Виды перекрытий
Железобетонные перекрытия представляют собой монолитные диафрагмы из бетона и стали, играющие большую роль в общей работе здания и обеспечивающие необходимую его жесткость. В большепролетных зданиях можно (и целесообразно) делать перекрытия неразрезными, в результате чего достигается значительный конструктивный и экономический эффект. В соответствии с жесткостными характеристиками железобетонные перекрытия можно расчленить на четыре основных конструктивных типа: плоские, ребристые, часторебристые с вкладышами, армокаменные.
Плоские перекрытия (DIN 1045 § 22). Принцип работы плоских перекрытий, как и всех железобетонных перекрытий, состоит в том, что растягивающие напряжения в них воспринимаются стальной арматурой, а сжимающие — бетоном. Такая совместная работа стали и бетона обусловлена примерно одинаковыми их коэффициентами температурного расширения, вследствие чего между обоими материалами возникает надежное сцепление. Стальная арматура в плитах к тому же защищена от коррозии слоем бетона (защитный слой, минимально необходимая толщина которого указана в таблицах 9 и 10 норм DIN 1045).
Если все поперечное сечение перекрытия состоит из бетона (который, естественно, эффективно работает только в сжатой зоне), то мы называем такие перекрытия сплошными плоскими железобетонными плитами.
По характеру опирания на несущие конструкции плоские железобетонные перекрытия можно разделить на плиты, работающие в одном направлении, и плиты, работающие в двух направлениях; для армирования плит возможно применять как одиночные арматурные стержни, так и арматурные сетки.
Кроме рабочей арматуры в плитах перекрытий имеются распределительная арматура (поперечное сечение распределительной арматуры >20% поперечного сечения рабочей арматуры) и монтажные стержни. Часть арматуры в пределах длины пролета (от 1/3 до V2) отгибается для восприятия момента в заделке (рис. 99, а).
Ребристые перекрытия (DIN 1045 § 25). Эти перекрытия представляют собой железобетонные конструкции, объединяющие свойства балок и плит, причем плита — это фактически расширенная сжатая зона узкой несущей балки. В результате укладки отдельных ребристых плит перекрытия вплотную друг другу и создания неразрезности конструкции в поперечном направление (с помощью соединения плитных участков таких перекрытий или с помощью поперечных ребер) получаем надежно связанную плоскую несущую систему (рис. 99, б).
Часторебристые перекрытия с вкладышами (DIN 1045 § 24). Такая конструкция представляет собой плиту с выступающими вниз несущими ребрами, расстояние между которыми не должно превышать 70 см. Изготовляют такие плиты бетонированием в многократно оборачиваемой стальной опалубке или при помощи специальных пустотелых блоков-вкладышей, которые, будучи использованы в качестве опалубки для монолитного перекрытия, в дальнейшем позволяют получить гладк поверхность потолка (с последующим оштукатуриванием).
Вкладыши в перекрытиях такого рода могут принимать участие в работе всего перекрытия или же быть только элементами заполнения междуреберного пространства. Для этих целей применяют керамические вкладыши (специальный кирпич для заполнения часторебристых перекрытий — из необожженной или обожженной глины) или вкладыши из тяжелого и легкого бетона (рис. 99, в). Требования к бетонным вкладышам изложены в нормах DIM 4158; при изготовлении керамических вкладышей следует руководствоваться нормами DIN 4159 и DIM 4160.
Если в случае применения бетонных вкладышей, участвующих в общей работе перекрытия, бетонная плита монолитного часторебристого перекрытия, находящаяся в сжатой зоне, не принимается во внимание при расчете всей системы, то при использовании керамических вкладышей работа сжатой плиты должна быть полностью учтена расчетом перекрытия. В последнем случае толщина работающей на сжатие плиты должна быть не меньше 1/10 расстояния между ребрами в свету и не менее 5 см. Работающая на растяжение арматура укладывается в продольных ребрах, ширина которых должна составлять не менее 5 см, в то время как в самой плите располагается лишь поперечная арматура.
При значительных временных нагрузках и больших пролетах между опорами часторебристых перекрытий необходимо предусматривать устройство поперечных ребер (нормы DIN 1045, разд. 21.2.2.3). В конструкциях часторебристых перекрытий могут быть использованы полностью или частично железобетонные сборные ребра, изготовляемые в полигонных или заводских условиях.
Армокаменные перекрытия (DIN 1046). Эта конструкция перекрытия, при которой применяются армированные стальными стержнями пустотелые камни (пустотелый кирпич по нормам DIN 4159), рассчитана на то, что для восприятия напряжений, возникающих в перекрытии, могут быть использованы сами камни. Пустотелые камни укладывают на опалубку, а арматурные стержни — в заполняемые раствором (бетоном) швы между ними; ширина швов должна быть такой, чтобы обеспечить арматуре защитный слой в 0,5 см с каждой стороны. Опалубка этих перекрытий должна иметь небольшой строительный подъем.
Как правило, армокаменные перекрытия следует устраивать без сжатого растворного слоя, который бы учитывался в общей схеме статической работы перекрытия; если такой слой предусматривается, то его не включают в расчет.
Конструкции армокаменных перекрытий рассчитаны только на восприятие равномерно распределенных нагрузок. Их нельзя применять при вибрационных нагрузках, при значительных сосредоточенных нагрузках (например, от транспортных средств при нагрузке на колесо более 750 кг), а также под проездами, в том числе над подвалами, располагаемыми за пределами контура зданий (рис. 99,г). Все названные виды перекрытий можно решать в виде сборных перекрытий при большом многообразии конструктивных вариантов. Это особая область проектирования, не рассматриваемая в рамках настоящей работы. Отметим, однако, основное преимущество сборных конструкций — экономию времени и средств, связанную с отсутствием необходимости устройства опалубки.
Тем не менее ради полноты картины следует упомянуть о некоторых особых формах железобетонных перекрытий, характеризующихся специфическими конструктивными принципами.
Перекрытие из сборных балок является таким видом, при котором сборные железобетонные балки укладываются вплотную друг к другу или с зазорами, в которые вкладываются промежуточные элементы перекрытия. В последнем случае конструкция перекрытия аналогична часторебристому перекрытию с вкладышами.
Жесткость здания при такой конструкции перекрытия меньше, чем при сплошном плоском железобетонном перекрытии, поэтому сопряжения стен с перекрытиями следует осуществлять особым образом, например с помощью арматурных поясов из монолитного бетона. В местах пропуска через перекрытие лестничных маршей или дымоходов необходимо опирать балки на поперечный ригель, как это делается в деревянных перекрытиях.
Перекрытия по металлическим балкам применяются в основном для промышленного строительства (стальные конструкции). Между балками укладывают пустотный легкобетонный настил. Возможно также устройство монолитных железобетонных сводов в пролетах между балками. Если при этом стальные несущие балки в нижней своей зоне оказываются полностью обетонированными в конструкции неразрезного монолитного железобетонного перекрытия, то такую конструкцию перекрытия мы называем составным (или комбинированным) перекрытием.
Безбалочное (грибовидное) перекрытие представляет собой особую форму плоского перекрытия; его применяют обычно для перекрытия больших помещений в зданиях производственного назначения. Преимущество этого вида перекрытий заключается в отсутствии нижних ребер несущей конструкции, которые зачастую дают нежелательный оптический эффект в интерьере помещения. Недостаток описываемой конструкции — трудоемкая и дорогостоящая опалубка капителей колонн.
Читателей, интересующихся этими проблемами, следует адресовать к публикации Штутгартского научно-исследовательского института строительства и жилища [41].
А.Грассник, В.Хольцапфель, Бездефектное строительство многоэтажных зданий. — М.: Стройиздат, 1980