Оглавление статьи:
Особенности монолитных безбалочных перекрытий
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 14.12.2019 2019-12-14
Статья просмотрена: 1574 раза
Библиографическое описание:
Зацепилова, А. В. Особенности монолитных безбалочных перекрытий / А. В. Зацепилова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 50 (288). — С. 108-111. — URL: https://moluch.ru/archive/288/65276/ (дата обращения: 19.09.2021).
Ключевые слова: железобетонное перекрытие, колонна, капитель, узел опирания.
В настоящее время активно развивается строительство жилых и общественных зданий из монолитного железобетона. Рациональным является использование каркасно-стеновой конструктивной системы, позволяющей обеспечить свободные планировки помещений при соблюдении требования по необходимой жесткости и устойчивости здания. Конструкция представляет собой систему из вертикальных несущих элементов — колонн, стен и горизонтальных несущих элементов — перекрытий.
Железобетонные плоские перекрытий являются одним из самых распространенных видов конструкций, которое применяются в строительстве зданий и сооружений. Выделяют две основные группы перекрытий в соответствии с их конструктивными схемами. Первая группа — балочные перекрытия, вторая группа — безбалочные перекрытия.
В балочных перекрытиях расположение балок возможно в одном или в двух направлениях. Обеспечивается совместная работа балок и опирающихся на них плит. Иная ситуация в безбалочных перекрытиях, где опирание плиты происходит непосредственно на колонну.
Безбалочные превосходят балочные перекрытия по следующим пунктам:
− возможность возведения зданий любой конфигурации в плане, с различными объемно-планировочными решениями;
− улучшение освещенности помещения;
− упрощение устройства инженерных коммуникаций;
− уменьшение в целом высоты постройки;
− уменьшение расхода материала для стен.
Существенным недостатком является большой собственный вес безбалочных перекрытий по сравнению с балочными. Несмотря на утяжеление конструкций строительство зданий со сплошными перекрытиями получило широкое распространение в нашей стране и в мире в связи с технологической простотой возведения таких перекрытий.
Существуют следующие разновидности безбалочных перекрытий:
Безбалочные перекрытия с капителями появились более 100 лет назад. Впервые такие перекрытия были выполнены Рунером и Торнером в 1906 г. в США. В Европе первое безбалочное перекрытие было использовано в 1908 г. в России А. Ф. Лoлейтом при строительстве четырехэтажных молочных складов в Москве. В СССР они применялись в основном в промышленных зданиях, московских станциях метро, подземных резервуарах. В общественных и жилых зданиях безбалочные перекрытия не использовались, так как капитель, необходимая для устройства перекрытия, уменьшала высоту и полезный объем помещений. [1].
С развитием в строительстве технологических приемов и механизмов, стремление к увеличению строительного объема зданий и уменьшению экономических затрат возросла роль монолитного строительства.
Для расчета безбалочных плит Маркусом и Штаерманом М. Я. был разработан метод заменяющих рам (рис.1). По методу заменяющих рам, который вошёл в учебники по железобетонным конструкциям, выполняется расчет двух накрест расположенных рам, причем расчетная ширина ригеля рамы принимается равной полусумме прилегающих пролетов, перпендикулярной к плоскости данной рамы. После их статического расчёта проводится конструирование плиты исходя из балочной схемы работы перекрытия. Приопорные участки конструируются по значениям поперечных сил, полученными также при расчёте рам. Существенным недостатком данного метода является большая погрешность в случае неравных пролетов. [1].
Рис. 1. Расчетная схема плиты для расчета методом заменяющих рам [1]
Конструктивно безбалочные плиты могут быть с капителями и без них (рис. 2).
− обеспечение жесткого сопряжения перекрытий с колоннами в системе каркаса здания;
− увеличение прочности плиты перекрытия на излом;
− обеспечение прочности плиту от продавливания в месте ее опирания на колонны;
− увеличение общей жесткость перекрытия;
− уменьшение расчетного пролета плиты и более равномерное распределение усилий по ее ширине.
Рис. 2. Монолитное безбалочное перекрытие а) без капители; б) с капителью [1]
Монолитные безбалочные бескапительные перекрытия увеличивают полезный объем помещений, позволяют наиболее выгодно проложит инженерные сети, уменьшают расход материалов.
Зона опирания плиты на колонну является наиболее ответственным местом конструкции безбалочного монолитного перекрытия и требует проверки прочности этой зоны на продавливание.
Современные исследователи не пришли к общему мнению о механизме продавливании плиты. Экспериментальные исследования показали, что характер разрушения изменяется от хрупкого (мгновенно) до пластического. На данный момент существуют два основных представления о механизме продавливания.
Одни исследователи считают, что плиты сопротивляются продавливанию за счет прочности бетона на растяжение. Продавливание — пространственная форма скалывания, во время которого из тела плиты происходит выкалывание бетонной усеченной пирамиды, боковые стороны которой наклонены по углом 45 к горизонтали, а высота равна рабочей высоте плиты (h).Этот механизм продавливания принят в СП 63.13330.2018, где рассматривают расчетное поперечное сечение, расположенное вокруг зоны передачи усилий на элемент на расстоянии 
нормально к его продольной оси (рис.3). [2]
Рис. 3. Условная модель для расчета на продавливание [2]
Иной подход базируется на предположении, что плита сопротивляется продавливанию за счет работы сжатой зоны вблизи колонны, которая находится в условиях сложного напряженного состояния сжатия. Профессор В. А. Клевцов и А. Н. Болгов (НИИЖБ) считают, что несущая способность может определяться работой бетона как на растяжение, так и на сжатие. В лаборатории НИИЖБ ими был проведен ряд экспериментов, направленных на изучение влияния сжимающего усилия со стороны верхней колонны на несущую способность плиты при продавливании. По результатам испытаний В. А. Клевцов и А. Н. Болгов пришли к выводу, что разрушение плиты при продавливании имеет несколько механизмов, при которых роль прочности бетона на растяжение и сжатой зоны плиты изменяется в зависимости от физических и геометрических параметров конструкций. [3]
Таким образом, механизм продавливания плит перекрытия неоднозначен и требует дальнейших подробных исследований экспериментальных и аналитических, а также усовершенствования нормативной базы.
- Дорфман А. Э., ЛевонтинЛ.Н.. Проектирование безбалочных бескапительных переркрытий. — М.:Стройиздат, 1975. — 124 с.
- СП 63.13330.2018 «СНиП 52–01–2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». — М., 2018. — 168 с.
- Клевцов В. А., Болгов А. Н. Действительная работа узлов плоской безбалочной бескапительной плиты перекрытия с колоннами при продавливании // Бетон и железобетон. — 2005. — № 32. — С. 17–19.
Безбалочные перекрытия из монолитного железобетона
Довольно часто вместо традиционных заводских плит в конструкциях зданий применяются без балочные перекрытия из монолитного железобетона – пространственные бетонные системы, опирающиеся на стены или колонны. В этой статье мы подробно рассмотрим существующие виды таких конструкций, их конструктивные особенности, зависимость возможных изломов от нагрузок при опирании на вертикальные опоры и другие вопросы. 
Основные виды и особенности бетонных перекрытий
Итак, монолитные безбалочные железобетонные перекрытия по способу опирания мы разделим на несколько видов – с опорой на стены и на колонны.
Горизонтальные несущие конструкции, опирающиеся на колонны, называются кессонными. Они применяются в основном для перекрытия административных, коммерческих и общественных зданий каркасного типа. Широким спросом пользуются в европейских странах, но и в России используются нередко. В частном индивидуальном строительстве подобные системы не применяются.
Горизонтальная несущая конструкция кессонного типа
Железобетонные перекрытия с опиранием на стены можно условно разделить на такие типы:
- Монолитные – представляют собой цельнолитые бетонные конструкции, сооружаемые по всему периметру здания.
Конструкция монолитной плиты
- Сборно-монолитные (СМП) – больше относятся к категории балочных конструкций, так как выкладка блоков-вкладышей производится на специальные балки. Однако при этом сооруженная система служит несъемной опалубкой, а основная жесткость и несущая способность перекрытия обеспечивается за счет последующего армирования и бетонирования пустот между рядами блочных элементов и слоя толщиной 50 мм поверх них.
Конструкция сборно-монолитного перекрытия
Конструктивно сборно-монолитное перекрытие состоит из таких элементов:
- Балки – раскладываются между 2-мя стенами с определенным шагом в соответствии с типоразмером блоков-вкладышей.
- Блоки-вкладыши – выкладываются между балками с плотным примыканием друг к другу.
Балки и блоки-вкладыши формируются несъемную опалубку, которая впоследствии армируется и бетонируется. За счет наличия армирующего каркаса и заливки бетоном пространства между рядами блочных элементов и формирования бетонного слоя толщиной 50 мм по всей площади перекрытия обеспечивается повышенная прочность и жесткость конструкции.
Процесс формирования несъемной опалубки из балок и блоков-вкладышей
Данная технология чаще применяется в индивидуальном строительстве. Более подробно особенности работ с использованием керамических блоков вкладышей рассмотрены в следующем видео:
Состав и функции блоков-вкладышей
Сегодня производители предлагают большой выбор блоков-вкладышей для сборно-монолитных перекрытий:
-
Керамзитобетонные – отличаются хорошей прочностью и минимальной ценой.
Керамзитобетонные блоки-вкладыши
-
Газосиликатные – характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами и идеальными геометрическими размерами
- Полистиролбетонные – отличаются низкой теплопроводностью. Минус – невысокая пожаростойкость.
Газобетонные изделия
Основная функция блоков-вкладышей – формирование сплошной конструкции по всей площади для качественного бетонирования перекрытия.
Кессонное перекрытие
Кессонные безбалочные перекрытия представляют собой ребристые монолитные конструкции с взаимно перпендикулярными ребрами снизу, опирающиеся на колонны с капителями. Основная особенность подобных систем заключается в том, что бетон сосредотачивается в участках сжатия (ребра жесткости) и удаляется из зоны растяжения. Это позволяет сэкономить на растворе и одновременно с этим получить систему с повышенной жесткостью. Конструктивно они напоминают ребристые плиты перекрытия, которые производятся в заводских условиях.
Кессонное перекрытие с круглыми колоннами
Проектирование монолитного безбалочного перекрытия выполняется с прямоугольной либо квадратно сеткой колонн. При этом по контуру строения конструкция может опираться на несущие стены и/или контурные обвязки и даже консольно выступать за капители крайних колонн. Капитель – это венчающая часть, необходимая для создания достаточной жесткости в месте сопряжения плиты с колонной и обеспечения прочности монолита на продавливание.
Конструкция и формы кессона
Сооружение выполняется с использованием пластмассовых кессонообразователей – специальных форм размерами 740х800 мм, высотой 200-400 мм и с наклоном боковых граней до 18°. Их раскладывают на небольшом расстоянии друг от друга (по осям 800х800 мм) с целью образования полостей для бетонирования монолитных ребер. В результате ребра получаются толщиной 200-400 мм, а сплошная часть конструкции – 50-60 мм.
Раскладка кессонообразователей
Армирующая сетка в конструкции кессонов располагается поверх опалубки. Но особое внимание уделяется армированию утолщенных участков монолитного перекрытия – для этого обычно используется предварительно напряженная арматура большего, чем для горизонтальной сетки, сечения.
Армирование кессонной конструкции
Для правильного устройства кессонной конструкции применяется специальная опалубка, состоящая из металлических обрешеток и вертикальных стоек. Их монтируют с учетом размеров кессонообразователей, которые впоследствии укладываются поверх обрешетки. Бетон к пластику не прилипает, поэтому формы после застывания бетонной конструкции удаляются легко.
Какие нагрузки наиболее значимые?
Безбалочное монолитное перекрытие кессонного типа рассчитывается по методу предельного равновесия. На практике определено, что самыми опасными для конструкций этого вида являются следующие нагрузки:
- Полосовая нагрузка – при воздействии возникает 3 линейных пластических шарнира, который соединяют звенья на участках излома. В пролетах шарниры возникают по оси нагруженных конструкций, поэтому в этом случае трещины образуются снизу перекрытия. Вблизи опор шарниры возникают на определенном расстоянии от оси колонн, которое зависит от размеров и конфигурации капителей, и трещинообразование наблюдается сверху. На крайних участках (при опирании на стену) по наружной краю образуется только 2 пластических шарнира в пролете и возле опоры недалеко от 1-го промежуточного ряда колонн.
- Сплошное загружение – линейные пластические шарниры взаимно перпендикулярны и параллельны рядам колонн и образуются в средних панелях с трещинообразованием снизу. При этом возникающие шарниры разделяют каждую условную панель на 4 звена, вращающихся вокруг этих опорных пластических шарниров с осями в зоне капителей, расположенными под 45° относительно рядов колонн. Раскрытие трещин в средних панелях над шарнирами происходит вверху, а по линиям колонн – трещины проходят по всей толщине перекрытия. Схема образования пластических шарниров в крайних панелях зависит от конструкции опорных элементов (наличие полу капителей с окаймляющими балками или свободное опирание на стену и т.д.).
Устройство кессонной горизонтальной несущей конструкции
Как рассчитать затраты и производительность?
Благодаря рамной конструкции, применение кессонных перекрытий обеспечивает возможность значительного уменьшения кубатуры здания, а значит и стоимости его строительства. Наиболее выгодным считается их обустройство на промышленных, гражданских и административных объектах. С их помощью перекрываются пролеты длиной до 6 м, а несущая способность рамных систем составляет до 500 кг/м2.
Финансовые затраты на устройство минимизируются благодаря экономному расходу бетона. Также это отражается на трудоемкости и скорости сооружения. Однако при проектировании таких систем важно учитывать, что в местах расположения колонн и капителей перекрытие должно быть сплошным – т.е. кессонообразователи на этих участках не устанавливаются.
Процесс бетонирования кессонного перекрытия
Расчет затрат на монолитное перекрытие этого типа выполняется с учетом расхода необходимых материалов и приспособлений:
- Опалубка из металлических обрешеток и опорных стоек, а также пластмассовые кессонообразователи – в большинстве случаев арендуются.
- Бетон – обычно заказывается «миксер» с бетононасосом для автоматической подачи смеси на перекрытие.
- Арматура для армирования.
Однако учитывайте и то, что от дополнительных и непредвиденных расходов никто не застрахован
Безбалочные сборно-монолитные перекрытия
Строительство с применением железобетонных конструкций характеризуется обилием инженерных решений, принцип работы и особенности которых понятны лишь специалистам от архитектуры и строительного проектирования. Наш ликбез исправит эту оплошность, поведав читателям о технологии безбалочных сборно-монолитные перекрытий (ББСМП).
Устройство и характерные особенности
Как и прочие виды сборно-монолитных конструкций, безбалочные перекрытия имеют чёткое разделение функций монолитной и сборной части общего железобетонного массива. Общая характерная черта — использование ЖБИ фабричного производства в качестве некоего подобия опалубки, элементы которой после замоноличивания объединяются для более эффективного восприятия нагрузок и воздействий.
Чтобы понять разницу между безбалочными и балочными перекрытиями, не будет лишним познакомиться с физической моделью работы последних. Основным несущим элементом в них выступает система однонаправленных или поперечно-направленных балок, опирающихся на вертикальные колонны. На сами балки укладываются железобетонные плиты или доски, таким образом, зона восприятия нагрузок увеличивается благодаря опиранию по всей протяжённости короткой стороны ЖБИ.
Безбалочные перекрытия отличаются тем, что вместо балок в них используются надколонные панели, на которые поперёк уложены межпролётные панели.
Характерное отличие ББСМП заключается в отказе от опирания на несущие внутренние стены, панели передают нагрузку только на ограждающие конструкции. Центральная часть перекрытия поддерживается равнопролётной сеткой колонн. Это достаточно сложная система, функции которой наиболее ярко выражаются при использовании совместимых ЖБИ одного производителя, конструкцией которых предусмотрено достаточное число и верное расположение технологических уступов и шпунтов. Также безбалочные системы примечательны тем, что это один из немногих типов железобетонных конструкций, в которых соединение арматурных каркасов изделий выполняется сваркой.
Назначение безбалочных перекрытий
Сложность устройства ББСМП окупается более рациональным использованием объёма помещения нижних этажей при сопоставимой конструкционной прочности. Потолок избавлен от системы ребер, препятствующих свободному проведению инженерных коммуникаций и затрудняющих отделку.
Конструктивные решения по части безбалочных перекрытий с межпролетным расстоянием до 6 метров в обоих направлениях достаточно подробно изучены и описаны. Однако применение таких конструкций в гражданском строительстве сильно ограничено ненадобностью сооружения помещений столь значительной протяженности со свободной планировкой. Тем не менее, производителями систем несъёмной опалубки достаточно часто предлагаются решения, позиционируемые как ББСМП, но по сути таковыми не являющимися. В общем варианте исполнения балки в подобных перекрытиях все же имеются, хотя они и скрыты в толще сборно-монолитной плиты и представлены стальным двутавром.
Тем не менее, оригинальная технология может применяться на объектах коммерческой и жилой недвижимости, строящихся в частном порядке. Прежде всего, это перекрытия первого этажа над монолитным цоколем, а также междуэтажные перекрытия зданий из композитных бетонных панелей. Как правило в таких случаях сетка колонн включает не более 4–9 опор, то есть общая площадь перекрытия при таком способе устройства может достигать 300 м 2 . Из дополнительных преимуществ безбалочной системы можно отметить сниженный расход бетона и, как следствие, меньший вес каркасной конструкции.
Расчёт и проектирование
Номенклатура ЖБИ для сборно-монолитных безбалочных перекрытий и технические требования к изделиям изложены в ГОСТ 27108–86. Общее описание системы ББСМП и указания по проектированию и расчёту подробно описаны в пособии к СНиП 2.03.01–84 «Проектирование железобетонных сборно-монолитных конструкций».
На практике используются специальные програмные комплексы САПР для расчёта безбалочных сборно-монолитных конструкций
Расположение колонн для ББСМП может приниматься как равнонаправленное, так и по пересечениям прямоугольной сетки, однако в последнем случае соотношение длин пролётов не должно превышать 1,5:1. Частота установки опор должна определяться допустимой нагрузочной способностью плит в соответствии с её расчётом на прогиб под эксплуатационными нагрузками. Общая тенденция такова, что с увеличением шага установки колонн снижается толщина перекрытия и, как следствие, удельный вес конструкции становится меньше. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании зданий на ленточных фундаментах, опирающихся на ослабленный грунт. Средний показатель толщины плит колеблется от 1/30 до 1/35 длины пролёта.
Общепринятая методология расчёта основывается на определении достаточного сечения несущих элементов в соответствии с требуемой прочностью по предельным состояниям первой группы. В ходе расчёта устанавливается достаточная толщина поперечного сечения элементов, нормального к продольной оси, в зависимости от различных условий. После этого выполняется расчёт сечений, наклонных к продольной оси, для противодействия нагрузкам смещения и косоугольных изгибающих моментов.
Пример расчёта по распределению колонн и размеру капитель
Поскольку речь идет о расчёте сборно-монолитных конструкций, отдельным разделом Приложения описывается методика расчёта прочности контактных швов омоноличивающего бетона отдельно для промежуточных и крайних опор. Целью этого расчёта является определение, как достаточной площади контактного пятна, так и применяемые методы связи сборно-монолитной конструкции: выведение арматурных элементов, устройство шпонок, обеспечение шероховатости поверхностей в зоне контакта. Эти расчёты, включая определение выносливости, также проводят по методу предельных состояний первой группы.
В завершение проектных изысканий определяется эксплуатационная устойчивость, то есть расчёт ведётся по методу предельных состояний второй группы. Сюда входит определение допустимой ширины раскрытия трещин и расчёт компенсирующих усилий сжатия и растяжения, в обоих случаях отдельно определяются показатели в плоскости, нормальной и наклонной к продольной оси железобетонного элемента. Завершается расчёт определением допустимой кривизны и деформаций в соответствии с требованиями к комплексному равновесию каркасной системы.
Используемые разновидности плит и колонн
При возведении ББСМП могут применяться как типовые изделия по ГОСТ 27108–86, так и специально запроектированные. Последнее, разумеется, в частном строительстве — большая редкость. Как правило, речь идёт о трёх типах унифицированных изделий: колоннах, навершиях к ним, а также плитах специальной конфигурации.
1 — колонна; 2 — капитель; 3 — плита перекрытия
Начать следует с того, что пригодные к использованию в безбалочных перекрытиях колонны и капители должны иметь пазо-шпунтовые соединения. Это требование диктуется упомянутым выше Пособием, где отмечается, что расчёт ведётся по состоянию сборно-монолитной конструкции до набора омоноличивающим бетоном проектной прочности. В действительности допускается временное крепление колонн и капителей стальными хомутами, которые снимают после окончательного отверждения бетонных шпонок, однако эта технология более сложная и на практике применяется редко.
Плиты для ББСМП используются двух типов. Надколонные имеют специальные углубления, препятствующие их поперечному смещению и предназначенные для технологичной стыковки с навершиями колонн. Как правило, надколонные плиты имеют оголённую арматуру как минимум по двум противолежащим краям. Реже используются плиты с отбортовкой, предназначенное для стыковки с пазами в капителях. Пролётные плиты могут изготавливаться либо с расчётом на замоноличивание только технологических швов и иметь оголенную арматуру по всем сторонам, либо омоноличиваться общим покрывающим слоем, в таком случае все их торцы будут гладкими.
Железобетонные изделия для ББСМП как правило изготавливают из тяжёлого бетона марки не ниже В25 с предварительно напряженной арматурой. В ходе реальных испытаний также была установлена возможность использования бетона на облегчённом (пористом) заполнителе при ограниченной длине пролета, а также пустотелых изделий со сферическими полостями.
Порядок монтажа безбалочных СМП
Возведение зданий с ББСМП ведётся строго поэтажно. Непосредственно устройство перекрытия выполняется по завершению установки колонн, которому предшествует монтаж закладных деталей в перекрытие нижнего этажа. Колонны также могут монтироваться по разрезному принципу, однако от такой технологии часто отказываются из-за значительной протяжённости пазо-шипового соединения.
После установки и выверки сетки опор на их уширения устанавливают оголовки. Следом проводится монтаж поясной опалубки, предназначенной для удержания бетонной массы при заливке шпонок. На капители сверху укладывают надколонные плиты и стыкуют их способом, который предусмотрен конфигурацией ЖБИ. Поверх подклонных плит укладывают межпролётные, обычно имеющие заужение в области опирания для облегчения выполнения монолитных работ.
После установки сборных элементов производится увязка дополнительных арматурных каркасов в швах омоноличивания и монтаж закладных под колонны следующего этажа при необходимости. После этого технологические пазы заливают бетоном марки В15, который усаживается вибрационным методом. На этом этапе становится очевидной вся сложность устройства перекрытий по технологии ББСМП: помимо того, что требуется тщательно подобрать изделия из номенклатуры, на строительной площадке необходимо обеспечить все условия для проведения работ по двум разным технологическим процессам с использованием широкого ряда строительной техники, зачастую тяжёлой.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Безбалочные сборно-монолитные перекрытия
Строительство с применением железобетонных конструкций характеризуется обилием инженерных решений, принцип работы и особенности которых понятны лишь специалистам от архитектуры и строительного проектирования. Наш ликбез исправит эту оплошность, поведав читателям о технологии безбалочных сборно-монолитные перекрытий (ББСМП).
- Устройство и характерные особенности
- Назначение безбалочных перекрытий
- Расчёт и проектирование
- Используемые разновидности плит и колонн
- Порядок монтажа безбалочных СМП
Устройство и характерные особенности
Как и прочие виды сборно-монолитных конструкций, безбалочные перекрытия имеют чёткое разделение функций монолитной и сборной части общего железобетонного массива. Общая характерная черта — использование ЖБИ фабричного производства в качестве некоего подобия опалубки, элементы которой после замоноличивания объединяются для более эффективного восприятия нагрузок и воздействий.
Чтобы понять разницу между безбалочными и балочными перекрытиями, не будет лишним познакомиться с физической моделью работы последних. Основным несущим элементом в них выступает система однонаправленных или поперечно-направленных балок, опирающихся на вертикальные колонны. На сами балки укладываются железобетонные плиты или доски, таким образом, зона восприятия нагрузок увеличивается благодаря опиранию по всей протяжённости короткой стороны ЖБИ.
Безбалочные перекрытия отличаются тем, что вместо балок в них используются надколонные панели, на которые поперёк уложены межпролётные панели. Каждая из колонн в таких случаях имеет расширение в верхней части, называемое капителью, функциональным назначением которой служит увеличение пятна контакта между сборными элементами конструкции. Монолитная часть перекрытия может включать как общий железобетонный покров, так и специальные шпонки, предназначенные для обездвиживания панелей и их жёсткого скрепления с капителями колонн.
Характерное отличие ББСМП заключается в отказе от опирания на несущие внутренние стены, панели передают нагрузку только на ограждающие конструкции. Центральная часть перекрытия поддерживается равнопролётной сеткой колонн. Это достаточно сложная система, функции которой наиболее ярко выражаются при использовании совместимых ЖБИ одного производителя, конструкцией которых предусмотрено достаточное число и верное расположение технологических уступов и шпунтов. Также безбалочные системы примечательны тем, что это один из немногих типов железобетонных конструкций, в которых соединение арматурных каркасов изделий выполняется сваркой.
Назначение безбалочных перекрытий
Сложность устройства ББСМП окупается более рациональным использованием объёма помещения нижних этажей при сопоставимой конструкционной прочности. Потолок избавлен от системы ребер, препятствующих свободному проведению инженерных коммуникаций и затрудняющих отделку.
Конструктивные решения по части безбалочных перекрытий с межпролетным расстоянием до 6 метров в обоих направлениях достаточно подробно изучены и описаны. Однако применение таких конструкций в гражданском строительстве сильно ограничено ненадобностью сооружения помещений столь значительной протяженности со свободной планировкой. Тем не менее, производителями систем несъёмной опалубки достаточно часто предлагаются решения, позиционируемые как ББСМП, но по сути таковыми не являющимися. В общем варианте исполнения балки в подобных перекрытиях все же имеются, хотя они и скрыты в толще сборно-монолитной плиты и представлены стальным двутавром.
Тем не менее, оригинальная технология может применяться на объектах коммерческой и жилой недвижимости, строящихся в частном порядке. Прежде всего, это перекрытия первого этажа над монолитным цоколем, а также междуэтажные перекрытия зданий из композитных бетонных панелей. Как правило в таких случаях сетка колонн включает не более 4–9 опор, то есть общая площадь перекрытия при таком способе устройства может достигать 300 м 2 . Из дополнительных преимуществ безбалочной системы можно отметить сниженный расход бетона и, как следствие, меньший вес каркасной конструкции.
Расчёт и проектирование
Номенклатура ЖБИ для сборно-монолитных безбалочных перекрытий и технические требования к изделиям изложены в ГОСТ 27108–86. Общее описание системы ББСМП и указания по проектированию и расчёту подробно описаны в пособии к СНиП 2.03.01–84 «Проектирование железобетонных сборно-монолитных конструкций».
На практике используются специальные програмные комплексы САПР для расчёта безбалочных сборно-монолитных конструкций
Расположение колонн для ББСМП может приниматься как равнонаправленное, так и по пересечениям прямоугольной сетки, однако в последнем случае соотношение длин пролётов не должно превышать 1,5:1. Частота установки опор должна определяться допустимой нагрузочной способностью плит в соответствии с её расчётом на прогиб под эксплуатационными нагрузками. Общая тенденция такова, что с увеличением шага установки колонн снижается толщина перекрытия и, как следствие, удельный вес конструкции становится меньше. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании зданий на ленточных фундаментах, опирающихся на ослабленный грунт. Средний показатель толщины плит колеблется от 1/30 до 1/35 длины пролёта.
Общепринятая методология расчёта основывается на определении достаточного сечения несущих элементов в соответствии с требуемой прочностью по предельным состояниям первой группы. В ходе расчёта устанавливается достаточная толщина поперечного сечения элементов, нормального к продольной оси, в зависимости от различных условий. После этого выполняется расчёт сечений, наклонных к продольной оси, для противодействия нагрузкам смещения и косоугольных изгибающих моментов.
Пример расчёта по распределению колонн и размеру капитель
Поскольку речь идет о расчёте сборно-монолитных конструкций, отдельным разделом Приложения описывается методика расчёта прочности контактных швов омоноличивающего бетона отдельно для промежуточных и крайних опор. Целью этого расчёта является определение, как достаточной площади контактного пятна, так и применяемые методы связи сборно-монолитной конструкции: выведение арматурных элементов, устройство шпонок, обеспечение шероховатости поверхностей в зоне контакта. Эти расчёты, включая определение выносливости, также проводят по методу предельных состояний первой группы.
В завершение проектных изысканий определяется эксплуатационная устойчивость, то есть расчёт ведётся по методу предельных состояний второй группы. Сюда входит определение допустимой ширины раскрытия трещин и расчёт компенсирующих усилий сжатия и растяжения, в обоих случаях отдельно определяются показатели в плоскости, нормальной и наклонной к продольной оси железобетонного элемента. Завершается расчёт определением допустимой кривизны и деформаций в соответствии с требованиями к комплексному равновесию каркасной системы.
Используемые разновидности плит и колонн
При возведении ББСМП могут применяться как типовые изделия по ГОСТ 27108–86, так и специально запроектированные. Последнее, разумеется, в частном строительстве — большая редкость. Как правило, речь идёт о трёх типах унифицированных изделий: колоннах, навершиях к ним, а также плитах специальной конфигурации.
1 — колонна; 2 — капитель; 3 — плита перекрытия
Начать следует с того, что пригодные к использованию в безбалочных перекрытиях колонны и капители должны иметь пазо-шпунтовые соединения. Это требование диктуется упомянутым выше Пособием, где отмечается, что расчёт ведётся по состоянию сборно-монолитной конструкции до набора омоноличивающим бетоном проектной прочности. В действительности допускается временное крепление колонн и капителей стальными хомутами, которые снимают после окончательного отверждения бетонных шпонок, однако эта технология более сложная и на практике применяется редко.
Плиты для ББСМП используются двух типов. Надколонные имеют специальные углубления, препятствующие их поперечному смещению и предназначенные для технологичной стыковки с навершиями колонн. Как правило, надколонные плиты имеют оголённую арматуру как минимум по двум противолежащим краям. Реже используются плиты с отбортовкой, предназначенное для стыковки с пазами в капителях. Пролётные плиты могут изготавливаться либо с расчётом на замоноличивание только технологических швов и иметь оголенную арматуру по всем сторонам, либо омоноличиваться общим покрывающим слоем, в таком случае все их торцы будут гладкими.
Железобетонные изделия для ББСМП как правило изготавливают из тяжёлого бетона марки не ниже В25 с предварительно напряженной арматурой. В ходе реальных испытаний также была установлена возможность использования бетона на облегчённом (пористом) заполнителе при ограниченной длине пролета, а также пустотелых изделий со сферическими полостями.
Порядок монтажа безбалочных СМП
Возведение зданий с ББСМП ведётся строго поэтажно. Непосредственно устройство перекрытия выполняется по завершению установки колонн, которому предшествует монтаж закладных деталей в перекрытие нижнего этажа. Колонны также могут монтироваться по разрезному принципу, однако от такой технологии часто отказываются из-за значительной протяжённости пазо-шипового соединения.
После установки и выверки сетки опор на их уширения устанавливают оголовки. Следом проводится монтаж поясной опалубки, предназначенной для удержания бетонной массы при заливке шпонок. На капители сверху укладывают надколонные плиты и стыкуют их способом, который предусмотрен конфигурацией ЖБИ. Поверх подклонных плит укладывают межпролётные, обычно имеющие заужение в области опирания для облегчения выполнения монолитных работ.
После установки сборных элементов производится увязка дополнительных арматурных каркасов в швах омоноличивания и монтаж закладных под колонны следующего этажа при необходимости. После этого технологические пазы заливают бетоном марки В15, который усаживается вибрационным методом. На этом этапе становится очевидной вся сложность устройства перекрытий по технологии ББСМП: помимо того, что требуется тщательно подобрать изделия из номенклатуры, на строительной площадке необходимо обеспечить все условия для проведения работ по двум разным технологическим процессам с использованием широкого ряда строительной техники, зачастую тяжёлой.
Монолитные безбалочные железобетонные перекрытия при отсутствии капителей колонн Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Тесля Виктор Андреевич
Приводится анализ существующих методов расчёта безбалочных перекрытий и рекомендуется методика по предварительному определению основных геометрических характеристик, позволяющих достоверно выполнить статистический и конструктивный расчёт железобетонной безбалочной монолитной плиты перекрытий.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Тесля Виктор Андреевич
Monolithic girderless reinforced concrete floor in the absence of the capitals of the columns
The analysis of the existing methods of calculation of girderless overlaps is given and is recommended procedure according to the preliminary determination of the fundamental geometric characteristics, which make it possible to reliably carry out the statistical and rational design of the ferroconcrete girderless monolithic plate of overlaps.
Текст научной работы на тему «Монолитные безбалочные железобетонные перекрытия при отсутствии капителей колонн»
МОНОЛИТНЫЕ БЕЗБАЛОЧНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ ПРИ ОТСУТСТВИИ КАПИТЕЛЕЙ КОЛОНН
Многоэтажные здания проектируют, как правило, с полным несущим каркасом с применением балочной схемы перекрытия. Применение безба-лочных покрытий позволяет значительно уменьшить кубатуру здания, а тем самым и его стоимость, даже при высоте этажей от 3,6 до 4,8 м.
Колонна 40^40 см
Пространственный каркас зданий с безбалоч-ными перекрытиями представляет собой рамную систему в обоих направлениях, когда ригелями служит безбалочная плита, тесно связанная с колоннами при наличии и отсутствии капителей. Последнее решение в настоящее время находит
Рис. 2. Графики определения расстояний расположения колонн
широкое применение при возведении гражданских зданий. В промышленном строительстве безба-лочные плоские перекрытия выполняются при наличии капителей в верхней части колонн, тем самым создаётся достаточная жёсткость сопряжения плиты с колонной, увеличивается прочность монолитной плиты на срез по периметру примыкания к колонне, уменьшается расчётный пролёт плиты и воздаётся более равномерное распределение усилий по её ширине [1].
Безбалочные перекрытия такого типа экономически выгодными по сравнению с балочными -ребристыми становятся при пролётах до 6 м и временных нагрузках свыше 5 кН /м2. Поэтому они широко применяются в многоэтажных зданиях, складах, холодильниках, большой ёмкости резервуарах и других подобных сооружениях.
Здания с применением безбалочных перекрытий с колоннами при отсутствии капителей утрачивают упомянутые выше конструктивные преимущества. При этом возникает целый ряд вопросов, по которым не имеется достаточно информации по нормативным требованиям, которые необходимо учитывать при проектировании и возведении. В зависимости от расположения колонн при регулярном и нерегулярном их размещении, внутри площади плиты и по её краям возникают различные расчётные схемы. Качественный расчёт по каждой из расчётных схем можно выполнить при условии достоверно полного определения действующих нагрузок и возникающих при этом нормальных сил и изгибающих моментов в двух взаимно располагающих плоскостях.
В настоящей работе предлагается методика по определению основных геометрических характеристик: толщины монолитных железобетонных плит, размеров поперечного сечения колонн, максимальных расстояний их расположения. Определяемые значения принимаются в соответствии классов бетона по прочности на сжатие. В зависимости от расстояний продольным и поперечным осям проектируемого здания по предварительному расположению колонн определяем грузовую площадь и действующую при этом нагрузку с учётом веса плиты, конструкции пола, наличия различные перегородок и временной полезной нагрузки.
Выполняется это следующим образом. По грузовой площади для различных классов бетона от В20 до В35 принимаемых колонн с сечением 40-40 или 50-50 см с учётом возможных максимальных изгибающих моментов, которые может воспринять плита, по графикам на рис.1 определяем её толщину и уточняем размер суммарной нагрузки. Принятая толщина плиты позволяет уточнить суммарную нагрузку с учётом фактического размера толщины монолитной плиты и принять окончательно размеры сечения колонн.
Дополнительно необходимо проверить максимально допустимые расстояния по осям размещения колонн согласно графикам на рис.2.
Необходимые расстояния можно принять в зависимости от размеров сечений колонн, классов бетона, толщины плиты и суммарной расчётной нагрузки от 9 кН/м2 для плит толщиной в 18 см, до 11,75 кН/м2 для плит толщиной в 28 см. При временной (полезной) расчётной нагрузке равной 1,85 кН/м2.
При других значениях нагрузок можно использовать графики рис.2, при этом по оси абсцисс подобрать грузовую площадь в соответствии с ростом (или уменьшением) действующей нагрузки.
Теперь, когда все основные параметры определены, можно приступить конструктивному расчёту плиты на изгиб и действие поперечных сил. Максимальные изгибающие моменты и поперечные силы будут по граням колонн расположенных посередине перекрытий, для крайних колонн по периметру перекрытий максимальные значения этих усилий будут в направлении середины перекрытий [2].
При отсутствии капителей колонн действие вертикальной равномерно распределённой нагрузки при расчёте плиты по граням колонн будет максимальным при определении нагрузки по площадям А и В как это указано на рис.З
Рис.3. Грузовые площади действия вертикальной нагрузки
В этом случае изгибающие моменты и поперечные определяются частично при равномерно распределённом действии нагрузки и преобладающей нагрузке по закону треугольника с максимальной ординатой посередине пролёта.
Принимая максимальное одиночное армирование плиты в сечении по грани колонн можно с достаточной точностью определить максимальные значения моментов для плит разной толщины по принятому классу бетона и размерам поперечного сечения колонн. Для колонн сечением 50-50 см
максимальные изгибающие моменты приведены на графике рис.4.
ф ю ф т т ют тхозо
Рис. 4. График максимальных моментов плит разной толщины и классов бетона для колонн сечением 50-50 см Кроме основной информации график позволяет за вычетом момента от действия горизонтальных нагрузок определять величину суммарной вертикальной нагрузки по площади, очертание которой приведено на рис.3.
При несоответствии ожидаемого результата, график позволяет принимать решение по изменению класса бетона или толщины плиты.
Можно повысить несущую способность монолитной плиты, приняв двойное армирование сжатой зоны сечения плиты. Однако это увеличит расход арматурной стали и трудоёмкость армирования плиты у примыкания к колонне. Учитывая, что колонна имеет свою вертикальную арматуру, создаются дополнительные трудности при бетонировании. Такая плотность в армировании при относительно малой толщине плиты не позволит обеспечить хорошее уплотнение бетона, что значительно уменьшит её несущую способность при изгибе и по восприятию поперечных сил. Применяя более пластичный бетон при бетонировании плиты в примыкании её к колонне, получить необходимой прочности бетон невозможно. Возникает ситуация снижения несущей способности плиты. Поэтому дополнительное армирование в этом случае применять не следует.
Можно рекомендовать армирование плиты плоскими сварными сетками по Госту 14098-85 К1 [3]. Всего потребуется 6 типов сеток, часть которых размещается по верхней поверхности плиты и рабочими стержнями арматуры воспринимает отрицательные моменты, вторая часть сеток воспринимает положительные моменты и находится на нижней грани плиты. Толщину защитного слоя необходимо принимать одинаковой для всех сеток равной 20 мм. Расположение сеток указано по схеме армирования на рис.5.
Размеры сеток с указанием рабочей и монтажной арматуры указаны в таблице 1. Как правило, во всех сетках, за исключением сеток С-1 и С-4,