В статье рассмотрены кессонные перекрытия, технология их возведения и принцип работы. Проведен анализ монолитного и сборно-монолитного способов устройства кессонного перекрытия. Сделано сравнение кессонных перекрытий, сооруженных этими способами со сплошной монолитной плитной. Возведение кессонных перекрытий имеет ряд серьезных достоинств с экономической и технологической точек зрения.
Ключевые слова: кессонные перекрытия, ребристые плиты, гражданское строительство, промышленное строительство, конструкции перекрытий, безбалочные перекрытия
Поиск оптимальных типов конструкции является одной из мотиваций развития науки в строительстве, которые бы экономили время и деньги, а так же не уступали по прочностным характеристикам своим аналогам.
Одной из самых важных проблем строительной отрасли является уменьшение расходных материалов и массы возводимых частей здания, это возможно за счет:
– применения новых эффективных конструкций;
– использования преднапряженных элементов здания;
– интенсивного внедрения легких бетонов [1].
В нашей стране в строительстве гражданских и промышленных зданий только начинается внедрение монолитных конструкций эффективных конструктивных форм, внедрение которых, бесспорно, снизит себестоимость при возведении и реконструкции строительных объектов. Это напрямую зависит от мало проработанности методик проектирования подобных конструкций в отечественной отрасли строительства.
Во многих европейских странах в промышленном строительстве, для снижения массы перекрытий возводимых из тяжелого монолитного бетона применяют перекрытия эффективных форм.
Однопролетные плиты из железобетона, имеющие сплошное сечение наиболее экономичны при длине пролета до 4,5 м. Пролет возможно увеличить за счет опирания плиты по контуру. В таком случае появляется возможность перекрывать большие площади. Для уменьшения затрат бетона при возведении перекрытий, а следовательно и сокращение нагрузок на несущие конструкции и фундаменты, целесообразно использовать монолитные ребристые перекрытия [2].
Кессонное перекрытие (рис. 1) является разновидностью ребристого перекрытия, его иначе называют часторебристым, частобалочным или вафельным железобетонным перекрытием.
Рис. 1. Кессонное перекрытие
Кессонное перекрытие представляет собой ребристую конструкцию с взаимно перпендикулярно расположенными армированными ребрами в нижней зоне. Применение монолитного ребристого перекрытия, по сравнению с весом плоских плит или монолитным перекрытием по профилированному листу, приводит к уменьшению расхода бетона на возведение перекрытия и нагрузок на вертикальные несущие стены, фундаменты здания. Следовательно происходит сокращение затрат на его возведение. Происходит уменьшение собственного веса перекрытия — от 40 % до 60 %, в то же время жесткость конструкции самой плиты перекрытия повышается, что позволяет устраивать большие пролеты без устройства промежуточных опор. Полученная толщина такого перекрытия значительно меньше плоского.
Кессонное перекрытие состоит из плит, опертых по контуру на систему взаимно перпендикулярных балок. Плиты жестко сопрягаются с балками, и шарнирно при опирании на стены. Оптимальное соотношение сторон для помещений с кессонными перекрытиями находится в пределах 1…1,5. Балки могут располагаться как перпендикулярно, так и под углом 45° (более редкий вариант) к сторонам перекрываемого помещения. Нормированная высота балок в обоих направлений должна быть одинаковой и составлять не менее 1/20 пролета. Толщина плит кессонного перекрытия составляет 6…7 см, толщина ребер меняется от 10 до 20 см [3,4].
Для устройства кессонного монолитного перекрытия используется модульная система опалубок, состоящих из телескопических стоек, обрешетки, располагаемой с учетом размеров кессоннообразователей. Самый распространенный вид кессонных опалубок — самонесущая опалубочная система типа «Skydome» (рис. 2). Все элементы опалубки заводского изготовления, система не нуждается в арматуре или специальных защитных приспособлениях. Кессоннообразователи раскладывают по обрешетке, они имеют не высокую адгезию по отношению к бетону и легко удаляются после набора бетоном необходимой прочности [4].
Рис. 2. Кессонная опалубка типа «Skydome»
Сопоставление технико-экономических показателей монолитного кессонного перекрытия и сплошной монолитной плиты при одинаковых нагрузках и граничных условиях показывает, что в результате снижения массы первого удается увеличить толщину перекрытия на 40 % с одновременной экономией 15 % бетона за счет удаления его из нижней растянутой зоны [5].
Таблица 1
Технико-экономические показатели устройства перекрытий при пролете 12 м, и кратковременной нормативной нагрузке 6 кН/м2
|
Характеристика |
Толщина, см |
Расход бетона, м3 |
Расход рабочей арматуры, кг/м2 |
|
Сплошная монолитная |
25,0 |
0,25 |
63,84 |
|
Монолитная кессонная |
46,0 |
0,19 |
24,2 |
|
Экономия материалов, % |
- |
24 |
62,1 |
По способу изготовления кессонные перекрытия делятся на монолитные и сборно-монолитные. Сборно-монолитное кессонное перекрытие включает сборные пустотелые бетонные блоки размером от 0,2х0,2х0,6 м до 0,3х0,3х0,8 м и монолитный бетон. Блоки образуют закрытую со всех сторон геометрическую фигуру. Толщина слоя монолитного бетона над блоками — 5 — 6 см [6]. Бетонные блоки, выполняют функцию несъемной опалубки, их оставляют в перекрытии. Таким образом из монолитного бетона формируются вертикальные ребра в растянутой зоне и сплошной настил в сжатой зоне перекрытия. В надопорной зоне (место пересечения с колоннами) конструкция устраивается как сплошная монолитная плита. Сверху блоков укладывают арматурную сетку, а в зоне сплошной монолитной плиты на блоки устанавливаются концы арматурных стержней (рис.3).
Рис. 3. Сборно-монолитное перекрытие кессонного типа
На изготовление бетонных блоков с толщиной стенок 2 см требуется на 62-65 % меньше бетонной смеси, чем на полнотелый блок аналогичного размера. Каркасные здания с монолитными колоннами и сборно-монолитными кессонными перекрытиями гораздо легче, по сравнению с подобными, состоящими из монолитных колонн и сплошных монолитных перекрытий.
При расчете технико-экономических показателей, которые характеризуют затраты материалов на устройство сплошных монолитных и сборно-монолитных кессонных перекрытий делается вывод о том, что при одинаковом расходе бетона на плиту длиной 6 м и одинаковой нормативной нагрузке экономия рабочей арматуры составляет порядка 48 % (табл.2) [7].
Таблица 2
Технико-экономические показатели устройства перекрытий при пролете 6 м, ширине 1,2 м и нормативной нагрузке 6 кН/м2
|
Характеристика |
Толщина, см |
Расход бетона, м3 |
Расход рабочей арматуры, кг/м2 |
|
Сплошная монолитная |
16,0 |
1,15 |
45,15 |
|
Сборно-монолитная кессонная с бетонными блоками |
25,0 |
1,15 |
28,8 |
|
Экономия материалов, % |
- |
0,0 |
48,7 |
Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение кессонных монолитных и сборно-монолитных перекрытий позволяет:
– Сократить сроки строительства за счет исключения необходимости монтажа дополнительных колонн и фундаментов.
– Уменьшить общую толщину перекрытия по сравнению с балочными схемами.
– Значительно уменьшить расход материала по сравнению с полностью отлитым перекрытием.
– Использовать открытые пространства для свободной планировки помещений.
Литература:
1. Особенности расчета кессонных перекрытий // ЖБК. URL: http:///жбк.рф/concrete/simulation/ing_fea/kessons_sim/kessons_sim.php (дата обращения: 22.11.2016).
2. Малахова А.Н. Монолитные кессонные перекрытия зданий // Вестник МГСУ. — 2013. — № 1. — С. 79-86.
3. Вахненко П.Ф. Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий. Справочник проектировщика . — Киев, 1987. — 214 с.
4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101—2003). — Нижний Новгород: ОАО «ЦНИИПромзданий», 2005. — 214 с.
5. Опалубка для кессонных перекрытий Skydome // ПрогрессБилд. URL: http://www.progressbuild.ru/?page_id=159 (дата обращения: 22.11.2016).
6. СП 52-101—2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. — М. , 2005. — 54 с.
7. Опыт применения кессонных перекрытий при реконструкции большепролетных зданий // ЖБК. URL: http:///жбк.рф/concrete/simulation/ing_fea/kessons_sim/kessons_sim.php (дата обращения: 22.11.2016).
