ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ОСОБЕННОСТЯМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ, ПРОИЗВОДИМЫХ БЕЗОПАЛУБОЧНЫМ СПОСОБОМ

АННОТАЦИЯ

В статье представлен обзор литературы по проектированию, исследованию и применению железобетонных плит перекрытия, производимых безопалубочным способом, в проектах жилых и общественных зданий.

Ключевые слова: железобетонные плиты перекрытия, безопалубочное формование, предварительное напряжение, крупнопанельное домостроение.

В настоящее время в строительной отрасли появляется много новых материалов и изделий для возведения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений. Предварительно напряженные многопустотные плиты безопалубочного формования (ПБ) получили широкое распространение, благодаря технологии производства, которая практически полностью автоматизирована; возможности перекрывать большие, по меркам крупнопанельного домостроения, пролеты (до 12 м); в экономичном использовании материалов; в возможности перепланировок квартир в процессе эксплуатации. Плиты безопалубочного формования - зарубежный продукт. Главная особенность выпускаемых на зарубежном оборудовании ПБ - отсутствие поперечной арматуры в вертикальных ребрах и, в зависимости от рабочей документации производителя, отсутствие продольной рабочей арматуры в верхней зоне плиты. Эти особенности являются решающими при проектировании узлов сопряжения наружных и внутренних стен и плит перекрытий в панельных зданиях. Многопустотные предварительно напряженные плиты являются одним из наиболее популярных и востребованных видов изделий, выполняемых по технологии безопалубочного формования. Их часто используют в жилищном строительстве. Однако этот вид изделий является малоизученным. Отсутствует единая нормативная база, в соответствии с которой предприятия строительного комплекса могли бы осуществлять выпуск панелей перекрытия. Ниже рассматриваются научные статьи о проектировании и применении ПБ.

В статье “О применении многопустотных плит безопалубочного формования в панельных и каркасных зданиях” [2] автор рассматривает особенности применения многопустотных плит безопалубочного формования при проектировании многоэтажных панельных и каркасных зданий. Также рассматривается платформенный и контактный стыки опирания перекрытий на стеновые панели. Показываются примеры решений узлов опирания и способы армирования перекрытий в опорных зонах, в частности автор рассматривает вариант закладывания в вертикальные ребра плиты арматурные каркасы в предполагаемые места расположения опорных зон в процессе производства плит.

Указывается, что это прием не нашел применения из-за того, что большинство плит формуется с применением экструдеров, которые не допускают устройства каркасов в ребрах или по технологии объемного вибропрессования. Однако имеются примеры реализации данного варианта, например, в Казахстане, где формовка производится с применением «силиппформеров». По этой технологии можно зафиксировать каркас между нижним тросом рабочей арматуры и верхним тросом (или арматурной проволокой), которые устанавливаются конструктивно (рис.1).

Такой вариант удовлетворяет требованиям СНиП 52-01-2003 (СП 63.13330.2012) «Бетонные и железобетонные конструкции в части продольного и поперечного армирования опорных зон». Гарантируется качество и надежность работы плиты перекрытия в опорной зоне.

Рисунок 1. Стык внутренних стеновых панелей с многопустотными плитами перекрытий:

а — сечение по ребру плиты; б — каркас армирования вертикального ребра плиты в опорной зоне; в — сечение по полке плиты: 1 — внутренняя стеновая панель; 2 — многопустотная плита перекрытия; 3 — растворный шов; 4 — рабочая арматура нижней зоны плиты; 5 — конструктивная арматура верхней зоны плиты; 6 — каркас-змейка; 7— монолитный бетон; 8 — верхний дополнительный арматурный стержень каркаса.

Также в статье дается техническое решение плиты перекрытия с элементами усиления и армирования несущих ребер. Приводится пример использования плиты для устройства балконов и эркеров путем консольного выпуска края плиты за плоскость стен и ригелей. Но автор поднимает такие вопросы: как учитывать депланацию перекрытий плит безопалубочного формования, которая неизбежно возникает при опирании перекрытия одной стороной на ригель, а другой - на диафрагму жесткости; как защитить ребра и полки у опорных зон от образования трещин без армирования; как избежать депланации сечения при складировании, транспортировке и монтаже таких плит? Перечисленные и другие вопросы указывают на необходимость разработки российских нормативных документов или адаптации EN 1168 к российским условиям.

В статье “Подбор и оптимизация составов бетонов для производства многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования” [4] приведены результаты контрольных испытаний железобетонных многопустотных плит перекрытия на прочность и трещиностойкость, для которых был подобран состав бетонных смесей.

Установлено, что для производства плит пустотного настила методом непрерывного безопалубочного формования необходимо использовать бетонные смеси жесткостью около 90 с, что гарантирует сохранение изделием своей формы непосредственно после завершения вибровоздействия на бетонную смесь.

Важным требованием являлось получение бетонов с низкой усадкой и ползучестью с целью исключения потери преднапряжения высокопрочных канатов, применяемых для производства плит пустотного настила.

В работе оптимизация зернового состава бетонных смесей была осуществлена за счет кремнезем-содержащих наполнителей. В качестве заполнителей применяли щебень гранитный фракций 5—10 мм (ГОСТ 8267—93), отсев дробления гранита и известняка фракций 0—5 мм (ГОСТ 31424—2010), песок кварцевый (ГОСТ 8736—2014). В качестве вяжущего вещества использован портландцемент ЦЕМ I 42,5Н (ГОСТ 31108-2003). В состав вводилась воздухово-влекающая добавка.

На основании полученных результатов испытаний контрольных и вариативных составов авторами сделаны выводы:

— возможно снижение расхода цемента до 10% с последующей корректировкой абсолютного объема смеси и проведением испытаний на прочность, морозостойкость и водонепроницаемость;

— обеспечение требуемых показателей по удобоукладываемости бетонной смеси и целостности формуемого массива возможно только за счет применения комплекса оптимизирующих компонентов.

Полученные бетонные смеси имеют лучшие технологические характеристики, которые обеспечивают целостность формуемого массива, плотную структуру и высокое качество лицевой поверхности изделий и были использованы при производстве и испытании плит марки ПБ 2-60.12-8 9 К7. Было установлено, что после прекращения вибровоздействия на бетонную смесь образцы удерживают форму.

Исследуемые плиты выдержали испытание на прочность, где была полностью обеспечена несущая способность. Контрольные наблюдения не выявили проскальзывания стержней рабочей арматуры и развития трещин. Испытания производились в соответствии с СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений», а также по ГОСТ 8829-94.

Проводятся заводские испытания в соответствии с ГОСТ 8829-94 многопустотных предварительно напряженных железобетонных плит, изготовленных на одном стенде по одной технологии, в статье “Результаты контрольных испытаний многопустотных предварительно напряженных плит перекрытия стендового безопалубочного формования” [3]. Плиты проектировались из бетона класса В40 с напрягаемой арматурой в нижней и верхней зоне. Испытания проводились по схеме шарнирно опертой балки с расчетным пролетом 5,9м. При испытаниях плит замерялись осадка опор, прогиб середины плит и ширина раскрытия трещин.

По испытаниям плит прогиб при контрольной нагрузке 6,70 кН/м2 для оценки жесткости составил 4,6…5,2мм, что меньше 6,0мм по рабочим чертежам. Трещин в плитах не образовывалось, что подтверждалось линейным графиком прогибов. Таким образом, второе предельное состояние испытанных плит отвечает требованиям рабочих чертежей и ГОСТ 8829-94. Все испытанные плиты доводились до разрушения. Но несущая способность каждой из плит не соответствовала требованиям рабочих чертежей. Разрушение всех испытанных плит произошло по нормальному сечению при напряжениях достигающих условного предела текучести арматуры. Разрушение всех плит происходило внезапно с образованием одной нормальной трещины в середине пролета при прогибе 8,2…9,3мм. Ширина раскрытия трещин при опускании плит на страховочные опоры достигала 2,66мм, а величина прогиба 26…35мм.

Опасный с позиции надежности тип разрушения плит с напрягаемой высокопрочной арматурой К-7 при испытании на прочность вызвал у авторов настороженность и обусловлен на их взгляд следующими причинами: - высоким уровнем предварительного напряжения в арматуре ζsp=1100МПа; - динамическим скачком напряжений в напрягаемой арматуре при образовании одной трещины в середине пролета и весьма вероятно, что при этом снижается или нарушается сцепление арматуры с бетоном; - невысоким процентом армирования 0,19% против рекомендованных ранее оптимальных значений для плит 0,3%.

В сравнении с изгибом сопротивление железобетонных элементов кручению существенно меньше, поэтому влияние даже относительно небольших по абсолютному значению крутящих моментов необходимо учитывать. Так в статье “Влияние кручения в многопустотных железобетонных плитах безопалубочного формования” [1] рассмотрена проблема кручения в многопустотных железобетонных плитах перекрытия безопалубочного формования. Кручение в многопустотных железобетонных плитах безопалубочного формования возникает большей частью как вторичный эффект силового воздействия. В работе представлены результаты экспериментальных исследований таких конструкций при совместном действии изгиба с кручением. Изготовлялись плиты перекрытия многопустотные безопалубочного формования (экструзионные), которые выполнены из тяжелого бетона, длиной 6 м, под расчетную нагрузку 8,0 кПа; армированы высокопрочной проволокой S1400 17⌀5 мм.

В экспериментальных исследованиях таких конструкций установлено, что:

- величина крутящего момента существенно влияет на характер появления трещин в многопустотных железобетонных плитах безопалубочного формования;

- угол наклона трещин к продольной оси с увеличением крутящего момента уменьшается; - с увеличением крутящего момента область развития трещин смещается в противоположную от кручения сторону;

- разрушение при кручении происходит по спиральной трещине, наклоненной под углом 45° и развивающейся по верхней грани плиты мгновенно;

- образование спиральной трещины при кручении происходит в более нагруженной грани, которой может быть, как внешняя (периметрическая), так и внутренняя;

- изгиб увеличивает сжимающие напряжения на верхней грани, вызывая тем самым увеличение крутящего момента, при котором появляется первая трещина; кручение же, как изгиб, вызывает появление растягивающих напряжений на нижней грани и, таким образом, снижает величину изгибающего момента, при котором образуется первая трещина.

Сделан вывод о влиянии величины крутящего момента на характер развития трещин в многопустотных железобетонных плитах безопалубочного формования при таком сложном напряженно-деформированном состоянии, как изгиб с кручением. Автор считает, что расширение области применения деформационных методов расчета бетонных и железобетонных конструкций при сложном напряженно-деформированном состоянии, в том числе при изгибе с кручением, является одним из наиболее важных направлений развития теории бетона и железобетона.

Путем экспериментального исследования изучалась плита перекрытия на прочность и проводилось численное исследование конечноэлементного моделирования этой плиты в статье “Влияние вырезов в плитах безопалубочного формования на их несущую способность” [6]. Изготовлена и затем испытана плита ПБ 72.12-8К7 с продольным вырезом на углу. Длина плиты 7200 мм, ширина 1200 мм. Изготовлена из бетона В40, армирована семью предварительно напряженными канатами 12К7 в нижней зоне. При испытании плита разрушилась при нагрузке 10,2 кПа, что на 20% ниже, чем у плиты ПБ 72.12-8К7 без продольного выреза по ГОСТ 8829-94. По анализу численного моделирования показано, что растягивающие напряжения превышают нормативные значения предельных деформаций бетона при растяжении (0,15 ‰). Авторами сделан вывод, что величина главных растягивающих деформаций в вырезе плиты зависит от предварительного напряжения обрезанной арматуры. При снижении предварительного напряжения с 800 МПа до 500 МПа значения главных растягивающих деформаций уменьшались на 12,2%. Следовательно, увеличение несущей способности плиты путем снижения величины предварительного напряжения обрезаемой при устройстве выреза арматуры будет сопровождаться небольшим увеличением прогиба плиты.

В статье “Архитектурно-градостроительная система панельно-каркасного домостроения” [5] автор приводит условия улучшения комфортабельности жилья в панельных многоквартирных зданиях. И поднимает жилищную проблему развития и совершенствования крупнопанельного домостроения, одним из решений которых является применение многопустотных предварительно напряженных плит перекрытий для увеличения площадей комнат, возможность изменения планировок квартир, потому как

применение многопустотных плит перекрытий при поперечной системе опирания позволяет получать комнаты размером 50-55 м2, применение многопустотных плит перекрытий при продольной системе опирания позволяет получать помещения размером до 150 м2.

Таким образом, можно сделать вывод, что исследование и дополнительное изучение особенностей проектирования плит ПБ является актуальным и создание единой нормативной литературы по проектированию и применению плит перекрытий безопалубочного формования является важным для строительства в российских условиях.

Список литературы:

1. Авласко, Е. В. Влияние кручения в многопустотных железобетонных плитах безопалубочного формования // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Прикладные науки. Строительство. - 2013. - № 16. - С. 40-44.
2. Блажко В.П. О применении многопустотных плит безопалубочного формования в панельных и каркасных зданиях // Жилищное строительство. 2013. №10. С. 7-10.
3. Воронов В.И., Михайлов В.В., Рощина С.И. Результаты контрольных испытаний многопустотных предварительно напряженных плит перекрытия стендового безопалубочного формования // Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 5. С. 89-92.
4. Гончарова М.А., Ивашкин А.Н., Коста А.А. Подбор и оптимизация составов бетонов для производства многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 35-38.
5. Николаев С.В. Архитектурно-градостроительная система панельно-каркасного домостроения // Жилищное строительство. 2016. № 3. С. 15-25.
6. Цыбакин, С. В. Влияние вырезов в плитах безопалубочного формования на их несущую способность / С. В. Цыбакин, М. Г. Плюснин, А. Н. Зотов // Вестник гражданских инженеров. – 2021. – № 5(88). – С. 63-69. – DOI 10.23968/1999-5571-2021-18-5-63-69. – EDN WMEGWK.