В настоящее время в основном строятся здания с монолитным перекрытием. Они являются более затратными, например, минимальная толщина перекрытия 220 мм с шагом колонн 6 х 6 м, расход арматуры составляет 200 кг на 1 м3 бетона [1]. Если использовать сборные плиты перекрытия, то приведенная толщина будет 120 мм (при толщине плиты 220 мм), расход арматуры на 1 м3 составляет примерно 30 – 70 кг. Поэтому строители постепенно переходят на сборно-монолитное перекрытие, которые полностью заводского изготовления и собираются на стройке с минимальным объёмом монолитного бетона.
Один из удачных примеров - конструкция безригельного каркаса (КБК), её разработчиками являются: ФГУП ЦПО при Спецстрое России г. Воронеж и ОАО «12 Военпроект» г. Новосибирск, сертификат соответствия № POCC RU.CP48.C00047 от 05.04.2007г. Каркас КБК представляет собой сборно-монолитную конструкцию. В качестве стоек каркаса служат колонны, роль ригелей выполняют плиты перекрытия. Пространственная жесткость обеспечивается жестким (рамным) соединением неразрезанных замоноличенных плит перекрытий с колоннами в уровне каждого этажа. В случае рамно-связевой схемы в работу дополнительно включаются элементы жесткости: связи и диафрагмы.
Каркас КБК монтируется из элементов системы, которые имеют 100% заводскую готовность, с последующим замоноличиванием узлов. в эксплуатационной стадии конструкция является монолитной.
Каркас прост в изготовлении. Элементы каркаса имеют простую геометрическую форму и минимальное количество типоразмеров с основными конструктивными элементами КБК возможно использование лестничных маршей, вентиляционных блоков, шахт лифтов, шахт дымоудаления из других систем.
Основные элементы конструкции.
Система КБК предусматривает применение одномодульных плит перекрытия заводского изготовления с максимальными размерами 2980х2980х160 мм, которые в зависимости от их местоположения в каркасе разделяются на: НП – надколонные, МП – межколонные, СП – средние.[3]
Рис.1. Плиты перекрытия.
Диафрагмы жесткости устанавливаются в створе колонн или в стыках перекрытия. Высота диафрагмы соответствует высоте этажа, которая может быть различной.
Система КБК предусматривает применение неразрезных (многоэтажных) колонн сечением 400х400 мм с предельной длиной 11 980 мм. Высота этажа может варьироваться от 3 до 11 м. [3]
Связи – железобетонные элементы жесткости сечением 200х250 мм устанавливаются для высоты этажа (2,8; 3,0; 3,30 м) между колонн. [3]
Конструктивные особенности.
Система КБК является универсальной и предназначена для строительства жилых, общественно-социальных, административных и некоторых промышленных зданий (сооружений) в разнообразных климатических, рельефных, сейсмических условиях. [3]
Можно строить здания высотой до 75 м (25 этажей) в I–V климатических районах (в том числе сейсмически активных до 8–9 баллов по шкале MSK-64). Несущая способность перекрытий позволяет использовать каркас в зданиях с интенсивностью нагрузок на этаж не более 1200 кг/м2. Нормативная временная вертикальная нагрузка на плиты перекрытия составляет 200 и 400 кг/м2. [3]
Недостаток конструкции: ослабление самого ответственного надколонного участка отверстием для колонны и сложность сопряжения плиты с колонной, предусматривающая сварочные работы. Ограниченность ширины пролета (до 6 м) и нагрузки.
Предлагаемая конструкция.
Предлагаемая модификация системы позволяет сгладить эти недостатки. Это достигается тем, что надколонная плита выполняется монолитной, а колонна с просветами на уровне перекрытия.
Сущность конструкции рассмотренной в данной статье будет заключаться в том, что надколонные участки перекрытия выполняют монолитными, а межколонные и средний участки собирают из сборных элементов, при этом межколонные участки перекрытия жестко скрепляют с надколонными.
Благодаря этому обеспечивается монолитность перекрытия, что повышает надежность и обеспечивает универсальность перекрытия, то есть оно пригодно для больших пролетов и повышенных нагрузок.
Членение перекрытия на надколонные, межколонные и средние участки выполняют габаритами (L/2)x(L/2), где L – ширина пролета ячейки перекрытия. Членение межколонных и средних участков на сборные элементы выполняют из условия транспортировки, то есть шириной не более 3 м.
На рис. 1 приведена схема членения ячейки перекрытия пролетом до 6 м (L ≤ 6м) на надколонные 1, межколонные 2 и средние 3 участки. Надколонные участки перекрытия выполняют монолитными, а межколоные и средние участки – сборными. Габариты участков в этом случае не превышают 3 м, поэтому членение межколонных (МП) и среднего (СП) участков на сборные элементы не требуется. Все элементы одного размера.
Перекрытие опирается или на монолитные колонны поэтажного бетонирования, или на сборные колонны с просветами в уровне каждого перекрытия, которое замоноличивают вместе с надколонными участками перекрытия. Этим обеспечивается целостность надколонного участка по оси колонны.
Рис. 1. Плоское сборно-монолитное перекрытие пролетом 6м
Цель проведенных исследований найти максимальные значения усилий и прогибов в конструкции (Mx, My,Qx, Qy, f ), а так же выяснить какая из данных схем будет более удобна относительно этих пяти параметров.
Рассматривается семь схем плит перекрытия. Сюда входят различные варианты загружения, а так же опирания отдельных участков конструкции.
Исходные данные для схемы 1: плита 6 х 6м, опертая на 4 колонны по углам, толщина плиты t=160мм.
Рис. 2. Расчетная схема 2
Данная схема показывает максимальное значение усилий и прогиба в ячейке 6 х 6м при её загружении постоянной нагрузкой F=10кН/м. Результаты можно увидеть в таблице №1.
;
.
Схема 2, 3 и 4: плита перекрытия 21 х 21 м с шагом колонн 6 м, толщина перекрытия t=160мм. В них варьируются варианты загружения. В схеме 5 шарнирное опирание средней плиты. В схеме 6 надколонная плита толщиной t=180мм, межколонная – 160 мм, средняя – 140 мм.
Последняя схема так же, как и шестая с переменным значением толщин плит, но надколонную плиту подкрепляем жесткой вставкой из двутавра I 14 [2].
Сравнивая между собой первую и вторую схему видно, что максимальный момент и поперечная сила значительно увеличились, но при этом значение прогиба снизилось на 59,9% от первоначального. Это объясняется следующими факторами:
другая схема и габариты конструкции, от этого видно разницу значений усилий в местах опирания конструкции;
работа одной, отдельно стоящей ячейки отличается от работы нескольких ячеек совместно, поэтому «ячеистые» конструкции удобны в строительстве.
Схема 3 и 4 показывают, как конструкция работает при том или ином загружении.
Самой удачной схемой является схема 5. Анализ результатов показывает, что изгибающие моменты стали значительно меньше по сравнению со схемой 2 на 73,2%, а поперечные усилия на 93%, значение прогиба уменьшилось на 65,4%.
Если брать схему 6, видим что значения моментов и поперечных усилий не значительно отличаются: Mmax и Qmax уменьшились на 10,5% и 45,5% соответственно, а прогиб наоборот увеличился на 3,7%.
В схеме 7 Mmax уменьшился на 58,8%, Qmax – на 89,3% и прогиб f на 42,8% в сравнении с схемой 2.
Данные расчета в САПР «Лира»
Исходя из изложенного выше, можно сделать следующие выводы:
изменение сечения перекрытия (схема 6) не на много «разгружает» конструкцию, при этом средняя толщина конструкции составляет 160 мм, что соответствует схеме 2. Также создание такого перекрытия будет более трудоемким. Поэтому данная схема не рациональна.
наиболее рациональный выбор – это схема 5 с шарнирным опиранием средней плиты. Кроме того упрощается сопряжение плит друг с другом. В данном случае конструкция удовлетворяет целям задания.
Рис. 3. Расчетная схема 1
Рис. 4. Расчетная схема 3
Рис. 5. Расчетная схема 4
Рис. 6. Расчетная схема 5
Рис. 6. Расчетная схема 6
Рис. 7. Расчетная схема 7
Литература:
Потапов Ю. Б., Васильев В. П., Васильев А. В., Федоров И. В. Железобетонные перекрытия с плитой опертой по контуру // Промышленное и гражданское строительство, 2009. - №3. – с. 40 – 41.
ГОСТ 8239-89: Двутавры стальные горячекатаные. – Введ. 01.07.1990. - Министерством черной металлургии СССР, ГОССТРОЕМ СССР, ЦНИИ строительных конструкций. – 4 с.
ООО «КУБ-СТРОЙКОМПЛЕКС». Сборно-монолитный каркас. Надежная система строительства для инвестора и застройщика. – URL: http://www.kub-sk.ru/userfiles/File/KUB_Tehnology_nov.PDF. Дата обращения: 16.10.2011г.