РАЗРУШЕНИЕ МОНОЛИТНОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ ОТ ПРОДАВЛИВАНИЯ

В основе разрушения монолитной железобетонной плиты перекрытия продавливанием, лежит действие вертикальных нагрузок и сосредоточенных моментов. Такого рода разрушения очень опасны, т.к. как показывает опыт, носят хрупкий характер и происходят почти мгновенно, их практически невозможно предугадать. Кроме того, продавливание перекрытия вокруг одной колонны может вызвать цепную реакцию, что приведет к разрушению плиты перекрытия в пределах смежных колонн. Разрушение обычно происходит в зонах, где поперечные усилия действуют совокупности с изгибающими моментами в двух ортогональных направлениях. Разрушение происходит следующим образом: бетонный конус отделяется от плиты перекрытия, растянутая арматура верхней зоны плиты выскальзывает из бетона и перекрытие под действием собственного веса обрушается (рис.1).

Рисунок 1. Разрушение плиты перекрытия

Существует несколько концепций работы плиты перекрытия на продавливание, но все они сводятся к модели, изображенной на рис.2. В этой модели касательные усилия от сосредоточенных силы и изгибающего момента компенсируются бетоном и расположенной по обе стороны от расчетного поперечного сечения растянутыми арматурными стержнями.

Рисунок 2. Напряжения в плите до разрушения и во время разрушения

При возникновении систем трещин на поверхности бетонной плиты перекрытия, дальнейшее разрушение контролируется рабочей арматурой верхнего слоя. Когда нагрузка на перекрытие превышает ее сопротивление продавливанию, арматура, работающая на растяжение, деформируется, что ведет к углублению трещин к центру колонны по периметру нагружения.

Типы безбалочных перекрытий и арматурных каркасов

Безбалочные сборные перекрытия

Безбалочные сборные железобетонные перекрытия позволяют вести работы в любое время года, не останавливая процесс строительства. При этом осуществляется качественный контроль качества. Однако, возведение сборных конструкций процесс более материалоемкий, соответственно, менее экономичный нежели в случае монолитных перекрытий.

Монолитные безбалочные перекрытия с капителями

В нашей стране применение монолитных плит перекрытий с капителями было популярным до середины двадцатого века, пока в строительстве массово не начали применяться сборный железобетон [5].

Применение капителей в перекрытиях приводит уменьшение моментов в плите за счет уменьшения расчетного пролета. А также создается более комфортная работа материала (ж/б) на продавливание в узле сопряжения.

Также к функциям капители относится обеспечение жесткости сопряжения перекрытия с колоннами, увеличение прочности плиты на излом, обеспечение жесткости перекрытия в целом [1].

С течением динамичного исследования монолитных плит перекрытия капителями были выявлены их некоторые недостатки. Прежде всего речь идет о возможных пробоинах в пролете перекрытий промышленных зданий, где нагрузки при достижении значительной величины следует рассматривать как сосредоточенные. Причиной происшествия подобной ситуации может выступить недостаточная толщина плиты перекрытия, неверно назначенные классы материалов или их несоответствие требуемому качеству, а также нарушение сплошности в армировании плиты.

Монолитные безбалочные бескапительные плоские перекрытия

В безбалочных бескапительных железобетонных перекрытиях при конструировании выделяют сложность в обеспечении требуемой несущей способности в узле опирания плиты на колонну, где действует совокупность максимального изгибающего момента и поперечной силы. Данная ситуация имеет место как в сборных, так и в монолитных вариантах конструкций перекрытия, и, требует решения задачи восприятия действующих усилий продавливания. В силу последнего узлы опирания плит на колонну, как правило, являются насыщенными металлом.

Для того чтобы обеспечить повышение несущей способности на продавливание, выделяют следующие применяемые технические решения:

• обойма с косынками;
• пластина-воротник;
• уголковый каркас;
• арматурный каркас и др.

Рассмотрим наиболее распространенное решение узлов соединения – воротникового типа (рис.3). Узлы воротникового типа представляют собой конструкцию, сваренную из стального проката [3].

Рисунок 3. Схемы стальных воротников а) из листовой стали; б) из профилированной стали

Подобное решение узлов характеризуется трудоемкостью работы и повышенной стоимостью материала, особенно, когда речь идет о сварном прокате.

Все вышеперечисленные системы имеют общие недостатки, такие как трудоемкость, материалоемкость, что приводит к увеличению себестоимости. Рассмотрим системы с «V» - образными арматурными каркасами и системы PSB.

«V» - образные арматурные каркасы для зон продавливания

«V» - образные арматурные каркасы для зон продавливания – разработка компании «СК ЛенСтройДеталь». Применения данного вида каркасов целесообразно в безбалочных перекрытиях зданий с вертикальными несущими конструкциями в виде колон или пилонов. Например, бизнес-центры, торговые комплексы, паркинги. Для строительство жилых зданий эта технология подходит в меньшей степени.

«V» - образные пространственные каркасы состоят из продольных и поперечных стержней. Продольные стержни лежат в плоскости сетки арматурных стержней плиты перекрытия, поперечные – перпендикулярны плоскости сетки.

Расположение пространственных «V» - образных каркасов в плите перекрытия зависит от формы поперечного сечения вертикального несущего элемента (колонна, пилон). Главное требованием при расстановке является симметрия расположения пространственных каркасов относительно осей симметрии колонны или пилона. Выделяют радиальную схему «звездочкой» (рис.4). Схема составлена на идее равноудаленных в кольцевом направлении поперечных стержней.

Рисунок 4. Схема расстановки каркасов над клонной 400*400 и над пилоном 200*600

Преимущества применения «V» - образных пространственных каркасов следующие:

• Экономия на металлоемкости узла продавливания;
• Элемент выполнен в заводских условиях;
• Простая схема расстановки элементов;
• Простое решение с точки зрения технологии;
• Простой контроль узла продавливания на участке.

Однако, данные каркасы не являются типовыми для разных объемно-планировочных и конструктивных решений, поэтому следует проверять несущую способность узла согласно действующим нормам и рекомендациям разработчиков.

PSB – арматура от продавливания

Арматура от продавливания PSB представляет собой арматурные стержни определенного диаметра и длины, которые с обоих концов имеют горячедеформированные “высаженые” головки. Для более удобной установки PSB в каркас плиты перекрытия, арматурные стержни привариваются к металлической полосе, либо к арматурным стержням.

Возможны два варианта установки арматуры от продавливания PSB в арматурном каркасе плиты перекрытия:

1. Установка сверху. При этом варианте, секции PSB заводятся в каркас плиты сверху и вывешиваются на нем, за счет чего выдерживается защитный слой бетона как сверху, так и снизу.

Рисунок 5. Установка арматуры сверху

2. Установка снизу. При этом варианте, секции PSB устанавливаются в каркас плиты снизу. Необходимый защитный слой бетона в нижней части плиты обеспечивается путем установки PSB на специальные пластиковые спайсеры.

Рисунок 6. Установка арматуры снизу

Благодаря хорошим характеристикам фиксации стержней PSB в бетоне плиты, усиленные арматурой PSB, имеют сопротивления, значительно превышающие сопротивления плит, усиленных традиционной арматурой (хомутами). Эффективность конструкций железобетонных плит, усиленных PSB, была продемонстрирована в ходе лабораторных испытаний на полномасштабной модели, проведенных в Швейцарском федеральном технологическом институте в Лозанне в 2012 г. Результаты этих испытаний послужили основой для разработки европейского технического допуска ETA-13/0151, который регламентирует проектирование и использование арматуры PSB для защиты от продавливания.

Список литературы:

1. НИИЖБ Госстроя СССР, ЦНИИПромзданий Госстроя СССР, Уральский Промстройниипроект Госстроя СССР. Руководство по проектированию железобетонных конструкций с безбалочными перекрытиями:— М.: Стройиздат, 1979.—63 с.
2. А.А. Ганин. Особенности безбалочных большепролетных монолитных железобетонных перекрытий: вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2010, № 2 – 15 с.
3. А.П. Свинцов, Ю.В. Николенко, А.А. Ганин. Безбалочные железобетонные перекрытия: особенности конструкции и технологии возведения: Научная статья, 2009 – 74-80 с.
4. А.Н. Малахова, Д. Толстиков. Конструктивное решение стыка плоского монолитного перекрытия и колонн многоэтажных зданий: вестник МГСУ, 2011, № 1 – 32 с.
5. А.Н. Малахова. Проектирование монолитных плит перекрытий с капителями: вестник МГСУ, 2011 – Т.13, № 8 – 25 с.
6. В.А. Тесля. Монолитные безбалочные железобетонные перекрытия при отсутствии капителей колонн: Строительные конструкции, 2009 – 64-68 с.