Преднапряжение в железобетонных перекрытиях, сооружаемых методом подъема
Использование метода подъема этажей и перекрытий открывает новые резервы снижения материалоемкости в строительстве.
Неразрезная плоская плита перекрытия, изготовляемая при этом методе, является экономичным решением за счет взаимно разгружающего влияния опорных и пролетных изгибающих моментов. Наиболее нагруженными и, следовательно, наиболее ответственными зонами перекрытия являются приопорные участки, в которых размещают сварные или штампованные металлические воротники, существенно увеличивающие общий расход металла «а перекрытие.
Использование в приопорных участках плоской плиты преднапряженных железобетонных сборных капителей позволяет дополнительно и существенно уменьшить материалоемкость перекрытий — более чем на 20% уменьшается расход бетона и на 46% снижается масса металлического воротника, охватывающего колонну.
Первая попытка создания преднапряженной скрытой капители (квадратной в плане) была осуществлена ЛенЗНИИЭП. Стержневая арматура натягивалась в двух взаимно перпендикулярных направлениях на упоры и после достижения бетоном соответствующей прочности усилия натяжения передавались на бетон. Эффект от применения в приопорных зонах таких капителей оказался незначительным: всего на 5—7% сократился расход стали, что не могло окупить более сложную технологию изготовления.
В ИИИЖБ были разработаны и исследованы круглые преднапряженные капители с навитыми по периметру арматурными канатами диаметром 6—9 мм или высокопрочной арматурной проволокой диаметром 6 мм. Скрытые капители такой конструкции позволили сократить для жилищного строительства толщину перекрытия с 18 до 14 см и примерно вдвое уменьшить расход стали на металлический воротник, охватывающий колонну.
Такой эффект стал возможным в связи с тем, что сборные капители диаметром 2,2 м соответственно уменьшили расчетный пролет монолитной части перекрытия (более чем на Уз при шаге колонн 6 м), а также благодаря более рациональному размещению материалов. В приопорной зоне, где в период эксплуатации действуют наибольшие усилия, сосредоточены и более прочные материалы.
В лаборатории преднапряженных конструкций института были разработаны капители под нагрузку 300 и 1100 кН на одну колонну (рис. 1 и 2), арматурные выпуски в обоих случаях не сделаны, так как это опытные образцы. Толщина капителей составила соответственно 14 и 20 см. По периметру капители расположены выпуски ненапрятаемой радиальной арматуры и опорный выступ, воспринимающий нагрузку от монолитного перекрытия.
Экспериментальное исследование капителей проводилось на образцах, отличающихся количеством навитой арматуры и величиной ее предварительного натяжения.
Как показали эксперименты, прочность бетона мало влияет на работу капители; решающим фактором является количество навитой арматуры, а также величина двухосного обжатия бетона. В качестве примера в таблице показаны результаты испытания трех однотипных капителей (всего испытано 12 шт.). .
Характерной особенностью преднапряженных капителей является высокая жесткость, благодаря которой перекрытия будут иметь меньшие эксплуатационные прогибы. На рис. 3 представлен график прогибов опытного образца капители, параметры которой наиболее близки к параметрам капителей, рекомендованных для включения в проекты зданий.
НИИЖБ с учетом ЦНИИПромзданий разработал рекомендации по расчету и конструированию непрерывно армированных круглых капителей, которые были использованы институтом Моспроект-1 при проектировании лабораторного корпуса ЦКБ Минэнерго СССР в Москве. Применительно к перекрытию этого корпуса в ЦНИИПромзданий на ЭВМ-222 был выполнен расчет как для упругой пластинки (пятипролетной в одном и однопролетной двухкоисольной в другом направлении), шарнирно опертой по контуру круглых капителей диаметром 2,2 м, закрепленных на колоннах, на воздействие равномерно распределенной нагрузки.
ЛенЗНИИЭП и СПЭКБ Минпромстроя АрмССР с участием НИИЖБ и ЦНИИПромзданий подготовили «Временные указания по проектированию гражданских зданий, возводимых методом подъема перекрытий и этажей» (СИ 451-72), в которых содержатся рекомендации по проектированию преднапряженных железобетонных скрытых капителей.
Совместно с СПЭКБ Минпромстроя АрмССР в Ереване возведен фрагмент перекрытия жилого дома размером в плане 10,4X16,8 м, результаты испытания которого позволят выявить дополнительные резервы за счет совместной работы сборной и монолитной части перекрытия.
В настоящее время в лаборатории преднапряженпых конструкций НИИЖБ продолжаются работы по совершенствованию конструкций капителей. Изыскиваются возможности предварительного напряжения всего поля перекрытия, что позволит сделать его еще более эффективным, расширить область применения метода подъема перекрытий, так как появится возможность увеличить сетку колонн в сравнении с традиционными решениями.