ES1288129U

ES1288129U - Combined steel-concrete box girder and flat slab comprising the same

Info

Publication number: ES1288129U
Application number: ES202190017U
Authority: ES
Inventors: Ferrer Ferrán Navarro; González Julián Alcalá
Original assignee: Universidad Politecnica de Valencia
Current assignee: Universidad Politecnica de Valencia
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2031-06-04
Also published as: ES1288129Y; ES2783890A1; WO2021245316A1

Abstract

The invention discloses a combined steel-concrete box girder, likewise the flat slabs (30) incorporating the same, comprising: a first lower longitudinal metal sheet (12), a second upper longitudinal metal sheet (14), of a width smaller than that of the first metal sheet (12) and parallel thereto; and two vertical metal web plates parallel to each other, disposed at the distance necessary for their external sides to project slightly with regard to the edge of the upper metal sheet (14) in order to facilitate the welding thereof. The webs are cut in the shape of teeth separated by holes, in such a way that the teeth and holes have the same dimensions. The girders of the invention display an improved assembly in the slabs (30) whereof they will be part, with no need for stringers and enabling, through the holes in their vertical webs, the arrangement of transversal reinforcements, endowing the assembly with greater solidity and cohesion, where said slabs comprise a plurality of formwork or prefabricated elements (32) resting on the edges of the lower metal plates (12) of the box girders, and a pour of concrete (36) where said girder features a number of corrugated rebars welded to a number of metal positioning plates (38).

Description

VIGA CAJÓN Y UN FORJADO PLANO MIXTO ACERO-HORMIGÓN QUE LA BOX BEAM AND A MIXED STEEL-CONCRETE FLAT FLOOR WHICH

COMPRENDEUNDERSTANDS

Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention

La presente invención pertenece al sector técnico de la construcción, por ejemplo y sin carácter limitativo, a la construcción de edificios industriales, comerciales, residenciales, etc.The present invention belongs to the technical sector of construction, for example and without limitation, to the construction of industrial, commercial, residential buildings, etc.

Más en concreto, la invención se refiere a una viga en cajón, para forjado del tipo plano mixto acero-hormigón, llamado “slim-floor’Tshallow-floor” , de la terminología técnica derivada del inglés, destinada a utilizarse en forjados y cubiertas de construcciones de edificios de plantas múltiples. Este tipo de forjados se caracterizan por quedar las vigas empleadas embebidas en el canto del propio forjado evitando descuelgues. La invención también se refiere a que dicha viga cajón tiene la particularidad de que las almas que la integran están conformadas en base a chapas cortadas en diente de sierra formando celosías con huecos entre los dientes, de tal modo que los dientes y los huecos son unos el negativo de los otros. Esto permite obtener dos almas con cada corte, optimizando el aprovechamiento del material y eliminando restos de chapa.More specifically, the invention refers to a box beam, for a flat-type mixed steel-concrete floor, called "slim-floor'Tshallow-floor", from the technical terminology derived from English, intended to be used in floors and roofs of multi-storey building constructions. This type of slab is characterized by the fact that the beams used are embedded in the edge of the slab itself, avoiding sagging. The invention also refers to the fact that said box girder has the particularity that the webs that make it up are formed on the basis of sheets cut in a saw tooth, forming lattices with gaps between the teeth, in such a way that the teeth and the gaps are one the negative of the others. This allows two cores to be obtained with each cut, optimizing the use of the material and eliminating sheet metal remains.

Estado de la técnicaState of the art

En la construcción de edificaciones se está experimentando un incremento de la construcción mixta acero-hormigón al permitir combinar las ventajas del acero estructural y del hormigón, no solo en cuanto a capacidad resistente sino en lo que respecta a aspectos constructivos, funcionales y estéticos. Los forjados planos mixtos acero-hormigón del tipo “slim-floor”, formados por vigas de acero embebidas en el canto del forjado, se utilizan cada vez más al reunir ventajas sobre los sistemas constructivos convencionales como, por ejemplo, los formados por vigas descolgadas. Entre otras ventajas permiten reducir el canto total del forjado, aumentar el espacio útil entre forjados y facilitar la instalación de equipamiento técnico por debajo del forjado, al conseguir un techo liso o con nervios de mínimo descuelgue. Otras ventajas son la rapidez constructiva al no necesitar encofrados ni apeos y la resistencia al fuego inherente a la tipología constructiva.In the construction of buildings, there is an increase in mixed steel-concrete construction by allowing the advantages of structural steel and concrete to be combined, not only in terms of resistance capacity but also in terms of construction, functional and aesthetic aspects. The mixed steel-concrete flat floors of the "slim-floor" type, formed by steel beams embedded in the edge of the floor, are used more and more as they combine advantages over conventional construction systems such as, for example, those formed by hanging beams. . Among other advantages, they allow the total depth of the slab to be reduced, the useful space between slabs to be increased and the installation of technical equipment below the slab to be facilitated, by achieving a smooth ceiling or one with ribs with minimal slack. Other advantages are the speed of construction, as it does not require formwork or propping, and the fire resistance inherent to the construction typology.

Los forjados planos de acero-hormigón “slim-floor” , además de las vigas de acero, incorporan embebidos elementos que conforman el forjado, tales como: losas o prelosas de hormigón armado o pretensado, losas alveolares pretensadas, viguetas de hormigón armado o pretensado prefabricadas o ejecutadas “in situ”, viguetas metálicas o chapas de acero colaborante. En la viga metálica se vierte hormigón para formar una viga mixta. Si el forjado lleva capa de compresión (hormigón y/o armadura), el hormigonado se realiza conjuntamente (viga cajón y capa de compresión), garantizando el monolitismo viga-cajón/forjado, y la continuidad con el armado de reparto y de negativos, en su caso.The flat steel-concrete “slim-floor” slabs, in addition to the steel beams, incorporate embedded elements that make up the slab, such as: reinforced or prestressed concrete slabs or slabs, prestressed hollow core slabs, reinforced or prestressed concrete joists prefabricated or executed "in situ", metal joists or collaborating steel sheets. Concrete is poured into the metal beam to form a composite beam. If the slab has a compression layer (concrete and/or reinforcement), the concreting is carried out together (box beam and compression layer), guaranteeing beam-box/slab monolithism, and continuity with the distribution and negative reinforcement, in your case.

Existen diversas tipologías de vigas planas utilizadas en forjados del tipo “slim-floor” que vienen desarrollándose desde los años 70 del siglo pasado. Estas vigas suelen estar conformadas en base a perfiles comerciales con las desventajas que ello conlleva. Una de ellas es la necesidad de que dispongan de conectores entre las vigas para conformar los forjados. Otra desventaja adicional de emplear perfiles comerciales es la falta de versatilidad de estas vigas para poder adaptarse a las necesidades específicas del edificio o de la planta en construcción.There are various types of flat beams used in slabs of the "slim-floor" type that have been developed since the 70s of the last century. These beams are usually made based on commercial profiles with the disadvantages that this entails. One of them is the need to have connectors between the beams to form the floors. Another additional disadvantage of using commercial profiles is the lack of versatility of these beams to be able to adapt to the specific needs of the building or plant under construction.

El dimensionamiento de vigas de forjado plano se puede plantear con los principios de las normas UNE-EN 1993-1-1 y UNE-EN 1994-1-1. La norma UNE-EN 1993-1 -1:2013 presenta los procedimientos necesarios para la comprobación de los Estados Límites Últimos ELU y Estados Límites de Servicio ELS de dichas vigas en la etapa constructiva, antes del endurecimiento del hormigón.The dimensioning of flat floor beams can be considered with the principles of the UNE-EN 1993-1-1 and UNE-EN 1994-1-1 standards. The UNE-EN 1993-1 -1:2013 standard presents the necessary procedures for checking the Ultimate Limit States ULS and Service Limit States ELS of said beams in the construction stage, before the hardening of the concrete.

La normativa vigente de estructuras mixtas UNE-EN 1994-1-1:2011 no cubre explícitamente el dimensionamiento de vigas “slim-floor” ni tampoco la posibilidad de explorar el comportamiento mixto de una viga sin conectores de deslizamiento. Según la norma anterior para considerar un comportamiento mixto deben de existir necesariamente conectores entre el acero y el hormigón de la viga, pero la literatura científica y los ensayos realizados acreditan el comportamiento en sección mixta en este tipo de vigas, sin necesidad de dichos conectores, aunque, si se desea, también pueden llevarse a cabo realizaciones de la viga-cajón mixta de acuerdo con la invención, provistas también de conectores.The current regulations on composite structures UNE-EN 1994-1-1:2011 do not explicitly cover the dimensioning of “slim-floor” beams, nor does it cover the possibility of exploring the composite behavior of a beam without slip connectors. According to the previous rule, to consider a mixed behavior, there must necessarily be connectors between the steel and the concrete of the beam, but the scientific literature and the tests carried out prove the behavior in mixed section in this type of beams, without the need for said connectors, although, if desired, realizations of the mixed box-beam can also be carried out in accordance with the invention, also provided with connectors.

Existen vigas cajón con largueros laterales con orificios (DE202015104628U1 y CN203429885U). El practicar orificios para fabricar las almas laterales desaprovecha mucho material y encarece el coste de estas vigas. Además, las almas no forman un ángulo de 90° con ambas chapas superior e inferior a las que van soldados (CN203429885U), teniendo un peor comportamiento mecánico y un coste de producción mayor. También la chapa superior sobresale del lateral del alma, (CN203429885U) e, incluso, los laterales presentan ángulos de plegamiento en sus bases (WO03100185A1), que los hacen más propensos a colapsar en situaciones de sobre-esfuerzo vertical. La menor resistencia de las vigas descritas en el estado de la técnica a tensiones de fuerzas verticales es evidente al presentar (CN203429885U) incluso orificios en la chapa superior. También existen vigas cajón con laterales con aperturas y refuerzos con barras de acero útiles en caso de incendio (EP1690999A2), pero, de nuevo, la chapa superior sobresale de las paredes laterales y la unión entre la chapa superior y las almas se hace por acoplamiento macho-hembra entre sus respectivas escotaduras y salientes, en forma de dientes trapezoidales, complementarios, lo que facilita el que colapsen antes, en caso de aumento de fuerzas verticales porque este tipo de acoplamiento ofrece menos rigidez que el propuesto por la presente invención y, además, las barras de refuerzo de material resistente al fuego se disponen de forma distinta a la propuesta en la invención, no soldadas, aparte de necesitar juntas entre las vigas cajón.There are box girders with side stringers with holes (DE202015104628U1 and CN203429885U). Making holes to manufacture the lateral webs wastes a lot of material and increases the cost of these beams. In addition, the webs do not form a 90° angle with both the upper and lower plates to which they are welded (CN203429885U), having a worse mechanical behavior and a higher production cost. The upper plate also protrudes from the side of the web (CN203429885U) and even the sides have folding angles at their bases (WO03100185A1), which make them more prone to collapse in situations of vertical overstress. The lower resistance of the beams described in the state of the art to vertical force stresses is evident by presenting (CN203429885U) even holes in the upper plate. There are also box girders with sides with openings and reinforcements with steel bars useful in case of fire (EP1690999A2), but, again, the upper plate protrudes from the side walls and the union between the upper plate and the webs is made by coupling male-female between their respective notches and projections, in the form of complementary trapezoidal teeth, which makes it easier for them to collapse earlier, in the event of an increase in vertical forces, because this type of coupling offers less rigidity than that proposed by the present invention and, furthermore, the reinforcing bars made of fire-resistant material are arranged in a different way to that proposed in the invention, not welded, apart from needing joints between the box girders.

Otras vigas cajón descritas en el estado de la técnica (NL8700070A), necesitan que se practiquen los dientes trapezoidales en ambas chapas, superior e inferior y que las mismas se plieguen, lo que supone un sobrecoste, para soldarse por los bordes menores de los dientes trapezoidales. Este tipo de vigas presenta menor resistencia a las fuerzas de tensión verticales, al no disponer de una chapa inferior de mayor anchura y tampoco poder acoplarse a los forjados sin elementos de conexión, por la misma razón. Este mismo problema, la ausencia de una chapa inferior de mayor anchura que confiere por una parte mayor resistencia a las tensiones de fuerzas verticales y, por otra, sirve de apoyo para los elementos de forjado, sin necesidad de dotar a la viga de elementos de conexión, se observa también en RU2677188C1 Los anteriores problemas existentes en el estado de la técnica se resuelven con la viga cajón y el forjado mixto de acero-hormigón que la comprende, de la presente invención.Other box girders described in the state of the art (NL8700070A), require that trapezoidal teeth be made in both upper and lower plates and that they be folded, which entails an extra cost, to be welded along the smaller edges of the teeth. trapezoidal. This type of beam has less resistance to vertical tension forces, as it does not have a wider lower plate and cannot be attached to the floors without connecting elements, for the same reason. This same problem, the absence of a wider lower plate that confers, on the one hand, greater resistance to the tensions of vertical forces and, on the other, serves as a support for the floor elements, without the need to provide the beam with elements of connection, also seen in RU2677188C1 The previous problems existing in the state of the art are solved with the box girder and the composite steel-concrete floor that comprises it, of the present invention.

Descripción resumida de la invenciónSummary description of the invention

Con objeto de abordar los problemas y desventajas existentes en el estado de la técnica anteriormente mencionados, la invención proporciona una viga en cajón, para forjados planos mixtos metal-hormigón que comprende:In order to address the aforementioned problems and disadvantages in the state of the art, the invention provides a box beam for mixed metal-concrete flat slabs comprising:

• una primera chapa metálica longitudinal, inferior;• a first lower, longitudinal metal sheet;

• una segunda chapa metálica longitudinal, superior, de menor anchura que la primera chapa y paralela a la misma; y• a second upper longitudinal metal plate, smaller in width than the first plate and parallel to it; Y

• dos almas metálicas verticales, paralelas entre sí, dispuestas una distancia en la que su cara exterior sobresale ligeramente respecto al borde de la chapa superior, para facilitar la soldadura. A efectos de la presente descripción, se entiende que las dos almas verticales sobresalgan ligeramente respecto al borde de la chapa superior, en que ésta se apoye sobre parte del ancho o grosor de dichas almas, dejando parcialmente sin cubrir el resto de dicho ancho o grosor de las almas verticales. Ello implica que se forme un ángulo entre ambos bordes, el de la chapa superior y los de las almas verticales, que se utiliza para facilitar la soldadura. El fluido metálico de la soldadura rellena dicho ángulo o escalón entre los susodichos bordes. Además, al ser la chapa inferior más ancha, las almas quedan retranqueadas de su borde, dejando espacio suficiente para apoyar los elementos del forjado. Las almas están cortadas con forma de dientes separados por alveolos, de forma que los dientes y los alveolos tienen las mismas dimensiones.• two vertical metal cores, parallel to each other, arranged at a distance in which their outer face protrudes slightly from the edge of the upper sheet, to facilitate welding. For the purposes of this description, it is understood that the two vertical webs protrude slightly with respect to the edge of the upper plate, in that it rests on part of the width or thickness of said webs, leaving the rest of said width or thickness partially uncovered. of the vertical souls. This implies that an angle is formed between both edges, that of the upper plate and those of the vertical webs, which is used to facilitate welding. The metallic welding fluid fills said angle or step between said edges. In addition, as the lower plate is wider, the webs are recessed from their edge, leaving enough space to support the elements of the floor. The souls are cut in the shape of teeth separated by alveoli, so that the teeth and the alveoli have the same dimensions.

Al tener un perfil complementario, es posible obtener las dos almas de una viga cortando un único trozo de chapa de acero, sin desperdicio ninguno de material. El corte puede hacerse por cualquier método conocido en el estado de la técnica: láser, plasma, lanza térmica, chorro de agua, cizallado, etc. Esto implica un ahorro de material, evita la generación de residuos y las vigas producidas tienen mayor resistencia a un menor coste de material. La geometría más adecuada para conseguir estas ventajas es un corte en diente de sierra trapezoidal, pero otras formas geométricas pueden ser igualmente apropiadas (rectangulares, semicirculares truncadas, etc...). Basta con que los elementos alveolares dispongan de una base inferior continua apta para ser soldada sobre la chapa inferior de la viga-cajón y que los elementos alveolares tengan una superficie sustancialmente recta en su parte opuesta a la base, de suficiente longitud, que permita su soldadura rígida y robusta con la chapa superior de la propia viga-cajón.By having a complementary profile, it is possible to obtain the two webs of a beam by cutting a single piece of sheet steel, without wasting any material. The cut can be made by any method known in the state of the art: laser, plasma, thermal lance, water jet, shearing, etc. This implies material savings, avoids the generation of waste and the beams produced have greater strength at lower material cost. The most suitable geometry to achieve these advantages is a trapezoidal sawtooth cut, but other geometric shapes may be equally appropriate (rectangular, truncated semicircular, etc...). It suffices that the alveolar elements have a continuous lower base suitable for being welded on the lower plate of the box-beam and that the alveolar elements have a substantially straight surface opposite the base, of sufficient length, to allow their Rigid and robust welding with the upper plate of the box-beam itself.

Preferiblemente la viga es de acero, en concreto de chapa de acero S-355 JR. El acero es el metal normalmente utilizado en la construcción de edificios, pero otros materiales metálicos pueden ser igualmente utilizados sin departir del ámbito de protección de la presente invención.Preferably the beam is made of steel, specifically S-355 JR steel plate. Steel is the metal normally used in the construction of buildings, but other metallic materials can also be used without departing from the scope of protection of the present invention.

La soldadura de las almas laterales por sus bordes superior e inferior a las chapas respectivas, superior e inferior, se puede llevar a cabo por métodos conocidos en el sector de la siderurgia. Por ejemplo: soldadura en arco eléctrico, soldadura láser, soldadura por haz de electrones, por ultrasonidos, por fricción, por fusión, e t c ..The welding of the lateral webs at their upper and lower edges to the respective upper and lower plates can be carried out by methods known in the steel industry. For example: electric arc welding, laser welding, electron beam welding, ultrasonic welding, friction welding, fusion welding, etc.

Las almas alveolares están colocadas de forma que ambos perfiles iguales y complementarios están soldados a la chapa superior, es decir, a la chapa más estrecha, por el lado menor de los dientes trapezoidales. Esto produce una viga de mayor resistencia, debido a que la chapa más ancha se coloca en la parte inferior de la estructura de la viga y la parte del alma que presenta un perfil continuo se soldaría por su base inferior, sobre dicha chapa más ancha, ofreciendo mayor resistencia a la flexión y tracción debida a las cargas verticales. Además, esta geometría facilita el relleno del hormigón en todo el volumen de la viga-cajón y la colocación de barras transversales por los alveolos, garantizando el comportamiento de viga mixta.The alveolar webs are placed in such a way that both equal and complementary profiles are welded to the upper plate, that is, to the narrower plate, on the smaller side of the trapezoidal teeth. This produces a beam with greater resistance, because the wider plate is placed in the lower part of the beam structure and the part of the web that presents a continuous profile would be welded at its lower base, on said wider plate, offering greater resistance to bending and traction due to vertical loads. In addition, this geometry facilitates the filling of the concrete in the entire volume of the box-beam and the placement of transverse bars through the alveoli, guaranteeing the behavior of a composite beam.

Preferiblemente, las almas laterales están dispuestas de forma que presentan un decalaje o desfase entre los alveolos de ambas almas, esto es, los de un alma respecto a los de la otra. Es decir, al ser vistas las vigas de lado, los alveolos de un alma coinciden con los dientes de la otra alma y viceversa. De esta forma se consigue una distribución más homogénea de los esfuerzos y deformaciones a lo largo de la viga, y que el vertido del hormigón rellene adecuadamente el interior del cajón. Sin embargo, las almas pueden estar colocadas de forma que los alveolos de una coincidan transversalmente con los alveolos de la otra alma, dejando espacios diáfanos entre los dientes trapezoidales, en ambos lados.Preferably, the lateral webs are arranged in such a way that they present an offset or phase shift between the alveoli of both webs, that is, those of one web with respect to those of the other. That is, when the beams are seen from the side, the alveoli of one web coincide with the teeth of the other web and vice versa. In this way, a more homogeneous distribution of stresses and deformations is achieved along the beam, and the concrete is poured to adequately fill the interior of the box. Without However, the souls can be placed in such a way that the alveoli of one coincide transversely with the alveoli of the other soul, leaving diaphanous spaces between the trapezoidal teeth, on both sides.

Otra realización de la invención es aquélla en que las almas laterales alveolares están soldadas en sentidos opuestos. Una de las almas laterales, con los lados menores de los dientes, en un ejemplo, como forma trapezoidal, soldados en la chapa inferior y la otra alma lateral alveolar paralela, soldada en sentido opuesto, con los lados menores de los dientes, en este mismo ejemplo, con forma también trapezoidal, aunque podría ser cualquier otra forma, soldados sobre la chapa superior. En esta otra realización, también las almas pueden estar decaladas o desenfiladas.Another embodiment of the invention is the one in which the alveolar side webs are welded in opposite directions. One of the lateral webs, with the smaller sides of the teeth, in one example, as a trapezoidal shape, welded to the lower plate and the other parallel alveolar lateral web, welded in the opposite direction, with the smaller sides of the teeth, in this same example, also with a trapezoidal shape, although it could be any other shape, welded on the upper plate. In this other embodiment, the webs can also be staggered or blunt.

Otro aspecto de la invención aporta una viga según la invención y un núcleo de hormigón situado entre la primera y la segunda chapa y las almas. El vertido del hormigón se hace de forma que el mismo sobresalga de la viga cajón.Another aspect of the invention provides a beam according to the invention and a concrete core located between the first and second plates and the webs. The pouring of the concrete is done in such a way that it protrudes from the box beam.

Otro aspecto de la invención aporta un forjado plano que comprende una pluralidad de vigas según la invención, diferentes tipos de encofrados, o elementos prefabricados apoyados en los bordes de las chapas inferiores de las vigas, y un vertido de hormigón que solidariza el conjunto, incluyendo el interior de la viga cajón. Las vigas de la invención soportan en su chapa inferior forjados de 15-60 cm de espesor. Una vez colocados los elementos del forjado se vierte el hormigón, recubriendo y rellenado la viga cajón completamente. En el caso de que el forjado lleve capa de compresión, el hormigonado de esta capa y el de la viga se hacen simultáneamente.Another aspect of the invention provides a flat slab comprising a plurality of beams according to the invention, different types of formwork, or prefabricated elements supported on the edges of the lower plates of the beams, and a concrete pouring that joins the whole, including the interior of the box girder. The beams of the invention support 15-60 cm thick slabs on their lower plate. Once the slab elements have been placed, the concrete is poured, completely covering and filling the box girder. In the event that the slab has a compression layer, the concreting of this layer and that of the beam are done simultaneously.

La viga cajón puede incluir acero en barras corrugadas dispuestas longitudinalmente para solventar necesidades adicionales en caso de incendio. Estas barras corrugadas, preferiblemente, se sueldan a pletinas dispuestas en el interior del cajón, que disponen de rebajes o alojamientos de dimensiones adecuadas para el correcto alojamiento y soldadura de las barra, para fijar sus posiciones. Aprovechando los alveolos de las almas laterales, sea cual sea su disposición (paralela o alternada), se puede disponer una armadura transversal mediante barras corrugadas, preferiblemente, que mejoren el comportamiento mixto, acero-hormigón, de la sección.The box girder can include longitudinally arranged corrugated bar steel to meet additional needs in case of fire. These corrugated bars are preferably welded to plates arranged inside the box, which have recesses or housings of suitable dimensions for the correct housing and welding of the bars, to fix their positions. Taking advantage of the alveoli of the lateral webs, whatever their arrangement (parallel or alternate), a transverse reinforcement can be arranged using corrugated bars, preferably, which improve the mixed behavior, steel-concrete, of the structure. section.

Por último, en otra realización de la invención, las vigas cajón pueden disponer de aberturas simétricas en sus chapas superior e inferior, a las que se sueldan estructuras tubulares huecas, dispuestas en paralelo a las almas alveolares. Estas estructuras tubulares permiten disponer en su seno todo tipo de instalaciones, tales como cableados, tuberías, etc...Las barras corrugadas que mejoran la resistencia al fuego de la vigas-cajón de la presente invención, pueden soldarse también en los laterales de estas estructuras tubulares verticales.Lastly, in another embodiment of the invention, the box girders can have symmetrical openings in their upper and lower plates, to which hollow tubular structures are welded, arranged parallel to the alveolar webs. These tubular structures allow all kinds of installations to be arranged within them, such as wiring, pipes, etc... The corrugated bars that improve the fire resistance of the box-beams of the present invention can also be welded on the sides of these vertical tubular structures.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

A continuación, se describe una realización de la invención, a título de ejemplo y sin ánimo de constituir limitación alguna al ámbito de protección de la presente invención. En la descripción se hace referencia a las siguientes figuras, en las que:An embodiment of the invention is described below, by way of example and without the intention of constituting any limitation to the scope of protection of the present invention. Reference is made in the description to the following figures, in which:

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de una viga metálica según una realización de la presente invención.Figure 1 shows a perspective view of a metal beam according to an embodiment of the present invention.

La Figura 2 muestra una vista de sección transversal de la viga metálica mostrada en la Figura 1.Figure 2 shows a cross-sectional view of the metal beam shown in Figure 1.

La Figura 3 muestra una vista de alzado de la viga metálica mostrada en la Figura 1.Figure 3 shows an elevation view of the metal beam shown in Figure 1.

La Figura 4 muestra un detalle del perfil de corte complementario de las almas de la viga de la Figura 1 obtenido de un solo trozo de chapa de 300 mm de anchura.Figure 4 shows a detail of the complementary cut profile of the webs of the beam in Figure 1 obtained from a single piece of sheet metal 300 mm wide.

La Figura 5 muestra un detalle de forjado plano según una realización de la presente invención. 5A con capa de compresión (40) y 5B, sin capa de compresión.Figure 5 shows a flat floor detail according to an embodiment of the present invention. 5A with compression layer (40) and 5B, without compression layer.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de una viga metálica (10) según una realización de la presente invención. La viga 10 está hecha de chapa de acero S355-JR cortada y soldada para formar una viga de cajón para forjados planos mixtos acerohormigón. La viga (10) comprende una chapa inferior de acero longitudinal (12) de 600 mm anchura y 12 mm de espesor y 4.6 m de longitud, una chapa superior de acero longitudinal (14) de 314 mm de anchura, 10-15 mm de espesor y 4.6 m de longitud, paralela a la chapa (12) (ver Figura 2). La viga (10) comprende dos almas alveolares laterales (16, 18), paralelas, de 220-365 mm de altura, 6-10 mm de espesor y 4.6 m de longitud. Las almas alveolares se sueldan por ambos lados (superior, con dientes trapezoidales e inferior, base continua) a ambas chapas, de forma que las caras externas de las almas laterales sobresalen ligeramente de los bordes de la chapa superior, facilitando la soldadura (Figura 2). Las dos almas son paralelas entre sí y perpendiculares a las chapas, superior e inferior, a las que van soldadas, de forma que los bordes laterales (20) de la chapa inferior (12) sobresalen de las almas laterales (16, 18) para dar apoyo al forjado o elementos prefabricados, en uso (Ver Figura 5) y los bordes laterales de la chapa superior (14) quedan ligeramente retranqueados de los extremos laterales de las almas (16, 18). Como se observa en la Figura 3, las almas laterales alveolares (16, 18) tienen un perfil complementario (22, 24) una a otra, en forma de dientes (26) trapezoidales. De esta forma se aprovecha al máximo la chapa utilizada para fabricar las almas.Figure 1 shows a perspective view of a metal beam (10) according to an embodiment of the present invention. Beam 10 is made from S355-JR sheet steel cut and welded to form a box girder for composite flat floors. steelconcrete. The beam (10) comprises a lower longitudinal steel plate (12) 600 mm wide and 12 mm thick and 4.6 m long, an upper longitudinal steel plate (14) 314 mm wide, 10-15 mm thickness and 4.6 m in length, parallel to the plate (12) (see Figure 2). The beam (10) comprises two lateral alveolar webs (16, 18), parallel, 220-365 mm high, 6-10 mm thick and 4.6 m long. The alveolar webs are welded on both sides (upper, with trapezoidal teeth and lower, continuous base) to both plates, so that the external faces of the lateral webs protrude slightly from the edges of the upper plate, facilitating welding (Figure 2 ). The two webs are parallel to each other and perpendicular to the upper and lower plates, to which they are welded, so that the lateral edges (20) of the lower plate (12) protrude from the lateral webs (16, 18) to give support to the floor or prefabricated elements, in use (See Figure 5) and the lateral edges of the upper plate (14) are slightly set back from the lateral ends of the webs (16, 18). As can be seen in Figure 3, the alveolar side webs (16, 18) have a complementary profile (22, 24) to one another, in the form of trapezoidal teeth (26). In this way, the sheet metal used to manufacture the cores is used to the maximum.

En la Figura 3 se puede observar que las almas (16, 18) han sido soldadas de forma que el perfil cortado (22, 24) de las almas (16, 18) está soldado por los bordes de los dientes (26) con la chapa superior (14), de forma que hay un desfase o decalaje entre los dientes de cada alma (16, 18), es decir, que mirados de lado, los dientes (26) de un alma lateral coinciden con el hueco entre los dientes (26) del alma lateral del lado opuesto y viceversa. De esta forma se produce, por una parte, un aprovechamiento completo de la chapa utilizada para fabricar las almas y, por otra, cuando las almas laterales están decaladas, se consigue una mejor distribución de resistencias a las fuerzas verticales. El decalaje de las almas además facilita que el hormigón rellene completamente el interior del cajón, porque siempre hay salida para el aire atrapado durante el hormigonado.In Figure 3 it can be seen that the webs (16, 18) have been welded in such a way that the cut profile (22, 24) of the webs (16, 18) is welded by the edges of the teeth (26) with the upper plate (14), so that there is an offset between the teeth of each web (16, 18), that is, when viewed from the side, the teeth (26) of a lateral web coincide with the gap between the teeth (26) of the lateral core of the opposite side and vice versa. In this way, on the one hand, full use of the sheet used to manufacture the webs is produced and, on the other, when the lateral webs are offset, a better distribution of resistance to vertical forces is achieved. The offset of the webs also makes it easier for the concrete to completely fill the interior of the box, because there is always an outlet for the trapped air during concreting.

En la figura 4 se puede observar la geometría de los dientes trapezoidales (26) de una realización particular de la invención, los cuales tienen una altura de 220 mm desde el borde de la chapa, tienen un borde superior de 100 mm de ancho, los lados de los dientes tienen una anchura de 80 mm y la base continua de las almas tiene una altura de 80 mm hasta la base del diente trapezoidal, siendo la anchura de la base del diente de 160 mm, con lo que estas almas se pueden fabricar a partir de una chapa de 300 mm de anchura, sin desperdicio de material. Esto es debido a que las almas tienen perfiles geométricamente iguales y complementarios.Figure 4 shows the geometry of the trapezoidal teeth (26) of a particular embodiment of the invention, which have a height of 220 mm from the edge of the sheet metal, have an upper edge 100 mm wide, the The sides of the teeth have a width of 80 mm and the continuous base of the webs has a height of 80 mm to the base of the trapezoidal tooth, with a width of the base of the tooth of 160 mm, with which these souls can be manufactured from a 300 mm wide plate, without wasting material. This is due to the fact that the webs have geometrically equal and complementary profiles.

La Figura 5A muestra un forjado plano (30) utilizando las vigas metálicas de la invención descritas anteriormente, con capa de compresión (40). La viga se coloca con la chapa más ancha (12) en la parte inferior, para que los bordes de la chapa inferior más ancha (12) sirvan de apoyo a las losas de hormigón prefabricadas (32). Una vez colocadas todas las vigas y las losas, se procede a verter hormigón HA-25-F/12/I sobre todo el conjunto, para crear una capa de hormigón (36), que se prolonga de manera continua por los huecos de las almas al interior de las vigas, formando vigas de cajón mixtas con armadura de acero y núcleo de hormigón (36). Se dispone una armadura transversal (42) a través de los alveolos. En el interior del cajón se representa la armadura longitudinal (34) necesaria en caso de incendio. Dicha armadura longitudinal está compuesta de barras corrugadas de diferentes diámetros (34) apoyadas y soldadas sobre traviesas (38) que presentan escotaduras de dimensiones adaptadas a los perfiles de las barras (34). Además, se representan también barras transversales (42) que atraviesan la viga cajón a través de las escotaduras de las almas alveolares, tanto en caso de disposición en paralelo de las escotaduras de las almas, como cuando dichas almas están contrapeadas y las escotaduras de los alveolos, decaladas.Figure 5A shows a flat floor (30) using the metal beams of the invention described above, with a compression layer (40). The beam is placed with the widest plate (12) at the bottom, so that the edges of the widest bottom plate (12) support the precast concrete slabs (32). Once all the beams and slabs have been placed, HA-25-F/12/I concrete is poured over the entire assembly, to create a concrete layer (36), which extends continuously through the gaps in the souls inside the beams, forming mixed box beams with steel reinforcement and a concrete core (36). A cross brace (42) is disposed across the sockets. The longitudinal reinforcement (34) necessary in case of fire is shown inside the box. Said longitudinal reinforcement is made up of corrugated bars of different diameters (34) supported and welded on sleepers (38) that have notches with dimensions adapted to the profiles of the bars (34). In addition, transverse bars (42) are also shown that cross the box girder through the notches of the alveolar webs, both in the case of parallel disposition of the notches of the webs, and when said webs are counterbalanced and the notches of the alveoli, decaled.

La Figura 5B muestra un forjado plano (30) sin capa de compresión.Figure 5B shows a flat slab (30) without a compression layer.

Cabe mencionar que para las realizaciones de la viga cajón, según la presente invención, arriba descritas, se han realizado las comprobaciones de cálculo de las resistencias exigidas por la normativa en vigor, es decir el Código Técnico de la Edificación/ Seguridad Estructural/Acciones en la Edificación (CTE-SE-AE), Código Técnico de la Edificación/ Seguridad Estructural/ Acero (CTE-SE-A), Instrucción de Acero Estructural (EAE) e Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08).It is worth mentioning that for the embodiments of the box girder, according to the present invention, described above, the calculation checks of the resistances required by the regulations in force have been carried out, that is, the Technical Building Code / Structural Safety / Actions in Construction (CTE-SE-AE), Technical Building Code/ Structural Safety/ Steel (CTE-SE-A), Structural Steel Instruction (EAE) and Structural Concrete Instruction (EHE-08).

Dichas comprobaciones de cálculo realizadas son el estado límite de servicio de flechas bajo cargas permanentes, estado límite de servicio de flechas bajo cargas totales, estado límite de servicio de tensiones en el hormigón, estado límite de servicio de tensiones en el acero, estado límite último de flexión en sección mixta, estado límite último de cortante en sección mixta y situación de incendio con R90. En todas las comprobaciones se han utilizado los coeficientes de seguridad adecuados para los materiales y para las cargas. Tras realizar las comprobaciones, se puede concluir que ambas realizaciones de vigas cumplen con los criterios de resistencia y seguridad exigidos por la normativa vigente y por lo tanto son una solución viable para la construcción de forjados planos en edificios de varias plantas.Said calculation checks carried out are the service limit state of deflections under permanent loads, service limit state of deflections under total loads, service limit state of stresses in concrete, service limit state of stresses in steel, ultimate limit state bending in mixed section, state Ultimate shear limit in mixed section and fire situation with R90. In all the checks, the appropriate safety coefficients have been used for the materials and for the loads. After carrying out the checks, it can be concluded that both realizations of beams meet the strength and safety criteria required by current regulations and therefore are a viable solution for the construction of flat floors in multi-storey buildings.

Con las vigas cajón ensayadas de acero según la invención (N20+5 y N30+10), se obtienen flechas de carga permanente que oscilan entre 7,91-12,14 mm, con la viga cajón sin relleno de hormigón y de 4.08-5.77 mm con la viga cajón rellena de hormigón HA-25-F/12/I. Se puede dar contraflecha (ligera curvatura, convexa, que se realiza en una viga o cercha para compensar cualquier flecha prevista cuando soporte un peso) a la viga metálica en el momento de su fabricación. Asimismo, según el tipo de viga empleada, las tensiones críticas en la chapa superior oscilan entre los 160-170 N/mm2 With the tested steel box girders according to the invention (N20+5 and N30+10), permanent load deflections ranging between 7.91-12.14 mm are obtained, with the box girder without concrete filling and 4.08- 5.77 mm with the HA-25-F/12/I concrete-filled box girder. Camber (slight, convex curvature that is made in a beam or truss to compensate for any anticipated sag when supporting weight) can be given to the metal beam at the time of manufacture. Likewise, depending on the type of beam used, the critical stresses in the upper plate range between 160-170 N/mm2

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una viga cajón (10) para forjados planos mixtos metal-hormigón que comprende:1. A box girder (10) for mixed metal-concrete flat floors comprising:

• una primera chapa inferior longitudinal de metal (12);• a first lower longitudinal metal plate (12);

• una segunda chapa superior longitudinal de metal (14), de menor anchura que la chapa inferior (12) y paralela a la misma; y• a second upper longitudinal metal plate (14), of smaller width than the lower plate (12) and parallel to it; Y

• dos almas laterales alveolares de metal (16, 18), paralelas entre sí, donde la distancia entre sus caras exteriores es ligeramente superior a la anchura de la chapa superior (14), soldadas por su borde superior y su borde inferior, perpendicularmente a ambas chapas metálicas superior (14) e inferior (12), de forma que los bordes laterales (20) de la chapa inferior (12) sobresalen de las almas laterales (16, 18) para dar apoyo al forjado (30), en uso, y caracterizada porque los bordes laterales de la chapa superior (14) quedan ligeramente retranqueados con la cara exterior de las almas laterales (16, 18), donde la chapa superior (14) se apoye sobre parte del ancho o grosor de dichas almas laterales (16, 18), dejando parcialmente sin cubrir el resto de dicho ancho o grosor de las almas laterales (16,18); en la que, dichas almas laterales alveolares (16, 18), tienen un lado continuo y recto y el otro lado son perfiles con dientes (26), separados por alveolos, de forma que los dientes y los alveolos son geométricamente iguales, complementarios (22, 24) y tienen las mismas dimensiones.• two alveolar metal lateral webs (16, 18), parallel to each other, where the distance between their outer faces is slightly greater than the width of the upper plate (14), welded at their upper and lower edges, perpendicularly to both upper (14) and lower (12) metal plates, so that the lateral edges (20) of the lower plate (12) protrude from the lateral webs (16, 18) to support the slab (30), in use , and characterized in that the lateral edges of the upper plate (14) are slightly recessed with the outer face of the lateral souls (16, 18), where the upper plate (14) rests on part of the width or thickness of said lateral souls (16, 18), partially leaving the rest of said width or thickness of the lateral webs (16, 18) uncovered; in which said alveolar lateral webs (16, 18) have a continuous and straight side and the other side are profiles with teeth (26), separated by alveoli, so that the teeth and alveoli are geometrically the same, complementary ( 22, 24) and have the same dimensions.

2. Una viga según la reivindicación 1 caracterizada porque es de acero.2. A beam according to claim 1 characterized in that it is made of steel.

3. Una viga según cualquier reivindicación anterior caracterizada porque las almas laterales (16, 18) están dispuestas de forma que presentan un decalaje o desfase entre los alveolos de ambas almas.3. A beam according to any preceding claim, characterized in that the lateral webs (16, 18) are arranged in such a way that they present an offset or phase shift between the alveoli of both webs.

4. Una viga según las reivindicaciones 1 o 2 caracterizada porque las almas laterales son simétricas, sin decalajes, dejando huecos diáfanos y enfrentados en ambos lados, entre los dientes (26) que delimitan los alveolos.4. A beam according to claims 1 or 2, characterized in that the lateral webs are symmetrical, without offsets, leaving diaphanous gaps facing each other on both sides, between the teeth (26) that delimit the alveoli.

5. Una viga según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por llevar soldadas barras corrugadas (34) para mejorar la resistencia frente al fuego en disposición longitudinal y en paralelo a la dirección de la propia vigacajón.5. A beam according to any one of the preceding claims characterized for having welded corrugated bars (34) to improve fire resistance longitudinally and parallel to the direction of the box beam itself.

6. Una viga según la reivindicación 5 caracterizada porque las barras se disponen en el interior de la viga-cajón soldadas a pletinas metálicas (38) de posicionamiento.6. A beam according to claim 5, characterized in that the bars are arranged inside the box-beam welded to positioning metal plates (38).

7. Una viga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por llevar una armadura transversal (42), perpendicular a la dirección longitudinal de la viga cajón, atravesando las almas laterales, a través de sus alveolos, en cualquier disposición de dichas almas, paralelas o decaladas.7. A beam according to any of the preceding claims, characterized by having a transverse reinforcement (42), perpendicular to the longitudinal direction of the box girder, passing through the lateral webs, through their alveoli, in any arrangement of said webs, parallel or offset.

8. Una viga según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque las almas laterales alveolares (16, 18) se fabrican mediante un corte de una sola chapa de dimensiones suficientes, siguiendo un perfil en dientes (26) de sierra de configuración trapezoidal, de forma que de una sola pieza se obtienen 2 almas alveolares simétricas.8. A beam according to any of the preceding claims, characterized in that the alveolar side webs (16, 18) are manufactured by cutting a single sheet of sufficient size, following a saw tooth profile (26) with a trapezoidal configuration, in the form that 2 symmetrical alveolar cores are obtained from a single piece.

9. Una viga mixta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por comprender un núcleo de hormigón (36) en su interior.9. A composite beam according to any of the preceding claims, characterized by comprising a concrete core (36) inside.

10. Una viga mixta según la reivindicación 9 caracterizada porque el hormigón recubre y rellena tanto al interior, como al exterior de la viga cajón.10. A composite beam according to claim 9, characterized in that the concrete covers and fills both the interior and exterior of the box beam.

11. Un forjado plano (30) caracterizado por comprender un conjunto de dos o más vigas cajón (10), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, una pluralidad de encofrados, o de elementos prefabricados (32) apoyados en los bordes (20) de las chapas inferiores (12) de las vigas cajón (10) y un vertido de hormigón (36) que solidariza todo el conjunto, tanto en el exterior, como en el interior de la viga cajón (10).11. A flat slab (30) characterized by comprising a set of two or more box girders (10), according to any of the preceding claims, a plurality of formwork, or prefabricated elements (32) supported on the edges (20) of the lower plates (12) of the box girders (10) and a concrete pouring (36) that joins the entire assembly, both outside and inside the box girder (10).

12. Un forjado plano (30) según la reivindicación anterior que además comprende una capa de compresión (40). 12. A flat slab (30) according to the preceding claim, further comprising a compression layer (40).