Монолитное перекрытие по металлическим колоннам

Обновлено: 23.01.2025

Добрый день. Стоит задача спроектировать монолитное перекрытие толщиной максимум 250мм без балок металлических и монолитных, а колонны металл. Как такое реализовать, как опереть плиту на колонну, какие есть решения?

Спасибо, а откуда выкопировка, что за автор, хотел бы почитать как считать такие узлы?

Я вот так как-то думал сделать -
Так допустимо реализовать?

Узел колонна-перекрытие будет шарнирным для колонны,а в монолитном перекрытии в месте пропуска колонн будет возникать опорный момент. Или Вы считаете что работать оно будет как то по другому?

Вообще то как законструируешь так и будет работать.Стыки клонн всегда жесткиеИ перекрытие лучше жестко соединять с колонной, те арматуру не прервать в зоне колонны

Я вот так как-то думал сделать - Вложение 88321
Так допустимо реализовать?

Не думаю, что конструкция безбалочной бескапительной плиты при металлических колоннах должна как-то отличаться от таковой при железобетонных, за исключением, разумеется, того что надопорные стержни не пропустишь через колонну. Поэтому, коли применяете для поперечной арматуры какркасы "лесенка", никакого смысла варить их к колонне нет. И средний стержень тоже не нужен.
Опорный столик лучше сделать непрерывной "юбочкой", при этом можно даже уменьшить длину свесов.

Если уж стык колонна-перекрытие по хорошему в монолите относится больше не к жесткому соединению, а к соединению с ограниченной податливостью из за рабочего шва бетонирования, трещин возникающих в том числе и в сжатой зоне и многих других факторов то принимать жесткое соединение в металле я бы точно не стал. Пролетный момент в любом случае увеличится за счет разрушения сжатой и растянутой зоны бетона, проскальзывания арматуры в наиболее напряженном месте колонна-перекрытие (в случае приварки арматуры к сечению колонны).

Откуда такие сведения?Это жечткий узел и шов бетонирования здесь не при чем - он сжат.Никаких проскальзываний и разрушений быть не должно.Прожигать тоже ничего не надо полно других способов

Ходил у нас по Самаре отчет о поездке одного известного конструктора в НИИ Железобетона по вопросу проектирования зданий с безригельными плоскими перекрытиями, там было написано что под влиянием пластического шарнира образующегося в стыке колонна-перекрытие происходит увеличение пролетного момента примерно до уровня ql^2/16. В старых нормах тоже были аналогичные пункты, правда они давали меньшее увеличение и не прописывали конкретных случаев.

Это сведения из серии ОБС.Безбалочные перекрытия и так провисают за счет трещин, да еще там пластический шарнир допускать - чего ради?Про старые нормы - какие и какой пункт?В самом простом случае при шаге ар-ры 100-200 мм просверлить 1-2 отверстия в колонне.Приварит швеллера в двух направлениях и к ним приварить верхнюю и нижнюю ар-ру.В ин-те можно это найти.

Провисают то они не из за трещин, трещины это лишь часть процесса. Из за частичного локального разрушения бетона в приопорных зонах появляются трещины которые в свою очередь приводят к увеличению момента в пролете и снижению модуля деформации бетона, а последствием происходящего и является увеличение прогиба.

Ради прочности и снижения деформативности. В описанной постом системе я бы предложил вообще ограничится шарниром в узле колонна перекрытие.

При хорошей нагрузке и средних пролетах шаг стержней в опорной зоне может доходить до 50мм. [200мм Вы немного загнули, такой шаг в местах с наибольшим моментом невыгоден в виду необходимости устанавливать большие диаметры, которые в свою очередь приводят к вырождению плиты и негативно отражаются на трещеностойкости. При расчете на трещеностойкость, которая в последнее время является основной при подборе арматуры лучше ставить меньший диаметр с частым шагом.]. Да и еще, на заводе изготавливать колонну с отверстиями вряд ли стоит, можно потерять на точности монтажа, а на площадке выполнять отверстия сверлением, да еще по хорошей технологии, никто не будет. Скорее всего прожгут газовой сваркой и все. Диаметр отверстия тоже стоит иметь в виду для d12 он составит не менее 16мм (более вероятно 18мм).

На стыке бетонн-сталь возможно проскальзование верхней арматуры за счет сниженного показателя сцепления бетона. Возможно так же частичное разрушение бетона верхней зоны в указанном узле. [Нижнюю арматуру варить смысла то нет, во первых она не работает, а во вторых смысл варить? если нижняя зона будет испытывать сжатие.].

Монолитное безбалочное перекрытие на металлических колоннах. Как реализовать.

По профлисту

При постройке зданий перекрытия являются очень важной частью конструкции.

Монтаж монолита по профлисту обеспечивает многие преимущества для застройщика.

Это касается не только финансовых вопросов, но также прочности и надежности изделия.

Общая характеристика такого бетонного монолитного перекрытия

Конструкция состоит из нескольких элементов, собранных в определенном порядке.

Части монолитного перекрытия по профнастилу:

Полученный жб массив отличается повышенной жесткостью. Нагрузка в перекрытии распределяется на колонны, а не на стеновые конструкции. Для каждой колонны формируется отдельный фундамент.

Колонный фундамент выдержит нагрузку только по своей стороне.

Поэтому рекомендуется залить ростверком каждый оголовок.

При выборе материала необходимо учитывать основные требования к перекрытиям:

Профлист должен выдерживать вес жидкой смеси из бетона до застывания. Так как лист не очень хорошо сцепляется с раствором, то для усиления сцепления на профиле есть специальные насечки.

Также для перекрытий следует выбирать профлисты с дополнительными ребрами жесткости. Показатель жесткости можно определить по высоте профиля. При сооружении монолитного перекрытия используют листы с высотой волн 60 мм и толщиной листа не менее 0,7 мм.

Область применения

Перекрытие по профлисту используется при монтаже межэтажных и чердачных перекрытий. В зависимости от цели, необходимо выбрать вид материала.

Чердачное нежилое перекрытие испытывает меньшую нагрузку, межэтажное – намного больше. Поэтому для чердачного следует выбрать профиль с меньшим показателем жесткости. Листы в конструкции бетонного перекрытия выполняют роль опалубки.

Такие изделия применяются при сооружении:

малоэтажных и промышленных зданий;
гаражей;
складских и торговых помещений.

Также часто используются при строительстве конструкций из газо- и пенобетона или реконструкции зданий с заменой старых деревянных перекрытий на монолитные бетонные.

Какой профнастил нужен для работы?

При выборе профлиста для монолитного бетонного перекрытия необходимо обратить внимание на параметры материала:

Несущие свойства, которые заложены в маркировке. Профлист Н57, Н60, Н75 и Н114 позволит выдержать вес залитого бетонного раствора.
Присутствие дополнительных ребер жесткости. Это позволит использовать лист меньшей толщины.
Толщина листа. Несущая способность профнастила напрямую зависит от его толщины. Однако увеличение толщины соответственно увеличивает вес изделия. Поэтому рекомендуется брать материал со средним значением 0,8 мм или 0,9 мм.
Высота волны – оптимально 60 мм.
Структура защитного покрытия. Для сооружения перекрытий следует брать листы с покрытием из полиэстера, ПФДФ, пурала, пластизола.

Требования к профлисту:

ровная поверхность без повреждений;
края без заусениц;
равномерность окраски;
способность сгибаться без разрушения;
возвращение к первоначальной форме после разгибания.

Все эти задачи решает применение несущего профнастила марки:

Листы особой формы рельефа с высокой гофрой:

Полная информация о профнастиле для перекрытий здесь.

Расчет количества

Перед началом работ необходимо провести расчет. При этом нужно руководствоваться требованиями нормативных актов строительного законодательства.

Основные данные для проведения расчета:

габариты помещения;
свойства несущего листа;
возлагаемая нагрузка;
величина шага и длина поперечных балок.

Лист по длине должен опираться на три балки.
От значения планируемой нагрузки зависит высота плиты и сечение арматурного каркаса.

При расчете нужно выбирать толщину конструкции в соотношении 1:30 к дистанции между поперечными балками. Общая толщина монолитного перекрытия может составлять значение от 70 мм до 250 мм. Избежать прогиба листов можно с помощью уменьшения шага пролета.

Еще один параметр, на который следует обращать внимание – вес принимающей полезной нагрузки. Норма равна 150 кг/м², к ней нужно прибавить 33%. Погрешность при расчете общей величины эксплуатационной нагрузки не должна превышать 0,5 кг.

Толщина опорных балок и тип профиля напрямую зависит от общего веса конструкции и значения расчетной нагрузки. Вес перекрытия служит базой для определения количества и типа колонн, параметров колонного фундамента, величины нагрузки на одну колонну.

Без предварительного расчета не следует начинать возводить конструкцию. Это может привести к деформации профлиста или всей постройки из-за неверного определения вероятной нагрузки на перекрытие.

Детали расчета можно подробнее изучить в статье по ссылке.

Расходные материалы и инструменты

Для изготовления монолитной конструкции понадобятся такие материалы:

Бетон. Можно применять тяжелый бетон на мелкозернистом или обычном наполнителе и легкий на пористом наполнителе. Класс тяжелых смесей по прочности на сжатие не менее В15, класс легких – не ниже В12,5. Остальные характеристики бетона должны соответствовать СНиП 2.03.01-84. 2.2.
Стальной профнастил марок Н и НС.
Арматура стальная стержневая класса А- II и А- III, проволочная — класс Вр. Рекомендуется использовать арматуру А 400С с диаметром сечения 10,8 мм.
Заклепки и строительные шурупы, жесткие саморезы.

Для работы необходимо приготовить:

бетономешалку;
песок;
лопату;
мастерок.

Также понадобится инструмент для крепежных материалов.

Пошаговая инструкция по монтажу

Выбор варианта сооружения перекрытия зависит от особенностей конструкции здания. Есть два основных вида монолитных перекрытий:

Балочные. Этот вид подразумевает установку несущей конструкции под профлистом, которая состоит из опорных балок и колонн.
Безбалочные. В этом варианте перекрытие опирается на стены (капитальные) и передают нагрузку на металлические колонны, выполняющие роль дополнительных опор.

Технология возведения монолитного перекрытия по профнастилу предусматривает установку дополнительных стоек. После затвердевания бетонной смеси их необходимо убрать.

Этапы монтажа:

крепление опалубки из профлиста;
армирование;
заливка бетоном.

Каждый шаг имеет свои нюансы, выполнение которых обязательно.

Пример схемы устройства:

Несъемная опалубка

Основной этап в возведении конструкции — это подготовка и заливка несъемной опалубки из бетоны. Монолитное перекрытие в готовом виде может служить потолком без дополнительного декорирования.

Второе звено, повышающее надежность элемента – профиль. Он обеспечивает ребристое сечение. В итоге конструкция становится более надежной и значительно снижаются затраты на армирование.

Вначале необходимо соединить перфорированные листы с поперечными балками. Затем приступать к монтажу опалубки. Процесс выглядит так:

Установить вертикальные металлические балки. Количество балок не должно быть менее 3-х.
Уложить профилированный настил внахлест в 1 или 2 волны. При этом важно следить, чтобы ребра листа были расположены перпендикулярно к несущим балкам. Крепить листы нужно усиленными саморезами 5,5 мм х 32 мм. На местах нахлестов использовать заклепки. Крепление нужно делать по стыкам профлиста и балок.

Для обеспечения большей прочности следующим этапом нужно провести армирование опалубки.

Армирование

На стадии армирования перекрытия понадобятся крепкие элементы из металла:

проволочная сетка с ячейками, размер которых может быть любым;
прутки металлические разного диаметра и сечения.

Арматура является каркасом перекрытия, увеличивающего прочность и долговечность изделия. Все элементы должны быть между собой крепко и надежно соединены. Это можно сделать с помощью сварки или скрутки.

Если металлические прутья расположить отдельно, то они не обеспечат монолиту надлежащую надежность. Для хорошего сцепления элементов с бетоном рекомендуется брать сетку или прутки с рифленой поверхностью. Расстояние от арматуры до наружного слоя бетона не должно быть менее 5 см.

Вариант армирования монолитного бетонного перекрытия по профлисту:

Бетонирование

Это завершающий этап устройства опалубки после армирования. Для заливки рекомендуется использовать бетонную смесь марки М350 и мелкофракционный щебень (менее 5 мм). Такая смесь хорошо заполнит пустоты. Обычная толщина заливки – 7-8 см.

Нюансы процесса:

До начала заливки усилить профнастил дополнительными опорами. Это могут быть балки, которые нужно установить по осям пролетов. Это временные технологические опоры, которые следует демонтировать после застывания бетонной смеси.
Бетонирование монолита будет более качественным, если его сделать за один раз. Но, при больших площадях рекомендуется заливать по одному пролету за день.
Следующий шаг – нужно дать бетону выстояться, чтобы он набрал рабочую прочность. Цикл созревания смеси равен 10 суткам. Но окончательное время готовности зависит от погодных условий. Зимой этот период может занять 1 месяц и более. При температуре ниже 0°С в смесь следует добавить пластификаторы. Летом при сильной жаре бетон необходимо постоянно смачивать водой, чтобы избежать растрескивания раствора.

Чтобы получить качественный монолит, необходимо уплотнить слой бетона вибратором и «прожелезнить» сухим цементом.

Прочность конструкции будет высокой при правильном расчете и выборе материалов, а также при точном соблюдении технологических требований.

В момент бетонирования необходимо проверять уровни опалубки и выравнивать внутреннюю поверхность.

После созревания бетона нужно заделать трещины и очистить поверхность монолита от загрязнений.

Ошибки и сложности при устройстве

Риски при монтаже монолитного перекрытия связаны с некоторыми недостатками профлиста. Перечень непредвиденных моментов, с которыми можно столкнуться в процессе работ:

потребность в увеличении количества бетонного раствора;
снижение жесткости конструкции;
сдвигание сроков строительства;
превышение сметной стоимости.

На что следует обратить внимание:

Качество расчета. Не следует экономить на услугах проектировщиков. Если расчет проведен неправильно, то несущие профлисты могут не выдержать увеличенную массу бетона.
Качество инструмента и комплектующих. Инструмент необходимо брать удобный с высокой прочностью.
Скорость работ. Профлист нагревается очень быстро и сушит бетон. При задержке это усложнит работу.

При соблюдении рекомендаций и технологии, прочность конструкции будет соответствовать нужным значениям.

Плюсы и минусы профилированного настила

Перекрытие по профнастилу имеет перечень преимуществ:

Хорошую жесткость. Это дает возможность опалубке выдержать вес жидкой бетонной смеси.
Равномерность нагрузки. Использование несущего профлиста в перекрытии приводит к равномерному распределению на каркас нагрузки от веса.
Прочность. Дополнительную прочность обеспечивают ребра жесткости листа, которые являются частью армирования.
Простота и удобство монтажа. При работе не нужна спецтехника, можно заливать большую площадь и не снимать опалубку.
Пожаробезопасность. Бетонное монолитное перекрытие с металлическим листом имеет высокую степень защиты от воздействия огня.
Эстетичный вид. Наружная часть опалубки выглядит очень аккуратно и может использоваться без дополнительной отделки. Конечно, не в жилом помещении.
Снижение финансовых затрат.
Большой срок службы.

Недостатки:

Увеличение времени строительных работ из-за периода созревания бетонной смеси.
Необходимость одновременной заливки всей массы бетона для улучшения качества монолита.

Однако, при соблюдении технологических требований, преимущества подобного вида перекрытия преобладают над недостатками.

Цена за работу

Цена на работы по монтажу монолитного бетонного перекрытия по профнастилу колеблется от 600 рублей до 3500 рублей за 1 кв. м. Стоимость зависит от статуса исполнителя и перечня операций, которые включены.

Максимальная цена складывается из стоимости:

профлиста (1 кв. м);
арматуры (п.м/кв.м);
бетона;
металлических балок опирания.

Также цена зависит от категории используемой техники при монтаже.

Заключение

Для изготовления монолитного перекрытия по профлисту не требуется высокой квалификации исполнителя. Подобную конструкцию можно собрать самостоятельно. Чтобы получить качественный результат, нужно очень внимательно отнестись к этапу расчета и тщательно выполнять инструкцию по созданию монолита.

Совместная работа железобетонных плит перекрытий и стальных балок

В настоящее время в строительстве, а также при реконструкции и реставрации гражданских и промышленных зданий широко применяются сталежелезобетонные конструкции перекрытий. Сталежелезобетонные конструкции — большой класс строительных конструкций, отличающихся как по конструктивному признаку, так и по степени использования фактора совместной работы бетона и стали. Эти столь различные строительные материалы эффективно сочетаются и дополняют друг друга. С 1802 года — момента изобретения железобетона сталь и бетон неразрывно связаны друг с другом. Так же как не существует железобетонного строения без стали, не существует и стального строительства без бетона [1].

Есть несколько типов сталежелезобетонных конструкций, используемых в строительстве зданий и сооружений:

а) Композитные конструкции из железобетонных плит и стальных балок, объединенных для совместной работы конструкции при помощи специальных крепежей или путем обетонирования стальных балок. Основные типы поперечных сечений приведены на рис. 2.

Рис. 2. Варианты поперечных сечений композитных конструкций из железобетонных плит со стальными балками: а) стальная балка и плита объединены при помощи анкерных упоров; б) стальная балка частично обетонирована и объединена с плитой при помощи анкерных упоров; в) стальная балка и плита с вутами объединены при помощи анкерных упоров; г) стальная балка частично обетонирована, сборные железобетонные плиты опираются на нижний пояс балки через лист; д) и ж) опирание плиты по профилированному настилу на стальную балку (промежуточная опора настила), е) опирание плиты по профилированному настилу на частично обетонированную стальную балку (крайняя опора настила); з) полное обетонирование стальной балки; и) опирание железобетонной плиты на нижний пояс балки, анкерные упоры на полке балки; к) опирание железобетонной плиты на нижний пояс балки, анкерные упоры на стенке балки

б) сталежелезобетонные плиты с профилированным настилом, конструкция плиты с профилированным настилом;

в) железобетонные конструкции с жесткой арматурой, работающие на центральное или внецентренное сжатие, растяжение;

г) трубобетонные конструкции с внешней стальной оболочкой в виде круглой трубы, с бетонным ядром без арматуры или с бетонным ядром, армированным продольной гибкой арматурой (с железобетонным ядром).

Обратимся к композитным конструкциям из железобетонных плит и стальных балок.

Объединение в совместную работу железобетонной плиты и стальных балок дает возможность получить достаточно эффективные конструкции перекрытий, надежно работающих как при статических, так и при динамических нагрузках. При этом на участке положительных моментов железобетонные плиты выполняют функцию сжатого верхнего пояса, а нижняя часть стальной балки — растянутого нижнего пояса. Такое распределение усилий ведет к уменьшению сечения стальной балки [2]. На участке отрицательных моментов железобетонные плиты только тогда могут включиться в работу, когда растягивающие усилия, появляющиеся при этом в бетоне, будут преодолены с помощью предварительного напряжения. Предварительно-напряженные сталежелезобетонные балки выгодны только при больших пролетах, что подойдет для производственных зданий.Чем интенсивнее железобетонная плита включается в совместную работу со стальной балкой, тем при меньшей затрате металла можно добиться требуемой несущей способности пролетного строения.

Для достижения совместной работы в сталежелезобетонной конструкции необходимо соединить стальные балки с лежащими на них железобетонными плитами так, чтобы обеспечить надежное восприятие появляющихся между ними сил сдвига. Если этого не сделать, то несущие способности обоих элементов просто суммируются, тогда как несущая способность объединенного сечения существенно возрастает. Это можно пояснить на примере штабеля свободно лежащих друг на друге досок (рис. 1.а и 1.б), которые имеют такую же общую несущую способность, как если бы они лежали рядом друг с другом. Только соединение досок гвоздями, которые воспринимают силы сдвига, обеспечивает большую несущую способность балки, сбитой из досок (рис. 1.в) [1].Исключение сдвига в области контакта составных частей при возникновении нагрузок обеспечивается за счет адгезионных свойств, трения и зацепления соединительных элементов. Эти элементы могут быть изготовлены как жесткие и гибкие упоры, анкеры. На изгиб работают упоры жесткого типа.

Рис. 2. Штабель свободно лежащих друг на друге досок: а, б — свободно лежащие друг на друге доски; в — доски, соединенные гвоздями

Работа объединенных железобетонной плиты и стальной балки отличается от работы конструкций, чья работа учитывается независимо друг от друга: когда стальная балка не объединена с железобетонной плитой, она несет нагрузку одна. Нейтральная ось находится посередине высоты балки. В случае совместной работы, нейтральная ось сдвигается вверх. Верхняя полка балки из стали находится близко к нейтральной оси и может иметь меньшую площадь по сравнению с нижней полкой. При этом в случае одинаковых наибольших напряжениях в нижнем поясе угол эпюры напряжений и прогиб балки значительно меньше, чем в конструкции, где железобетонная плита и стальная балка работают раздельно.

При твердении свежий бетон уменьшается в объеме вследствие происходящих в нем химических процессов. При длительном действии нагрузки в бетоне со временем проявляются неупругие деформации. В сталежелезобетонных балках этим явлениям подвержена только железобетонная плита. Если в объединенной со стальной балкой железобетонной плите происходят деформации в результате явлений усадки и ползучести в результате действия изгибающего момента, то ее несущая способность значительно снижается. При этом стальная балка воспринимает долю нагрузки. Происходит перераспределение усилий. Это явление должно учитываться при расчете комбинированных несущих конструкций большого пролета.

Эффективность сталежелезобетонных конструкций по сравнению с цельно стальными или железобетонными достигается за счет совместной работы двух материалов (бетона и стали), т. е. реализации одного из основополагающих принципов проектирования — принципа совмещения функций различных элементов [3]. По сравнению с несоставными балками достигается экономия массы стали от 30 до 50 %, также увеличивается жесткость конструкции и тем самым уменьшается прогиб перекрытия.

Использование сталежелезобетонных конструкций особенно эффективно в перекрытиях общественных и производственных зданий при больших нагрузках.

Как и у всяких конструкций у сталежелезобетонных конструкций есть свои недостатки:

Необходимость устройства объединительных элементов;
Появление специфических воздействий, вызванных перепадом температур, усадкой и ползучестью бетона;
Усложнение расчетов на прочность и жесткость, необходимость учета двухстадийной работы конструкции, трещинообразования, ползучести бетона, сдвига разнородных материалов по поверхности контакта и других специфических факторов

Проектирование сталежелезобетонных балок затрудняет отсутствие в России нормативных документов по сталежелезобетонным конструкциям в гражданском и промышленном строительстве. Имеется лишь СП 35.13330.2011 Мосты и трубы, где приведены нормы расчета сталежелезобетонных пролетных строений. Эти нормы проектирования адаптируют под строительство зданий и сооружений. Нередко российские проектировщики обращаются к Еврокоду EN 1994–1-1 Проектирование сталежелезобетонных конструкций. Издано руководство для проектировщиков к Еврокоду 4. Его наличие существенно упрощает пользование иностранным нормативным документом. В настоящее время ведется разработка свода правил Сталежелезобетонные сооружения. Правила проектирования. Однако, отсутствие нормативных документов не препятствует изучению сталежелезобетонных конструкций в России. Испытания таких конструкций активно проводятся в Казанском государственном архитектурно-строительном университете. Результаты этих испытаний представлены в работах [4], [5].

1. Харт Ф., Хенн В., Зонтаг Х. Атлас строительных конструкций. — М.: Стройиздат, 1977. — 352 с.

2. Туснин А. Р. Перекрытия многоэтажных зданий со стальным каркасом // Промышленное и гражданское строительство. — 2015. — № 8. — С. 10–14.

4. Замалиев, Ф.С., Сагитов Р. А., Хайрутдинов Ш. Н. Испытание фрагмента сталежелезобетонного перекрытия на статические нагрузки // Известия КазГАСУ —2010. —№ 1 (13). —С. 102–105.

5. Замалиев, Ф.С., Шаймарданов Р. И. Экспериментальные исследования сталежелезобетонных конструкций на крупномасштабных моделях. // Известия КазГАСУ, 2008, № 2 (10). — С. 47–52.

Основные термины (генерируются автоматически): стальная балка, железобетонная плита, конструкция, совместная работа, балок, нейтральная ось, бетонное ядро, друг досок, ползучесть бетона, Россия.

Обоснование применения облегченных монолитных железобетонных перекрытий

Устройство строительных конструкций является важным и необходимым этапом жизненного цикла строительства. Именно на данном этапе происходит практическая реализация проектных решений и формирование фактических параметров надежности конструктивных элементов здания. Актуальной задачей в современном строительстве является уменьшение материалоемкости конструкции путем применения технологических приемов и рационального использования материалов. В данной статье описываются проблемы влияния высокого собственного веса железобетонных перекрытий на конструктивные элементы здания, а также пути их решения с помощью использования неизвлекаемых вкладышей — пустотообразователей. Рассмотрен сравнительный технико-экономический анализ применения монолитных многопустотных и сплошных плоских плит перекрытий.

Ключевые слова: монолитное железобетонное перекрытие, вкладыши-пустотообразователи, материалоемкость конструкции, бетонирование

Перекрытия — это горизонтальные несущие и ограждающие (разделяющие внутреннее пространство в вертикальном направлении) конструктивные элементы здания, предназначенные для формирования высотных структурных элементов: этажей (уровней), а также разделения помещений по функциональному признаку в пределах строительного объема.

Монолитные перекрытия характеризуются тем, что в составе конструктивной схемы плиты применяются исключительно конструктивные элементы, которые изготавливаются непосредственно на строительной площадке. В настоящее время устройство перекрытий из монолитного железобетона имеет распространенный характер для зданий различного функционального назначения и уровня ответственности. Преимущества устройства перекрытий зданий из монолитного бетона (по сравнению со сборными железобетонными конструкциями) становятся очевидными в тех случаях, когда рассматриваются местные условия строительства с низким уровнем доступности и обеспечения сборными железобетонными конструкциями или уникальные объекты строительства, в которых предусматривается сложный формат конструктивной и/или строительной системы.

Несмотря на все преимущества железобетона, критическим недостатком таких конструкций является их высокий собственный вес. Для принятия нагрузок от железобетонных перекрытий требуется усиливать все несущие элементы каркаса здания. Данная необходимость приводит к увеличению расхода материалов; эскалации выбросов СО₂ при производстве цемента, за счёт роста объёмов его потребления; возрастает количество вредных выбросов в окружающую среду от автотранспорта, за счёт увеличения объёма бетона доставляемого на стройплощадку. В совокупности вытекающие процессы негативно сказываются на сбережении ресурсов и экологичности всего строительного производства.

В отечественной и зарубежной практике с целью облегчения конструкций, при возведении монолитных перекрытий, давно применялись бумажные, картонные и пластиковые трубы для устройства пустот и уменьшения веса перекрытий [1].

Чаще всего критерием оптимальности железобетонных конструкций, по которому выбирается то или иное проектное решение, принимается минимум веса конструкции. В общем случае именно вес железобетонных конструкций оказывает наиболее существенное влияние на приведенную стоимость строительства. Вторым критерием при оценке эффективности железобетонных конструкций является снижение расхода арматурной стали.

Применение облегченных монолитных перекрытий за счет снижение веса конструкций и уменьшения их прогибов позволяет существенно оптимизировать конструктивные схемы зданий. На Рис.1. показана оптимизация конструктивной схемы зданий за счет применения облегченных многопустотных монолитных плит перекрытия.

Рис.1. Оптимизация конструктивной схемы здания

Новое конструктивное решение безбалочной железобетонной плиты перекрытия (Рис.2) представляет собой армированную плоскую монолитную плиту, содержащую в своей толще образованные пустотообразователями полости, главное предназначение которых заключается в снижении материалоемкости конструкции. На Рис.3 показана схема устройства пустотообразователей.

Рис.2. Конструктивное решение многопустотного безбалочного перекрытия

Рис.3. Схема устройства блока пустотообразователей в плиту перекрытия

Перекрытие служит несущей конструкцией и одновременно является диафрагмой, придающей зданию необходимую жесткость и устойчивость в поперечном направлении. Многопустотные монолитные плиты относятся к плоским безбалочным перекрытиям. Они могут опираться на колонны, стены или обвязочные балки.

Методы расчёта и конструирования многопустотной плиты приведены во множестве учебников и методических указаний ([2], [3] и др.) В общем случае расчет сборной многопустотной плиты сводится к расчету однопролетной двутавровой балки эквивалентного сечения (сечения считаются эквивалентными при совпадении геометрических характеристик).

Существенным отличием монолитных пустотных плит от сборных является возможность их работы на изгиб в двух направлениях. Сборные плиты рассматриваются как однопролетная балка, опирающаяся по двум коротким сторонам.

Для расчета монолитных перекрытий способ приведения к балке эквивалентного сечения может применяться только для получения приблизительных, оценочных результатов, так как не учитывается пространственная работа конструкций и неразрезность изгибаемых элементов. Многопустотные монолитные плиты рекомендуется рассчитывать в составе общей расчетной модели здания, применяя вычислительные программные комплексы, реализующие расчет методом конечных элементов. Одним из преимуществ решения задачи с применением метода конечных элементов является возможность учета различных факторов, влияющих на работу конструкций, которые трудно учесть при ручных расчетах, например, отверстий в плите или нерегулярно расположенных вертикальных несущих элементов.

На участках у опор (колонн, стен), где по расчету на продавливание и поперечную силу сечения пустотной плиты недостаточно для обеспечения прочности, выполняются сплошные участки без облегчения (без установки пустотообразователей). Также сплошные участки рекомендуется выполнять в местах длительных и постоянных сосредоточенных нагрузок.

Важными характерными размерами многопустотного перекрытия являются:

1) Общая толщина перекрытия h, мм

2) Толщина верхней полки h1, мм

3) Толщина нижней полки h2, мм

4) Высота пустотообразователя (высота ребра) h3, мм

5) Ширина ребра b1, мм

6) Ширина пустотообразователя (расстояние между ребрами) b0, мм

Рис.4. Схема геометрических размеров поперечного сечения многопустотного монолитного перекрытия

Толщина полок назначается в зависимости от условий работы конструкций и условия размещения арматуры (должны быть соблюдены защитные слои). Плита, работающая в двух направлениях, армируется арматурной сеткой со стержнями, уложенными в два слоя. Толщина полок может быть определена по формуле 1:

где a — защитный слой бетона;

Ø — диаметр арматурных стержней.

Минимальный защитный слой для монолитных конструкций согласно действующим нормам a=20 мм. Минимальный допустимый диаметр арматуры 6 мм.

Тогда минимальная толщина полки:

Очевидно, что при больших пролетах и нагрузках арматуры Ø6 мм недостаточно для обеспечения прочности плиты перекрытия. Поэтому толщину полок рекомендуется назначать не менее 60 мм. Кроме того, толщина защитных слоев может быть увеличена для обеспечения требуемой огнестойкости конструкций.

Толщина ребер назначается из условия размещения каркасов, установленных для восприятия поперечной силы. Также каркасы в ребрах могут служить фиксаторами для верхней арматуры.

Форма ребер определяется технологическими особенностями (применяемыми пустотообразователями), однако рекомендуется проектировать сопряжение внутренних граней полок и ребер скругленными с целью предотвращения концентраций напряжений. Несущая способность и жесткость многопустотных плит зависит от формы и размеров пустотообразователей. На практике в основном применяются элементы несъемной опалубки, имеющие форму сфер или эллипсов.

Высоту пустотных плит рекомендуется принимать не менее 25 см и не более 50 см, класс бетона — не менее В25. [4]

В местах опирания плиты на колонны, а также в местах расположения длительно действующих нагрузок должны быть предусмотрены сплошные монолитные участки для восприятия максимальных поперечных усилий и обеспечения прочности на продавливание. В целях удобства наиболее рационально назначать размеры сплошного участка кратно размерам вкладышей.

При проектировании многопустотных монолитных перекрытий для назначения предварительных геометрических размеров сечения могут применяться:

Высота сборных плит перекрытия принимается равной:

Окончательная высота плиты назначается кратной 20 мм. Толщина верхней и нижней полок составляет 25–30 мм, ребер — 30–40 мм. Диаметры круглых пустот могут приниматься 159, 140, 120 мм, что обусловлено технологическими особенностями изготовления плит.

Отличием монолитных перекрытий является их возведение в условиях строительной площадки, поэтому защитные слои бетона согласно нормам должны быть увеличены, что соответственно приводят к увеличению минимальных размеров полок и ребер.

Справочная информация, предоставляемая производителями различных готовых систем пустотообразователей.

В Таблице 1 приведены рекомендации по назначению предварительных геометрических размеров многопустотных монолитных плит, составленные путем обобщения информации от производителей, различных систем облегчения перекрытий.

Рекомендуемые геометрические размеры сечения облегченной плиты

Читайте также: