Строительное производство

Строительное производство

Основы строительного производства

Строительное производство RSS Feed
 
 
 
 

Конструкции покрытий с применением плит «на пролет»

Konstrukcii-pokrytij-s-primeneniem-plit-na-proletВ зарубежном строительстве для покрытий одноэтажных промышленных зданий применяют плиты длиной на пролет, которыми перекрывают пролеты 30 м и более.- Плиты «на пролет» изготовляют различных типов. Например, в США, Италии, ФРГ, Венгрии, Болгарии и других странах используют плиты Т и 2Т. В ФРГ применяют гиперболические панели, в ГДР — складчатые панели трапециевидного сечения, в Румынии — панели сводчатого типа. В Советском Союзе наиболее детально разработаны плиты КЖС, 2Т и П-образные.

Плиты КЖС имеют три типоразмера: основной (З Х 18 м) для зданий с нулевой привязкой колонн крайних рядов и два дополнительных, с одной и двумя консолями по торцам, — для зданий с привязкой 250 мм. Полка плиты КЖС в направлении пролета имеет гиперболическое очертание. Высота плиты на опоре 145 мм, в середине пролета — 1000 мм, а для зданий с фонарями — 1050 мм. Толщина полки — переменная: в средней зоне она составляет 30 мм и увеличивается у опор; толщина полки плиты с отверстием увеличивается к краю этого отверстия до 80 мм.

Продольные ребра армируют на опорных участках длиной по 2,6 м и в месте примыкания поперечных ребер. Толщина стенки продольных ребер составляет 40 мм, а в зоне армирования — 50 мм. Опирание плит КЖС разрешается только на специальные опорные анкеры, причем таким образом, чтобы не создавалось защемление на опоре. В связи с этим в проекте специально оговариваются места приварки и устройства подкладочных листов («листовые шарниры»).

П-образные плиты размером 3X18 м предназначены для покрытий с малоуклонной кровлей (уклон 3,3%) и разработаны двух типов: с полкой переменной толщины и с поперечными ребрами. Высота плиты в середине пролета составляет 900 мм, на опорах — 600 мм. Толщина полки 30— 1000 мм в плитах первого типа и 30 мм — в плитах второго типа (шаг их 1500 мм, высота 150 мм). Продольные ребра имеют сечение, подобное сечению ребер плит КЖС. Ширина продольного ребра составляет 80 мм для нагрузки 5,5 кНм2 и 100- мм для нагрузки 9,5 кНм2.

Плиты 2Т размером 318 м, как и плиты П-образные, применяют для малоуклонной кровли (уклон 3,3%). Их изготовляют с полкой переменной толщины и ребрами по контуру плиты. Высота плиты составляет в центре 900 мм, на опорах — 600 мм. Торцовые и продольные (по краю) ребра имеют высоту 100 мм. Ширина продольных ребер по низу равна 100 мм. Наружные грани продольных ребер — вертикальные, внутренние— с уклоном 1:25. Толщина полки может быть 30—40 мм. Плиты имеют напрягаемую арматуру — прядиевую или стержневую (класса A-IV).

Принятые в РФ плиты 2Т отличаются от плит 2Т с полкой постоянной толщины, применяемых в США, существенно меньшей, примерно в 1,5 раза, массой при практически одинаковой несущей способности.

Разница в массе объясняется меньшей толщиной полки и ребер и большим уклоном ребер.

Конструктивная схема зданий одинакова для всех рассматриваемых типов плит «на пролет» и отличается от конструктивных схем зданий с типовыми элементами в основном решением покрытия, при котором конструкциями, перекрывающими большой пролет, являются плиты.

Konstrukcii-pokrytij-s-primeneniem-plit-na-prolet1Плиты покрытия опираются на подстропильные (продольные) конструкции (балки или «фермы), которые укладывают по колоннам. Пролет подстропильных конструкций равен шагу колонн: 12 м по средним рядам и 6 м по крайним рядам. Опирание плит на продольные балки возможно поверху или на их полки. Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. При опирании на полки по сравнению с опиранием поверху затруднена прокладка коммуникаций в поперечном направлении в габцррте покрытия и, кроме того, на 25— 30% увеличивается расход бетона на продольные балки.

Следует отметить, что опирание плит КЖС из-за малой высоты, на опоре (145 мм) практически возможно только по верху продольных балок; опирать на полки балок можно лишь плиты 2Т и П-образные (с малоуклонной кровлей), имеющие на опоре высоту 600 мм. Поэтому сравнение различных конструктивных решений будем проводить только для варианта опирания плит поверху.

Одна из особенностей конструктивной схемы «зданий с плитами «на пролет» состоит в том, что опорные зоны продольных конструкций участвуют в работе поперечной рамы здания, являясь как бы продолжением колонн. Поэтому соединение подстропильных конструкций с колоннами должно быть запроектировано так, чтобы оно могло воспринимать все расчетные усилия, действующие в сечениях поперечных рам.

В связи с этим в колоннах и опорных зонах продольных конструкций должны быть предусмотрены специальные армированные закладные, детали, а сварные швы быть расчетными. Сечения закладных деталей и арматуры, как правило, получаются большими, чем в соответствующих типовых конструкциях. Усилия в месте опирания продольных конструкций на колонны уменьшаются с уменьшением высоты их опорной части, поэтому с этой точки зрения более целесообразны продольные конструкции с переменной высотой или балки с полками для опирания плит.

При использовании плит 2Т появляется еще одна особенность: из-за несовпадения, осей продольных ребер плит с осями колонн (на 750 мм) продольные конструкции испытывают дополнительные усилия от изгиба из плоскости и от кручения на этих опорных участках. Жесткость диска покрытия обеспечивается замоноличиванием швов между плитами, приваркой ребер плит к продольным конструкциям, а при использовании плит 2Т — также сваркой плит между собой с помощью закладных деталей, расположенных в полке.

Колонны каркаса здания с плитами «на пролет» должны иметь длину меньшую, чем типовые колонны, на высоту опорной части продольных балок (или ферм). При малой, высоте опорной части усилия в колоннах зданий с плитами «на пролет» близки соответствующим усилиям в типовых колоннах. При большой высоте опорной части и большой длине температурных блоков в колоннах могут возникать большие, чем в типовых, температурные усилия из-за необходимости обеспечить жесткое соединение колонн с продольными конструкциями.

Целесообразность применения плит «на пролет» является дискуссионной. Единого мнения по выбору как наиболее рационального типа конструкций, так и области их применения в здании, а следовательно, и объема производства плит не выработано. Вопрос применения покрытий с плитами «на пролет» можно решить, сопоставляя конструктивные и эксплуатационные качества, а также экономические показатели данных покрытий и покрытий, выполняемых с применением типовых конструкций.
Такое сопоставление было проведено в руководстве по строительству промзданий. При сопоставлении оценивали расход бетона, стали, расчетную стоимость и трудоемкость монтажа для конструкций покрытия (плит и подстропильных конструкций), колонн, стен (в габарите покрытия, от отметки на 0,6 м ниже уровня низа стропильных конструкций), элементов фахверка, светоаэрационных фонарей с ограждающими конструкциями и остеклением, кровли зданий-представителей.

В качестве, зданий-представителей приняты одноэтажные здания, имеющие наиболее распространенные в строительстве конструктивные решения, а именно: отапливаемые многопролетные (четыре пролета по 18 м) и однопролетные размерами в плане соответственно 72 Х 72 и 18 X 72 м, высотой до-низа стропильных конструкций 7,2 м, с сеткой колонн 12 X 18 м, бесфонарные и со светоаэрационными фонарями, с подвесным подъемно-транспортным оборудованием грузоподъемностью 5 т.

Сравниваемые типовые конструкции покрытий состоят из стропильных сегментных ферм пролетом 18 м, расположенных через 6 м, подстропильных ферм пролетом 12 м и плит размером 3 X 6 м или из стропильных сегментных ферм, расположенных через 12 м, и плит размером 3 X 12 м для зданий, оборудованных мостовыми кранами.

Плиты покрытий решены комплексными, изготовленными вместе с утеплителем, пароизоляцией и гидроизоляцией. Во всех вариантах в качестве утеплителя принят керамзитобетон объемной массой 500 кгм3, а в качестве гидроизоляции — один слой рубероида. Плиты рассчитаны на нагрузку для IV снегового и III ветрового района. Кровли покрытий с плитами КЖС и типовыми конструкциями запроектированы в соответствии с требованиями для скатных кровель, а кровли покрытий с плитами П-образными и 2Т — с требованиями для малоуклонных.

Напрягаемая арматура принята двух видов — стержневая класса A-1V и прядиевая класса П7.

Расход бетона на бесфонарное покрытие с плитами КЖС для здания с подвесным транспортом меньше, чем на покрытие с типовыми конструкциями, на 1,3 см по приведенной толщине, или на 12%; расход стали (без учета путей) на оба типа покрытий практически одинаков. Покрытие с П-образными плитами по сравнению с типовыми требует бетона на 5—10% меньше, а стали — на 3—6% больше. Для покрытий с плитами 2Т расход бетона и стали больше на 8—9%, чем для покрытия-аналога.
По расчетной стоимости «в деле» покрытия с типовыми конструкциями и покрытия с плитами КЖС практически одинаковы, а стоимость покрытий с плитами П-образными и 2Т больше, чем стоимость покрытия-аналога.

Примечание. Стоимость зданий с плитами 2Т и П-образными определялась только для бесфонарного здания с подвесньми кранами.
Соотношение показателей существенно изменяется при учете стены и подвесных путей. Так, например, в здании с плитами «на пролет» расход легкого бетона на стены в пределах высоты покрытия уменьшается на приведенной толщине на 1,6—2 см, или в 1,8—2,2 раза расход стали на подвесные пути с креплениями снижается на 3,2—4,7 кг/м2, или на 25—37%; существенно сокращается также расход стали на светоаэрационныe фонари.

Расчетная стоимость каркасов и стен (в габаритe покрытия) бесфонарных зданий с подвесными кранами при покрытиях с плитами «на пролет» ниже, чем с новыми конструкциями. Увеличение высоты зданий с покрытиями из плит «на пролет», вызываемое необходимостью прокладки крупногабаритных коммуникаций, приводит к удорожанию каркаса, причем стоимость его при покрытии из плит КЖС становится близкой к стоимости каркаса зданий с типовыми конструкциями. В однопролетных зданиях соотношение стоимостей конструкций каркаса примерно такое же, как в многопролетных.

В зданиях с мостовыми кранами соотношение стоимостей каркасов зданий с покрытиями из плит КЖС и из типовых конструкций при шаге сегментных плит 12 м сохраняется примерно таким же, как в зданиях с подвесным подъемно-транспортным оборудованием, а показатели трудоемкости монтажа сближаются и составляют для зданий с плитами КЖС около 90% трудоемкости монтажа зданий из типовых конструкций.

Для выяснения влияния на экономическую оценку зданий разницы в расходах на эксплуатацию скатных и малоуклонных кровель были рассчитаны приведенные затраты по зданиям с плитами КЖС и П-образными. В расчетах коэффициент эффективности капитальных вложений принят —0,12, а коэффициент приведений разновременных затрат — 0,08. Расчетный срок службы зданий принят 60 лет.

Таким образом, на основе результатов технико-экономического анализа можно сделать вывод, что наибольшее распространение должны получить ребристые П-образные плиты.

Опыт проектирования показывает, что применение покрытий с плитами «на пролет» в некоторых случаях вызывает определенные трудности. В частности, в помещениях с механической вентиляцией применяемые для притока воздуха короба больших сечений не могут быть размещены в габарите покрытия из плит «на пролет», так как отверстия в ребрах плит имеют небольшие размеры (до 400—500 мм). В таких случаях короба, располагают под покрытием и соответственно увеличивают высоту помещений. При диаметре короба до 1800 мм высоту увеличивают в среднем на 1800 мм. Для помещений большей высоты увеличивают высоту колонн, а в ряде случаев и их сечение, что вызывает рост номенклатуры колонн, особенно для зданий с мостовыми кранами за счет увеличения габаритов надкрановой части колонн.

Для многих производств помимо общеобменной вентиляции требуются местные отсосы от оборудования, образующие достаточно развитую систему воздуховодов. Выброс в атмосферу, отсасываемого воздуха производится через короба, выходящие на покрытие и размещаемые обычно в межколонной зоне по линии продольных рядов колонн. Подстропильные конструкции покрытий с плитами «на пролет» мешают пропуску этих воздуховодов.

Для более широкого применения плит «на пролет» необходимо решить проблему их изготовления и транспортирования. В настоящее время традиционные плиты длиной 6 и 12 м изготовляют по высокопроизводительной поточно-агрегатной технологии. Чтобы не снижать уровня использования производственных площадей заводов сборного железобетона, целесообразно и плиты «на пролет» изготовлять по той же технологии. Однако, по некоторым данным, для организации производства плит «на пролет» по поточно-агрегатной технологии линии формования плит должны быть оборудованы вибростолами грузоподъемностью не менее 30 т и мостовыми кранами грузоподъемностью 50 тонн. Поскольку формовочные отделения действующих предприятий сборного железобетона оснащены, кранами грузоподъемностью 20 т, изготовление плит «на пролет» потребует коренной их реконструкции. На данном этапе более рациональной следует считать стендовую технологию изготовления плит «на пролет», однако ее применение потребует увеличения в 1,5—1,7 раза формовочных площадей.

Транспортирование плит «на пролет» также имеет свои проблемы. В настоящее время их перевозят только автотранспортом, для чего требуются специальные автоприцепы, которых изготовляют еще недостаточно. Перевозка таких плит по железной дороге вряд ли возможна, поскольку на кривых участках пути часть плиты, находящаяся над платформами прикрытия, может выйти за габарит приближения строений.

Определим наиболее целесообразную область применения П-образных плит (как самых рациональных) в покрытиях зданий пролетом 12, 18 и 12 м без подъемно-транспортного оборудования, с подвесными кранами и мостовыми опорными кранами. Для пролета 12 м плиты приняты с постоянным сечением по всей длине, для пролетов 18 и 24 м — с плоскими скатами, малого уклона.

Расчеты показывают, что площадь одноэтажных зданий, возводимых с плитами «на пролет», может составлять около 35—40% общей площади одноэтажных зданий. Сюда входят все здания пролетом 12 м, здания пролетами 18 и 24 м без кранового оборудования и с крановым оборудованием, но без крупногабаритных воздуховодов, поскольку размещение последних под покрытием вызывает, как указывалось выше, резкое расширение номенклатуры колонн из-за необходимости увеличить высоту помещений.
При потенциальном объеме применения плит «на пролет» в зданиях общей площадью около 20 млн. м2 может быть получен экономический эффект.

Для перехода к массовому изготовлению и применению в строительстве плит «на пролет» необходимо провести унификацию геометрических параметров плит с учетом снеговых нагрузок и нагрузок от подвесного транспорта, устройства отверстий в полках плит для размещения световых фонарей, дефлекторов и вентиляторов, а также в ребрах — для пропуска коммуникаций и ряда других факторов.