СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕЗБАЛОЧНЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ НА ПРОДАВЛИВАНИЕ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ

В настоящее время актуально строительство монолитных жилых и административных зданий. В современном строительстве используют монолитные безбалочные перекрытия, опирающегося в большинстве случаев на точечные колонны. Это обусловлено тем, что необходимо строительство зданий свободной конфигурации в плане, а также потребностью в обеспечении свободных планировочных решений.

При проектировании, строительстве и эксплуатации монолитных безбалочных перекрытий, возникают вопросы об обеспечение прочности плит на продавливание в месте стыка с колоннами.

В процессе продавливания из конструкции плиты перекрытия выделяется железобетонный элемент в форме усеченной пирамиды, к верхней грани (поперечное сечение колонны) которой приложена вертикальная нагрузка. Так как в железобетоне усилие в плите при опирание на колонну, распространяется под углом 45°, то нижнее основание пирамиды ограничивает контур продавливания в верхней плоскости плиты. Данное разрушение носит хрупкий характер и происходит без каких-либо признаков о наступлении опасности.

Существуют различные способы обеспечения и усиления места стыка плиты перекрытия с колонной. Эти способы рассмотрены и сравнены в данной статье, приведены их преимущества и недостатки.

Первый способ – это постановка поперечной арматуры в плиту перекрытия при расчете на продавливание, на этапе проектирование.

Рисунок 1. Постановка поперечной арматуры

Поперечная арматура устанавливается в плите перекрытия по периметру вокруг колонны (в зоне пирамиды продавливания).

Преимущества:

1. отсутствие элементов снижающих внутренний объем помещения;
2. простота установки. Поперечная арматура устанавливается после установки продольной арматуры на строительной площадке.
3. сроки выполнения данного способа;
4. с экономической точки зрения данный способ не требует дополнительных затрат на устройство опалубки, увеличения объема бетона.

Недостатки:

1. ограничение по максимальной величине усиления, связанной с предельной несущей способностью плиты на продавливание по грани колонны;
2. с экономической точки зрения увеличивается затраты на арматуру.

Второй способ обеспечить прочность на продавливание на этапе проектирования сооружения – это увеличение толщины плиты перекрытия.

Если данный способ не был применен на этапе проектирование, и при строительстве или эксплуатации здания плита стала продавливаться, то возможно увеличить толщину плиту, путем устройства армированного бетонного слоя на верхней поверхности плиты.

Рисунок 2. Увеличение толщины плиты перекрытия

Преимущество:

1. простота данного способа.

Недостатки:

1. уменьшение внутреннего пространства помещения здания;
2. с экономической точки зрения – увеличение затрат на объем бетона;
3. увеличение нагрузки на колонны, что может привести к повышению размеров колонн;
4. на этапе строительства и эксплуатации сооружения, необходимо доступ к верхней части плиты, что бывает невозможно или труднодоступно выполнить, и сложность при выполнении опалубки.

Третий способ – увеличение расчетного сечения (установка капителей) на этапе проектирование.

При недостаточном поперечном армировании, возможна установка капителей, выполненная по расчету.

Также данный способ можно применить на этапе строительства и эксплуатации здания.

Рисунок 3. Увеличение расчетного сечения (капитель)

В следствии того, что один из параметров, при расчете плит перекрытий на продавливание, является расчетный периметр контура продавливания. Увеличить данный контур можно путем устройства конструкции капителей, а также изменения размеров поперечного сечения колонны.

Традиционное решения это установка железобетонных капителей при проектировании сооружения с безригельным перекрытием.

Не классическим решением при выполнении проектов с железобетонным каркасом являются металлические капители. Их устанавливают на этапе строительства, при ослаблении места стыка плиты с колонной.

Рисунок 4. Металлическая капитель

Преимущества:

1. увеличение прочности плиты на продавливание, без повышения толщины плиты и размеров колонны;

Недостатки:

1. уменьшение полезного объема помещения;
2. затруднения при устройстве опалубки и бетонирования. Это связано с тем, что необходимо создать условия совместной работы капители и колонны. Заливку бетона необходимо выполнять через просверленные отверстия в плите перекрытия, что ослабляет конструкцию в зоне концентрации напряжений.
3. с экономической точки зрения это дополнительные затраты на арматуру и бетон.

Четвертый альтернативный способ – повышения несущей способности плит перекрытий является увеличение размера поперечного сечения колонны на этапе проектирования.

Также данный способ можно применить на этапе строительства здания.

Рисунок 5. Увеличение толщины колонны

Осуществляется созданием армированного бетонного слоя вдоль граней колонны.

Недостатки:

1. сложность объединения элементов усиления с элементами существующего каркаса сооружения в единую целостность;
2. уменьшение объема помещения;
3. с экономической точки зрения увеличивается затраты на арматуру и бетон.

Пятый способ – это внешнее армирование плиты перекрытия на этапе строительства или на этапе эксплуатации.

Рисунок 6. Внешнее армирование плиты перекрытия

Дополнительная внешняя арматура устанавливается в сквозные отверстия в плите перекрытия при усилении на этапе эксплуатации здания. В качестве материалов используются металлические стержни (шпильки) закрепленный с наружных поверхностей удерживающими устройствами в виде пластин, либо ленты из композитных материалов, продетые через отверстия, представляющие собой хомуты.

Недостатки:

1. выступающие части шпилек, которые необходимо обшивать отделочными материалами, и, следовательно, уменьшится объем помещения;
2. необходим доступ к месту установки внешней арматуры;
3. необходимо выполнять дополнительные огнезащитные мероприятия на случай возникновения пожара;
4. проделанные сквозные отверстия ослабляют приопорную зону плиты перекрытия.

Шестой способ – это постановка поперечной арматуры под наклоном на этапе эксплуатации.

Рисунок 7. Армирование поперечной арматуры под наклоном

Арматурные стержни устанавливаются в существующую плиту путем бурения отверстий с нижней стороны плиты перекрытия и вклейки стержней с помощью высокопрочного химического состава на основе эпоксидной смолы (технология компании HILTI).

Преимущества:

1. отсутствие выступающих частей элементов;
2. нет необходимости выполнять специальные мероприятия по огнезащите (достаточно лишь обеспечить необходимый защитный слой);
3. в отличие от других способов, доступ к плите необходим только с нижней стороны;
4. отсутствуют сквозные отверстия, ослабляющие приопорную зону.

Недостатки:

1. сложность выполнение данного способа, так как необходимо выполнять отверстия под наклоном;
2. невозможно проверить правильность наклона стержней;
3. с экономической точки зрения самый затратный способ, так как стоимость стержней из химического состава превышает стоимость обычной арматуры, и установки для бурения отверстий под углом может не быть в населенном пункте, где идет строительство или эксплуатация здания. Так же необходимы специалисты в данной области.

После сравнения всех методов приведенных в статье можно сделать вывод, что каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, при выборе типа обеспечения или усиления плит перекрытий на продавливание необходимо учитывать условия строительства, проводить экономическую оценку эффективности усиления плит перекрытий, исследовать возможность воспроизводимости определенного способа.

Список литературы:

1. Ватин Н.И., Иванов А.Д. Сопряжение колонны и безребристой бескапительной плиты перекрытия монолитного железобетонного каркасного здания. Дис. на соиск. квалиф. магистра: 05.23.01., СПб., 2006 – 81 с.
2. Залесов А.С., Климов Ю.А. Прочность железобетонных конструкций при действии поперечных сил. Киев., Будевельник, 1989. – 104 с.
3. Каталог конструктивных решений по усилению и восстановлению строительных конструкций промышленных зданий, - Госстрой СССР, Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментный институт промышленных зданий и сооружений, Москва, 1987, - 30с.
4. Руководство по проектированию железобетонных конструкций с безбалочными перекрытиями, - М.: Стройиздат 1975, - 32с.
5. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», 2011. – 152 с.