КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ

Оптимальные способы снижения материалоемкости монолитных железобетонных плит перекрытия заключаются в снижении собственного веса перекрытия и уменьшении расхода арматуры.

В данной работе рассмотрены способы снижения собственного веса железобетонных перекрытий.

Использование облегченных перекрытий является одним из возможных путей снижения материалоемкости и массы зданий без снижения их надежности.

Для того чтобы снизить расход бетона плит перекрытия используется ряд конструктивных методов:

1. Удаление бетона из растянутой зоны. Рассмотрим на примере кессонных плит перекрытия.

2. Удаление бетона из нейтральной зоны. Рассмотрим на примере пустообразователей различной формы и вкладышей из легких материалов.

3. Снижение удельного веса перекрытия. Рассмотрим на примере плит перекрытия из керамзитобетона.

1. Кессонное перекрытие представляет собой ребристую конструкцию, с перпендикулярно расположенными ребрами одной высоты и сплошной тонкой плитой. Плита монолитно соединена с ребрами, расположенными в нижней части конструкции (рис.1).

Основную несущую способность обеспечивают ребра. Полка необходима для передачи распределенных нагрузок на ребра. Конструирование кессонного перекрытия сводится к максимальному облегчению полки и подбору шага, высоты, ширины и взаимного расположения ребер. При этом ребра обеспечивают необходимую прочность и жесткость перекрытия при минимальной материалоемкости.

Рисунок 1. Монолитное железобетонное кессонное перекрытие: 1) плита; 2) балка

Таблица 1.

Технико-экономические показатели плит перекрытий при номинальном пролете 6 м и нормативной нагрузке 6 кН/м²

Применение кессонных перекрытий имеет ряд преимуществ по сравнению с перекрытиями сплошного сечения:

- снижение расхода бетона на 30 %;

- снижение расхода арматуры в 1,5 раза.

- повышение звукоизолирующих свойств перекрытий;

- конструкция перекрытия более устойчива к сейсмическим нагрузкам.

2. Пустообразователи

Технология возведения монолитных перекрытий подразумевает внедрение в тело плиты пустотообразователей (несъемной опалубки) из полипропилена различной формы (шаров, эллипсов, трапеций, труб и т.д.). Несъемная опалубка необходима для того, чтобы исключить из тела плиты бетон, создать пустоты и подержать верхнюю арматуру плиты.

На сегодняшний момент в России существует несколько основных типов пустотообразователей:

2.1 Сobiaх;

2.2 U-boot beton;

2.3 Nautilus;

2.4 Аckerman.

Основное отличие данных систем – это форма изделия и геометрические параметры.

2.1 Технология Cobiax основана на создании специфических пустот внутри железобетонной плиты. Массивный бетон заменяется синтетическими пустообразователями и остается только в статически необходимых областях, обеспечивая прочность элемента по наклонному сечению.

В системе Cobiax существует два типа пустотных модулей: в форме эллипса «Slim-line» и сферы «Eco-line». Выбор формы зависит от необходимой толщины перекрытия. Для плит толщиной 200-350 мм используются вкладыши в виде эллипса высотой от 100 до 220 мм, для плит 300-600 в виде сферы диаметром от 270 до 450 мм. (рис.2).

                  а)                                                 б)

Рисунок 2. Пустотные модули: б) Slim-line; а) Eco-line

Преимущества системы Cobiax по сравнению с традиционными монолитными железобетонными перекрытиями:

- экономия до 35 % бетона и до 20 % арматурной стали;

- уменьшение толщины перекрытия, увеличение длины пролетов;

- уменьшение неиспользованного потолочного пространства;

- улучшение звукоизоляционных показателей;

- снижение деформация и опасности образования трещин.

2.2 Система U-Boot Beton представляет собой опалубку, изготавливаемую из рециклированного (переработанного) полипропилена. При погружении опалубки U-Boot Beton в бетон, получается решетка ортогональных балок, закрытых с верхней и нижней стороны плоской плитной частью (рис.3).

U-Boot Beton позволяет реализовать перекрытия с большими проемами или перекрытия, выдерживающие большие нагрузки без балок.

Рисунок 3. Пустотный модуль U-boot beton

2.3 Система Nautilus представляет собой модульный элемент из переработанного полипропилена, созданный специально для облегчения железобетонных перекрытий (рис.4).

Система Nautilus помогает снизить расхода материалов и уменьшить толщину перекрытия. Простота и скорость укладки не привязана к определенному направлению.

Рисунок 4. Пустотный модуль Nautilus

Рассмотренные системы представляют собой рациональное решение для объектов, требующих большие свободные пространства, таких как административные, промышленные, общественные и жилые здания.

2.4 Перекрытие типа Аckerman является наиболее популярным в строительстве монолитным перекрытием с твердым заполнением – керамических блоков высотой 18 и 20 см. Осевая расстановка ребер перекрытия 31 см, толщина бетонной плиты от 3 до 4 см, в зависимости от величины и типа нагрузки (рис.5).

Вес квадратного метра перекрытие с 3 см верхней бетонной плиты, при использовании блоков высотой:

- 18,0 cм, 2,65 кН/м²;

- 20,0 cм , 2,95 кН/м².

Применение перекрытия Аckerman имеет ряд преимуществ по сравнению с перекрытиями сплошного сечения:

- низкий собственный вес;

- возможность прокладки без использования тяжелых машин;

- обеспечение хорошей теплоизоляции;

- обеспечение высокой пожаробезопасности.

Рисунок 5. Перекрытие типа Аckerman

3.Вкладыши

Конструктивным решением плит перекрытий является расположение внутри плиты вкладышей из легких материалов. Материалы выбираются с более низкой плотностью, чем тяжелые бетоны, а именно: пенополистирол, минеральная вата, легкие бетоны (рис. 6).

Рисунок 6. Поперечное сечение перекрытия: 1 – арматура нижней сетки; 2-арматура верхней сетки 3– нижняя обшивка; 4- верхняя обшивка; 5 – арматурные каркасы; 6 –ребра перекрытия; 7 – вкладыши из легких материалов

Преимущества использования вкладышей из легких материалов по сравнению с традиционными монолитными железобетонными перекрытиями:

– уменьшение собственного веса конструкции;

– высокая несущая способность элементов;

– ограниченная деформативность;

– наличие плоских полов и потолков.

Таблица 2.

Технико-экономические показатели плит перекрытий.

Исходя из технико-экономических показателей, делаем вывод, что при использовании системы U-boot beton, конструкция будет обладать лучшими показателями материалоемкости.

4. Перекрытия из керамзитобетона.

Конструкционный бетон- одна из разновидностей легкого бетона.  Он предназначен для возведения несущих конструкций зданий и сооружений. Этот строительный материал имеет плотность 1400-1800 кг/м² и прочность не ниже марки М50.

Керамзитобетон - наиболее распространенный вид легкого бетона.

Преимущества использования перекрытия из керамзитобетона по сравнению с традиционными монолитными железобетонными перекрытиями:

- снижение расхода стальной арматуры на 12-15 %;

- снижение расходов на устройство фундаментов и на возведение здания в целом;

- хорошие теплоизоляционные свойства;

- хорошая звукоизоляция;

- повышение пожаробезопасности здания.

Использование облегченных перекрытий имеет большое значение в современном строительстве.

Вид облегченного железобетонного перекрытия определяется в зависимости от объекта строительства.

Список литературы:

1. СП 63-13330-2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция- 2013 г.
2. ГОСТ 25820-2014. Бетоны легкие. Технические условия.
3. Байков, В.Н Железобетонные конструкции. Общий курс / В.Н. Байков, Сигалов Э.Е. – Москва: Стройиздат, 1991. – 773 с
4. Лоскутов, И.С. Монолитные железобетонные кессонные перекрытия: Учебное пособие / И.С. Лоскутов – М. 2015 – 73 с.
5. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. М:, 2012, №3, Статья «Монолитные пустотные перекрытия в строительстве зданий».