Монолітне часторебристе перекриття в опалубці із пінополістирольних блоків поряд з іншими перекриттями подібного типу

А. В. Сікорський
МОНОЛІТНЕ ЧАСТОРЕБРИСТЕ ПЕРЕКРИТТЯ В ОПАЛУБЦІ ІЗ ПІНОПОЛІСТИРОЛЬНИХ БЛОКІВ
ПОРЯД З ІНШИМИ ПЕРЕКРИТТЯМИ ПОДІБНОГО ТИПУ
1. Загальні відомості
У цивільному будівництві поряд з іншими перекриттями застосовуються залізобетонні перекриття балкового типу. До них, за конструктивними ознаками, відносяться: балкові збірні, ребристі монолітні з балочними плитами, часторебристі, балкові збірно-монолітні, плоскі при відношенні сторін більше 2. У цьому ряду часторебристі перекриття займають особливе місце. У період інтенсивної індустріалізації, уніфікації і стандартизації будівельного виробництва їх витіснили, в основному, збірні конструкції. Але, разом із тим, у багатьох країнах, де широко поширене індивідуальне будівництво, часторебристі перекриття знайшли своє застосування і подальший розвиток.
Рис. 1. Часторебристі перекриття інженера Є. Є. Ліновіча (Е. Е. Линович «Розрахунки і конструкції несучих елементів цивільних будівель» Гостехиздат Київ 1947)
Раціональне вирішення питання проектування будівельних конструкцій, зокрема часторебристих перекриттів, давши радянський інженер Є. Є. Ліновіч ще в 40-х роках минулого століття. У цей час широко розгорнулося будівництво нових та відновлення постраждалих під час війни цивільних споруд. В умовах, коли будівельна промисловість була зруйнована, були потрібні прості, дешеві та швидкі методи будівництва, які не потребували застосування складних будівельних технологій і механізмів. У своїй книзі «Розрахунки та конструкції несучих елементів цивільних будівель», виданої в 1947 р. у м. Львів, інженер Є. Є. Ліновіч так подає конструкцію часторебристого перекриття (рис. 1). «Часторебристі перекриття ... представляють собою плиту товщиною 3 – 5 см, пружно пов'язану з ребрами. У конструктивному і статичному відношеннях часторебристі перекриття близько підходять до ребристих, але відрізняються від останніх невеликим січенням ребер (ширина ребра 6 – 12 см, висота – 13 – 26 см) і частим розташуванням ребер у плані – в середньому через 40 – 60 см, але не більше 70 см у просвіті. Відповідно до архітектурного оформлення стелі ребра залишаються відкритими або підшиваються штукатуркою Рабиця (рис. 8, фіг. 101). У цьому випадку товщина плити приймається рівною 5 див.
У перекриттях, до яких пред'являються звуко - і теплоізоляційні вимоги, простір між ребрами заповнюється порожнистими каменями – блоки з легких бетонів або обпаленої глини (рис.5, 7, фіг. 101) або дерев'яна яними ящиками (рис. 6, фіг. 101). Блоки і ящики при бетонуванні служать опалубкою і лицюються з низом ребер, що створює гладку вистеляю для штукатурки-затірки. У цьому випадку, завдяки участі блоків у сприйнятті стискаючих зусиль, товщина плити може бути прийнята 3 – 4 см ».
Сутність конструкції монолітного ребристого перекриття в тому, що бетон з метою економії видалений з розтягнутої зони січень, де збережені лише ребра, в яких сконцентрована розтягнута арматура. Ребристе (часторебристе) перекриття в більшості випадків є економічно найбільш вигідним типом залізобетонного перекриття.
2. Збірно-монолітні перекриття
Дана технологія об'єднання єднала в собі переваги збірних і монолітних перекриттів. Збірно-монолітна конструкція перекриття складається із збірних елементів і монолітних частин, бетонованих безпосередньо на майданчику. Затверділий бетон цих монолітних ділянок пов'язаність язує конструкцію у єдину спільно працюючу систему. Збірні елементи перекриття служать остовом для монолітного бетону і в них розміщена основна, найчастіше напружувана арматура. При прольотах до 9 м можливі перекриття з попередньо напруженими елементами, які мають вигляд залізобетонної дошки і служать остовом розтягнутої зони балки, забезпеченої арматурою. У класичному вигляді на ці елементи встановлювалися коритоподібної форми армовані елементи, а по них, як по опалубковій формі, укладався монолітний бетон. У нерозрізних перекриттях описаного типу над опорами встановлюють додаткову арматуру. Для кращого зв'язку між збірним і монолітним бетоном із залізобетонної дошки – днища головної балки випущені хомути (рис. 2).
Рис. 2. Збірно-монолітні перекриття (Ст. Н. Байків «Залізобетонні конструкції» Москва стройиздат 1985)
3. Часторебристі збірно-монолітні перекриття
Ідея полягає в тому, що разом із залізобетонними дошками комбінуються пустотілі блоки, які є опалубною формою, а самі дошки – днища балок – розташовуються з частим кроком – 450 – 600 мм, що дозволяє ці дошки робити полегшеними. Блоки можуть бути керамічними або легкобетонними. Деякі виробники виконують, по суті, полегшені просторові арматурні каркаси, нижній пояс яких замонолічують бетоном у вигляді дошки, яка слугувати остовом розтягнутої зони балки. Після монтажу збірних елементів з них укладається бетон. Простір над залізобетонною дошкою заповнюється бетоном, який надійно зв'язку язується арматурою просторового каркаса із залізобетонною дошкою і перетворюється в балку, а над пустотілими блоками в плиту (рис. 3).
Рис. 3. Конструкція збірно-монолітного часторебристого перекриття
Прикладом такого перекриття може бути широко розрекламоване перекриття TERIVA, що застосовувалося свого часу в Європі (рис. 4).
Рис. 4. Часторебристе збірно-монолітне перекриття TERIVA
4. Перекриття у фіксованій опалубці з пінополістиролу
З появою пінополістиролу, що має дуже малу об'єднання ємну вагу і унікальні теплоізоляційні властивості, інженери стали застосовувати його в огороджувальних конструкціях будівель, у тому числі і для перекриттів. Виникла ідея створювати перекриття фіксованій опалубці, що не знімається, із пінополістиролу. Прикладом таких перекриттів може бути технологія опалубки PLASTBAU, створена швейцарською компанією PLASTEDIL, яка широко застосовується в країнах Європи (рис. 5).
Рис. 5. Перекриття в незнімній опалубці з пінополістиролу за технологією PLASTBAU
Фіксована опалубка для міжповерхових перекриттів і дахів виготовлена з EPS пінополістиролу 100. У поздовжньому напрямку опалубки є п'ять наскрізних каналів. Ширина опалубки 570 мм, довжина може бути різною – у межах від 2 до 12 м. Висота опалубки – 190 мм Товщина нижнього шару пінополістирольної опалубки незмінна – 40 мм, висота наскрізних каналів також однакова – 110 мм (рис. 6, 7).
Рис. 6. Опалубка з пінополістиролу Рис. 7. Конструкція перекриття PLASTBAU
Несуча частина перекриття виконується у вигляді залізобетонних ребер з шагом 570 мм і армованої плити по всій площі перекриття. Ширина нижньої частини залишених між опалубкою ребер (140 мм) забезпечує можливість розмістити там необхідну арматуру, дотримуючись вимоги до мінімально допустимої товщині захисного бетонного шару. Висота ребер може бути різною залежно від необхідної несучої здатності перекриттів.
5. Порівняльні характеристики перекриттів
Поряд із незаперечними перевагами представлених вище типів перекриттів вони мають ряд особливостей, які можна віднести до недоліків. Слід зазначити окремі небажані моменти, що мають місце в наведених конструкціях. Формат статті не дозволяє детально аналізувати конструкцію перекриттів з точки зору основ теорії залізобетону і методів розрахунку залізобетонних конструкцій. Зупинимося на деяких загальнозрозумілих моментах.
Збірно-монолітне часторебристе перекриття (наприклад, типу TERIVA) з вкладишами із легкобетонних або керамічних блоків повторює класичне часторебристе перекриття (рис. 1, рис 7, 9, фіг. 101). Різниця в тому, що для підтримки блоків-вкладишів, в конструкцію перекриття вводитися додатковий збірний елемент – залізобетонна дошка, яка виконує функцію опалубки. Робоча арматура у вигляді двох паралельних арматурних стрижнів розміщена в залізобетонній дошці. Це збільшує висоту робочої зони перетину ребра. З залізобетонної дошки виступають вгору арматурні стрижні у вигляді піраміди, які об єднуються по верху поздовжньою конструктивну арматурою. Виступаюча арматура служити для кращого зв'язку між монолітним бетоном заливки і збірним залізобетоном дошки. Залізобетонні дошки, як правило, виконуються з попередньо напруженою арматурою. Іншими словами, залізобетонна дошка – це омоноліченний нижній пояс просторового трикутного арматурного каркаса. Цей просторовий каркас можна розглядати як несучий, а саме ребро як балку, армовану несучим зварним каркасом. Виготовлення просторового каркаса із залізобетонною дошкою, а тім більше попередньо напруженою, пов'язаність язане з певними технологічними складнощами. Для цього, як мінімум, потрібно майданчик-полігон і спеціальне оснащення для виготовлення залізобетонних виробів. В процесі виготовлення, важко уникнути появи усадкових тріщин в бетоні дошки, навіть застосовуючи спеціальні пластифікатори. У залізобетонних дошках, як показує практика, можуть з'єднання явитися тріщини від напружень, що виникають при транспортуванні каркасів на об'єкт.
Будівництво перекриття не обмежується розкладкою армобалок, блоків-вкладишів і укладанням бетону. У конструкцію перекриття потрібно встановлювати розподільні ребра між балками для забезпечення спільної роботи ребра під перегородками паралельно балкам, а також додаткові каркаси у зонах опор на стіни. Деякі виробники пропонують армобалки прольотом понад 6 до 8. При цьому висота перекриттів складає 340 мм, і потрібна установка додаткових арматурних каркасів по балках. У цьому випадку вже стає доцільнішим застосовувати монолітне ребристе або монолітне часторебристе перекриття з головними балками.
Сукупність усіх цих та інших факторів веде, у результаті, до подорожчання перекриття як кінцевого продукту.
Окрім іншого, конструкції перекриття TERIVA досить важкі в порівнянні з перекриттями у фіксованій опалубці з пінополістиролу.
Перекриття у фіксованій опалубці з пінополістиролу за технологією PLASTBAU – новий крок у технології влаштування часторебристих перекриттів. Конструкція перекриття PLASTBAU в поперечному перерізі (рис. 7) схожа з класичним часторебристого перекриттям (рис. 1, рис. 7, 9, фіг. 101). Замість пустотілого каменю-вкладиша застосовується незнімна пінополістирольна опалубка у вигляді пустотілої блок-плити довжиною на весь проліт перекриття. Принциповою відмінністю є те, що в даному перекритті пінополістирольні вкладиші не можуть сприймати стискаючих зусиль, їх сприймає монолітний бетон заливки. Отже, це перекриття слід відносити не до збірно-монолітного, а до монолітного часторебристого перекриття типу в незнімній опалубці. В даний час випускаються елементи перекриття PLASTBAU з металевими профілями. При всіх перевагах даного перекриття воно все ще залишається порівняно дорогим. Реалізують якісну опалубку PLASTBAU для перекриттів, як правило, підприємства – представники головних зарубіжних фірм і за досить високою ціною.
6. Монолітне часторебристе перекриття в опалубці із пінополістирольних блоків
Починаючи з 1995 р. в Україні почали будувати будинки за системою PLASTBAU. Виникло поняття «термодім», тобто будинок, огороджувальні конструкції якого повністю «одягнені» у пінополістирол. Тоді ж перед вітчизняними інженерами постало питання – як, використовуючи властивості пінополістиролу і переваги часторебристого збірно-монолітного перекриття над традиційним монолітним, створити універсальне, легке, технологічне, дешеве, просте у виконанні перекриття нової конструкції, яке б органічно підходило для стін конструкції "термодім".Таке перекриття було розроблено та сконструйовано в Україні спільним українсько-німецьким підприємством «Укртермобуд». Це – монолітне часторебристе перекриття з плоскими каркасами із міжребровим заповненням пінополістирольними блоками - фіксованою опалубкою, що не знімається після влаштування перекриття. Перекриття не має аналогів у вітчизняній і зарубіжній практиці. Воно вперше експериментально випробуване та застосоване в Україні для будівництва та реконструкції великих цивільних об'єктів – готелів і багатоповерхових житлових будинків фахівцями компанії «Укртермобуд». У ході практичного застосування, система даного перекриття розвивалася і вдосконалювалася як у конструктивному плані, так і в плані технології виробництва робіт. Сьогодні пані перекриття, завдяки своїй простоті, легкості і надійності, широко застосовується при будівництві та реконструкції цивільних будівель компанією «СІБЕР», а також деякими іншими будівельними організаціями України із конструкцій, виготовлених компанією «СІБЕР». В основу конструювання перекриття лягли принципи раціонального проектування будівельних конструкцій. При проектуванні перекриття використовуються сучасні методи розрахунку залізобетонних конструкцій, експериментальні дані про роботу залізобетонних елементів під навантаженням, загальні принципи проектування залізобетонних конструкцій, а також вимоги чинних будівельних норм і правил.
Рис. 8. Монолітне часторебристе перекриття у фіксованій опалубці із пінополістирольних блоків
Монолітне часторебристе перекриття у фіксованій опалубці із пінополістирольних блоків даної конструкції армується плоскими арматурними каркасами з концентрацією розтягнутої арматури в ребрах на відстані товщини захисного шару бетону (20 мм) від дерев'яна яної дошки. Дошка кріпиться за допомогою скоб до нижньої, робочої арматури каркаса і слугувати остовом для пінополістирольних блоків-вкладишів і опалубкою для монолітних ребер. Ребра пов'язані між собою монолітною залізобетонною плитою товщиною 50 мм, армованою арматурною сіткою Ø 4 мм з кроком вічка 150 х150 мм (рис. 8). Для опалубки даного перекриття застосовуються блоки-вкладиші розміром 1000х500х160 мм. Блоки виготовляються із стандартних пінополістирольних (EPS) плит місцевих заводів пінопластових виробів. Блок (рис. 9) має скошені під кутом 45° верхні поздовжні ребра і вкладочні чверті (вирізи) по краях нижньої грані для укладання його на дошку армокаркасу.
Рис. 9. Пінополістирольний блок-вкладиш
В окремих випадках, при великих навантаженнях, ребра можуть армуватися подвійними плоскими каркасами, об'єднання єднаними у просторовий каркас на одній дошці.. Також, у разі необхідності влаштування посилених ділянок перекриття, впритул до дошка дошка може встановлюватися пара каркасів, які за допомогою з'єднання єднувальних стрижнів об'єднання єднуються в один просторовий каркас. Конструкція перекриття у розрізі показана на рис. 10. Питома витрата бетону на всю конструкцію перекриття складає 0,085 м3 на 1 м2. Армування за розрахунком. Усереднена витрата арматури при прольотах до 6 м – 6 кг на 1 м2 перекриття. При великих навантаженнях товщина плити може прийматися 60 – 70 мм. Максимальний проліт перекриття 6,4 м (в окремих випадках може бути збільшений до 7 м). При прольотах більше 6,4 м до 8 м перекриття виконується з головними балками. У цьому випадку ребра часторебристого перекриття відіграють роль другорядних балок (рис. 11).
Рис. 10. Конструкція перекриття. Поперечний розріз
Перекриття можуть виконуватися як однопрольотними (розрізними), так і нерозрізними. В останньому випадку в надопорній зоні по верхньому поясу ребра встановлюються надопорні арматурні стрижні, які заводяться на ¼ довжини прольоту в кожну сторону від опори. Робоча арматура підбирається за розрахунком.
а) б)
Рис. 11. Перекриття з головними балками: а) – розкладка конструкцій; б) – вид перекриття зверху до заливки бетону
Перебуваючи на тимчасових опорах, блоки-вкладиші утримують тимчасові навантаження від людей і свіжо укладеного бетону під час влаштування перекриття (рис.12).
Рис. 12. Укладання бетону в перекриття Рис. 13. «Термодім». Влаштування перекриття
Для перекриття даного типу застосовується важкий бетон на дрібному заповнювачі класу В-15. Подача бетону здійснюється бетононасосом. Свіжо укладення бетон ущільнюється вібратором. Перекриття можуть виконуватися за несучих стінах будь-якої конструкції, а також в каркасних і напівкаркасних будівлях (рис. 14). Найорганічніше дані перекриття ув'язнена язується зі стінами в опалубці з пінополістирольних блоків системи «термодім» (рис. 13).
а) б)
Рис. 14. Влаштування перекриттів: а) – за цегляних стінах; б) – в каркасній будівлі
Дані перекриття просто закриває прольоти нестандартних розмірів і довільної в плані конфігурації. Легко дозволяє виконувати консольні ділянки (наприклад, балкони) і обходити прорізи і відчини (рис. 15). У разі необхідності, елементи легко підганяються на місці. У товщі блоків перекриття зручно приховувати трубопроводи та інші комунікації.
а) б)
Рис. 15. Фрагменти перекриттів: а) – проріз під сходову клітку в перекритті; б) – балкон
Монолітні часторебристого перекриття в опалубці з пінополістирольних блоків, завдяки легкості елементів і простоті влаштування незамінні при реконструкції. Смороду дозволяють здійснювати часткову або повну заміну існуючих перекриттів , влаштовувати перекриття при зміні висоти поверху, в існуючих приміщеннях влаштовувати антресолі, балкони, переходи, майданчики та інші горизонтальні елементи будівель (рис. 16).
а) б)
в) г) д)
Рис. 16. Фрагменти перекриттів: а, б) – заміна старих перекриттів; в) – анкерування (врізання) перекриття в існуючу стіну; г, д) – верхній ярус торгового залу
У протипожежний цілях нижня поверхня монолітних часторебристих перекриттів в опалубці з пінополістирольних блоків обробляється суху штукатуркою (гіпсокартоном), або штукатуркою по сітці Рабиця. Перевагами даного перекриття також є високі теплоізоляційні властивості і мала власна вага – до 234 кг/м2. Крім того, на багато скорочуються рядка будівництва (у 3 – 4 рази) в порівнянні з іншими видами перекриттів. Всі елементи перекриття виготовляються на базі будівельного підприємства. Для їх виготовлення не потрібно складного обладнання та великих виробничих площ. Елементи перекриття поставляються на об'єкт готовими виробами у комплекті відповідно до проекту (рис. 17 а, б, в).
Рис. 17. Елементи комплекту перекриття: а) – арматурні каркаси (армобалки), б) – армосітка; в) – блоки-вкладиші пінополістирольні
Монолітні часторебристі перекриття в опалубці з пінополістирольних блоків з плоскими каркасами можуть можуть застосовуватися для всіх цивільних будівель і приміщень, допустимі нормативні значення рівномірно розподілених тимчасових навантажень на перекриття яких не перевищують 4 кПа (400 кг/м2). Робочі проекти цих перекриттів успішно пройшли комплексну державну будівельну експертизу.
Рис. 18. Торгівельний павільйон. Перекриття по нерозрізний схемі з головними балками
а) б)
Рис. 19. а) – перекриття торгового залу; б) – міжповерхові перекриття магазину іграшок
Спеціалісти компанії «СІБЕР», розвиваючи тему нового перекриття, творчо підходять до вирішення інженерних питань, проектують і будують перекриття різного призначення і складності, впроваджують сучасні методи будівництва. При влаштуванні перекриттів застосовується інвентарне оснащення – риштування, багатооборотний опорний брус, телескопічні опорні стійки, електричний ручний інструмент, тощо. Приготування і подача бетону здійснюється міксером-бетононасосом, ущільнення бетонної суміші – вібраторами. Застосування новітніх добавок в бетон дозволяє проводити роботи при мінусових температурах до -15°С і нижче. Фахівці компанії удосконалили будівництво даних перекриттів по нерозрізній схемі, а також перекриттів з головними балками. Побудовано ряд багатопрольотних об'єктів з великими площами перекриття – це торгівельні зали, павільйони, горищні перекриття теплих складських приміщень та інші (рис. 18, 19).
7. Вузли монолітного часторебристого перекриття у фіксованій опалубці із пінополістирольних блоків. Креслення
а) б) Рис. 20. а) – нерозрізне багатопрольотне перекриття; б) – однопрольотне перекриття
а)
б)
в)
Рис. 21. Вузли перекриттів і стін «термодім»
а) – обпирання перекриття на крайню стіну; б) – обпирання перекриття на центральну стіну;
в) – обпирання плити на стіну;
1 – стіновий блок; 2 – підкладка (рейка 50х30);
3 – армокаркас; 4 – надопорна арматура;
5 – армопояс; 6 – вертикальна арматура стіни;
7 – горизонтальна арматура стіни;
8 – армосітка
8. Висновок
Стаття покликана популяризувати монолітне часторебристе перекриття у фіксованій опалубці з пінополістирольних блоків, як перекриття нового типу, з метою його ширшого впровадження у будівництві. Застосування перекриття цього типу допоможе забудовникам ефективніше використовувати ресурси, підрядникам зменшити трудомісткість робіт і скоротити рядки будівництва, успішно реалізовуючи свої проекти в гострій конкурентній боротьбі на будівельному ринку.
Стаття розрахована на спеціалістів будівельників, а також на широке коло читачів, які цікавляться будівництвом.
Автор буде вдячний за відгуки та критичні зауваження.
У статті використані деякі матеріали з інтернету.