Основные пути снижения материалоемкости железобетонных конструкций
Утвержденные XXV съездом КПСС «Основные направления развития народного хозяйства СССР на 1976— 1980 годы» предусматривают повышение эффективности использования материальных ресурсов. За пятилетие надлежит обеспечить экономию в строительстве проката черных металлов 5— 7%, цемента 5—6% и лесных материалов 12—14%.
Конкретные задачи в этом направлении определены постановлением Совета Министров СССР «О некоторых мерах по повышению технического уровня производства железобетонных конструкций и более эффективному использованию их в строительстве».
Доля затрат на исходные материалы в себестоимости железобетонных конструкций составляет более 50% и снижение материалоемкости всего запланированного в 10-й пятилетке объема железобетона только на 1 % равнозначно получению экономии денежных средств порядка 200 млн. р.
Основными направлениями снижения материалоемкости и экономии материалов в железобетонных конструкциях являются: совершенствование методов расчета и проектирования конструкций; применение эффективных видов арматурной стали, цемента, заполнителей; разработка новых конструктивных форм и учет пространственной работы конструкций.
С 1 января 1977 г. введена в действие новая глава Строительных норм и правил проектирования бетонных и железобетонных конструкций (СНиП II 21-75). В этих нормах нашли отражение результаты научно-исследовательских работ, выполненных на протяжении ряда лет, а также накопленный опыт проектирования, изготовления, возведения и эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций. При разработке документа была поставлена цель максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости конструкций с обеспечением для конкретных условий строительства требуемого качества и долговечности.
В новых нормах расширена номенклатура марок бетона по прочности на сжатие, предусмотрено применение бетона высокой прочности (тяжелых до марки М 800, на пористых заполнителях марки М 400, ячеистых марки М 150), а также промежуточных марок тяжелого бетона М 250, М 350 и М 450.
Для определения прочности бетона на сжатие и его марки приняты контрольные кубы размером ребра 15 см (вместо 20 см), а нормативное сопротивление бетона определяется вероятностно-статистическим методом при доверительной вероятности 0,95. Это позволяет предприятиям ЖБИ, изготовляющим бетон с высокой однородностью, сокращать расход цемента.
Учет различия между сопротивлением бетона кратковременным и длительным нагрузкам позволяет повысить использование прочности бетона при действии ветровых, крановых и других транспортных нагрузок, а также особых нагрузок, действующих кратковременно.
Существенно повышены (до 25%) расчетные сопротивления бетонов на пористых заполнителях в элементах, работающих на сжатие, что позволит шире применять конструкции из легких бетонов и обеспечить снижение веса зданий и сооружений.
В нормы введены новые эффективные виды арматуры, повышены в некоторых случаях расчетные сопротивления, например для сжатой арматуры. Проведенное опытное проектирование железобетонных конструкций показало, что для большинства наиболее массовых конструкций применение новых норм позволяет получить существенную экономию материалов. Так, в колоннах прямоугольного сечения для одноэтажных промзданий расход арматуры на 1 м3 бетона снижается на 18—21 кг, а в колоннах многоэтажных зданий на 16,5 кг. Для конструкций производственных зданий с годовым объемом применения железобетона около 50 млн. м3 может быть достигнута экономия арматурной стали более 130 тыс. т. В стенах жилых зданий высотой 9 этажей и больше новые нормы позволяют сократить расход цемента более чем на 50 тыс. т в год.
В 1977 г. в развитие норм будут выпущены подробные Руководства для проектных организаций. С вводом в действие новых норм созданы необходимые теоретические и правовые предпосылки для эффективного использования в железобетонных конструкциях материалов более высокой прочности.
В результате технико-экономического анализа определены конструкции, которые целесообразно выполнять из высокопрочного бетона марок 600—800. К числу таких конструкций относятся в первую очередь колонны нижних и средних этажей многоэтажных зданий. Увеличение марки бетона в колоннах прямоугольного сечения многоэтажных зданий связевого каркаса серии ИИ-04 с М 400 до М 700 приводит к экономии арматурной стали на 40—60%.
В колоннах одноэтажных промышленных зданий, используя возможности высокопрочных бетонов, можно получить значительную экономию материалов, уменьшая сечение и форму колонн. Так, в колоннах двутаврового сечения из бетона М 600 по сравнению с колоннами прямоугольного сечения из бетона М 300 достигается снижение объема бетона и расхода арматуры на 40%. Высокие технико-экономические показатели имеют центрифугированные колонны круглого сечения, получившие практическое применение на стройках Белоруссии.
В стропильных фермах пролетом 18 м из бетона М 600 по сравнению с фермами из бетона М 400 достигается снижение расхода бетона около 20% и арматурной стали более 25%. Применение высокопрочных бетонов в двускатных балках пролетом 12 и 18 м позволяет снизить объем бетона на 14—18%.
Применение в ряде конструкций промежуточных марок тяжелого бетона М 250, М 350 и М 450 вместо бетона ближайших более высоких марок дает экономию цемента порядка 55 кг на I м3 бетона. К таким конструкциям от носятся: ребристые плиты покрытий.
Перекрытий производственных зданий, многопустотные плиты перекрытий жилых и общественных зданий, сваи сплошного сечения.
В стеновых конструкциях применение легких и ячеистых бетонов с пониженной объемной массой позволяет уменьшить толщину стен при сохранении их теплозащитных свойств, что приводит к снижению расхода бетона до 25%.
Важным мероприятием по снижению материалоемкости строительства является использование в бетонных и железобетонных конструкциях побочных продуктов (отходов) промышленности, которые фактически являются ценным сырьем для строителей (зольный гравий, термозит и др.).
Перспективным является использование полимербетонов в полах и конструкциях, подверженных воздействию сильно агрессивных сред, позволяющих значительно снизить материалоемкость за счет ликвидации многослойной защиты от коррозии из тяжелых штучных материалов и изделий.
Применение предварительно напряженных конструкций позволяет эффективно использовать высокопрочную стержневую арматуру A-V, Ат-V, AT-VI, дающую в среднем экономию арматурной стали более 300 т на 1 тыс. т напрягаемой арматуры. При изготовлении предварительно напряженных конструкций необходимо полностью использовать все выделяемые лимиты на высокопрочную арматурную проволоку периодического профиля класса Вр-11 и канаты, которые обеспечивают получение наибольшей экономии стали.
Переход от применения обыкновенной гладкой арматурной проволоки класса В-I к проволоке периодического профиля класса Вр-I позволяет на 7% снизить расход металла и повысить качество железобетонных изделий без какой-либо переделки проектов.
Значительное количество гладкой арматурной стали (преимущественно класса А-I) расходуется в сборных железобетонных конструкциях на монтажные петли и конструктивную арматуру. Поэтому для экономии стали необходимо в больших количествах применять инвентарные монтажные и подъемные вывинчивающиеся петли, строповочные отверстия и другие приспособления.
Снижение материалоемкости путем применения более совершенных конструкций и конструктивных решений может достигаться двумя путями: на основе повсеместного использования уже исследованных, прошедших практическую проверку эффективных конструкций и путем перехода к применению новых, более экономичных конструктивных решений.
К числу достаточно освоенных эффективных конструкций массового назначения относятся преднапряженные железобетонные плиты покрытий производственных зданий размером 3X6 м и 3X12 м. При их применении взамен плит ширинок 1,5 м той же длины достигается снижение расхода бетона на 20—25% и стали на 10—15% при той же расчетной нагрузке. Расход стали на преднапряженные забивные сваи длиной 6—9 м, широко применяемые в жилищном строительстве, может быть снижен при осевом размещении напрягаемой арматуры на 30—40%, или около 20 кг стали на 1 м3 свай. Значительную экономию стали можно получить при проектировании длинных свай составными. Существенные резервы имеются в производстве конструкций для сельскохозяйственных зданий.
Одним из важных источников снижения материалоемкости является применение более совершенных конструкций и новых конструктивных схем для зданий и сооружений.
Для плит покрытий промышленных зданий размером 3X2 м и стропильных балок пролетом 12 и 18 м разработаны конструкции с продольными ребрами переменной высоты и предварительно напряженной арматурой, отогнутой на приопорных участках, что позволяет сэкономить на 1 м3 изделий более 10 кг стали и до 0,15 м3 бетона в сравнении с типовыми конструкциями.
Применение в каркасах многоэтажных зданий облегченных стыков с ванной сваркой выпусков арматуры дают экономию стали до 70 кг на один стык.
Значительное снижение материалоемкости достигается при применении крупноразмерных панелей-оболочек типа КЖС, оболочек положительной кривизны по серии 1-466-1, а также коротких цилиндрических оболочек различных пролетов. Использование указанных конструкций дает в среднем экономию 2 т стали и 30 м3 бетона на 1 тыс. м2 покрытий.
Заметно снижается расход бетона и стали на покрытия зданий при использовании крупноразмерных плит покрытий на пролет типа КЖС и П-образно- го сечения с размерами 3X18 и 3X24 м.
В сборных железобетонных конструкциях жилых зданий дополнительное снижение расхода материалов может быть получено путем повышения пустотности в преднапряженных многопустотных панелях перекрытий. Предварительные изыскания показывают, что
на этой основе можно уменьшить расход бетона в упомянутых наиболее массовых конструкциях на 10—15%. В панелях внутренних стен армирование, во многих случаях, может быть сведено только в контурному каркасу.
Одной из задач ближайшего будущего является более полный учет совместной работы элементов ограждения и каркаса здания. Примером является редко учитываемая обычно при проектировании совместная работа плит покрытий со стропильными балками; при ее учете достигается снижение расхода стали в стропильных балках на 10— 15%.
Большие перспективы для снижения расхода бетона и арматуры открывает сборно-монолитное строительство, которому надо уделить больше внимания.
Должны быть изучены и получить применение новые конструктивные схемы многоэтажных сборных зданий с использованием в них преднапряженных вертикальных диафрагм, воспринимающих усилия от горизонтальных ветровых нагрузок, двухэтажные производственные здания с увеличенной сеткой колонн в верхнем этаже, многоэтажные неразрезные колонны (в том числе преднапряженные) или колонны, стыкуемые без применения металлических закладных деталей путем использования ван ной сварки продольной арматуры, многопролегные неразрезные преднапряженные ригели и др. Так называемые брусковые железобетонные элементы могут с успехом заменить металл в тяжело нагруженных несущих конструкциях производственных зданий без увеличения трудоемкости монтажа и с получением экономии стали на 40—50%.
Значительные возможности снижения расхода материалов имеются и в многочисленных инженерных сооружениях. Здесь в первую очередь следует назвать предварительно напряженные резервуары различной емкости, объем строительства которых неоправданно мал.
Задача состоит в том, чтобы общими усилиями все перечисленные возможности экономии материалов претворить в жизнь и таким образом выполнить одно из важнейших указаний XXV съезда КПСС.
Проектировщикам надо решительнее предусматривать в проектах применение наиболее эффективных решений, а производственники с помощью работников науки должны открыть широкую дорогу новым прогрессивным конструкциям.