Возможность применения предварительного напряжения в построечных условиях в облегченных перекрытиях общественных зданий
В статье рассматривается возможность предварительного напряжения облегченных железобетонных перекрытий общественных зданий в условиях строительной площадки с использованием способа натяжения арматуры на бетон.
Основной строительный материал XXI века железобетон во всем мире пользуется повышенным вниманием исследователей. Железобетонные конструкции прочно занимают ведущее место в общем объеме капитального строительства в нашей стране. Создание экономичных и надежных железобетонных конструкций на основе рационального проектирования с использованием новейших достижений науки и современных строительных норм и правил — одна из важнейших задач, стоящих перед инженерами-строителями. В настоящее время широкое распространение в стране получило строительство зданий и сооружений каркасной конструктивной системы из монолитного бетона. Положительные достоинства монолитного домостроения:
— снижение расхода бетона и массы здания по сравнению с бескаркасной крупнопанельной системой при узком шаге внутренних поперечных стен; — возможность реализации свободной планировки, а также более благоприятных условий для модернизации и перепланировки;
— высокая устойчивость к воздействиям внешней среды;
— возможность большого разнообразия объемно-планировочных решений по сравнению с другими конструктивными схемами;
Однако существуют и недостатки:
— более длительные сроки строительства;
— необходимость выполнения технологических процессов на строительной площадке (бетонирование в зимний период при низких температурах); — увеличение расхода бетона и арматуры по сравнению с каркасными системами.
Повышенный расход бетона является следствием трудоемкости пустотообразования в условиях строительной площадки, что приводит к неэффективному использованию механических свойств бетона. Значительный перерасход арматуры вызван использованием в монолитных железобетонных конструкциях армирования без предварительного напряжения, которое увеличивает жесткость и трещиностойкость. Именно эти две характеристики являются определяющими для большепролетных конструкций. Предварительное напряжение, как показывает зарубежный опыт, позволяет получить следующие преимущества:
— приобретение высокой несущей способности перекрытия всего за 3-4 суток;
— снижение суммарных затрат на строительство объекта более чем в 2 раза;
— экономическая эффективность от сокращения расхода стали и бетона до 50%;
— облегчение здания в 2-3 раза, что позволяет увеличить его высотность;
— удешевление стоимости фундаментов при прочих равных условиях;
— значительное увеличение пролетов перекрытия (до 12 м по зарубежным аналогам);
— повышение устойчивости и сейсмостойкости.
В связи с таким большим количеством положительных качеств и наличием богатого опыта зарубежных строителей родилась идея создания
отечественной технологии выполнения монолитных облегченных железобетонных конструкций перекрытий с предварительным напряжением арматуры в построечных условиях.
Предварительное напряжение в построечных условиях (зарубежный опыт)
Идея заключается в следующем:
— за основу было взято кессонное перекрытие с системой главных и второстепенных балок, расположенных с равным шагом в сетке колонн 6х6 м, одинаковых по высоте. Данное перекрытие обладает большей несущей способностью и жесткостью в сравнении с обычными монолитными перекрытиями толщиной 200 мм.
Трудность технологии при выполнении данного перекрытия заключается в трудоемкости выполнения опалубочных работ. Выходом из ситуации служит решение использования для заполнения пустот между главными и второстепенными балками газосиликатных вкладышей. Шаг главных и второстепенных балок кессонного перекрытия привязывается к типоразмерам газосиликатного заполнения.
При устройстве облегченных монолитных перекрытий работы выполняются в следующей последовательности:
— устройство опалубки;
— установка газосиликатных вкладышей в соответствии с разработанным конструктивным решением;
— выполнение армирования главных и второстепенных балок облегченного перекрытия.
Рассматриваемая технология позволяет получить следующие преимущества:
— упрощение выполнения опалубочных работ;
— снижение расхода бетона в сравнении с обычными монолитными перекрытиями толщиной 220 мм;
— технологичность при устройстве коммуникаций между перекрытиями;
— экономия при выполнении отделочных работ в связи с получением гладкой поверхности в сравнении с кессонным перекрытием;
— уменьшение массы здания за счет уменьшения усредненной плотности монолитного перекрытия;
— удешевление стоимости фундаментов в связи с уменьшением нагрузки.
Крепеж предварительно напряженной арматуры на опалубку
Для получения наиболее экономного расхода арматуры возникла идея использовать предварительное напряжение в построечных условиях, о преимуществах которого было сказано выше. Из различных способов натяжения арматуры (электротермический, механический, электротермомеханический, физико-химический) остановились на механическом, т.к. он наиболее прост в сравнении с другими способами. При механическом способе необходимое относительное удлинение арматуры, соответствующее заданному контролируемому натяжению в ней, получают вытяжкой арматурного элемента натяжными механизмами. Наиболее широкое применение данный способ натяжения арматуры получил во Франции, Германии, США и Японии. В предварительно напряженных конструкциях наибольшая экономия стали достигается при использовании для напрягаемой арматуры канатов из высокопрочной проволоки. При выполнении предварительного напряжения на бетон напрягаемую арматуру устанавливают в трубчатые каналообразователи, где она имеет возможность свободного скольжения. Каналообразователи изготавливаются, как правило, из тонколистовой вальцованной в холодном состоянии стали толщиной 0,2- 0,35 мм. Вальцевание осуществляется в поперечном направлении по винтообразной линии.
Это позволяет увеличить жесткость каналообразователей и улучшить сцепление. Для предварительно напряженных конструкций необходим более прочный бетон. При арматуре из высокопрочной проволоки и стальных канатов применяется преимущественно бетон классов С25/30, С30/37. При устройстве предварительного напряжения арматуры в облегченных монолитных перекрытиях работы выполняются в следующей последовательности:
— устройство облегченного монолитного перекрытия (см. выше);
— установка в проектное положение каналообразователей с напрягаемой арматурой;
— бетонирование;
— подготовительные работы (проверка прочности бетона, установка оборудования для натяжения арматуры);
— поэтапное натяжение канатов с тщательным контролем усилия натяжения;
— проверка проходимости каналообразователей;
— нагнетание цементного раствора в каналообразователи для защиты предварительно напряженной арматуры от коррозии;
— демонтаж оборудования.
Изложенные технологии являются перспективными и в настоящее время актуальными в связи с возросшей долей монолитного домостроения в нашей стране. Детальная разработка технологии устройства облегченных монолитных перекрытий с применением предварительного напряжения арматуры в построечных условиях, выполняемая на кафедре «Технология строительного производства» и в научно-исследовательской лаборатории «Промышленное и гражданское строительство» Белорусского национального технического университета, позволяет снизить стоимость, расход арматуры и объем бетона, увеличить пролет перекрытия, его жесткость, устойчивость и сейсмостойкость.
Литература
1. Кондратчик Н.И., Тур В.В., Кондратчик А.А. Железобетонные конструкции из напрягающего бетона с арматурой, преднапряженной механическим способом//Перспективы развития новых технологий в строительстве и подбор инженерных кадров Республики Беларусь: сб. науч. труд. — Брестский политехнический институт, 1997. — С. 82.
2. Предварительно напряженный железобетон: По материалам IX Международного конгресса ФИП, Прага, 1970/К.В. Михайлов, Г.И. Бердичевский, Ю.С. Волков и др. — М.: Стройиздат, 1986. — 255 с.
3. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учеб. пособие для вузов по спец. «Пром. и граждан. стр-во»/И.М. Спиранский, С.Г. Сташевская, С.В. Бондаренко — М.: Высш. шк., 1989. — 176 с.
4. Семенов А.И. Предварительно напряженный железобетон с витой проволочной арматурой. — М.: Стройиздат, 1976. — 208 с.
5. Потерщук В.А., Пецольд Т.М., Пастушков Г.П., Тур В.В. Конструктивная система многоэтажного каркасного здания с плоскими сборно-монолитными перекрытиями//Перспективы развития новых технологий в строительстве и подбор инженерных кадров Республики Беларусь: сб. науч. труд. — Брестский политехнический институт, 1997. — 111 с.
В.П. ШИРЕЙ, младший научн. сотр., магистр техн. наук.
С.Н. ЛЕОНОВИЧ, профессор, доктор техн. наук, кафедра «Технология строительного производства» Белорусского национального технического университета
обсуждение статьи
Основной строительный материал XXI века железобетон во всем мире пользуется повышенным вниманием исследователей. Железобетонные конструкции прочно занимают ведущее место в общем объеме капитального строительства в нашей стране. Создание экономичных и надежных железобетонных конструкций на основе рационального проектирования с использованием новейших достижений науки и современных строительных норм и правил — одна из важнейших задач, стоящих перед инженерами-строителями. В настоящее время широкое распространение в стране получило строительство зданий и сооружений каркасной конструктивной системы из монолитного бетона. Положительные достоинства монолитного домостроения:
— снижение расхода бетона и массы здания по сравнению с бескаркасной крупнопанельной системой при узком шаге внутренних поперечных стен; — возможность реализации свободной планировки, а также более благоприятных условий для модернизации и перепланировки;
— высокая устойчивость к воздействиям внешней среды;
— возможность большого разнообразия объемно-планировочных решений по сравнению с другими конструктивными схемами;
— более длительные сроки строительства;
— необходимость выполнения технологических процессов на строительной площадке (бетонирование в зимний период при низких температурах); — увеличение расхода бетона и арматуры по сравнению с каркасными системами.
Повышенный расход бетона является следствием трудоемкости пустотообразования в условиях строительной площадки, что приводит к неэффективному использованию механических свойств бетона. Значительный перерасход арматуры вызван использованием в монолитных железобетонных конструкциях армирования без предварительного напряжения, которое увеличивает жесткость и трещиностойкость. Именно эти две характеристики являются определяющими для большепролетных конструкций. Предварительное напряжение, как показывает зарубежный опыт, позволяет получить следующие преимущества:
— приобретение высокой несущей способности перекрытия всего за 3-4 суток;
— снижение суммарных затрат на строительство объекта более чем в 2 раза;
— экономическая эффективность от сокращения расхода стали и бетона до 50%;
— облегчение здания в 2-3 раза, что позволяет увеличить его высотность;
— удешевление стоимости фундаментов при прочих равных условиях;
— значительное увеличение пролетов перекрытия (до 12 м по зарубежным аналогам);
— повышение устойчивости и сейсмостойкости.
В связи с таким большим количеством положительных качеств и наличием богатого опыта зарубежных строителей родилась идея создания
отечественной технологии выполнения монолитных облегченных железобетонных конструкций перекрытий с предварительным напряжением арматуры в построечных условиях.
Идея заключается в следующем:
— за основу было взято кессонное перекрытие с системой главных и второстепенных балок, расположенных с равным шагом в сетке колонн 6х6 м, одинаковых по высоте. Данное перекрытие обладает большей несущей способностью и жесткостью в сравнении с обычными монолитными перекрытиями толщиной 200 мм.
Трудность технологии при выполнении данного перекрытия заключается в трудоемкости выполнения опалубочных работ. Выходом из ситуации служит решение использования для заполнения пустот между главными и второстепенными балками газосиликатных вкладышей. Шаг главных и второстепенных балок кессонного перекрытия привязывается к типоразмерам газосиликатного заполнения.
При устройстве облегченных монолитных перекрытий работы выполняются в следующей последовательности:
— устройство опалубки;
— установка газосиликатных вкладышей в соответствии с разработанным конструктивным решением;
— выполнение армирования главных и второстепенных балок облегченного перекрытия.
Рассматриваемая технология позволяет получить следующие преимущества:
— упрощение выполнения опалубочных работ;
— снижение расхода бетона в сравнении с обычными монолитными перекрытиями толщиной 220 мм;
— технологичность при устройстве коммуникаций между перекрытиями;
— экономия при выполнении отделочных работ в связи с получением гладкой поверхности в сравнении с кессонным перекрытием;
— уменьшение массы здания за счет уменьшения усредненной плотности монолитного перекрытия;
— удешевление стоимости фундаментов в связи с уменьшением нагрузки.
Для получения наиболее экономного расхода арматуры возникла идея использовать предварительное напряжение в построечных условиях, о преимуществах которого было сказано выше. Из различных способов натяжения арматуры (электротермический, механический, электротермомеханический, физико-химический) остановились на механическом, т.к. он наиболее прост в сравнении с другими способами. При механическом способе необходимое относительное удлинение арматуры, соответствующее заданному контролируемому натяжению в ней, получают вытяжкой арматурного элемента натяжными механизмами. Наиболее широкое применение данный способ натяжения арматуры получил во Франции, Германии, США и Японии. В предварительно напряженных конструкциях наибольшая экономия стали достигается при использовании для напрягаемой арматуры канатов из высокопрочной проволоки. При выполнении предварительного напряжения на бетон напрягаемую арматуру устанавливают в трубчатые каналообразователи, где она имеет возможность свободного скольжения. Каналообразователи изготавливаются, как правило, из тонколистовой вальцованной в холодном состоянии стали толщиной 0,2- 0,35 мм. Вальцевание осуществляется в поперечном направлении по винтообразной линии.
— устройство облегченного монолитного перекрытия (см. выше);
— установка в проектное положение каналообразователей с напрягаемой арматурой;
— бетонирование;
— подготовительные работы (проверка прочности бетона, установка оборудования для натяжения арматуры);
— поэтапное натяжение канатов с тщательным контролем усилия натяжения;
— проверка проходимости каналообразователей;
— нагнетание цементного раствора в каналообразователи для защиты предварительно напряженной арматуры от коррозии;
— демонтаж оборудования.
Изложенные технологии являются перспективными и в настоящее время актуальными в связи с возросшей долей монолитного домостроения в нашей стране. Детальная разработка технологии устройства облегченных монолитных перекрытий с применением предварительного напряжения арматуры в построечных условиях, выполняемая на кафедре «Технология строительного производства» и в научно-исследовательской лаборатории «Промышленное и гражданское строительство» Белорусского национального технического университета, позволяет снизить стоимость, расход арматуры и объем бетона, увеличить пролет перекрытия, его жесткость, устойчивость и сейсмостойкость.
Литература
1. Кондратчик Н.И., Тур В.В., Кондратчик А.А. Железобетонные конструкции из напрягающего бетона с арматурой, преднапряженной механическим способом//Перспективы развития новых технологий в строительстве и подбор инженерных кадров Республики Беларусь: сб. науч. труд. — Брестский политехнический институт, 1997. — С. 82.
2. Предварительно напряженный железобетон: По материалам IX Международного конгресса ФИП, Прага, 1970/К.В. Михайлов, Г.И. Бердичевский, Ю.С. Волков и др. — М.: Стройиздат, 1986. — 255 с.
3. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учеб. пособие для вузов по спец. «Пром. и граждан. стр-во»/И.М. Спиранский, С.Г. Сташевская, С.В. Бондаренко — М.: Высш. шк., 1989. — 176 с.
4. Семенов А.И. Предварительно напряженный железобетон с витой проволочной арматурой. — М.: Стройиздат, 1976. — 208 с.
5. Потерщук В.А., Пецольд Т.М., Пастушков Г.П., Тур В.В. Конструктивная система многоэтажного каркасного здания с плоскими сборно-монолитными перекрытиями//Перспективы развития новых технологий в строительстве и подбор инженерных кадров Республики Беларусь: сб. науч. труд. — Брестский политехнический институт, 1997. — 111 с.
В.П. ШИРЕЙ, младший научн. сотр., магистр техн. наук.
С.Н. ЛЕОНОВИЧ, профессор, доктор техн. наук, кафедра «Технология строительного производства» Белорусского национального технического университета
обсуждение статьи
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 40 за 2005 год в рубрике материалы и технологии
