КОНСТРУКЦИИ БАЛОЧНОГО ТИПА
Балочными покрытиями называют конструкции с соотношением сторон (длины и ширины элемента) не менее 3:1. Работают такие конструкции в одном направлении. Поперечное сечение этих элементов бывает тавровое, двутавровое, волнообразное или складчатое. Высота балочных конструкций колеблется в пределах 1/10—1/20 пролета. Преимущество балочных покрытий — четкая статическая схема работы, простота расчета и изготовления, удобство транспортирования и монтажа. Простые конструктивные формы дают возможность изготовлять элементы виброформовочной машиной. Их недостатки — работа в одном направлении, пригодность исключительно для пролетов 12—24 м и наличие ребер.
Институтом строительства и архитектуры АН БССР запроектирована предварительно напряженная панель АПКН-12 размерами в плане 3 х 12 м с комбинированным армированием (рис. 12). Панели изготовляли из мелкозернистого бетона марки 300 на портландцементе марки 500 с В/Ц = 0,4. Плиту армировали двумя ткаными сетками № 12 и двумя сварными сетками. В ребрах была расположена предварительно напряженная арматура.
Изготовление панели ведется в такой последовательности: бетонируют плоскую плиту толщиной 22 мм, а затем в свежеотформованном состоянии борта опалубки высотой 450 мм поднимают, образовывая таким образом вертикальные ребра. После этого устанавливают металлические диафрагмы Р-2. Вес панели 4,1 т. Расход бетона — 1,65 м3, его приведенная толщина — 4,6 см. Расход стали при напряженной проволочной арматуре 232 кг, или 6,2 кг/м2, а при стержневой — 282 кг, или 7,84 кг/м2. Преимущества конструкции — технология ее изготовления.
Склад готовой продукции ячеистого бетона Березовского завода строительных конструкций был перекрыт 132 панелями (рис. 13), разработанными Куйбышевским Оргэнергостроем. Уложены панели по односкатным балкам пролетом 18 м. Панель армирована четырьмя ткаными сетками № 8 диаметром проволок 3 мм. Вес элемента 0,915 т, расход бетона 0,366 м3 и стали 90 кг. Приведенная толщина бетона — 2,03 см. Для данной конструкции характерен малый вес и умеренные расходы бетона и арматуры. Учитывая продольное сводчатое сечение, несколько сложно изготовление конструкции, при котором трудно механизировать укладку и формование бетона.
НИИЖБ совместно с Теплоэлектропроектом разработали и применили для покрытия машинного зала котельной Конаковской ГРЭС панель размерами в плане 1,5 х 12 м. Такие панели укладывают по железобетонным или металлическим фермам. Панели запроектированы под нагрузки 150 кгс/м2 (ПКЦН-12-1) и 300 кгс/м2 (ПКЦН-12-2) без учета собственного веса (рис. 14). Плита армирована двумя ткаными сетками № 7 и одной сварной сеткой из проволоки диаметром 3 мм, в ребрах расположена предварительно напряженная арматура класса A-IV. На панели расходуют соответственно материалов: бетона 0,05 и 0,065 м3/м2, стали 6,7 кг/м2 и 13,4 кг/м2, а стоимость материалов: 1,75 руб,/м2 и 2,87 руб/м2, общая стоимость изготовления — 7,62 руб,/м2 и 8,8 руб./м2. Расход стали на 1 м2 покрытия составляет: при армоцементных панелях, уложенных по стальным фермам — 29,4 кг, в том числе на фермы 22,7 кг, а в случае применения железобетонных панелей и тех же ферм — 44,3 кг, в том числе на фермы 30,9 кг. Изготавливали панели в железобетонных матрицах методом вибропрофилирования. Покрытие из армоцементных панелей на 30% дешевле железобетонного покрытия с рулонным ковром. Снижение стоимости достигнуто в основном за счет устройства кровли, так как армоцементные панели применяли без утепления и рулонного ковра (опыт строительства покрытия корпуса Черниговской ТЭЦ).
Теплоэлектропроектом установлено, что замена в покрытиях промышленных зданий железобетонных панелей армоцементными 1,5 х 12 м сокращает расход бетона на 28%, а при панелях 3 х 12м — на 37%. Так в целом снижается вес покрытия.
Для покрытий безрулонных полносборных совмещенных крыш жилых и общественных зданий СибЗНИИЭП были разработаны два типа комплексных панелей. Первый тип был запроектирован из трехслойных армоцементогазобетонных панелей, в которых утеплитель включается в работу (рис. 15). При таких панелях допустимо устройство отверстий для вентиляции крыши. Второй тип — трехслойная комплексная панель 3,2 х 6,6 м. Наружный слой — армоцемент, внутренний — утеплитель (фенопласт, минеральная вата или другой) (рис. 16), который в работе панели не участвует. Такие панели — несущие и ограждающие конструкции, обеспечивающие гладкий потолок и позволяющие отказаться от рулонного покрытия. Стыки между панелями заделывают жгутом пороизола, керамзитовым гравием и мастикой «изол», затем покрывают Т-образными армоцементными элементами. Стоимость такого покрытия на 40—50% дешевле, чем из железобетонных панелей.
Для чердачных перекрытий жилых домов Новосибирска разработана армоцементогазобетонная панель (рис. 17), рассчитанная на нагрузку 75 кгс/м2. Вес панели — 2,09 т. Бетона расходуется — 0,02 м31м2, стали — 3,2 кг/м2, газобетона — 0,24 м3/м2. Производить та кие панели можно на заводах газобетонных изделий при имеющейся оснастке и оборудовании. Сочетание таких чердачных панелей с армоцементными панелями покрытия позволяет получить полносборную вентилируемую крышу, стоимость которой на 35% меньше аналогичного решения в железобетоне.
Складчатые конструкции отличаются архитектурной выразительностью, экономичны, целесообразны по условиям эстетики и акустики. Простота их конструктивных форм и изготовления способствует использованию складчатых конструкций в строительстве.
Первые армоцементные складчатые конструкции крыш жилых домов были применены в 1957 г. в Ленинграде.
Армоцементная складчатая панель (рис. 18) из мелкозернистого бетона марки 300 армирована двумя ткаными сетками № 10 и одной диаметром 8 мм, а в верхних — по одному стержню диаметром 6 мм. Вес панели 0,6 т. На м2 расходуется: бетона 0,022 л/3, стали — 3,9 кг. Изготавливали панели способом виброштампования со стаскиванием штампа. Поверхность бетона покрыта битумным лаком и краской АЛ-177.
Для покрытий жилых домов СибЗНИИЭП разработана армоцементная панель одноволнового сечения размерами в плане 1,66 х 6,6 м.
Проектная марка мелкозернистого бетона 300, армирована панель двумя ткаными сетками № 10, тремя стержнями диаметром 8 мм внизу и одним стержнем диаметром 6 мм вверху (рис. 20). Характерно, что криволинейная форма поперечного сечения исключает концентрацию напряжений и образование местных усилий и трещин в местах острых изломов. Криволинейная тонкая стенка по жесткости и устойчивости не уступает прямолинейной.
Мосгипротрансом совместно с НИИЖБ разработан проект покрытия навесов пассажирских платформ из складчатых армоцементных панелей (рис. 21), при котором по сравнению с железобетонным вариантом покрытия будет сэкономлено 50% бетона и 15—25% стали.
Для покрытий прямоугольных зданий в плане ЛенЗНИИЭП разработаны два типа конструкций: структурная плита пролетом 24— 30 м и призматические балки пролетом 24 м.
Первый тип покрытия состоит из структурных плит, образовывающих ячейки 1,5 х 1,5 или 3x3 м пирамидальной формы, объединенных с армоцементными ребристыми плитами покрытия в единую пространственную конструкцию высотой 1/20—1/40 пролета. Соединение осуществляется сваркой закладных деталей с замоноли- чиванием швов. По линиям сопряжения плит образовываются взаимно пересекающиеся ребра, которые работают как пространственная форма. Плиты из бетона марки 300 толщиной 10 мм армированы двумя ткаными сетками, в ребрах сечением 70 х 150 мм стержневая арматура класса A-III.
Второй тип покрытия собирается из призматических балок, представляющих собой складку замкнутого треугольного сечения, состоящую из плит шириной 1 м и толщиной по середине 15 мм и на торцах — 25 мм.. Элементы структурной плиты и призматической балки можно изготавливать послойным формованием, виброштампованием, виброгнутьем и другими способами, позволяющими формовать горизонтальную плоскость. По проектным данным, для помещений пролетом 24 м при шаге колонн 6 м соответственно для структурной плиты и призматических балок, уложенных по подстропильным балкам, приведенная толщина бетона равна 8,95 см и 6 см, расход стали 9,1 кг/м2 и 12 кг/м2. Экономия от использования этих конструкции при сравнении с аналогичными железобетонными покрытиями достигает 5—7 руб. на 1 м2 площади.
Линейчатые конструкции. В некоторых случаях целесообразно применять балочные пространственные конструкции, образованные поверхностями двоякой отрицательной кривизны. Поверхности создаются движением образующих параболы и гиперболы. Таким образом, возникают линейчатые конструкции с большой жесткостью и хорошим сопротивлением сжимающим и растягивающим усилиям. Армирование конструкций несложно, так как осуществляется по прямолинейным образующим. Недостатком их является отсутствие механизированных способов изготовления.
Панель «грани» пролетом 12 и 15,5 м, шириной 3 м и толщиной 20 мм (рис. 22) применена на ряде объектов в Молдавской ССР и Ленинграде. Конструкция из мелкозернистого бетона марки 200 армирована двумя ткаными сетками № 10, между которыми уложена сетка из проволоки диаметром 3 мм и с ячейкой 200 х 200 мм. В ребре располагаются четыре стержня диаметром 14 мм. Вес элемента 12 м.— 3,9 т, приведенная толщина бетона 4,3 см, расход стали 6,3 кг/м2. Ребро элемента 15 м армировано предварительно напряженной арматурой.
Разработана конструкция двухскатного настила «бабочка» пролетом 15 и 18 м, шириной 3 м и толщиной 20 мм (рис. 23). Армируются элементы соответственно двумя и тремя ткаными сетками № 8 и между ними одной сварной сеткой из проволоки диаметром 6 мм с ячейкой 200 х 200 мм. Нижнее ребро армировано предварительно напряженной арматурой. Вес элемента соответственно 5 и 12 т. Приведенная толщина бетона 4,61 см и 4,3 см, расход стали 7,93 кг/м2 и 7,5 кг/м2.
Ряд зданий в Ленинграде, Симферополе, Константиновке покрыты сборными армоцементными пологовспарушенными складчатыми оболочками (рис. 24), утепленными армопеноцементными плитами, уложенными по гребням оболочек. У конструкции пролетами 12 и 15 м ширина соответственно 1 65 и 1,5 ж и толщина 20 мм. Поперечное сечение — криволинейное с изменением высоты от середины пролета к опорам по параболе. На расстоянии 3 м от опор расположены диафрагмы толщиной 30 мм.
Конструкции «грани», «бабочка» и пологовспарушенные оболочки изготавливали в деревянной опалубке, бетон укладывали вручную и уплотняли площадочными вибраторами. Недостатки этих конструкций — сложные сечения и опалубка, необходимость применения для «граней» и «бабочки» предварительного напряжения арматуры, трудность механизации изготовления их.
Институтом Гидропроект (Москва) запроектирована линейчатая балочная конструкция пролетом 36 м шириной Зл и толщиной 20 мм (рис. 25). Конструкция представляет собой пространственную балку постоянного сечения, собранную из шести блоков. Стенки армированы ткаными сетками, а ребра — нижнее и верхнее — пучками високопрочной проволоки. Блоки можно изготавливать методами вибропрофилирования или вибролитья. Балку собирают на кондукторе, блоки обжимают предварительно напряженной арматурой. Приведенная толщина бетона 7,5 см, а расход стали — 13,7 кг/м2. Вес балки 13,5 т.
Ленинградским отделением Теплоэлектропроект предложена линейчатая конструкция пролетами 30—45 м. Ширина блока 6 м (рис. 26). Конструкцию собирают из прямолинейных элементов 3х9 м и после замоноличивания стыков обжимают предварительно напряженными пучками — четырьмя внизу и двумя вверху. Вес блока 29.5 т. Приведенная толщина бетона 8,83 см, расход стали — 16.6 кг/м2.
Длинные цилиндрические оболочки — дальнейший шаг в развитии пространственных конструкций. Их относят к линейчатым поверхностям одинарной кривизны, так как они образованы перемещением прямой линии по цилиндрической направляющей. Оболочки могут быть гладкими и ребристыми, в зависимости от толщины плиты оболочки и ее пролета. По способу изготовления такие конструкции бывают цельными (из одного элемента до 18 м) и составными из нескольких элементов. Постоянная высота сечения оболочки позволяет унифицировать конструкцию для различных пролетов с использованием для их изготовления одной и той же оснастки. Чем длиннее цилиндрическая оболочка, тем меньше она деформируется в поперечном направлении и тем ближе она относится по характеру работы к балкам или тонкостенным стержням с недеформируемым контуром.
Рассмотрим запроектированные и осуществленные конструкции длинных цилиндрических оболочек. В Кишиневе для покрытия цеха завода сборного железобетона пролетом 18 м применены армоцементные оболочки размерами в плане 18 х 6 м (рис. 27). В торцах оболочки имеются диафрагмы — железобетонные фермы, а через 3 м железобетонные ребра жесткости. Оболочка толщиной 20 мм армирована двумя ткаными сетками № 10 и между ними одной сварной сеткой из проволоки диаметром 4 мм с ячейкой 200 х 200 мм. Продольные ребра армированы двумя стержнями периодического профиля из стали Ст5 диаметром 28 мм, арматура ребер и диафрагм состоит соответственно из двух и четырех стержней диаметром 12 мм той же стали. Вес оболочки 13,5 т. Объем мелкозернистого бетона марки 300 — 5,36 л/3, расход стали — 12,6 кг/м2, приведенная толщина бетона — 4,95 см. Оболочки изготавливали на деревянных формах, бетон уплотняли площадочными вибраторами, что несколько снизило эффект от замены железобетонного типового покрытия армоцементными оболочками, который все-таки остался существенным.
Главный корпус Вельского завода железобетонных изделий вместо сборных железобетонных конструкций покрыт армоцементными оболочками размерами в плане 3 х 18 м (рис. 28). В торцах оболочки расположены сплошные железобетонные диафрагмы, а через 4,5 м от них — железобетонные ребра жесткости. Оболочка толщиной 20 мм армирована двумя ткаными сетками № 10 и двумя сварными сетками из проволоки диаметром 3 мм с ячейками 300 х 300 мм. Продольные ребра армированы четырьмя стержнями периодического профиля из стали Ст5 диаметром 16 мм и хомутами из проволоки диаметром 4 мм. Арматура поперечных ребер состоит из одного продольного стержня диаметром 10 мм из стали Ст5 и хомутов диаметром 4 мм. Конструкции изготавливали вибропрофилированием с механизацией всех процессов. Вес оболочки 6 75 т. Объем мелкозернистого бетона марки 300 — 2,7 м3, общий расход стали — 631 кг, приведенная толщина бетона — 5 см, а стали — 11,7 кг/м2.
Армоцементные оболочки для покрытий главных корпусов тепловых электростанций пролетом 24, 27, 30, 33 и 36 м при шаге колонн 6 м разработаны Киевским отделением Теплоэлектропроекта при участии Киевского инженерно-строительного института. Применены оболочки пролетом 27 м в покрытии машинного, зала Черниговской ТЭЦ (рис. 29). Плита оболочки толщиной 10—15 мм в средних блоках и 20—25 мм в крайних армирована четырьмя ткаными сетками № 10, а ребра — сварными каркасами из холоднотянутой проволоки диаметром 4 мм. Полублоки изготавливали методом вибропрофилирования и собирали на кондукторе. Вес оболочки 35 т, проектная марка мелкозернистого бетона 400, приведенный расход бетона 0,1 м3/м2, стали — 18,3 кг/м2. Одну оболочку поднимают и устанавливают в проектное положение за 20—30 мин. Нужно отметить, что данное покрытие эксплуатируется свыше 10 лет без утеплителя; при этом конденсации влаги на внутренней поверхности оболочки при температуре наружного воздуха —19° С не наблюдается. Это объясняется большим выделением тепла в здании, благодаря чему тонкое поле оболочки хорошо прогревается и снег быстро тает.