Монолитные перекрытия с профилированной листовой арматурой
В Ленинградском инженерно-строительном институте в течение последнего десятилетия ведутся исследования железобетонных конструкций со стальной листовой арматурой, выполняющих функции несущих и ограждающих конструкций [1, 2]. К настоящему времени накоплены некоторые данные о внедрении таких конструкций в нашей стране и за рубежом. Как и предполагалось, они оказались вполне конкурентоспособными с традиционным железобетоном с металлической гидроизоляцией и применяются для подземного строительства, а также сооружении атомным электростанций.
Дальнейшим этапом работы, проводимой в ЛИСИ, являются исследования монолитных плоских железобетонных перекрытий и покрытий с профилированной листовой арматурой. В качестве арматуры используется -профилированный настил (рис. 1), изготовляемый отечественными заводами (профиль 479-680-1,0, ТУ 34-5831-7=1).
Перекрытия и покрытия предназначаются для многоэтажных промышленных, административных и других зданий со стальным, железобетонным и смешанным каркас-ом. Они могут применяться также при капитальном ремонте и реконструкции многоэтажных зданий.
Конструкции с профилированной листовой арматурой предполагается выполнять облегченными, главным образом из легких конструктивных бетонов марки не ниже 200, однако можно использовать и обычные тяжелые бетоны.
Технология их изготовления состоит в следующем. По мере монтажа каркаса здания на ригели или прогоны укладывается профилированный настил, служащий подмостями. После приварки к стальным прогонам или закладным деталям железобетонных балок настил используется уже как опалубка, для укладки бетона. И, наконец, после затвердения бетона профилированный лист становится рабочей арматурой комплексной балочной плиты (однопролетной или многапролетной).
На рис. 2 показаны некоторые разновидности конструкций железобетонных перекрытий с профилированной листовой арматурой, применяющиеся за рубежом. В США наибольшее распространение получили перекрытия с профилированными настилами при высоте профиля 38 и 76 м.-м (рис. 2,а). Такие настилы имеют рифления на боковых гранях и являются несущими элементами на всех стадиях изготовления конструкций. Сверху по ним иногда укладывают легкую арматурную сетку, играющую роль противоусадочной арматуры плиты. В некоторых случаях эта сетка приваривается к настилу.
Совместная работа со стальным прогоном в направлении, перпендикулярном ребрам, существенно повышает жесткость конструкции. При этом масса стальных балок может быть уменьшена на 15—30%, что особенно важно при строительстве высотных зданий [4].
Плиты перекрытий МО-этажного здания «Сирс-Тауэр» высотой 442 м в Чикаго имеют общую толщину 127 мм с профилированной листовой арматурой (высота ребра 76 мм при толщине листа 1 мм). Каждая плита опирается на фермы, расположенные с шагом 4,5 м, и рассчитана на нагрузку более 390 кге/м2.
Bo Франции используются перекрытия с профилированной листовой арматурой (высота профиля от 3.8 до 65 мм, толщина листа 1 мм, рис, 2,г). Кроме листовой арматуры в перекрытиях устанавливается дополнительная стержневая рабочая арматура.
Другая французская фирма выпускает профили нескольких типов высотой от 1.00 до 215 мм с толщиной листов соответственно от 1 до 3 мм. Настилы одного из этих типов поставляются вместе с холодногнутыми профилями в форме швеллера с загнутыми полками, предназначенными в качестве дополнительной жесткой арматуры перекрытий (рис. 2). Плиты с такой арматурой при двухпролетной схеме, пролетах по 5 м и прогибе
Анализ конструктивных решений и технологии возведения перекрытий с профилированной листовой арматурой показывает, что они обладают следующими достоинствами.
Использование конструкции позволяет возводить монолитные железобетонные перекрытия без специальных лесов и подмостей, а также без устройства деревянной опалубки. Это значительно снижает трудоемкость строительства и уменьшает сроки возведения зданий, повышает противопожарную безопасность в процессе строительства.
По сравнению с обычными железобетонными масса перекрытий уменьшается на 30% и более. Это дает возможность существенно сократить расход материалов на каркас и фундаменты зданий, что особенно -важно при высотном строительстве.
В пространствах между ребрами удобно размещается и в последующем легко меняется прокладка электропроводок, телефонных я других коммуникаций.
В перекрытиях легко организовать проемы любой конфигурации и отверстия для промышленных проводок.
Недостатками перекрытий является необходимость устройства с нижней стороны огнезащитных слоев, а также чувствительность профилированного настила к перегрузкам и механическим повреждениям в стадии изготовления конструкции, но эти недостатки вполне устранимы.
Объем применения перекрытий с профилированными настилами непрерывно растет. Например, 22% зданий высотой более 30 этажей, построенных за последние годы (1965—1973) в разных странах, имеют перекрытия с профилированными настилами.
Данные прогноза развития конструкций с листовой профилированной арматурой в нашей стране показывают, что в течение ближайших десятилетий потребность в них будет возрастать. Сейчас для ряда отраслей промышленности с вертикальной технологией при -проектировании многоэтажных производственных зданий с типовыми сборными несущими конструкциями серий ИИ-20 и ИИ-20/70 значительная часть перекрытий предусматривается в виде монолитных вставок. Но устройство монолитных участков с применением обычной опалубки связано с большими трудозатратами, удлинением сроков и удорожанием строительства. Поэтому институт Гипроив разработал предложения, предусматривающие замену сборных панелей перекрытий плитами.
Такая замена даст возможность снизить массу перекрытий на 200— 250 кгс/м2. При этом общая масса 5- этажного промышленного здания, например типа лолимеризационно-прядильного корпуса в Барнауле, уменьшается на И тыс. т. Кроме того, появляется возможность вести монтаж оборудования, устанавливаемого на вспомогательные балки, с лесов из профилированного настила до замоноличивания. Все отверстия в настиле легко вырезаются во время монтажа, после укладки бетона не требуется специальной заделки вокруг аппаратов, трубопроводов и т. п.
Главной особенностью конструкций с профилированной листовой арматурой является то, что в процессе укладки бетонной смеси в настиле возникают изгибные напряжения, которые несколько изменяются п-осле твердения бетона и проявления усадочных деформаций. Таким образом, элемент перед приложением эксплуатационной нагрузки уже имеет начальные напряжения.
Другая особенность состоит в устройстве связи листа с бетоном. Из-за небольшой толщины листа приварка анкеров к нему затруднена. Поэтому выбор наиболее эффективного типа анкеровки представляет собой ответственную задачу.
Экспериментальное исследование монолитных плит с профилированной листовой арматурой складывается из трех этапов испытаний: настилов на нагрузку, действующую в стадии изготовления;
прочности контакта листа с бетоном на сдвиг при различных способах анкеровки;
на изгиб готового элемента (стадия эксплуатации).
При расчете необходимо учитывать деформации бетона, а также наличие связи между листом и бетоном по всей поверхности их контакта за счет анкеровки, склеивания металла с цементным гелем и трения. Такой расчет в принципе совпадает с принятой в нашей стране методикой расчета обычных железобетонных конструкций. Кроме того, он удобен для практического применения и сохраняет структуру расчета по предельным состояниям и терминологию, принятую для обычных железобетонных конструкций.
Выводы
Конструкции с профилированной листовой арматурой могут рассматриваться как разновидность железобетонных конструкций с внешним армированием. Их разработку и исследование следует признать актуальной задачей.