчает дальнейшую внутреннюю отделку здания.
Выполнение несущих металлических балок согласно заявляемой полезной модели позволяет по сравнению с прототипом сократить сроки строительства за счет исключения дополнительных трудозатрат на строительной площадке при устройстве цельного диска перекрытия на дополнительное замоноличивание (заделка бетоном) пустых пространств, между образующими балку металлическими элементами.
Кроме того, выполнение несущих балок согласно заявляемой полезной модели позволяет расширить возможности их применения в конструкциях каркасов здания, так как при изменении (увеличении) нагрузок на перекрытие каркаса установка расчетного количества ребер жесткости позволяет сохранить высоту балки (без увеличение сечения балки) обеспечивая требуемую несущую способность.
В полном каркасе здания, воспринимающим все действующие нагрузки и собственный вес конструкции, несущие балки, функции которых выполняют металлические балки, могут быть частично заменены железобетонными прогонами (ригелями) без изменений остальных элементов каркаса. Жесткость узлов соединения сборных элементов каркаса - колонн с металлическими балками, выполненными по одному из вариантов осуществления, или с железобетонными прогонами (ригелями), достигается сваркой стальных (металлических) закладных колонны непосредственно с металлической балкой, или с металлическими закладными железобетонных прогонов (ригелей).
Еще одним преимуществом предлагаемой металлической балки является возможность ее взаимозаменяемости в каркасе здания в необходимых случаях на железобетонные прогоны (ригели) без изменения конструктивной схемы элементов каркаса здания
Эффект от применения металлической балки, в составе каркаса здания выполненного на основе известных серий, дает возможность уйти от «выпирающих» железобетонных балок, прогонов, ригелей в потолке в части пространства квартиры и дает эффект «ровного» потолка, что положительно отразиться на жилом пространстве (объеме) квартиры, даст гибкую планировочную схему квартир, без ограничения пространства квартиры, перегородками, расстановка которых продиктована расположением под железобетонными прогонами, балками, ригелями.
Полезная модель может быть использована при возведении жилых, зданий и сооружений, а также при их восстановлении или реконструкции.