К ВОПРОСУ РАСЧЕТА СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПЕРЕКРЫТИЯ


Перекрытие – это горизонтальная конструкция, какого либо сооружения, находящееся внутри него, служащее для отделения секций здания по высоте. Постоянные нагрузки, действующие на перекрытия, вызывают необходимость в выборе нужного вида перекрытия, для того что бы оно в полной мере отвечало всем требованиям: прочность (для сопротивления деформациям), звукоизоляция, огнестойкость, теплоизоляция и гидроизоляция (в помещениях с повышенной влажностью). Для определения оптимального варианта перекрытия для здания, ниже представлен перечень существующих видов с описаниями технологий возведения.

Укладка перекрытий

Технологически, есть три вида монтажных способов, из которых выбирают самый оптимальный тип укладки перекрытий:

  • сборный, где применяются заводские элементы, монтируемые на месте;
  • монолитный, при котором плиту изготавливают на месте проведения работ;
  • смешанный, сборно-монолитный, здесь используют пустотелые блоки.

Виды перекрытий между этажами в частном доме, и не только, могут быть разного типа. Эти конструкции используются в жилых домах и в специальных строениях, с большой рабочей площадью.

Конструктивно, представлено два вида перекрытий:

  • балочные, в конструкции наличествует блок и заполнение;
  • без применения балки (безбалочные), здесь применяют монолитные элементы.

Читайте также: Гладилка для бетона своими руками: описание, характеристики и устройство

Конструкции крупнопанельных зданий

Основные конструкции крупнопанельного здания состоят из ленточных или столбчатых сборных фундаментов, элементов каркаса, цокольных панелей, панелей наружных и внутренних стен, перекрытий, покрытий, крыши, сборных крупноразмерных элементов лестниц, карнизов и др. (рис. 164).

Сборные элементы крупнопанельных зданий соединяют сваркой стальных деталей (закладных деталей). Подавляющее большинство сварных соединений крупнопанельного здания находится в швах (стыках) панелей стен, перекрытий, покрытий и др. Панели представляют собой качественный заводской элемент, а стык панелей является элементом построечным. Если к тому же в конструктивном решении шва есть недостатки, то и стальное сварное соединение панелей оказывается в дальнейшем в худших условиях, чем основные заводские части здания. Швы крупнопанельных зданий должны быть объектом внимания как проектировщиков, так и производственников и эксплуатационников.

Из-за жесткости конструкции крупнопанельные здания очень чувствительны к неравномерным осадкам фундаментов. Такая осадка прежде всего сказывается на состоянии шва между панелями, где находится жесткий сварной узел. Поэтому фундаменты и все конструкции подвала (или подполья) крупнопанельного здания должны выполнять с особой тщательностью.

Сварные соединения, в том числе и соединения, находящиеся в швах наружных стен, замоноличивают. Стальные закладные детали сборных заводских элементов и дополнительные стальные детали, с помощью которых осуществляется сварное соединение (накладки, скобы), должны быть защищены от коррозии специальными покрытиями. Бетон высоких марок, находящийся в нормальных влажностных условиях, надежно защищает сталь от коррозии только при определенной толщине и в стыках крупнопанельных зданий не применяется.

Наиболее крупными и тяжелыми сборными элементами надземной части крупнопанельного здания являются стеновые панели, панели и плиты перекрытий и лестничные марши. Размеры и вес стеновых панелей зависят от назначения и конструктивной схемы здания, материала панелей и местных физико-климатических условий района строительства, а также принятой системы разрезки фасада.

Основным вариантом разрезки фасада крупнопанельной стены является однорядная разрезка с панелями на одну, две и реже— на три комнаты (рис. 165). Изредка встречаются крупнопанельные здания с двухрядной и смешанной разрезкой фасадов. При всех вариантах, кроме случая с двухрядной разрезкой, крупнопанельные стены монтируют без перевязки вертикальных швов. Так как наиболее уязвимым местом крупнопанельного здания является шов наружной стены, то чем меньше швов на фасаде, тем выше эксплуатационные качества здания.

Рис. 165. Разрезка панельных стен: а — вертикальная мелкопанельная; б, в — однорядная крупнопанельная; г — двухрядная; д — разрезка фасада каркасного здания; 1 — проемы; 2 — швы панельных стен; 3 — подоконная вставка; 4 — самонесущая двухэтаж* ная простеночная панель

Рис. 166. Наружные стеновые панели: а — однослойная; б — двухслойная; в — трехслойная; 1 — стальные каркасы; 2 — монтажные петли; 3 — стальные закладные детали; 4 — ребристая железобетонная панель; 5 — жесткий утеплитель; 6 — внутренний отделочный слой; 7 — наружный железобетонный слой; 8 — минераловатная плита; 9 — внутренний железобетонный слой; 10 — ребра из керамзитобетона

Толщина наружных стеновых панелей колеблется от 16 до 40 см, а внутренних — от 12 до 20 см. В зависимости от принятой конструктивной схемы здания и роли различных стеновых панелей последние подразделяются на несущие, самонесущие или навесные.

Существует две основные разновидности конструктивных решений стеновых панелей: панели однослойные и многослойные. Панели двух- и трехслойные, виброкирпичные, панели с применением пластических масс являются разновидностями двух указанных основных групп.

При подсчете числа слоев для определения типа панели наружные и внутренние фактурные слои в число слоев не включают, но в теплотехнических расчетах их учитывают.

Однослойные панели в сравнении с многослойными требуют меньше металла, менее трудоемки в изготовлении, обеспечивают лучший теплотехнический режим в помещении (в таких стенах меньше мостиков холода), достаточно прочны. Обладая относительно большой толщиной, они успешно используются в несущих стенах. Из многослойных панелей лучшей является трехслойная (две тонкие железобетонные скорлупы с эффективным утеплением между ними). В двухслойной панели (одна скорлупа и слой утеплителя) опасность накопления влаги в утеплителе, не изолированном железобетонной плитой, больше, чем в трехслойной.

Читайте также: Требования к обустройству водопроводных колодцев

Рис. 167. Панели внутренних несущих стен: а — панель продольной несущей стены; б — то же, поперечной; в — панель подвесной несущей перегородки; г — виброкирпичная панель; 1 — гнезда для опирания подвесных перегородок; 2 — арматура в железобетоне; 3 — проем; 4 — монтажные петли; 5 — виброкирпичная кладка; 6 — отделочный слой; 7 — армированные растворные пояса

Крупные панели выполняют из различных материалов. Однослойные панели могут быть выполнены из керамзитобетона, пенобетона, в виде однослойной внутренней железобетонной или виброкирпичной панели и т. д. Многослойные панели состоят из одного или нескольких слоев конструктивного материала, образующего панель (железобетон, армированный виброкирпичный слой, листы алюминия, жесткий пластик, асбестоцементные листы), и слоя жесткого или гибкого утеплителя в виде легкого керамзитобетона, пенобетона, газобетона, различных легких теплоизоляционных плит, матов и легких пористых пластмасс. Панели с применением пластических масс пока являются экспериментальными.

Основные принципы решений одно-, двух- и трехслойных наружных стеновых панелей показаны на рис. 166. Железобетонные и виброкирпичные панели внутренних несущих стен показаны на рис. 167.

Виброкирпичные панели очень трудоемки в изготовлении и в течение последних лет не применяются.

Горизонтальные конструкции крупнопанельных зданий (перекрытия, покрытия, балконы и т. д.) выполняют из сборных плит заводского изготовления (пустотных или сплошных). Более индустриальными являются крупноразмерные плиты, употребляемые для перекрытий и покрытий размером на комнату. Такие плиты могут быть гладкими (толщиной 10 и 14 см), ребристыми или тонкими кессонными. В последнем случае перекрытие крупнопанельного здания состоит из двух разобщенных плит: потолочная—ребрами вверх и плита пола—ребрами вниз; такая конструкция обладает хорошей звукоизоляцией.

Все горизонтальные элементы соединяют с несущими вертикальными элементами сваркой закладных деталей; места таких соединений замоноличиваются.

Для санитарно-технических и других коммуникаций внутри крупнопанельных зданий проектируют специальные панели или блоки, составляющие стены лестничных клеток и примыкающих к ним кухонь и санузлов. В этих панелях или блоках располагают газоходы и вентиляционные каналы. Желательно, чтобы такой элемент с вертикальными каналами не был стеной жилой комнаты, так как каналы большой протяженности по вертикали не только не снижают звукопроводности стены, а наоборот, резонируют и усиливают передачу звука.

Лестницы крупнопанельных зданий выполняют только из крупноразмерных элементов (цельный марш и площадка или марш-панель). Наружная отделка крупнопанельного здания чаще всего представляет собой побелку по готовому заводскому водостойкому и морозостойкому наружному слою панели. Следует отметить, что в воздухе современных индустриальных городов много примесей, поэтому известковая окраска не эффективна и не долговечна. Для окраски фасадов следует применять более стойкие красители.

Несмотря на малую начальную стоимость, окраска менее экономична, чем другие виды отделки (табл. 10).

ПРОДОЛЖЕНИЕ >>>

Виды перекрытий, применение и особенности

Для проведения расчётов, и чтобы выбрать подходящий тип перекрытия, следует изучить прочность, а также несущую способность стен. Здесь работает простое правило: чем толще и прочнее стена, тем больший вес может быть у перекрытий.


Чердачное перекрытие необходимо при отделении технических помещений верхней части здания и жилой части здания. Для частного дома, чердачное перекрытие принимается в соответствии с нормами теплозащиты. Для этого используется утеплитель. Утепляющий материал подвержен наполнению влагой и требует собственной защиты от влияний влаги. Эту задачу выполняют, прокладывая слои пароизоляционного материала. Для того, чтобы предотвратить образование конденсата паров, скапливающихся под крышей в результате жизнедеятельности человека, используют пароизоляционный материал.

Разные виды межэтажных перекрытий выполняют функцию отделения этажей. Защита от влияния влаги не требуется. Учитывая отопление, систему кондиционирования и теплоизоляционный слой на внешней части здания, необходимость в сохранении тепла в этих перекрытиях не требуется. Стандартное межэтажное перекрытие обеспечивает звукоизоляцию. Влагозащищённые участки монтируются только в помещениях с повышенным риском пропуска влаги, в сантехнических узлах, например.

Подвальные части здания обеспечиваются перекрытиями, для отделения технической части подвальных помещений от жилых помещений. Расчёт перекрытия зависит от функций подвала. Если подвальное помещение постоянно используется для складских помещений, гаража, то требования к особым характеристикам конструкции перекрытия будут понижены, в зависимости от наличия активных зон.

Цоколь обеспечивается перекрытием, которым отделяются отделения жилых помещений от подполья. Теплозащита необходима. Пароизоляция используется ниже, для обеспечения защиты подвального перекрытия.

Читайте также: Сколько цемента в 1 м3 раствора — калькулятор и правила расчета

Использование балочного вида перекрытий


В балочных перекрытиях используются деревянные, а также стальные балки. Каждая балка должна выполнять функции защиты пространства, устраняя утечки тепла и производит шумоизоляцию. В случае, если монтаж междуэтажных перекрытий в деревянном исполнении, применяются специальные сорта дерева. Деревянное покрытие состоит не только из балок. Конструкции наката, полового покрытия и утеплителя рентабельны с экономической точки зрения из-за стоимости материалов. Скорость монтажа дополняется низким весом, но нивелируется отсутствием прочности. На конструкцию перекрытия влияет размер помещения. При недостаточной длине балок, от такого решение стоит отказаться.

Если при строительстве здания необходимо получить прочное перекрытие, следует использовать балки из металла. Вставки выполняются, используя железобетонные плиты. В отличие от деревянных вариантов, размер помещения не влияет на отказ, так как металлические балки доступны в исполнении любой длины.

Данный тип балок прочен и не подвержен механическим влияниям. Коррозийные достоинства ниже, так как влага вызывает разрушение металла при постоянном воздействии. Для избегания этого эффекта следует использовать войлочные материалы в качестве изоляции поверхности железных балок.

Перекрытия без применения балки


Однородность конструкции позволяет производить монтаж перекрытия без использования балочной основы. Функции замены выполняют настилы. В многоэтажных строениях из кирпича применяют плиты и панели, они могут быть как сборными, так и монолитными. Универсальная возможность использовать настилы в качестве опоры, а также использовать функционал в качестве вставок, позволили добиться отсутствия балочной основы.

Монолитная плита прочнее чем сборные, но виды монтажа перекрытия более сложные. Сплошная монолитная конструкция увеличивает нагрузку на несущие стены, при её установке невозможно обойтись без специальной грузоподъемной техники. При небольших размерах объекта рентабельнее использовать сборный тип перекрытий.

Деревянные перекрытия


Такие покрытия по конструкции и материалу имеют оптимальный вес для перевозки и монтажа, не давят на несущие стены здания. Из минусов можно выделить горючесть материалов и подверженность к воздействию грызунов и насекомых. Строительные пропитки в полной мере решают эту задачу.

Традиционное перекрытие, используемое в большинстве домов из любых типов строительных материалов и способов строительства здания. Во время установки балок, на внутренних стенах используют листы рубероида в два слоя. Конструкция наката выполняется из одинарных досок или щитов. Если необходимо использовать короткие и тонкие сечения балок, специально монтируют дополнительные несущие перегородки, чтобы избежать прогиба и нарушения конструкции.

С боковых сторон, на балки крепятся черепные бруски. Накат рассчитывается по ним. Низ наката располагают в одну плоскость с низом балок. Для декоративного эффекта балки намеренно делают более длинными, чтобы они были выступающими.

Обязательное применение антисептических составов защитит материал от разрушений. Гидроизоляция ложится на накат с учётом покрытия половины высоты балки. Сверху монтируют утеплитель. После завершения работы с утеплителем, обшивается потолок. Гипсокартон позволяет быстро получить ровную поверхность. Следует устроить и звукоизоляцию прокладку. В конструкционных отверстиях (труб, вентиляции, дымоходов) производят дополнительная опалубка, с использованием хомутов. Минимум 40 сантиметров – стандарт отдаления балки перекрытия от дымохода.

Монолитные железобетонные перекрытия


Выбор на железобетонные покрытия падает при необходимости в надёжных и крепких конструкциях. Устройство такого перекрытия обязывает соблюдения норм безопасности. Техника, используемая при установке, должна быть проверена и использоваться только профессионалами. Применение балок любой длины и размера, позволяют конструировать помещения любой сложности. Здесь необходим большой объём работ, установка опалубки, правильно уложенная и залитая бетоном арматура, обеспечит значительный объём работ и затраты средств.

Сооружение съёмной опалубки горизонтальной ориентации – первый процесс. Для неё используются деревянные щиты, либо фанера. Установка ригелей для выравнивания опалубки обеспечивается опорными стойками в вертикальном положении.

Составные части временной опалубки просты в изготовлении и представлены на рынке строительных услуг. Размеры щитов часто приходиться переделывать под размер помещения, особенно, если перекрытие особой формы.

Монолитные перекрытия на порядок качественнее разборных, а также отсутствует необходимость в дорогостоящей перевозке. При отсутствии швов, бетон имеет более цельную структуру и отличается повышенной прочностью.

Опалубка устанавливается горизонтально, исключая наличие зазоров. По протяженности устанавливают арматуру, оплетая проволокой в виде сетки, делая ячейки по 20×20 сантиметров. Арматура укладывается с зазором более 2,5 сантиметров. Для соблюдения размерностей необходимо использовать специальные подставки. Есть возможность самостоятельного изготовления их из подручных материалов.

Размерность арматурных стержней высчитывается в соотношении с размером перекрытия. Учитывается способность сопротивления нагрузке. При необходимости добавляется дополнительный ряд арматуры. Для этого необходимо специальным образом заранее подготавливать плоскость первого ряда.

Между железобетонным перекрытием и несущими стенами необходимо использовать пояс из хомутов, для увеличения прочности. Бетон может быть заказным, а также рентабельно производить его на месте используя бетономешалки. Равномерность распределения бетона необходимо поддерживать весь процесс заливки, следя за скоростью и непрерывностью наполнения в опалубку. Снимать опалубку можно только после того как бетон наберет необходимую прочность.

Стержневые конструкции из сталежелезобетона

 Проанализирован опыт применения сталежелезобетонных стержневых конструкций за рубежом и перспективы его применения в России. Приведены сведения о трубобетонных конструкциях, их экономические, конструкционные и технологические преимущества.

Ключевые слова: сталежелезобетонные конструкции, трубобетон, стержневые элементы, композитные материалы, высотное строительство, сталь, бетон

Современное строительство — это разработка новых материалов, имеющих высокие прочностные и эксплуатационные характеристики, поиск новых решений, позволяющих сэкономить как трудовые, так и денежные ресурсы.

На данном этапе развития строительства все чаще применяется такой термин как «композитные материалы». Они, как правило, состоят из пластинчатой основы и наполнителя, в качестве которых выступают, обычно, уже изученные материалы. Таким образом, совмещая различные свойства традиционных материалов, можно получить совершенно новый, обладающий свойствами, количественно и качественно отличающимися от свойств каждого из составляющих. Сталежелезобетон, сочетая в себе железобетонную и стальную составляющие, является отличным примером композитного материала.

Применение сталежелезобетонных конструкций

Для стержневых элементов, таких как балки и колонны, применяются трубобетонные конструкции, которые являются разновидностью сталежелезобетонных. Они выполнены из обоймы в виде металлической трубы, заполненной железобетонной составляющей, образующей внутреннее ядро. При такой комбинации материалов наиболее полно используются их специфические свойства, что позволяет существенно снизить массу конструкции, уменьшить расход стали и бетона, и, как следствие, сократить общие затраты на строительство.

Трубобетонные конструкции широко применяются при строительстве таких ответственных сооружений, как метрополитены, мосты, тоннели и высотные здания. Связано это с тем, что применение такого материала при действии как статических, так и различных динамических воздействий существенно улучшает механические свойства конструкции — прочность, жесткость, устойчивость, огнестойкость.

Опыт применения трубобетона имеют США, Япония и ряд Европейских стран. Но, наиболее широко, на данный момент, трубобетон применяется в Китае. В стране насчитывается более 30 небоскребов, несущие конструкции которых выполнены в трубобетонном исполнении [2]. Ярким примером является телебашня «Canton Tower» в городе Гуанчжоу, построенная в 2009 году. Ее высота достигает 600 метров. Несмотря на то, что здание имеет криволинейную форму, основными несущими элементами являются прямолинейные трубобетонные колонны (рис.1).

Читайте также: ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА СТЕН ИЗ ПОЛИСТИРОЛБЕТОНА И ПЕНОБЕТОНА

Рис. 1. Телебашня Canton Tower в городе Гуанчжоу

Другими примерами применения трубобетона в гражданском строительстве могут служить 58-этажное административное здание «Two Union Square» высотой 230,7 м (США), 72-этажное административное здание в Шинзиэне (КНР), 62-этажное административное здание «Key Bank Tower» (США) [1]. В мостостроении — мост «Manaus-Iranduba» через левый приток Амазонки, его опоры выполнены в виде массивных трубобетонных стоек.

Еще одной разновидностью сталежелезобетонных стержневых конструкций являются конструкции с жесткой арматурой. Они также сочетают в себе свойства двух материалов — стали и бетона, только, в этом случае, ядром служат стальные профили, представленные в виде уголков и швеллеров, а обойма выполнена из железобетона. Такие конструкции применяют, в основном, в промышленном строительстве, при наличии больших нагрузок.

Достоинства сталежелезобетонных конструкций

В трубобетонных конструкциях стальная оболочка выступает в качестве несъемной опалубки, что значительно упрощает процесс возведения конструкции и уменьшает сроки строительства. Помимо этого, стальная труба играет роль продольного и поперечного армирования.

Так как пространство внутри трубы полностью заполнено бетоном, значительно возрастает коррозионная стойкость металла, вследствие уменьшения воздействия негативных факторов на металлическую «опалубку» изнутри. Железобетонный массив, в свою очередь, обжат обоймой равномерно со всех сторон, что обеспечивает его трехосное сжатие, при котором прочность бетона возрастает в несколько раз. Также, наличие стальной оболочки снижает процесс трещинообразования в бетоне, уменьшает влияние таких факторов, как ползучесть и усадка.

Следует отметить, что заполнение стальной трубы бетоном повышает жесткость элементов, локальную устойчивость стенок трубы, значительно увеличивает несущую способность и огнестойкость.

Конструкции из трубобетона используются при строительстве ответственных сооружений, так как они очень надежны в эксплуатации. В отличие от железобетонных элементов, которые при развитии больших деформаций могут мгновенно потерять несущую способность, трубобетонные конструкции способны выдерживать значительные нагрузки в течение более долгого времени. Таким образом, исключается возможность хрупкого разрушения, которое считается особенно опасным.

Именно поэтому, возможно применение таких конструкций при строительстве особо важных объектов, высотных зданий в любых условиях, даже в сейсмоопасных районах.

К экономическим преимуществам относятся: сокращение расхода металла при возведении каркасов высотных зданий в 1,8–2 раза, сокращение сроков строительства коробок зданий и сооружений в 1,5–2 раза, снижение себестоимости строительства на 25–35 %. К технологическим: возможность работы в зимнее время, снижение объема сварочных работ, высокая скорость возведения [5].

Недостатки применения

Сложность обеспечения совместной работы стали и бетона существенно осложняет применение трубобетонных конструкций, требуя разработки эффективных узлов сопряжения. Также, достаточно трудоемко сопряжение трубобетонных колонн с элементами перекрытия.

Помимо этого, расчет таких конструкций является достаточно сложным. На данный момент, не существует единой методики расчета, учитывающей все факторы, влияющие на работу такой составной конструкции.

Несмотря на то, что история применения сталежелезобетона берет свое начало еще в середине XIX века, в России материал пока не получил широкого применения. Связано это, отчасти, с тем, что процесс проектирования сталежелезобетонных конструкций усложняется из-за отсутствия нормативной базы. На данный момент, идет разработка Свода Правил по проектированию сталежелезобетонных конструкций, и очень хочется надеется, что после их утверждения трубобетонные конструкции найдут широкое применение в нашей стране.

Литература:

  1. Афанасьев А. А., Курочкин А. В. Трубобетонные конструкции для возведения каркасных зданий // Academia. Архитектура и строительство. — 2020. — № 2. — С. 113–118.
  2. Дуванова И. А., Сальманов И. Д. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. — 2020. — № 6. — С. 89–103.
  3. Кришан А. Л. Трубобетонные колонны для многоэтажных зданий // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2009. — № 4. — С. 75–80.
  4. Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Чесноков Г. В., Михалдыкин Е. С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 2. Расчет трубобетонных конструкций с металлической оболочкой // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». — 2020. — № 4.
  5. https://elima.ru/articles/index.php?id=177
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
Adblock
detector