Варианты перекрытий без применения балок

Безбалочные перекрытия – это конструкция, выполненная из сплошной плиты, которая имеет опоры на колонны. Они конструктивно могут быть с капителями и без них. Для того чтобы в местах касания монолитных плит и колонн была создана необходимая жесткость, обеспечивается прочность в местах продавливания (по периметру), уменьшается пролет (расчетный) перекрытия и равномерно распределяется нагрузка по всей ширине, а для этого используют капители.

Безбалочные перекрытия представляют собой конструкцию из сплошной плиты, которая имеет опоры на колонны.

Виды бетонных перекрытий

Существуют следующие разновидности:

• сборные;
• монолитные;
• сборно-монолитные.

Основные виды безбалочных перекрытий: монолитные, сборные, сборно-монолитные.

Для того чтобы монолитное безбалочное перекрытие опиралось на колонны, в зданиях, которые строятся для производственных целей, используются конструкции капителей трех типов. Контуры и габариты капителей подбирают с расчетом, исключающим продавливание бетонной плиты по периметру капителей. Толщину безбалочной плиты необходимо рассчитывать при условии, что она имеет достаточную жесткость.

Перекрытие без балок можно рассчитать, используя метод предельного равновесия.

С помощью экспериментов установили, что для монолитной плиты (безбалочной) опасными загрузками считают полосовую нагрузку (которая распределена через пролет) и сплошную, во время которой давление распределено по всей площади.

При таких загрузках линейные пластические шарниры и излом плиты могут быть расположены двумя методами.

Проектирование безбалочных перекрытий происходит с учетом равнопролетной сетки, которая может иметь квадратную или прямоугольную форму. Из них более рациональна квадратная, а при прямоугольной форме отношение сторон должно быть 1,5. По всему периметру (контуру) такое перекрытие опирается на основные стены, обвязки контура или выступает консольно за капители последних колонн.

Зависимость нагрузок и изломов

Обычно используют капители трех типов: 1 – с надкапительной плитой, 2 – с изломом, 3 – прямая капитель.

Если в конструкции используют полосовую нагрузку, тогда в предельном равновесии образуется три линейных шарнира, которые соединяют звенья в точках излома. Если по проекту в арке пластический шарнир может образоваться по оси загружения панелей, то трещины раскроются внизу. Тогда как у несущих стен пластиковый шарнир расположен на некотором расстоянии от оси колоны, которое во многом зависит от размера и формы капители. В такой конструкции трещина раскроется вверху. Последние панели свободно опираются на стену с наружного края и образуют линейные шарниры у опоры, около первого промежуточного ряда колонн и в пролете.

Если в конструкции предусмотрено сплошное загружение, то в панелях, расположенных посредине, появляются линейные шарниры, которые будут взаимно параллельны и перпендикулярны рядам колонн, а трещины будут раскрываться внизу. При таком обустройстве панель будет делиться шарнирами на четыре элемента, которые в свою очередь будут вращаться вокруг несущих линейных пластических шарниров, а их оси будут расположены под углом 45° по отношению к рядам колонн. Над несущими пластическими шарнирами (в средних панелях) трещины раскроются вверху, и вместе с этим по линии колонн прорезается вся толщина плиты.

Если загружение происходит с учетом полосовой нагрузки, то для излома отдельной полосы (при котором образуются два звена) соединение производится с помощью трех линейных шарниров, а расчет средней панели производят так. Сумма пролетного и несущего моментов, которые воспринимаются сечением плиты (в месте расположения линейных шарниров) приравнивается к балочному моменту листа. Армирование балочной плиты производят сварными сетками, которые бывают рулонными или плоскими. В пролетах сетки располагают внизу, а на опорах укладывают вверху.

Армирование безбалочной бетонной плиты производится с использованием узких сеток, расположенных взаимно перпендикулярно по отношению друг к другу. В них растягивание происходит двумя слоями (по двум направлениям). Около колонн сетки, расположенные вверху, раздвигают или делают в них небольшие отверстия для установки стержней, которые компенсируют прорванную арматуру. Армирование капителей происходит для того, чтобы воспринималось усадочное и температурное усилие.

Кессонное перекрытие

Рассмотрим, что такое кессонное безбалочное перекрытие, которое применяют в ряде европейских стран при строительстве различных административных и общественных (где по проекту должны быть обустроены подвесные потолки) помещений. Фактически это каркасные сооружения, обустроенные кессонными перекрытиями. Само перекрытие – это ребристая конструкция, у которой ребра, расположенные в нижней части, взаимно перпендикулярны.

Кессонное перекрытие является облегченным за счет распределения бетонной смеси, и отсутствия излишка бетона между ребрами перекрытия.

Армирование безбалочной бетонной плиты типа имеет конструкцию, в которой бетон сохранен только на ребрах с растянутой арматурой (из зоны сечения он удален). Армирование ребер выполняется для жесткости. Благодаря такой конструкции значительно экономится материал и увеличиваются перекрываемые пролеты (если сравнивать со сплошным сечением).

Монолитную структуру формируют с помощью опалубки из пластмассы. Это формы размером 74х80 см и высотой 20-40 см. Их располагают на небольшом расстоянии друг от друга (по осям 80х80 см), для того чтобы образовались полости для бетонирования монолитных балок, прошедших армирование и расположенных взаимно перпендикулярно друг к другу. Арматурная сетка (прошедшая армирование) размещается сверху над формами, которые заливаются 5 см слоем бетона, и в итоге образуется железобетонная кессонная конструкция высотой примерно от 25 до 45 см. На том участке, где перекрытие сопрягается с колонной (монолитной), обустраивают сплошную бетонную плиту.

Конструкция и формы кессонов

В тех местах, где перекрытие опирается на колонны, располагается арматура, и поэтому здесь устанавливают сплошную монолитную плиту. Отсюда вывод: одна часть кессонного перекрытия состоит из элементов с удаленным бетоном в растянутой зоне, а другая ее часть состоит из сплошной монолитной плиты. При этом толщина ребер меняется от 10 до 20 см, а толщина сплошной части вверху должна быть 5-6 см. Пустотность такого перекрытия составляет до 50%, а высота ребер меняется от 20 до 40 см.

Комплект специальной опалубки, который состоит из стоек и металлических обрешеток, поможет технически грамотно обустроить кессонное перекрытие.

Для того чтобы технически грамотно обустроить кессонное перекрытие, используют комплект специальной опалубки, который состоит из стоек и металлических обрешеток. Их располагают, учитывая размер пластмассовых форм. Сверху обрешетки раскладывают кессонообразователи, которые имеют адгезию по отношению к бетону и легко удаляются после того, как он застынет. Формы не имеют большого веса, и поэтому их достаточно легко снять. Для того чтобы пластмассовые кессонообразователи не двигались, их фиксируют на прогонах, сделанных из металла.

Пластиковые формы могут быть выполнены в виде усеченной пирамиды, с основанием 74х80 см. При этом боковые грани имеют 18% наклон, а их объем (в зависимости от высоты) варьируется от 82 дм³ до 137 дм³. Зная эти величины, можно произвести расчет и выяснить, что в таком варианте пустотность кессонного перекрытия составит от 48 до 51%. Отсюда можно сделать вывод, что высоту кессонной плиты можно увеличить вдвое. Это снизит расход рабочей арматуры и увеличит пролеты (при сравнивании с конструкцией перекрытия из сплошной монолитной плиты). При этом толщина увеличивается от 16 до 25 см, экономия бетона составит 23%, а расход арматуры уменьшится на 40%. Расчет, производимый для такого перекрытия, показывает, что значительно снижается масса не только несущих конструкций, но и сооружения в целом.

Перекрытие с полыми шарами

Шары из полиэтилена и бетона, размещенные внутри арматурного каркаса, обеспечат ровное потолочное перекрытие, снизят массу монолитного перекрытия.

Второй вид монолитного перекрытия – это конструкция с размещением полых пластмассовых шаров внутри бетона, которое является эффективным при возведении жилых домов, так как значительно снижается расход материала и обеспечивается ровная поверхность с овальными и круглыми пустотами. Для того чтобы снизить массу монолитного перекрытия и обеспечить ровное потолочное перекрытие, проводится расчет системы, которая оборудована арматурными каркасами, внутри которых размещены шары из полиэтилена и бетона, заполняющего все пустоты между ними.

Внизу каркаса располагают стержни арматуры, которые воспринимают растяжение. Оставляют и сохраняют участки из сплошного монолита там, где пересекаются колонны и перекрытия. Посредине арматурного каркаса располагают полиэтиленовые шары (полые), за счет которых уменьшаются затраты бетона. Расчет показывает, что масса этажа снижается на 35% по сравнению с перекрытиями, сделанными из сплошного бетона. При этом снижается вес всего здания.

Модульные плиты обладают рядом преимуществ: имеют малый вес, больший запас прочности, их привозят на стройку уже в готовом виде.

Преимуществом такого материала, как модульные плиты, является то, что их привозят на стройку уже в готовом виде и раскладывают на горизонтальные опалубочные настилы. Для того чтобы создать защитный слой из бетона, арматурные каркасы укладывают на фиксаторы (пластмассовые). В местах, где в перекрытии располагаются проемы, устанавливается сплошная монолитная плита, и вертикальные несущие конструкции сопрягаются с ними. Каркасы, расположенные в месте сопряжения и в проемных зонах, соединяют с теми арматурными каркасами, в которых расположены полые пластмассовые шары. В растянутой зоне нижнего перекрытия расположенная рабочая арматура связывается с каркасом с полыми шарами.

Подсчет экономии при работах

Такое модульное решение каркаса дает возможность использовать стандартное оборудование, обеспечивает дополнительное заполнение и этим составляет альтернативу традиционному решению. Если сравнивать расположение и количество колонн при обоих методах (традиционный и с полыми шарами), то при модульном строительстве в расчет берутся: перекрываемые пролеты, количество колонн и расход строительных материалов. Отсюда вывод, что модульное строительство достаточно выгодное и при его применении есть возможность, уменьшив количество колонн, увеличить пролеты и сократить расход на материалы.

При модульном строительства каркаса есть возможность уменьшить количество колонн, сэкономить арматурную сталь, расход бетона, увеличить пролеты.

Произведя расчет, мы можем заметить, что при модульном строительстве со встроенными пластмассовыми шарами количество колонн уменьшится на 40%, экономится арматурная сталь, армирование и расход бетона на обустройство фундамента на 20%, а на единицу перекрытия на 32% сокращается расход бетона. При этом расчет показывает, что, возводя безбалочное перекрытие, на обустройство прогонов и балок приходится почти 100% экономия бетона, а время на опалубочные работы сокращается до 65%.

Работу по обустройству перекрытий начинают с монтажа стоек и настила (горизонтального) – это начальный этап для дальнейших работ по установке арматуры и опалубки. После того как раскладывают арматуру и каркасы со встроенными пластиковыми шарами, начинаются работы по бетонированию. Их производят смесью, которая заполняет пространство между шарами, закрывает поверхность арматуры и располагается выше шаров на расстоянии толщины защитного слоя. Подача и равномерное распределение бетонной литой смеси производится с помощью бетононасоса.

Для того чтобы подача и распределение бетона производилась равномерно по всему перекрытию и одновременно снизилась трудоемкость работ, фирмы используют гибкие шланги (бетононасос) из синтетического материала, который прошел армирование. Это дает возможность выполнить работы по бетонированию достаточно быстро и точно. Подвижность смеси составляет от 7 до 10 см. Если скорость будет больше, то во время перекачки струя расслаивается и образуются пробки. Если в смеси используют пластифицирующие добавки и применяют литьевую технологию, то становится необходимым увеличить расход цемента и количество песка (мелкой фракции) в бетонной смеси.

Состав и функции бетонных блоков

Используя в строительстве такую систему, архитекторы и дизайнеры имеют большие перспективы для творчества. У них появляется возможность перекрытия больших площадей и при этом использовать минимальное количество опор. Например, если применить бетонокерамзит, то вес перекрытия снижается почти на 25%. Во время того как производится расчет такого перекрытия, архитектор берет во внимание все достоинства модульного каркасного строительства. Это дает ему возможность перекрывать большие площади и использовать нестандартные и оригинальные решения.

Используя в кессонном перекрытии пустотелые бетонные блоки, можно существенно сократить количество опор, существенно снизить вес перекрытия.

Сборно-монолитное кессонное перекрытие состоит из пустотелых бетонных блоков. Они имеют размер от 20х20х60 см до 30х30х80 см. Блоки кладут на поверхность так, чтобы три рядом уложенных блока образовывали геометрическую фигуру, закрытую со всех сторон. Сделав расчет, можно увидеть, что если применить пустотелые блоки габаритами 20х20х60 см, то толщина перекрытия может увеличиться до 25 см, а слой монолитного бетона над блоками составит примерно 6 см.

Некоторые бетонные плиты и блоки выполняют функцию опалубки (несъемной), и их оставляют в перекрытии. Они формируют в растянутой зоне вертикальные ребра, а в сжатой конструкции – сплошной настил. В надопорной зоне (в местах сопряжения с колоннами) перекрытие необходимо выполнить при помощи сплошной монолитной плиты. Именно здесь происходит армирование плиты стержнями, которые связаны с арматурой колонн. Сверху блоков необходимо уложить арматурную сетку. В той части, где расположена сплошная монолитная плита, на блоки опираются арматурные стержни, прошедшие армирование.

На опалубки перекрытия укладывают бетонные блоки группами. При этом расстояние между ними должно быть от 12 до 15 см. Опалубка представляет собой настил из дерева, который опирается на телескопические стойки, балки (из дерева или металла) и обрешетку.

Затраты и производительность

В растянутой части перекрытия сгруппированные блоки для бетонирования ребер (вертикальных) образуют полости, в которые укладывают арматуру. Каркасы или отдельные стержни связаны хомутами. Для получения защитного бетонного слоя, на 2 см высоте (на настиле) размещают арматуру. Поверх блоков, в верхней части раскладывают арматурную сетку (прошедшую армирование), а сверху – бетонную смесь. При этом используют литьевую технологию с использованием бетононасоса.

Применение бетононасоса повышает производительность труда, позволяет получить гладкую и ровную поверхность покрытия.

Это позволяет повысить качество выполняемой работы (заполнение монолитных ребер между блоками), уменьшить трудоемкость и повысить производительность труда. Применение бетононасоса позволяет получить гладкую и ровную поверхность бетонного покрытия. При применении такой технологии на пустотелые блоки затрачивают на 62-65% меньше бетона, чем при изготовлении полных бетонных блоков.

В ряде европейских стран практикуют и производят расчет по возведению каркасных зданий с колоннами (монолитными) и сборных кессонных перекрытий. Эти каркасы намного легче монолитных, они состоят из колонн и сплошных перекрытий. Расчет тех показателей, которые характеризуют затраты материалов на обустройство сплошных и сборно-монолитных перекрытий, показывает, что если заливать 6 м плиту, то расход бетона одинаковый, но при этом экономия арматуры превышает 48%.

Дальнейший расчет показывает, что:

• на литье сплошной монолитной плиты 16 см толщины расходуется такое же количество бетона, что и при заливании сборно-монолитного перекрытия толщиной 25 см;
• В растянутой части перекрытия площадь арматуры уменьшается до 49%.

Рассмотрим, как делаются перекрытия из балок, которые предварительно напряжены, и как производится расчет и армирование бетонных, керамических и монолитных блоков.

Такое перекрытие состоит из Т-образных балок, длина которых достигает 9 м. Их изготавливают на 100 м стендах, применяя вибрационный метод, затем их разрезают на нужную длину, используя алмазный диск. Бетонные или керамические блоки имеют габариты 70х25х25 см. Они опираются на напряженные балки и в нижней части перекрытия образуют сплошной настил. На него ложится арматурная сетка, и все заливается бетоном, а поверхность выравнивается согласно проектной отметке.

Расчет показывает, что это двухслойное перекрытие из сборных деталей и монолитного бетона имеет большие преимущества перед традиционными методами возведения перекрытий из пустотелых сборных плит и созданных из монолитного сплошного бетона.

Принимая во внимание расчет, можем сделать вывод, что при возведении перекрытия обоими методами (сборные элементы или монолитная конструкция) расход бетона достаточно экономный. Отсутствует опалубка, применяется армирование предварительно напряженной балки (в нижней зоне). Из монолитного бетона получаем высококачественную поверхность перекрытия, которая уже готова для обустройства чистого пола.

В последние десятилетия повысился спрос на экологически чистые строительные материалы, и поэтому все чаще стали использовать керамику. Пустотелые блоки, созданные из этого материала, используют во время строительства стен и при обустройстве сборно-монолитных перекрытий. Их делают, используя железобетонные напряженные балки, керамические (пустотелые) блоки и монолитный бетон, армирование которого производится сеткой из проволоки (диаметр 6 мм).

Используя расчет, можно сделать вывод, что пустотелые керамические блоки с габаритами 40х20х20 см, выпускаемые на кирпичных заводах по стандартной технологии, снижают объем всего блока от 50 до 55%. Применение поризованных керамических блоков снижает массу всего перекрытия на 10-15%.

Отсюда вывод: объемный вес материала снижается до 1100 кг/м³, а из общего веса плиты перекрытия на керамические блоки приходится до 65% всего объема. Если принять во внимание этот расчет, получим: когда перекрытие сделано пористыми керамическими блоками, его масса будет на 30% меньше веса перекрытия, выполненного из заполненных бетонных блоков. Поэтому можно увеличить пролет..

Независимо от использованного материала, при возведении сборно-монолитной конструкции вначале монтируют железобетонные (предварительно напряженные) балки, опирающиеся на несущие элементы (стены и балки).

Опалубка необходима для бетонирования несущих балок, и служит для опирания напряженных деталей, в случае если плиты монолитные.

В случае если плиты монолитные, то напряженные детали опираются на опалубку, которая необходима для бетонирования несущих балок. При этом торцы других балок крепятся на установленной арматуре несущих балок.

Монтаж выполняют легким краном, который располагается на линии перекрытия. После этих работ на предварительно напряженные балки укладывают бетонные или керамические блоки, которые опираются на полки основных балок. После заполнения всего пространства блоками объединяют конструкцию. Для этого на сборные элементы располагают арматурную сетку и в торце перекрытия делают армирование. Так происходит подготовка сборной плоскости, которая готова к заливанию.

Подача смеси происходит бетононасосом или бадьей и краном. Для заливки применяют расчет бетонной смеси, у которой осадок конуса составляет 12-15 см. Бетон (толщиной 6 см) укладывают на сборные элементы и, если необходимо, бетонируют и монолитные несущие балки.

После застывания (набора проектной прочности) бетон соединяет все сборные части перекрытия в конструкцию, которая при использовании работает как целостная система: предварительно напряженные балки вместе с арматурой принимают растягивающее напряжение, а монолитный блок сжимается. Такие перекрытия характерны для коттеджей и малоэтажных домов.