Конструкция монолитных безбалочных плит перекрытия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Конструкция монолитных безбалочных плит перекрытия

1. Безбалочные монолитные перекрытия

Перекрытие представляет собой сплошную плиту, опертую непосредственно на колонны. Колонны могут быть с капителями и без капителей. Устройство капителей вызывается конструктивными соображениями. Использование капителей позволяет создать достаточную жесткость в местах сопряжения монолитной плиты с колонной, обеспечить прочность плиты на продавливание по периметру капители, уменьшить расчетный пролет безбалочной плиты и более равномерно распределить моменты по ее ширине [10].

Безбалочное перекрытие проектируют с квадратной или прямоугольной равнопролетной сеткой колонн. Отношение большего пролета к меньшему ограничивается величиной 1,5. Наиболее рациональна квадратная сетка колонн. По контуру здания безбалочная плита может опираться на несущие стены, контурные обвязки или консольно выступать за капители крайних колонн.

Для опирания безбалочной плиты на колонны в производственных зданиях применяют капители трех типов. Во всех трех типах капителей размер между пересечениями направлений скосов с нижней поверхностью плиты принимается исходя из распределения опорного давления в бетоне под углом 45⁰.

Размеры и очертания капителей подбираются так, чтобы исключить продавливание плиты по периметру капителей. Толщину безбалочной монолитной плиты находят из условия достаточной ее жесткости.

Безбалочное перекрытие рассчитывается по методу предельного равновесия. Экспериментально установлено, что для безбалочной плиты опасными загружениями являются как полосовая нагрузка через пролет, так и сплошная по всей площади. При этих загружениях возможны две схемы расположения линейных пластических шарниров и излома плиты.

При полосовой нагрузке в предельном равновесии образуется три линейных пластических шарнира, соединяющих звенья в местах излома. В пролете пластический шарнир образуется по оси загруженных панелей и трещины раскрываются внизу. У опор пластические шарниры отстоят от осей колонн на расстоянии, зависящей от формы и размеров капителей, и трещины раскрываются вверху. В крайних панелях при свободном опирании на стену по наружному краю образуется всего два линейных шарнира - один в пролете, один у опоры вблизи первого промежуточного ряда колонн.

При сплошном загружении в средних панелях возникают взаимно перпендикулярные и параллельные рядам колонн линейные пластические шарниры с раскрытием трещин внизу, при этом каждая панель делится пластическими шарнирами на четыре звена, вращающихся вокруг опорных линейных пластических шарниров, оси которых расположены в зоне капителей обычно под углом 45⁰ к рядам колонн. В средних панелях над опорными пластическими шарнирами трещины раскрываются только вверху, а по линиям колонн прорезают всю толщу плиты. В крайних панелях схема образования линейных пластических шарниров изменяется в зависимости от конструкции опор.

При загружении полосовой нагрузкой для случая излома отдельной полосы с образованием двух звеньев, соединенных тремя линейными шарнирами, среднюю панель рассчитывают из условия, что сумма пролетного и опорного моментов, воспринимаемых сечением плиты в пластических шарнирах, равны балочному моменту плиты.

Монолитная балочная плита армируется рулонными или плоскими сварными сетками. Пролетные моменты воспринимаются сетками, уложенными внизу, а опорные моменты - сетками, уложенными вверху.

Применяемые для армирования безбалочной плиты узкие сетки с продольной рабочей арматурой на участках, где растягивающие усилия возникают в двух направлениях, укладывают в два слоя по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Вблизи колонн верхние сетки раздвигают, либо в сетках устраивают отверстия с установкой дополнительных стержней, компенсирующих прерванную арматуру. Капители армируют по конструктивным соображениям, главным образом для восприятия усадочных и температурных усилий.

2. Монолитные перекрытия эффективной конструктивной формы

Монолитные перекрытия кессонного типа

Кессонные перекрытия нашли широкое применение в практике строительства ряда европейских стран, в частности, в Испании, Великобритании и других странах. Здесь при строительстве административных зданий наиболее часто применяются каркасные конструктивные системы с устройством кессонных перекрытий.

Как известно, кессонное перекрытие представляет собой ребристую конструкцию с взаимно - перпендикулярно расположенными ребрами в нижней зоне.

В конструкции монолитного перекрытия кессонного типа бетон удален из растянутой зоны сечения, в которой сохранены лишь ребра, в которых расположена растянутая арматура. В результате удается получить значительную экономию материала по сравнению с перекрытиями сплошного сечения, либо существенно увеличить перекрываемые пролеты.

Перекрытия, возводимые испанскими строителями с применением опалубки «Альсина», представляет собой монолитную кессонную структуру, формируемую при помощи пластмассовой опалубки - пластмассовых форм размером в плане 80х74 см и высотой от 20 до 40 см. Формы располагаются на определенном расстоянии друг от друга, образуя полости для бетонирования взаимно перпендикулярных армированных монолитных балок с расстоянием по осям 80х80 см. Над формами размещают арматурную сетку, покрывая поверхность форм монолитным бетоном толщиной не менее 5 см. В результате образуется монолитная железобетонная кессонная структура общей высотой 25 - 45 см в зависимости от высоты пластмассовых форм. На участке сопряжения перекрытия с монолитной колонной устраивают сплошную монолитную железобетонную плиту.

В местах опирания элементов перекрытия на колонны растянутой является верхняя зона перекрытия, рабочая арматура располагается в верхней зоне, поэтому в местах сопряжения перекрытия с колонной устраивается сплошная монолитная плита. Таким образом, кессонное перекрытие состоит как из участков с удаленным бетоном в растянутой зоне, так и из участков, имеющих вид сплошной плиты. В кессонной части перекрытия расстояние между ребрами в осях достигает 80 см, толщина ребер меняется снизу вверх от 10 см до 20 см, толщина сплошной верхней части перекрытия составляет 5-6 см. Высота ребер варьируется от 20 см до 40 см, пустотность кессонного перекрытия достигает 50%.

Кессонные перекрытия устраивают при строительстве общественных зданий, в которых запроектированы подвесные потолки.

Для устройства кессонного перекрытия используют специальный комплект опалубки, состоящий из телескопических стоек, металлической обрешетки, располагаемой с учетом размеров пластмассовых кессоннообразователей. По обрешетке раскладывают кессоннообразователи - инвентарные формы, имеющие незначительную адгезию к бетону и легко удаляемые после набора бетоном распалубочной прочности. Кессоннообразователи имеют небольшой вес и раскладываются и снимаются вручную. Пластмассовые формы с большой точностью фиксируются на металлических прогонах.

Испанская фирма «Альсина» производит кессоннообразователи, имеющие форму усеченной пирамиды. Размеры пирамидальных кессоннообразователей составляют в основании 80х74 см, наклон боковых граней 18%, объем равен: 82 дм3 при высоте 20 см, 99 дм3 при высоте 25 см, 118 дм3 при высоте 30 см, 127 дм3 при высоте 35 см, 137 дм3 при высоте 40 см. Учитывая объем параллелепипеда с основанием 80х80 см и высотой 20 - 40 см, пустотность кессонной части перекрытия составит: при высоте 20 см и толщине перекрытия 25 см - 82/160 = 0,51 (51%), при высоте 25 см и толщине перекрытия 30 см - 99/192 = 0,52 (52%), при высоте 30 см и толщине перекрытия 35 см - 118/224 = 0,53 (53%), при высоте 35 см и толщине перекрытия 40 см - 127/256 = 0,5 (50%), при высоте 40 см и толщине перекрытия 45 см - 137/288 = 0,48 (48%).

Из представленных данных можно видеть, что в среднем пустотность кессонного перекрытия составляет 50%. Следовательно, по сравнению со сплошной монолитной плитой высота кессонной плиты может быть удвоена при одинаковом расходе бетона. Это позволяет значительно снизить расход рабочей арматуры и увеличить перекрываемые пролеты.

Последовательность устройства кессонных перекрытий практически не отличается от устройства сплошных перекрытий, за исключением особенности укладки пластмассовой опалубки. Укладка выполняется вручную с деревянного настила, разбираемого в процессе укладки пластмассовых форм.

Сравнение технико-экономических показателей, характерных для сплошной монолитной плиты и монолитного кессонного перекрытия показывает, что в результате снижения массы последнего удается увеличить толщину перекрытия с 16 до 25 см с одновременной экономией 23% бетона за счет удаления его из нижней растянутой зоны. Расход рабочей арматуры снижается на 40%.

Кессонное перекрытие толщиной 25 см при неизменном расходе рабочей арматуры воспринимает нормативную нагрузку 6 кН/м² на пролете более 8 м, что позволяет уменьшить удельное количество колонн, приходящихся на единицу площади перекрытия.

Технико-экономические показатели панелей перекрытий пролетом 6 м, шириной 1,2 м, при нормативной нагрузке 6 кН/м²

монолитный перекрытие колонна капитель

Увеличение перекрываемых пролетов при использовании кессонных перекрытий позволяет снизить массу несущих конструкций и уменьшить массу здания в целом.

Перекрытия с размещенными внутри полыми пластмассовыми шарами

Монолитные перекрытия кессонного типа не обладают ровной потолочной поверхностью и предполагают устройство подвесного потолка, что ведет к дополнительному расходу материалов и трудозатрат. Такого типа перекрытия не применяют при строительстве жилых зданий. Наиболее просто при возведении жилых зданий устраивать сплошные монолитные перекрытия. Однако это приводит к значительному увеличению расхода бетона и утяжелению конструкций здания.

Весьма эффективными с точки зрения снижения расхода материалов и обеспечения ровной потолочной поверхности являются перекрытия с круглыми и овальными пустотами. Однако такие перекрытия чаще бывают сборными, изготовляемыми на заводах ЖБИ. При возведении монолитных перекрытий заводская технология практически неприменима.

В мировой строительной практике есть примеры устройства монолитных перекрытий с круглыми пустотами, получаемыми путем размещения в них полимерных или картонных труб. Однако такая технология не нашла широкого применения, поскольку связана с дополнительным расходом материалов и достаточно трудоемка.

Решая проблему снижения массы монолитного перекрытия и одновременного обеспечения при его устройстве ровную потолочную поверхность, швейцарская фирма «Cobiax» разработала систему «Bublle Desk». Перекрытие этой системы состоит из арматурных каркасов, внутри которых размещены полые шары, изготовленные из переработанного вторичного сырья - полиэтилена, и монолитного бетона, заполняющего все пространство между шарами и образующего над ними выравнивающий слой.

В нижней части каркасов расположены рабочие арматурные стержни, воспринимающие растягивающие усилия. В зонах пересечения перекрытия с колоннами сохраняются сплошные монолитные участки с арматурными каркасами, обеспечивающими восприятие возникающих в этих зонах максимальных усилий.

Между верхними и нижними элементами арматурного каркаса расположены полые полиэтиленовые шары, которые существенно уменьшают расход бетона. В результате облегчается конструкция перекрытия, что приводит, в свою очередь, к снижению массы этажа, который весит на 35% меньше чем эквивалентный этаж с перекрытиями из сплошного бетона. Это приводит к значительной экономии материала на здании в целом. Будучи модульной, система «Bublle Desk» может быть собрана на месте или произведена и приобретена как полуфабрикат заводского изготовления.

Достоинством предложенного решения является и значительная технологичность применения готовых модулей, изготовляемых в заводских условиях. На строительную площадку пространственные арматурные каркасы с встроенными в них пластмассовыми шарами привозят в готовом виде. Эти арматурные каркасы раскладываются на горизонтальных опалубочных настилах. Для создания защитного слоя бетона каркасы укладываются на пластмассовые фиксаторы, обеспечивающие соблюдение точного расстояния между поверхностью опалубочного настила и арматурой.

В местах расположения проемов в перекрытии, сопряжения перекрытий с вертикальными несущими конструкциями устраивают сплошную монолитную железобетонную плиту.

Арматурные каркасы, располагаемые в зонах сопряжений и в местах расположения проемов, соединяются с арматурными каркасами, в которых размещены пластмассовые шары. Рабочая арматура, расположенная в нижней растянутой зоне перекрытия, также связывается с арматурным каркасом с пластмассовыми шарами.

Фирма «Cobiax» предлагает выбор между преимуществами производимых элементов заводского изготовления со своевременной поставкой и быстрым строительством, с одной стороны, и достоинствами традиционного производства работ на месте, с другой. Модульное решение «Bublle Desk» арматурного каркаса позволяет использовать стандартное оборудование и обеспечить большую часть дополнительного внутреннего заполнения, представляя несомненную альтернативу традиционного решения.

Сравнение расположения колонн в плане при традиционном методе устройства перекрытий и устройстве перекрытий по системе «Bublle Desk» показывает преимущества последнего: уменьшается количество колонн, увеличиваются перекрываемые пролеты, уменьшается расход строительных материалов.

По данным фирмы « «Cobiax»» расход бетона на единицу площади перекрытия сокращается на 32%, экономия арматурной стали и уменьшение расхода бетона на устройство фундаментов здания составляет 20%, количество колонн уменьшается на 40%. Предлагаемая система позволяет возводить безбалочные перекрытия, в связи с чем экономия бетона на устройство прогонов и балок равна 100%, сокращение времени на устройство опалубочных работ достигает 35%.

Производство работ по устройству перекрытия начинается как обычно с установки стоек и горизонтального настила для последующего выполнения арматурных и опалубочных работ. После раскладки арматуры и арматурных каркасов с размещенными внутри пластмассовыми шарами приступают к бетонированию перекрытия. Бетонирование перекрытия производят литой бетонной смесью, заполняющей пространство между пластмассовыми шарами и закрывающей поверхность арматуры, расположенной над шарами на толщину защитного слоя. Наиболее технологично подачу и распределение бетонной смеси выполнять при помощи бетононасоса (рис. 14). Использование бетононасоса позволяет равномерно распределять бетонную смесь в полости между пластмассовыми шарами.

Для обеспечения возможности подачи и распределения бетонной смеси по всей площади перекрытия, в том числе по его периметру, а также для снижения трудоемкости выполнения бетонных работ, строительные фирмы применяют гибкие бетоноводы, изготовленные из армированных прорезиненных шлангов из синтетических материалов. Бетонирование с применением бетононасоса дает возможность выполнять бетонирование с высокой скоростью и распределять бетонную смесь с высокой точностью. Бетонирование, как правило, выполняют захватками после выполнения арматурных и соответствующих подготовительных работ. Подвижность бетонной смеси обычно составляет 7-10 см. Более подвижные смеси могут расслаиваться при перекачке, что ведет к образованию пробок. При использовании литьевой технологии и применении бетонных смесей с пластифицирующими добавками необходимо увеличивать содержание в бетонной смеси песков мелких фракций и повышать расход цемента. Например, при перекачивании бетонной смеси с суперпластификатором [11] и осадкой конуса 20-22 см расход цемента может достигать 430 кг и песка фракции мельче 0,2 мм - 200 кг.

Применение системы открывает широкие перспективы для творчества архитекторов и дизайнеров. Появляется возможность перекрывать значительные площади с размещением минимального количества опор.

При толщине покрытия до 30 см его масса позволяет ограничиться значительно меньшим числом опорных стоек, при этом целесообразно использовать для устройства покрытия легкий бетон, например, керамзитобетон. Применение конструктивного керамзитобетона объемной массой 1700-1800 кг/м3 дает возможность снизить вес покрытия на 20-25%.

При проектировании общественных зданий, спортивных сооружений и т.п., применяя систему «Bublle Desk», архитектор имеет возможность перекрывать большие пространства, используя нестандартные оригинальные решения.

Размещено на Allbest.ru