Рамный 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 каркасных зданий и сооружений, а также при реконструкции и усилении таких каркасов. Рамный узел опирания балок на среднюю колонну в стальном каркасе многоэтажного здания, содержит фланцы, закрепленные к стенкам колонны на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением. Фланцы опираются на опорные столики, приваренные к полкам колонны. В месте примыкания балок к колонне устанавливаются горизонтальные ребра жесткости. В приопорной зоне опирания балок на среднюю колонну устанавливается высокопрочная затяжка. Затяжка состоит из двух или более стержней с предварительным натяжением затяжка обоими концами закреплена анкерными упорами на верхних поясах балок. Техническим результатом полезной модели является повышение несущей способности балок перекрытий за счет предварительного напряжения балок при помощи высокопрочных затяжек, пропущенных насквозь через стенки колонны, что приводит к уменьшению опорного момента в балках, и следовательно ведет к уменьшению металлоемкости балок.
Полезная модель относится к области строительства, в частности к рамным узлам стальных каркасов многоэтажных зданий и может быть использована при проектировании и строительстве стальных 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 E04B 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 колонной 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.
Наиболее близким по технической сущности является узел опирания двутавровых балок на двутавровую колонну [Ф Харт, В. Хенн, X, Зонтаг. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания. - Москва 1977 г., с 237 Прототип.], 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 прототипа является то, что в опорном сечении балки действует изгибающий момент, который больше в 1,5-2 раза пролетного момента балки.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение несущей способности балок перекрытий за счет предварительного напряжения балок при помощи высокопрочных затяжек, пропущенных насквозь через стенки колонны, что приводит к уменьшению опорного момента в балках, и следовательно ведет к уменьшению металлоемкости балок.
Поставленная задача решается 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, через стенки колонны насквозь пропускается высокопрочная затяжка, прикрепляемая к полкам балок при помощи упоров, и состоящая из двух или более высокопрочных стержней с предварительным натяжением, в результате предварительного натяжения затяжки в балках перекрытия возникают изгибающие напряжения, противоположные напряжениям от действия постоянной и полезной нагрузок.
Высокопрочная затяжка с предварительным напряжением создает противоположные по знаку напряжения в балках перекрытия. Таким образом, использование высокопрочной затяжки с предварительным напряжением увеличивает несущую способность балок, что ведет к выравниванию опорного и пролетного моментов в балках перекрытий и уменьшению металлоемкости балок перекрытий.
На фиг. 1, 2, 3 показан узел опирания стальных балок двутаврового сечения 1 с колонной двутаврового сечения 2 с применением высокопрочной затяжки 3, состоящей из двух или более предварительно напряженных высокопрочных стержней по верхнему поясу балок. Одним концом затяжка закреплена анкерным упором 4 на верхнем поясе одной балки, другим концом крепится при помощи такого же упора к поясу другой балки. При этом в месте установки анкерного упора в балке устанавливается поперечное ребро жесткости 5. Для установки затяжки насквозь через сечение колонны, в полках колонны выполняются отверстия, диаметром большим диаметра затяжки. При эксплуатации здания затяжка 3 располагается в монолитном железобетонном перекрытии 9. 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 11 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 10 (Фиг. 1, 2, 3).
Рамный узел опирания балок на среднюю колонну в стальном каркасе многоэтажного здания, содержащий фланец, закрепленный к стенке колонны на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением, опирающийся на опорный столик, приваренный к полке колонны, установленные горизонтальные ребра жесткости, в месте примыкания балок к колонне, отличающийся тем, что в приопорных зонах двутавровых балок, опирающихся на среднюю двутавровую колонну, установлена, насквозь через стенку колонны, высокопрочная затяжка, состоящая из двух или более высокопрочных стержней с предварительным натяжением, одним концом закрепленная анкерным упором к верхнему поясу одной балки, а другим концом закрепленная анкерным упором к верхнему поясу другой балки.
