Строительное производство

Строительное производство

Основы строительного производства

Строительное производство RSS Feed
 
 
 
 

Пути совершенствования массовых сборных железобетонных конструкций

Puti-sovershenstvovaniya-massovyh-sbornyh-zhelezobetonnyh-konstrukcijОдним из эффективных путей совершенствования технологии изготовления железобетонных конструкций является специализация заводов сборного железобетона. Номенклатура изделий такого завода должна быть ориентирована на массовые габаритные схемы промышленных зданий, возводимых в регионе, обслуживаемом специализированным заводом. Для типового специализированного завода в ЦНИИ Промзданий совместно с НИИЖБом и другими институтами разработана номенклатура прогрессивных массовых конструкций из бетонов повышенной прочности. Так, для одноэтажных зданий без мостовых кранов или с подвесными кранами предусмотрены колонны двутаврового сечения из тяжелого бетона марок до 700 или из легкого бетона марок до 400 (для слабозагруженных колонн).

При наличии подстропильных конструкций длина колонн уменьшается на высоту сечения опорной части этих конструкций.

Помимо двутавровых в номенклатуру также могут быть включены колонны кольцевого сечения (трубчатые), формуемые, на центрифугах. Переход к эффективным формам сечений колонн (двутавровому или кольцевому) и бетонам повышенных марок позволит снизить массу колонн на 25—40%. по сравнению с массой общепринятых в настоящее время колонн прямоугольного сечения. Для одноэтажных зданий с мостовыми кранами предусмотрены колонны прямоугольного сечения из тяжелого бетона марок до 700 с уменьшенными по сравнению с существующими размерами сечений. Применение таких колонн вместо типовых двух-ветвевых колонн позволит сократить расход бетона на 20%, расход стали на 25—50% и снизить стоимость на 35—45% в будущем для зданий с мостовыми кранами, предусматриваются колонны двутаврового сечения.

Для многоэтажных зданий колонны приняты прямоугольного сечения длиной на несколько этажей до (14,5—15 м) из тяжелого бетона марок до 800 или из легкого бетона марок до 500 (для слабозагруженных колонн). В целях экономии бетона в колоннах верхних этажей устраивают пустоты с сохранением габаритных размеров сечений колонн по всей их длине.

Предусмотрена возможность предварительного напряжения колонн длиной 3 м и более для одноэтажных «и многоэтажных зданий, что позволит снизить расход стали па 10—15%.

В номенклатуре специализированного завода в соответствии с эксплуатационными требованиями разработаны два варианта конструкций покрытий зданий:

— из стропильных ферм и укладываемых по ним 6-или 12-метровых плит;
— из плит «на пролет», укладываемых по продольным подстропильным балкам.

По первому варианту формируют покрытия цехов, в которых межферменное пространство должно быть использовано для размещения крупногабаритных коммуникаций. Стропильные фермы приняты сегментные, безраскосные, с предварительно напряженным нижним поясом, из тяжелого бетона марок до 800 или из легкого бетона марок до 500, пролетом 18 и 24 м. Для каждого пролета предусмотрено два типоразмера ферм. При повышенных требованиях и трещиностойкости стойки ферм могут также изготовляться с предварительным напряжением.

В зданиях с подвесным транспортом при шаге средних колонн 12 м применяют подстропильные предварительно напряженные фермы пролетом 12 м, изготовляемые из тяжелых бетонов марок до 800. Подстропильные фермы могут иметь также пролет 18 м. Использование высокопрочных бетонов в фермах позволит снизить расход бетона на 15—30%.
По второму варианту при шаге колонн 12 м предусмотрены двутавровые подстропильные балки (с уменьшением сечения к опорам), из тяжелого бетона марок до 700 с напрягаемой арматурой из стержневой стали повышенной прочности.

Плиты для покрытий первого варианта имеют размер 3X6 и 3X12 м. Их изготовляют преимущественно из легкого (на пористых заполнителях) бетона марок до 500, а плиты пролетом 12 м при повышенной несущей способности — из бетона марок до 700 на заполнителях из твердых пород. Армированы плиты семипроволочными прядями или стержневой сталью повышенной прочности.

Плиты на пролет размером 3X18 м предназначены для покрытий с пролетами 18 м (предусматривается возможность изготовлять также плиты размером ЗХ Х24 м). Плиты двускатные с уклоном скатов 3,3% имеют П-образное сечение. В полке можно устраивать отверстия для фонарей. Для изготовления плит используют легкий бетон марок до 500 и тяжелый бетон марок до 800 (при повышенной несущей способности). Все плиты будут выпускаться с высокоэффективным утеплителем и одним слоем гидроизоляции.
Перекрытия многоэтажных зданий компонуют из поперечных ригелей, расположенных с шагом 6 м, и укладываемых по ним плит. Ригели пролетом 9—12 м крестообразного сечения (с полками для опирания плит перекрытий) изготовляют из тяжелого или легкого бетона с предварительно напряженной арматурой. Плиты предусмотрены двух типов: многопустотные (при необходимости образования гладких потолков) и ребристые. Номинальные размеры многопустотных плит 6X1,5X0,22 м, ребристых — 6X1,5X0,3 м.
В комплект конструкций перекрытий с многопустотными плитами входят лотковые(ребрами вверх) плиты шириной 1,5 м, укладываемые вдоль продольных рядов колонн.

Бетон, для плит преимущественно легкий марок до 500. Предусматривается возможность изготовления плит шириной 3 м. Применение конструкции перекрытий многоэтажных зданий с временными нагрузками до 10 кН/м2 взамен действующих типовых конструкций серии ИИ-20 позволит снизить расход бетона на 15—20%.
Расчеты показали, что на изготовление конструкций, предусмотренных в номенклатуре специализированного завода, расходуется значительно меньше материалов, чем на изготовление применяемых в настоящее, воемя типовых конструкций.

Важную роль в совершенствовании сборных железобетонных конструкций должны сыграть конструкционные бетоны на пористых заполнителях. В нашей стране опыт строительства с использованием несущих конструкций из легкого бетона на естественном пористом заполнителе—литоидной пемзе имеется.

Однако, несмотря на то что с начала внедрения несущих конструкций из легких бетонов прошло много лет, применение их все еще не приобрело массового характера. Между тем, как показали исследования, область рационального применения конструкционного легкого бетона весьма широка. В первую очередь его можно использовать для изготовления типовых конструкций, не изменяя их опалубочные размеры, что является одним из важнейших факторов, благоприятствующих быстрому освоению производства конструкций.

Наилучшие показатели по прочности имеют бетоны на крупных заполнителях из керамзита, аглопорита, шлаковой пемзы объемной массой более 700 кг/м3 и кварцевого песка. Наиболее предпочтительно применение керамзита, имеющего скрытую структуру, так как для приготовления бетона на этом заполнителе требуется меньше цемента, чем на других заполнителях.
Технико-экономический анализ показал, что при производстве керамзитов на специализированном предприятии и транспортировании его на завод сборного железобетона изделия из керамзитобетона оказываются дороже аналогичных конструкций из тяжелого бетона. Поэтому изготовлять керамзит целесообразно на том же предприятии, на котором производят строительные конструкции из керамзитобетона.

Легкие бетоны следует преимущественно использовать для плит покрытий зданий, на которые расходуется преобладающая часть сборного железобетона. Расчеты показали, что плиты покрытий длиной 6 и 12 м, за редким исключением, могут быть выполнены из легкого бетона. Причем для плит длиной 12 м требуется бетон марки 500 или 400 (с небольшим увеличением расхода арматуры и повышением прочности бетона при передаче на него предварительного напряжения).

При изготовлении плит покрытий из конструкционного легкого бетона нецелесообразно придавать им функции теплоизоляции, так как это приводит к значительному увеличению массы конструкции. Плиты должны иметь тонкую полку, т. е. быть тех же опалубочных размеров, что и из тяжелого бетона. В качестве теплоизоляции следует применять высокоэффективные утеплители, а при их отсутствии — крупнопористый тепло изоляционный керамзитобетон. При такой конструкции покрытия в случае необходимости можно устраивать надежную пароизоляцию, т. е. обеспечить его высокие эксплуатационные качества.

Исследования показали, что применение высокопрочного легкого бетона оправдано и для основных несущих конструкций покрытий, однако с некоторыми изменениями их решений. Например, для ферм, в связи с тем что по действующим нормам при расчете вне центренносжатых легкобесшовных элементов предел прочности бетона на сжатие при изгибе снижается на 20%, расход арматуры несколько увеличивается. К дополнительному расходу арматурной стали приходится прибегать также тогда, когда тяжелый бетон заменяют легким, имеющим более низкую марку. В этом случай в фермах покрытий увеличивается расход арматуры на 10—15% и в балках —на 5—10%.

Применение легкого бетона для колонн в зданиях без мостовых кранов требует некоторого увеличения расхода стали, а в ряде случаев (в основном при 12-метровом продольном шаге колонн) и повышения марки бетона. Вопрос о возможности применения легкого бетона для колонн зданий с мостовыми кранами требует дополнительных исследований.

Широкое использование легкого бетона возможно и для многоэтажных зданий. Следует отметить, что преобладающая часть промышленных многоэтажных зданий имеет временные нагрузки на перекрытия до 10 кН м2, при которых плиты и ригели перекрытий можно выполнять из легкого бетона без перерасхода арматуры. При больших нагрузках потребуется некоторое увеличение расхода арматуры. Так как в многоэтажных производственных зданиях колонны нижних и промежуточных этажей изготовляют обычно из бетона марок 400 и 500 с большим количеством арматуры, замена в них тяжелого бетона легким может привести к увеличению расхода арматуры на 70%. Поэтому применение легкого бетона для колонн может быть оправдано в зданиях небольшой этажности и при малых нагрузках, когда можно использовать бетон марок 300—400 и арматуру небольших диаметров. Таким образом, экономическая эффективность применения легкого бетона для несущих конструкций в каждом случае должна тщательно проверяться.

Один из путей повышения эффективности железобетонных конструкций — совершенствование способа их формования. В настоящее время традиционным стадо изготовление железобетонных изделий в металлических

формах с уплотнением бетонной смеси на вибростолах и последующей термообработкой. Поиски нового способа формования бетонных изделий были» направлены на отказ от форм, ограничивающих номенклатуру выпускаемых элементов. В последние годы за рубежом появилось несколько способов безопалубочного производства сборных железобетонных элементов. Один из таких способов, разработанный фирмой «Макс Рот», начали осваивать и в нашей стране.

Формование изделий по этой непрерывной технологии осуществляется на стендах длиной 150 м и шириной 36 м. В цехе один формующий агрегат обслуживает три стенда общей площадью около 1600 м2. Формующий агрегат движется вдоль стенда со скоростью 1 — 2,5 м/мин в зависимости от формы поперечного сечения формуемого элемента. Основанием стенда служит стальной лист толщиной 16 мм, используемый в качестве поддона, подогреваемого снизу. Подогрев осуществляется циркулирующим по трубам горячим маслом. Производственный цикл длится одни сутки. Основным видом выпускаемой продукции являются сборные железобетонные предварительно напряженные панели — многопустотные и сплошные.

Панели изготовляют следующим образом. На стенд укладывают продольную арматуру, закрепляют ее по концам и напрягают гидравлическими .домкратами. Ввиду того что арматура из-за собственного веса на длине 150 м провисает на 10 см, в формующем агрегате машины предусмотрены устройства для фиксаций арматуры в проектном положении. При-необходимости на -нижний ряд напрягаемой арматуры на концевых участках плит укладывают сварную сетку, которая улучшает условия заанкеривания арматуры и повышает трещиностойкость.

В том случае, когда перерезывающая сила на концевых участках панелей не может быть воспринята бетонным сечением, технология позволяет устанавливать в промежутках между пустотами вертикальную арматуру в виде «змеек». Для фиксации положения до установки на стенд эти «змейки» приваривают контактной сваркой к концевым сеткам. Поперечную разрезку железобетонной ленты на элементы нужной длины осуществляют алмазными пилами.

В РФ изготавливается на оборудовании, поставляемом фирмой «Макс Рот», многопустотные панели толщиной 220 и 300 мм, длиной до 12 м. Номинальная ширина панелей принята 0,6; 1,2; 1,5; 1,8; 3 и 3,6 м. Форма пустот панелей и их расположение обусловлены технологией изготовления и для каждой толщины имеют два варианта. Для панелей толщиной 220 мм при отсутствии сеток на концевых участках высота пустот принята 160 мм, а при наличии таких сеток—150 мм. Для панелей толщиной 300 мм, не имеющих названных сеток, высота пустот 240 мм, а для панелей с сетками — 230 мм. Уменьшение высоты пустот вызвано требованиями размещения арматуры. Проектные размеры панелей приняты из условий их взаимозаменяемости с типовыми пустотными панелями для промышленного строительства.

В качестве напрягаемой арматуры предусмотрена высокопрочная проволока диаметром 5 или 6 мм или семипроволочные пряди из высокопрочной проволоки диаметром 2,5 или 3 мм. Эту арматуру располагают в нижней и верхней зонах панелей в пространстве между пустотами: до трех проволок или прядей в нижней части плиты и одна проволока или прядь — в верхней части между двумя соседними пустотами.

Чтобы расширить применение легких ограждающих конструкций и в связи с необходимостью экономии стали, начали внедрять смешанные решения, в которых железобетонный сборный каркас сочетается с покрытиями и стенами стального профилированного листа или асбестоцементных панелей.
Целесообразность такого технического направления требует специального технико-экономического обоснования.
Для оценки эффективности комбинированного решения применительно к габаритным схемам для зданий комплектной поставки были разработаны соответствующие технические решения конструкций.

Для зданий использована традиционная расчетная схема, в соответствии с которой колонны приняты защемленными в фундаменты. На колонны шарнирно опирается система подстропильных и стропильных балок, по которым с шагом 3 м укладывают прогоны. Последние запроектированы в двух вариантах — из стали и из предварительно напряженного железобетона.

Все элементы каркаса выполнены предварительно напряженными из бетона повышенной и высокой прочности. Так, в колоннах прямоугольного сечения использован бетой марок до 600. Подстропильные балки пролетом 12 м имеют двутавровое сечение и запроектированы с провисающим нижним поясом. В подстропильных балках применен бетон марок до 600.

Стропильные балки пролетом 18 и 24 м имеют двутавровое сечение с уклоном верхнего пояса 3,3% из бетона марок до 800. Железобетонные прогоны пролетом 6 м имеют тавровое сечение и решены с оттянутой предварительно напряженной арматурой из бетона марок до 600. Для стальных прогонов могут быть использованы типовые решения из прокатных или гнутых профилей.

Для типового решения из сборного железобетона в покрытии принимались железобетонные плиты, для вариантов с легкими конструкциями — стальной профилированный настил. Стены во всех вариантах принимались панельными из керамзитобетонных панелей. Здания с пролетом 24 м принимались четырехпролетными, а здания с пролетом 18 м — трехпролетными. Длина зданий независимо от величины пролетов составляла 144 м. Грузоподъемность мостовых кранов в крановых зданиях составляла 10 т.

Помимо снижения нагрузки существенное влияние на сокращение расхода арматуры оказал переход на высокопрочную сталь с предварительным напряжением. Расход бетона на стропильные и подстропильные конструкции сократился на 30—35%, а расход стали — на 29—33%.

Масса конструкции, приходящаяся на 1 м2 площади пола здания, при переходе от типового решения в сборном железобетоне к решению с железобетонным каркасом и легкими ограждениями уменьшилась в 3—4 раза, однако за счет применения металлического профилированного листа в легких ограждениях общий расход стали на здание увеличился на 80—90%. По сравнению же с вариантом здания только из металлических конструкций расход стали в здании с комбинированным решением примерно вдвое меньше.

Проведенное сравнение показывает, что комбинированное решение здания, сочетающее в себе несущие железобетонные и ограждающие металлические конструкции, может оказаться достаточно эффективным.

Важное значение в совершенствовании железобетонных конструкций приобретает вопрос рационального использования стали. В этой связи представляет интерес вопрос облегчения массы закладных деталей, так как расход стал на них в ряде конструкций достигает 30% общего расхода стали. Анализ типовых конструкций показал, что расход стали на закладные детали может быть существенно сокращен за счет уменьшения сечений элементов закладных деталей, принятых конструктивно; уменьшения линейных размеров деталей до минимально необходимых; упрощения конфигурации деталей; ликвидации излишних запасов прочности на основе уточнения требований норм.
Так, отказ от приварки к петлям для подъема плит размером 1,5X6, м уголковых коротышей позволяет снизить массу детали с 13,5 до 1,1 кг. Снижение толщины опорных плит стропильных ферм с 8 до 6 мм обеспечивает экономию стали в пределах 0,5—1,3 кг. Уменьшение толщины и размеров стальных плит, оголовков колонн позволяет снизить расход стали на эти конструкции от 2,5. до 11,4 кг.