Кессонные плиты перекрытия

Виды кессонных перекрытий и особенности сооружения

Кессон в строительстве представляет собой элемент членения потолков или внутренних поверхностей с формированием углублений, которые получаются между перекрестными балками. Применение монолитной конструкции с ребристой формой уменьшает использование бетона на сооружение перекрытия и нагрузку на вертикальные несущие стены, что сокращает расходы на возведение здания. Кессонные перекрытия состоят из монолитных или сборных плит.

Разновидности перекрытия кессонного типа

Кессонное перекрытие — ребристая конструкция с армированными ребрами, перпендикулярно расположенными между собой. Поперечное сечение ребер определяют на основании технологических особенностей возведения перекрытий. Высота ребра определяется по двум участкам. Первый определяется в середине самого нагруженного ребра. Второй участок — место, где ребра примыкают к вертикальной опоре. На этом участке высота сплошного монолитного участка устанавливается поперечной силой.

По технологии изготовления кессонное перекрытие подразделяется на:

• Сборно монолитные кессонные перекрытия, основу которого составляют сборные пустотелые блоки разного размера. Их монтаж осуществляется в виде закрытой геометрической фигуры. Остаются в теле бетона (служат несъемной опалубкой). В месте сопряжения с колоннами конструктив представлен в виде сплошной плиты. Над блоками проводится усиление конструкции арматурными сетками, а в надопорных зонах бетонные блоки покрываются арматурными стержнями.
• Монолитные кессонные перекрытия из железобетона. Для них характерно оптимальное распределение смеси из бетона. Ребристая структура формируется из-за отсутствия лишней бетонной смеси, что существенно делает конструктив легче. Однопролетные железобетонные плиты при наличии сплошного сечения наиболее выгодны при длине пролета до 4,5 метров. В результате происходит экономия материалов, а количество перекрываемых пролетов увеличивается. Опалубка состоит из таких элементов, как металлическая обрешетка, телескопические стойки, пластиковые кессоннообразователи и инвентарные формы.

Пластиковые формы закрепляются с высокой точностью, структуру каналов под ребра формируют инвентарные кассеты пустотообразователей. Над формами располагают арматурные сетки, затем вся поверхность заливается смесью бетона.

Результат — образование кессонной монолитной конструкции из железобетона.

Особенности сооружения монолитных кессонных перекрытий

Конструкция состоит из монолитных каркасов, формируемых при помощи опалубки. Работа ведется строго по рабочим чертежам и согласно строительным правилам и нормам. Особое внимание уделяют установке опалубке и арматурной работе.

• Система опалубков SKYDOME (полностью самонесущая). Предназначена для многократного использования. Для нее характерен простой демонтаж, минимальное количество пиломатериалов, а также объемных инвентарных элементов. Единственный минус — высокая стоимость.
• Опалубки комбинированного типа. Инвентарные элементы размещаются на фанеру или сплошной дощатый настил. По сравнению с первым вариантом разборка занимает больше времени.
• Фанерная опалубка. Процесс изготовления вкладышей и настила происходит непосредственно на строительной площадке. Такой тип больше подходит для дома с небольшой площадью.

Армирование выполняется за счет объемных каркасов, сеток и отдельных стержней. Продольное армирование подразумевает применение периодической арматуры, поперечное — гладкой. Расположение арматуры в зоне 2 взаимно перпендикулярных плоскостях дает возможность проводить работы по монтажу каркасов в две очереди.

Достоинства

• Нет необходимости усиливать фундамент и устанавливать дополнительные колонны, что значительно уменьшает сроки возведения.
• Сокращается общая толщина конструктива, что снижает нагрузку на конструкцию.
• Экономия на расходуемом материале.
• Увеличение свободного пространства и длины пролетов.
• Увеличивается несущая способность.

Области применения

Конструкция используется в зданиях с большой проходимостью потока людей, а также при перекрытиях в нагруженных инженерных сооружениях. Также кессонный способ актуален при переоборудовании больших объемных зданий в многофункциональные центры.

Несмотря на все свои достоинства кессонное перекрытие более популярно в европейских странах, чем в России и в частности в Москве.

Изготовление кессонных перекрытий своими руками

Потолочное перекрытие является важнейшим элементом любого сооружения, отвечающим за надежность и безопасность всей конструкции. Кессонные перекрытия известны еще со времен Древнего Рима и зарекомендовали себя с хорошей стороны. Такие перекрытия находят широкое применение и сейчас, особенно за рубежом.

Кессонное перекрытие — это перекрытие, состоящее из балок, направленных друг к другу под определенным углом.

Кессонные перекрытия имеют облегченную конструкцию, но это обстоятельство не ограничивает их применения. А вот преимущества и эстетичный вид создают им надлежащую рекламу. В настоящее время предлагается большой ассортимент кессонных элементов и приспособлений для их изготовления, что значительно облегчает монтаж перекрытия зданий.

Сущность кессонного перекрытия

Кессонное перекрытие представляет собой потолочное перекрытие из монолитных панелей, устанавливаемых непосредственно на угловые несущие колонны. Такая панель (плита) выполняется в виде перпендикулярно пересекающихся друг с другом ребер (балок), которые с помощью более тонкого бетонного слоя объединяются в монолитную конструкцию. Плита по виду напоминает форму вафли, поэтому ее иногда называют плитой вафельного типа. Обычно плита имеет вид квадрата, но может быть выполнена любой формы, в том числе и куполообразной.

Схема кессонного перекрытия.

В обычных монолитных перекрытиях крепление плит осуществляется через несущие балки. В отличие от них кессонные перекрытия включают в свой состав ребра, которые исполняют роль несущих балок. Ребра выполнены с шагом не более 150 см и образуют сетчатую структуру, что обеспечивает перераспределение нагрузки и достаточную ее прочность. В результате на общее бетонное основание плиты не приходится больших нагрузок, и оно служит в основном для создания единой монолитной конструкции, что позволяет уменьшить толщину слоя до 5-8 см.

Для увеличения надежности кессонного перекрытия плиты армируются. Плиты выпускаются общей толщиной от 25 до 45 см, при этом высота ребер, выступающих над основанием, составляет 20-40 см. В соответствии с принятыми нормами строительства высота ребра должна быть не менее 1/20 от длины пролета. Размеры плит выполняются по заказу и могут достигать 35х35 м.

Плита кессонного перекрытия может устанавливаться на стену или несущие колонны. В последнем случае достаточно четырех колонн, удерживающих конструкцию по углам. У плит такого крепления угловые квадраты сетки ребер заполняются бетоном полностью, т.е. на уровне верхней кромки ребра. Эти участки крепления плиты дополнительно армируются.

Преимущества кессонного перекрытия

Кессонные перекрытия имеют ряд преимуществ, обеспечивающих их широкое применение в европейских странах, особенно для промышленного строительства. К таким преимуществам можно отнести следующие. Ребристые плиты позволяют уменьшить расход бетона более чем на 50%, а арматуры — в 3 раза по сравнению с обычными балочными железобетонными конструкциями при аналогичной прочности.

Таблица сравнения сплошных монолитных и монолитных кессонных перекрытий.

Проектировщик сооружения расширяет свои возможности в варьировании толщины перекрытия и его формы. Принципиально возможно обеспечить любую заданную криволинейную форму вплоть до куполообразного и арочного типа. Отработана технология перекрытия стен или колонн с расстояниями между ними от 10 до 34 м. Уменьшение веса плит значительно снижает осевые нагрузки на стены или колонны, что, соответственно, ослабляет общую нагрузку на фундамент.

Признана высокая стойкость кессонных перекрытий к сейсмическим колебаниям. В сейсмоопасных зонах разрешается их применение при пролете более 6 м.

Если сравнивать с аналогичными по весу балочными монолитными плитами, то несущая способность ребристых конструкций в 2-3 раза выше. Можно смело устанавливать общую толщину перекрытия в 2-2,2 раза меньше, чем принято для обычных систем. Время строительства зданий с учетом меньшего числа монтируемых несущих элементов и за счет быстрого монтажа кессонов значительно сокращается. В целом можно добиться уменьшения затрат на строительно-монтажные работы более чем в 3 раза.

Изготовление кессонных перекрытий

Необходимый инструмент

При изготовлении и монтаже кессонного покрытия потребуется следующий инструмент:

Инструменты для укладки балок перекрытий.

• болгарка;
• электродрель;
• миксер строительный;
• набор ключей гаечных;
• отвертка;
• шуруповерт;
• стамеска;
• мастерок;
• шпатель;
• плоскогубцы;
• ножовка;
• ножовка по металлу;
• рулетка;
• линейка метровая;
• отвес;
• уровень.

Кессонные перекрытия лучше изготавливать прямо на месте строительства. Для этого используются специальные съемные опалубки, которые можно подразделить на три основных типа. Первый тип основан на применение стандартной системы типа «SKYDOME», в которую входят пластиковые элементы опалубки, а также стойки и рейки для ее монтажа. Второй (комбинированный) тип подразумевает изготовление временного деревянного (фанерного) настила, на который устанавливаются элементы стандартной опалубки. Наконец, третий вид представляет собой вариант из деревянного настила и самодельной фанерной опалубки. В этом случае иногда используется одноразовая конструкция, когда элементы выполнены из плотного картона с покрытием полиэтиленовой пленкой.

Схема расположения продольной арматуры в поперечном сечении балки перекрытия.

Заливка бетоном производится в два этапа, при этом арматура монтируется в порядке, обеспечивающем правильное ее расположение и фиксацию, исключающие смещение при заливке массы. В процессе изготовления устанавливаются специальные фиксаторы. Армирующие элементы также устанавливаются в два этапа. Вначале монтируются элементы в ребрах без верхней арматуры, но с хомутами. После заливки первой массы бетона (формирование ребер), монтируется армирующий каркас второй очереди с нижней и верхней продольной арматурой и с хомутами.

Перекрытие формируется из бетонной смеси с обычным или мелкозернистым наполнителем классом прочности не ниже В15 или пористых бетонов с классом прочности В12,5. Зернистость заполнителя определяется геометрическими параметрами ребер. По подвижности раствор должен соответствовать 8-10 см, а водоцементное отношение должно быть равно 0,5. Сам процесс заливки ничем не отличается от процесса изготовления стандартных бетонных конструкций.

Следует произвести уплотнение бетонной массы с помощью вибратора игольчатого типа диаметром не более 40 мм, который вводится в раствор вертикально или с небольшим наклоном.

В настоящее время в продаже предлагаются разборные опалубки, которые обеспечат необходимое качество и надежность плит. С их помощью можно сформировать кессонные потолки, создающие оригинальный дизайн. Такие опалубки имеют объемные пластиковые элементы размерами 74х80 см и глубиной от 20 до 40 см. Боковые грани объемных деталей имеют наклон в 18°, а их полный объем находится в пределах от 82 до 137 дм³. Такая конструкция ячейки обеспечивает объем воздушной части в диапазоне от 48 до 51% от всего объема плиты. Они имеют небольшой вес, легко переносятся и монтируются. В качестве армирующего элемента для основания предлагается арматурная сетка.

Кессонный потолок

Многие варианты современных дизайнов включают кессонные потолки. По аналогии с такими же перекрытиями, потолки состоят из пересекающихся ребер, создающих сетчатую конструкцию, и тонкого слоя, объединяющего все в единое целое. Кессонный потолок должен иметь легкий вес и привлекательный вид — несущие свойства для такого элемента совсем необязательны.

Схема кессонного потолка.

Конструктивно они имеют три группы элементов — ребра (балки), обеспечивающие жесткость; легкое основание, объединяющее систему; декорирующие детали. В качестве декорирующих деталей находят применение карнизы, бордюры, узорчатые розетки.

Чаще всего кессонные потолки выполняются из дерева или пластика (обычно полиуретана). Основание может выполняться из ДСП, фанеры, пластмассовых листов, гипсокартона. Декорирующие элементы прекрасно смотрятся, если их отлить из гипса. Внутри ячеек кессонного потолка прекрасно впишутся встроенные светильники. Создавая разную конфигурацию ребрам, можно обеспечить разное световое рассеивание.

Кессонные перекрытия находят свою ячейку в строительной индустрии. Использование такой конструкции позволяет значительно снизить расходы на строительство.

Кессонное перекрытие

Кессон, в переводе с французского языка (caisson), означает ящик. Первоначально такие конструкции использовались для сооружения фундаментов мостовых опор в руслах водоёмов. Железобетонная или металлическая конструкция, снабжённая по всему периметру низа стальными ножами, устанавливается на насыпной островок. При разработке грунта под ножом кессон под действием собственного веса осаживается, при необходимости выполняется дополнительный пригруз. Кессонная полость полностью герметична, только в потолке имеются отверстие для пропуска шахтных труб, через которые закачивается сжатый воздух, и шлюзовой люк, через который доставляются рабочий персонал и происходит подъём разработанного грунта. Создаваемое в кессоне избыточное давление не даёт проникнуть в него воде, но чрезвычайно вредно для здоровья работающих людей. Существует даже такое понятие как кессонная болезнь. Поэтому в нашей стране такой метод практически не применяется уже около 50-ти лет.

В строительстве кессон — элемент членения потолков или внутренних поверхностей сводов с образованием ящикообразных углублений, получившихся между перекрёстными балками. Из-за похожей на вафли поверхности их часто называют вафельными.

Зданий без устройства перекрытий не бывает, кессонное перекрытие это вид ребристого железобетонного конструктива, в котором в нижней зоне сечения только армированные рёбра с концентрацией растянутой арматуры, а бетона нет. Рёбра располагаются в 2-х направления перпендикулярно друг другу (реже под углом) с шагом ≤ 150-ти см. Сверху рёбер укладывается плита.

Кессонные плиты перекрытия могут быть монолитными или сборными. Все балки, главные и вспомогательные, одинаковой высоты. На потолках образуются углубления квадратной, прямоугольной или ромбовидной формы, похожие на своеобразные ящики, то есть кессоны. Такая потолочная конструкция обуславливается, в основном, соображениями архитектурного замысла. Уже в древних египетских мозаиках, древнегреческих и римских фресках встречаются деревянные балки, расположенные продольно и поперечно, образуя ящики, перекрытые поверху сплошным настилом. Пространство между балками украшалось живописью или орнаментами в виде небольших скульптур. Подобные изображения присутствуют и на древних римских и греческих фресках.

Разновидности перекрытия кессонного типа

В зависимости от технологии изготовления различают:

1. Сборно-монолитные кессонные перекрытия, состоящие из сборных пустотелых блоков размерами 20 × 20 × 60 или 30 × 30 × 80 см, расположенных в растянутых сечениях, и монолитной плиты в сжатых зонах. Блоки монтируются в виде закрытой со всех сторон геометрической фигуры и служат несъёмной опалубкой (остаются в теле бетона). Над блоками толщина монолитного бетона составляет от 5-ти до 6-ти см. В местах сопряжения с колоннами (надопорных местах) конструктив представляет собой сплошную монолитную плиту, так как в этих местах действуют растягивающие силы. Поверх блоков выполняется армирование арматурными сетками, а в надопорных зонах на блоки напускаются арматурные стержни.
2. Монолитные кессонные железобетонные перекрытия, отличающиеся оптимальным распределением бетонной смеси. Между рёбрами нет лишнего бетона, что значительно облегчает конструктив, создавая ребристую структуру. Смесь не укладывается в растянутых зонах сечения, в которых бетонируются только ребра с арматурой, работающей на растяжение. Результат — значительная экономия материалов и возможность увеличения перекрываемых пролётов. Опалубка для кессонных перекрытий состоит из следующих комплектующих элементов:
   • телескопические стойки;
   • металлическая обрешётка;
   • пластиковые кессонообразователи, инвентарные формы с незначительной адгезией к бетону и возможностью лёгкого удаления после твердения бетона допускающего демонтаж опалубки. Небольшой вес позволяет выполнять работы по их раскладке и снятию вручную без использования грузоподъёмных механизмов.

Пластиковые формы фиксируются на прогонах обрешётки с большой точностью, структуру каналов под ребра образуют инвентарные кассеты пустотообразователей. Поверх форм размещаются арматурные сетки, после чего вся поверхность заливается бетонной смесью с доставкой автомиксерами и уплотнением. Результат — монолитная железобетонная конструкция кессонного типа высотой по высоте пластиковых форм (от 25-ти до 45-ти см). На участках опирания на колонны бетонируется сплошная железобетонная монолитная плита.

Некоторые особенности сооружения монолитных кессонных перекрытий

Работы выполняются по рабочим чертежам в соответствии с ППР и строительными нормами и правилами. Особое внимание уделяется выполнению арматурных работ и установке опалубки строго по проекту с надёжной фиксацией в предусмотренном проектом положении. Применяется опалубка следующих основных типов:

1. Опалубочная система SKYDOME, являющаяся полностью самонесущей. Может использоваться многократно. Все опалубочные элементы изготавливаются в заводских условиях с комплексной поставкой на строительную площадку. Характеризуется минимальным количеством пиломатериалов для устройства настилов и объёмных инвентарных элементов (вкладыши), самым простым демонтажем. Из недостатков можно выделить только высокую стоимость.
2. Комбинированные типы опалубки, в которых вкладыши укладываются на сплошной дощатый настил или фанеру. В этом случае по сравнению с 1-ым типом значительно уменьшается количество необходимых балок и стоек, но разборка более трудоёмка.
3. Фанерная опалубка. Настил и вкладыши изготавливаются из ламинированной фанеры непосредственно на стройплощадке. Основной недостаток — продолжительность подготовительных работ перед началом установки опалубки. Такой тип оптимален для индивидуального строительства домов небольших площадей.

Разновидность — опалубка с картонными вкладышами, изготовленными на заводах. Плотные картонные элементы, обвёрнутые полиэтиленом, служащие объёмными опалубочными элементами, укладываются на месте строительства. Конструкция повторно использоваться не может и после демонтажа утилизируется.

Монтаж опалубок 1-го вида состоит из таких операций:

• расстановка телескопических стоек в местах окончания и стыков прогонных балок. Фиксация установленных стоек в вертикальном положении при помощи входящих в комплект треног;
• укладка прогонов в оголовки стоек при помощи вилочных захватов. Конструкцией оголовков предусмотрена стыковка прогонов по длине;
• установка инвентарных опалубочных балок по верху несущих прогонов;
• монтаж объёмных элементов
• разметка бортов опалубки
• монтаж бортовых упоров, стоек ограждения и бортовой опалубки.

Аналогично выполняются работы и для остальных типов опалубок, но инвентарные балочные конструкции устраиваются на фанерных или дощатых настилах.

Армирование выполняется объёмными каркасами, сетками и отдельными стержнями. Для продольного армирования используется периодическая, для поперечного — гладкая арматура. Обеспечение защитного бетонного слоя выполняется специальными фиксаторами. Расположение арматуры в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет выполнять монтаж каркасов в 2-е очереди. Первые каркасы устанавливаются без верхней арматуры, но с установкой хомутов, что не препятствует монтажу каркасов 2-ой очереди с нижними и верхними продольными стержнями и расположенными по длине каркасов хомутами. Бетонирование выполняется смесями с заполнителями мелких фракций. Класс тяжёлого бетона ≥ В15, на пористых заполнителях допустим В12,5. Уплотнение выполняется игольчатыми вибраторами диаметрами ≤ 45-ти мм.

Достоинства кессонных перекрытий

1. Сокращение сроков возведения, обусловленное отсутствием необходимости усиления фундаментов и установки дополнительных колонн.
2. Уменьшение общей толщины конструктива, соответственно его веса и нагрузок на сооружение.
3. Уменьшенный расход материалов.
4. Возможность свободной планировки помещений с существенной экономией свободного пространства и увеличением длины пролётов.
5. Увеличенная несущая способность.
6. Выразительность архитектурных решений.

Из имеющихся недостатков можно отметить трудоёмкость возведения и нецелесообразность применения в зданиях с малыми пролётами.

Области применения кессонных перекрытий

Конструкции прекрасно зарекомендовали себя при устройстве перекрытий в сильно нагруженных инженерных сооружениях и в зданиях с большой циркуляцией людского потока (спортивных и торговых комплексах, театрах и кинотеатрах, учебных и просветительных учреждениях и т.д.). В крупных российских городах для улучшения экологии производственные мощности выносятся за пределы городской черты. Снос больших объёмных зданий не всегда целесообразен в экономическом отношении, поэтому они часто переоборудуются в различные многофункциональные центры. В производственных корпусах для функционирования мостовых кранов высота помещений составляет ≥ 10-ти м. Для обеспечения функциональности переоборудования такое высокое пространство разбивается на этажи устройством дополнительных перекрытий. Оптимальны для этого кессонные конструкции.

Следует констатировать, что при очевидных достоинствах кессонных конструктивов в сравнении с традиционными плоскими конструкциями, применение их в России пока не получило широкого применения, в отличие от многих европейских государств (Испания, Германия, Великобритания, Италия и другие).

Кессонные перекрытия как эффективный тип ребристых плит

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 23.11.2016 2016-11-23

Статья просмотрена: 6072 раза

Библиографическое описание:

Кибкало, А. В. Кессонные перекрытия как эффективный тип ребристых плит / А. В. Кибкало, М. Д. Волков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 25 (129). — С. 37-40. — URL: https://moluch.ru/archive/129/35707/ (дата обращения: 15.07.2021).

В статье рассмотрены кессонные перекрытия, технология их возведения и принцип работы. Проведен анализ монолитного и сборно-монолитного способов устройства кессонного перекрытия. Сделано сравнение кессонных перекрытий, сооруженных этими способами со сплошной монолитной плитной. Возведение кессонных перекрытий имеет ряд серьезных достоинств с экономической и технологической точек зрения.

Ключевые слова: кессонные перекрытия, ребристые плиты, гражданское строительство, промышленное строительство, конструкции перекрытий, безбалочные перекрытия

Поиск оптимальных типов конструкции является одной из мотиваций развития науки в строительстве, которые бы экономили время и деньги, а так же не уступали по прочностным характеристикам своим аналогам.

Одной из самых важных проблем строительной отрасли является уменьшение расходных материалов и массы возводимых частей здания, это возможно за счет:

– применения новых эффективных конструкций;

– использования преднапряженных элементов здания;

– интенсивного внедрения легких бетонов [1].

В нашей стране в строительстве гражданских и промышленных зданий только начинается внедрение монолитных конструкций эффективных конструктивных форм, внедрение которых, бесспорно, снизит себестоимость при возведении и реконструкции строительных объектов. Это напрямую зависит от мало проработанности методик проектирования подобных конструкций в отечественной отрасли строительства.

Во многих европейских странах в промышленном строительстве, для снижения массы перекрытий возводимых из тяжелого монолитного бетона применяют перекрытия эффективных форм.

Однопролетные плиты из железобетона, имеющие сплошное сечение наиболее экономичны при длине пролета до 4,5 м. Пролет возможно увеличить за счет опирания плиты по контуру. В таком случае появляется возможность перекрывать большие площади. Для уменьшения затрат бетона при возведении перекрытий, а следовательно и сокращение нагрузок на несущие конструкции и фундаменты, целесообразно использовать монолитные ребристые перекрытия [2].

Кессонное перекрытие (рис. 1) является разновидностью ребристого перекрытия, его иначе называют часторебристым, частобалочным или вафельным железобетонным перекрытием.

Рис. 1. Кессонное перекрытие

Кессонное перекрытие представляет собой ребристую конструкцию с взаимно перпендикулярно расположенными армированными ребрами в нижней зоне. Применение монолитного ребристого перекрытия, по сравнению с весом плоских плит или монолитным перекрытием по профилированному листу, приводит к уменьшению расхода бетона на возведение перекрытия и нагрузок на вертикальные несущие стены, фундаменты здания. Следовательно происходит сокращение затрат на его возведение. Происходит уменьшение собственного веса перекрытия — от 40 % до 60 %, в то же время жесткость конструкции самой плиты перекрытия повышается, что позволяет устраивать большие пролеты без устройства промежуточных опор. Полученная толщина такого перекрытия значительно меньше плоского.

Кессонное перекрытие состоит из плит, опертых по контуру на систему взаимно перпендикулярных балок. Плиты жестко сопрягаются с балками, и шарнирно при опирании на стены. Оптимальное соотношение сторон для помещений с кессонными перекрытиями находится в пределах 1…1,5. Балки могут располагаться как перпендикулярно, так и под углом 45° (более редкий вариант) к сторонам перекрываемого помещения. Нормированная высота балок в обоих направлений должна быть одинаковой и составлять не менее 1/20 пролета. Толщина плит кессонного перекрытия составляет 6…7 см, толщина ребер меняется от 10 до 20 см [3,4].

Для устройства кессонного монолитного перекрытия используется модульная система опалубок, состоящих из телескопических стоек, обрешетки, располагаемой с учетом размеров кессоннообразователей. Самый распространенный вид кессонных опалубок — самонесущая опалубочная система типа «Skydome» (рис. 2). Все элементы опалубки заводского изготовления, система не нуждается в арматуре или специальных защитных приспособлениях. Кессоннообразователи раскладывают по обрешетке, они имеют не высокую адгезию по отношению к бетону и легко удаляются после набора бетоном необходимой прочности [4].

Рис. 2. Кессонная опалубка типа «Skydome»

Сопоставление технико-экономических показателей монолитного кессонного перекрытия и сплошной монолитной плиты при одинаковых нагрузках и граничных условиях показывает, что в результате снижения массы первого удается увеличить толщину перекрытия на 40 % с одновременной экономией 15 % бетона за счет удаления его из нижней растянутой зоны [5].

Технико-экономические показатели устройства перекрытий при пролете 12 м, и кратковременной нормативной нагрузке 6 кН/м 2

Характеристика

Толщина, см

Расход бетона, м 3

Расход рабочей арматуры, кг/м 2

Все о монтаже и ремонте
потолков своими руками

В промышленном и гражданском строительстве, в том числе и частном, нередко проектируются монолитные перекрытия, так как они не только прочны и надёжны, но ещё и, за счёт необычной формы опалубки, могут быть невероятно красивы по форме. В данной статье будет предложена информация, ориентированная на самого обычного читателя — о том, как проектируют и строят монолитные перекрытия.

Нюансы монолитного строительства

Все основные требования к процессу создания монолитных конструкций из железобетона – в том числе и перекрытий, изложены в своде правил 52*103*2007.

На заметку: Эти правила относятся только к конструкциям из тяжёлого бетона, заливаемым без предварительного напряжения арматуры.

• При проектировании любого здания выбирается КС (конструктивная система), в которой все несущие элементы увязываются так, чтобы обеспечить строению максимальную устойчивость и прочность.
• Определяющим фактором здесь является применяемый массово строительный материал: дерево, металл, сборный или монолитный железобетон. Так как темой данной публикации является монолит, именно о нём и будем вести речь.
• Монолитное перекрытие может устраиваться и по сборным ЖБ стенам, и по каменной кладке. Тут многое зависит от типа конструктивной системы, и основные из них представлены ниже:
  1. Колонная система, где основным несущим элементом являются колонны;
  2. Стеновая система, где все нагрузки воспринимают стены;
  3. Смешанная, где нагрузки распределяются между колоннами и стенами.

На заметку: При строительстве многоэтажных зданий, перекрытия для нижних этажей нередко проектируют в одной системе, а для верхних – в другой.

Какими бывают перекрытия в монолите

Монолитные перекрытия могут быть:

• Плоскими. Их обычно проектируют для зданий с пролётами между колоннами или стенами менее 8 метров. Это обычный, наиболее часто применяемый, вариант для гражданского строительства;

• Ребристыми. Применяют при пролётах до 12 метров, чаще в промышленном строительстве.

• Кессонными. Их рекомендуется устраивать в помещениях зального типа – как производственных, так и жилых. За счёт углублений в перекрытии улучшается акустика помещений, и появляются широкие возможности для дизайна потолка.

• Пустотными. Применяют там, где необходимо максимально снизить вес конструкции. Чаще всего это перекрытия большой площади в одноэтажных зданиях.

Необходимую конфигурацию перекрытие принимает за счёт использования при заливке специальных форм:

Общие требования к плитам

Главными параметрами, от которых зависит прочность и надёжность заливаемого перекрытия, являются:

1. Габариты в поперечном сечении – а именно, толщина плиты;
2. Класс применяемого бетона, который определяет его прочность на сжатие;
3. Содержание в плите продольной арматуры, количество которой определяется, исходя из длины пролётов и предполагаемых нагрузок на перекрытие.

Стандартная плита со сплошным сечением обычно имеет толщину не менее 160, но не более 250 мм. Бетон для заливки должен применяться класса В20, не ниже. Толщина всех прочих плит варьируется от 250 до 500 мм, с применением бетона класса В25.

Внимание: Для снижения веса перекрытий, для их заливки могут применяться пустотелые вкладыши в виде плит или блоков из лёгких бетонов, как показано на фото.

Армирование

Согласно правилам, плоские плиты армируются:

1. Продольно, в два ряда — вдоль верхней и нижней плоскостей;
2. Поперечно, с распределением арматуры по всей площади и усиления в местах опирания плиты на стены или колонны;
3. На участках в концах плит должна устанавливаться арматура в виде П-образных хомутов, позволяющих произвести анкеровку концов продольных стержней.

Более подробно об армировании монолитных плит вы можете узнать из пособия по проектированию, изданным НИИЖБ в 2007г. В нём подробно излагается информация по сортаменту применяемой арматуры, её расчёту, выполнению соединений, гибке, анкеровке.

Правила бетонирования перекрытий

Создание таких серьёзных конструкций, как железобетонная плита перекрытия – не для любителей. И, тем не менее, многие люди, участвующие в строительстве дома в качестве заказчика, интересуются процессом бетонирования.

Подробно ознакомиться с ним можно, проштудировав типовую технологическую карту, посмотрев видео в этой статье. Мы же далее представим краткий обзор основных операций, из которых состоит вся технология.

Следует помнить, что надёжность готовой монолитной конструкции определяет:

1. Применение качественной опалубки и точность её сборки;
2. Правильный монтаж элементов каркаса и фиксация рабочей арматуры;
3. Послойная заливка и тщательное уплотнение бетона;
4. Соблюдение режима набора прочности, и если надо – тепловой обработки бетона.

Для обеспечения безопасности, в процессе производства работ необходимо непрерывно вести наблюдение за общим состоянием опалубки, её креплений и подпорок.

Рабочие швы

Очень важно соблюдать технологию устройства деформационных швов, которые впоследствии заполняются герметиком или отверждаемой мастикой. Но не менее ответственно нужно относиться и к устройству рабочих швов.

• Забетонировать конструкцию большой площади за один заход практически невозможно, поэтому прерывание технологического процесса неизбежно. Устройство рабочих швов — как называют места, где стыкуются участки, бетонируемые в разное время, позволяет сохранить несущую способность плиты.
• Делать перерывы в бетонировании можно только в местах, назначаемых проектом. Обычно рабочие швы предусматривают там, где на плиту воздействует минимальный изгибающий момент.
• Если перерыв в бетонировании по времени превышает два часа, возобновить работу можно только когда бетон наберёт прочность в 1,5 Мпа (в нормальных условиях на это ухолит 24-36 часов). Иначе, за счёт работы вибраторов и прочих механизмов нарушится структура бетона, залитого ранее.

• Недостаточно предусмотреть шов в правильном месте, его ещё нужно надлежащим образом обработать. Чтобы новый бетон лучше сцепился с уже затвердевшей массой, её край зачищают компрессорной или водяной струёй, с применением механических средств (фрезы, стальной щётки).
• Затем, с целью заполнения неровностей, на очищенное место накладывается слой цементного раствора на толщину до 3-х мм. Далее приступают к бетонированию, укладывая смесь слоями, и следя, чтобы она плотно прилегала к закладным деталям и арматуре.
• Каждый уложенный слой уплотняется, вибратор при этом должен примерно на 12-15 см проникать в предыдущий слой, разжижая его и смешивая с новой порцией бетона. Именно так обеспечивается качество соединения слоёв.

Если же сделать заливку нового слоя вовремя не успели и предыдущий слой начал схватываться, бетонирование приостанавливается и устраивается рабочий шов.

Прочие нюансы бетонирования

Перед началом заливки перекрытия следует принять меры к тому, чтобы бетон не сцепился с опалубкой. Поэтому, если она фанерная или металлическая, её поверхность покрывается любой водоотталкивающей смазкой. Опалубка из материалов на цементной основе просто смачивается водой.

• При укладке арматуры необходимо помнить про защитный слой бетона. Обеспечить его помогут инвентарные пластиковые фиксаторы-стульчики снизу и маячные рейки сверху. Смесь должна укладываться полосами шириной до двух метров, без разрывов, и всегда в одну сторону. Толщина слоя должна быть везде одинаковой.
• Чтобы избежать необходимости устройства рабочих швов, следует следить за продолжительностью перерыва в бетонировании. Допустимое время устанавливает строительная лаборатория.
• Для уплотнения бетона на стройках используют электрические или пневматические вибраторы. Продолжительность их воздействия на смесь зависит от её подвижности, и в среднем составляет порядка 60 секунд в одной точке.
• Признаком нормального уплотнения случит появление на поверхности цементного молочка. Чересчур длительное уплотнение тоже нежелательно, так как оно приводит к расслаиванию бетона.

• Важно, чтобы работающий вибратор не соприкасался с арматурой и закладными деталями бетонируемой конструкции. В этих местах уплотнение производится вручную, методом штыкования. Шаг перемещения вибратора на следующую точку должен соответствовать полуторному радиусу действия прибора.
• Бетон – материал капризный, ему для нормального твердения требуется определённая температура и влажность. Свежий бетон закрывают плёнкой или рогожей, чтобы защитить его от потери влаги и размывания осадками, и периодически проливают водой, если погода сухая, а температура воздуха выше +5 градусов.
• Боковую опалубку снимают на четвёртые-шестые сутки — за это время бетон набирает порядка 2,5Мпа прочности. Дольше держать его в опалубке нельзя, так как в процессе твердения бетон сцепляется с ней всё сильнее. Несущую опалубку снимают только по достижении бетоном 50, 70 или даже 100% проектной прочности, что зависит от длины пролёта.

После демонтажа опалубки, раковины, образовавшиеся на поверхности бетона, зачищают жёсткими стальными щётками, промывают водой и затирают раствором с пропорциями цемента и песка 1:2. Таким образом бетонный камень защищается от образования трещин, а его гладкая поверхность значительно облегчает процесс финишной отделки.

МОНОЛИТНЫЕ КЕССОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ ЗДАНИЙ

Мария Гагина 4 лет назад Просмотров:

1 Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве УДК А.Н. Малахова ФГБОУ ВПО «МГСУ» МОНОЛИТНЫЕ КЕССОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ ЗДАНИЙ Предложен вариант конструктивного решения монолитного кессонного перекрытия размером м, которое представляет собой разновидность монолитного ребристого перекрытия с пересекающимися балками (шаг балок м). Расчеты кессонного перекрытия, выполненные с использованием аналитического и автоматизированного методов, выявили расхождения результатов расчета. Объяснена причина расхождения результатов. Приведен опалубочный чертеж, а также схема армирования монолитного кессонного перекрытия. Ключевые слова: монолитное кессонное перекрытие м, шаг пересекающихся балок м, аналитический расчет, компьютерный расчет, опалубочный чертеж, схема армирования. Монолитные перекрытия широко используются при возведении зданий. Железобетонные однопролетные плиты сплошного сечения экономичны при пролетах до 4,5 м. Пролет плит перекрытия может быть увеличен на счет работы конструкции в двух направлениях (опирание по контуру). В этом случае не вызывает затруднение перекрытие больших площадей до м [1], что позволяет рекомендовать такой вид перекрытия, в т.ч. для зальных помещений зданий. Кессонное перекрытие представляет собой разновидность монолитного ребристого перекрытия. Применение монолитного ребристого перекрытия взамен плоского приводит к уменьшению расхода бетона на возведение перекрытия и, следовательно, нагрузок на вертикальные несущие конструкции, а также фундаменты зданий. Приведенная толщина такого перекрытия значительно меньше плоского, однако общая толщина перекрытия, определяемая высотой монолитных балок, увеличивается. Кессонное перекрытие включает в себя плиты, опертые по контуру на систему пересекающихся балок. Плиты жестко сопрягаются с балками. При опирании кессонного перекрытия на стены шарнирно сопрягаются со стенами. Помещения с кессонными перекрытиями должны иметь соотношение сторон в пределах 1 1,5. Балки могут располагаться как перпендикулярно, так и под углом 45 (более редкий вариант) к сторонам перекрываемого помещения. Высота балок обоих направлений должна быть одинаковой и составлять не менее 1/0 пролета. Шаг балок выбирается равным 1 м. Толщина плит кессонного перекрытия составляет 6 7 см []. Учитывая изменившиеся конструктивные требования к толщине защитного слоя бетона в новой редакции норм по проектированию железобетонных конструкций [3, 4], толщину плит кессонного перекрытия следует принимать 7 8 см. Минимальное значение толщины защитного бетона рабочей арматуры для конструкций, эксплуатируемых в закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности, рекомендуется принимать 0 мм. В прежних нор- Малахова А.Н., 01 79

2 1/013 мах для плит толщиной до 100 мм включительно толщина защитного слоя назначалась 10 мм. В качестве конкретного примера приведено монолитное кессонное перекрытие, общий вид которого представлен на рис. 1. Для определения усилий (изгибающих моментов и поперечных сил) в конструктивных элементах кессонного перекрытия (балках-ребрах и плитах) необходимо выполнение статического расчета П П Б1 Б П1 Б Б плиты отметка перекрытия балки 70 х1 =,15 м (Б1) Б1 х = 4,15 м (Б) l1 = 10,3 м 300 Рис. 1. Общий вид монолитного кессонного перекрытия (статический расчет может быть выполнен по упрощенной методике [, 5]). 80 ISSN Vestnik MGSU

3 Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве Изгибающие моменты для балок, расположенных в середине перекрытия, при расстоянии между балками a и b при этом способе определяются по формулам: qal ; M 8 M qbl, 8 где q 1, q составляющие полной нагрузки q = q 1 +q на один квадратный метр перекрытия, передаваемые в двух направлениях. Составляющие полной нагрузки q 1 и q определяются из условия, что прогиб одной и той же точки двух взаимно перпендикулярных полос перекрытия должен быть одинаковым. Для средней точки полос единичной ширины: ql 11 5 ql f m. 384 El1 384 El 4 Если l 1 = l, то q 1 l 1 = q l 4. При решении последнего уравнения совместно с уравнением для полной нагрузки q получается 4 l q q l l ; 4 l q q l l. Боковые балки имеют меньшие прогибы и испытывают меньшие изгибающие моменты. Если приближенно считать, что изгибающий момент отстоящей от края перекрытия на расстоянии x балки пропорционален ее прогибу, то M 1x = k 1 M 1, M x = k M, где k 1 и k коэффициенты, которые вычисляются через определение прогиба следующим образом. xi Если обозначить i, то прогиб определяется по формуле l i i i i m i m, отсюда ki i i i f f k f 5 5. Если по осям симметрии плана перекрытия балок нет, то изгибающие моменты вычисляются для условных балок, расположенных по осям симметрии. Для рассматриваемого в качестве примера монолитного кессонного перекрытия: прикрываемая площадь м; расчетная длина балок перекрытия l 1 = l = 10,3 м (расчетная длина определяется между серединами площадок опирания балок на стены); расстояние от края перекрытия до балки Б1 х 1 =,15 м, до балки Б х = = 4,15 м, соответственно 1 =,15/10,3 = 0,1, = 4,15/10,3 = 0,403; коэффициенты пропорциональности k 1 = 0,6; k = 0,96. В табл. 1 сведено определение нагрузок на один квадратный метр монолитного кессонного перекрытия и на один квадратный метр плиты кессонного перекрытия. Designing and detailing of building systems. Mechanics in civil engineering 81

4 1/013 Табл. 1. Сбор нагрузок на кессонное перекрытие и плиту кессонного перекрытия Наименование и значение нагрузки, кн/м 1. Постоянная: 1.1. Пол 0,4 1.. Плита (7,0 см) 1, Перекрытие (приведенная толщина 13,6 см) 3,6. Временная: 1,5 Всего: на перекрытие на плиту Нормативное значение 0,4 1,68 3,6 1,5 f 1, 1,1 1,1 1,3 Расчетное значение 0,9 1,84 3,59 1,95 5,80 4,08 Расчетное значение полной нагрузки на монолитное кессонное перекрытие q = 5,80 кн/м. q 1 = q = 0,5q =,9 кн/м.,9 10,3 М1 = М = = 76,9 кнм; 8,9 10,3 Q1 = Q = = 9,87 кн. Для балки Б1 М = k 1 M 1 = 0,6 76,9 = 47,69 кнм; Q = 0,6 9,87 = 18,5 кн. Для балки Б М = k M 1 = 0,96 76,9 = 73,84 кнм; Q = 0,96 9,87 = 8,68 кн. Балки-ребра монолитного кессонного перекрытия марок Б1 и Б армируются объемными каркасами, соответственно К1 и К (рис. 1 и ). Схема расскладки каркасов и сеток Деталь формирования стыка балок перекрытия нижние сетки K1 K С K3 С1 С ось симметрии верхние сетки K K1 С5 500 K4 С K4 K3 С С 00 К К4 С1 С С Каркас К Каркас К С5 Рис.. Армирование монолитного кессонного перекрытия Как показано на рис. 1, кессонное перекрытие включает в себя плиты П1, П, П3, которые работают на изгиб из плоскости в двух направлени- 8 ISSN Vestnik MGSU

5 Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве ях. При этом средние плиты П1 жестко закреплены по контуру в балки-ребра перекрытия. Крайние плиты П и П3 жестко сопряжены с балками и шарнирно со стенами. Кроме того, плиты П1 П3 несколько отличаются размерами. Максимальные значения пролетных и опорных изгибающих моментов по обоим направлениям можно определить, пользуясь справочными коэффициентами [5]. Значение коэффициентов в табл. даны с учетом различных случаев опирания плит и отношения l /l 1 (l и l 1 расчетные длины соответственно длинной и короткой сторон плиты), значение моментов в табл. 3 вычислены для равномерно распределенной нагрузки 4,08 кн/м. Табл.. Вычисление коэффициентов для расчета плиты кессонного перекрытия Марка плиты П1 П П3 Значение коэффициентов l 1 = l = 1,8 м; l /l 1 = 1 (c = 0,5, 1 = 55,74, = 55,74) l 1 = l = 1,96 м; l /l 1 = 1(c = 0,5, 1 = 37,15, = 37,15) l 1 = 1,8 м; l = 1,96 м; l /l 1 1(c = 0,6667, 1 = 44,18, = 50,57) Табл. 3. Вычисление моментов для расчета плиты кессонного перекрытия Марка плиты П1 П П3 Значение моментов ql χql М1 = М = = 0, 3 кнм/м; Моп1 = Моп = = 0, 8 кнм/м ϕ 1 ql χql М1 = М = = 0, 4 кнм/м; Моп1 = Моп = = 0,99 кнм/м ϕ 8 ql = 1 ql М = = 1 0,30 кнм/м; М = 0,31 кнм/м ϕ1 ϕ χql1 (1 χ) ql М оп1 = = 0,73 кнм/м; Моп = = 0,65 кнм/м 1 8 Расчет монолитного кессонного перекрытия может выполняться с использованием специальных сертифицированных в России компьютерных программ, например, программного комплекса ЛИРА [6]. Особенностью выполнения статического кессонного перекрытия, иначе перекрытия, плита которого усилена балками, является необходимость совмещения в одной расчетной схеме элементов с признаком плит и балок. При этом важна правильная компоновка этих элементов по высоте (см. рис. ). Опция Жесткие вставки (ЛИР-ВИЗОР) позволяет назначать длину жестких вставок. В данном случае эта длина равна расстоянию между серединной поверхностью плиты и центром тяжести стенки расчетного таврового сечения балки, а именно: h плиты = 0,07 м, h стен.балк = 0,5 0,07 = 0,043 м, длина жестких 0,07 0, 43 вставок равна 0,5 м. Таким образом, стержни поперечным сечением 0, 0,43 м подвешиваются с помощью абсолютно жестких вставок к узлам конечно-элементной модели плиты, лежащим в ее средней поверхности. Designing and detailing of building systems. Mechanics in civil engineering 83

6 1/013 В [6] показывается, что рассматриваемая модель наиболее полно отражает действительную работу балочного перекрытия, в т.ч. снимает вопрос о степени включения в работу плиты при изгибе стержней-балок. Вместе с тем возникают трудности на последнем этапе проектирования, а именно на этапе конструирования балки (ЛИР-АРМ), когда конкретно должны быть определены размеры поперечного таврового сечения балок. В этом случае к узлам плиты с помощью жестких вставок предлагается подвешивать стержни таврового поперечного сечения, совмещая плиту с полкой тавра. Утверждается и доказывается сравнительными расчетами, что наложение при компоновке расчетной модели собственно плиты и части плиты как полки балок не оказывает существенного влияния на достоверность расчетов, так как при их выполнении отдельно учитываются мембранная и изгибная группа возникающих в плите усилий. Ширина полки таврового расчетного сечения балок назначается в соответствии со следующими рекомендациями: значение b f ‘, вводимое в расчет, принимается из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета элемента (b f ‘=1,66 + 1,66 + 0, = 3,5 м); при наличии поперечных ребер или при h f ‘ 0,1h (0,07 > 0,05 м) ширина свеса полки назначается не более 1/ расстояния в свету между продольными ребрами (b f ‘ = 0,9 + 0,9 + 0, = м). Для рассматриваемого примера ширина полки таврового сечения балок принимается равной м. Результаты статического расчета монолитного кессонного перекрытия с использованием программного комплекса ЛИРА существенно (около 50 %) отличаются от расчета по аналитической методике, когда рассматриваются отдельные плиты, опертые по контуру, и система пересекающихся балок. Построение расчетной схемы в ЛИР-ВИЗОР позволяет рассматривать плиту, шарнирно опертую на стены, целиком с балками-ребрами. В этом случае значения усилий в плите увеличиваются. Их распределение в перекрытии изменяется по сравнению с распределением усилий в отдельных плитах, опертых на балки. Усилия в балках-ребрах уменьшаются. Однако возведение и последующая эксплуатация перекрытий, рассчитанных по традиционной методике, позволяют считать эту методику расчета достаточно надежной. Существенные расхождения с результатами автоматизированного расчета позволяют предположить, что реальная работа монолитного кессонного перекрытия все же отличается от идеальной автоматизированной расчетной модели, не учитывающей прежде всего характерное для железобетонных конструкций перераспределение усилий. С другой стороны, использование при проведении расчета упрощенных расчетных схем, как правило, приводит к определению завышенных усилий в конструктивных элементах. Поэтому при конструировании учитывались результаты обоих расчетов. Библиографический список 1. Мейер-Бое В. Строительные конструкции зданий и сооружений. М. : Стройиздат, С Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий. Справочник проектировщика / под ред. П.Ф. Вахненко. Киев, С ISSN Vestnik MGSU