Конструктивные особенности сталежелезобетонных перекрытий зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Конструктивные особенности сталежелезобетонных перекрытий зданий

Цымдянкина Н.Ю.

В России сталежелезобетонные конструкции не являются новыми, однако не получают широкого распространения. Область их применения весьма ограничена: многопролетные и мостовые сооружения, водоводы и трубопроводы в гидроэлектростанциях, путепроводы и виадуки. В отдельных случаях сталежелезобетонные конструкции используют в строительстве высотных зданий. Одной из причин, препятствующих повсеместному распространению сталежелезобетона в России, считалось отсутствие до недавнего времени полной и четкой нормативной базы по проектированию и изготовлению сталежелезобетонных конструкций. Эффективность сталежелезобетонных конструкций по сравнению со стальными или железобетонными достигается за счет совместной работы двух материалов (бетона и стали), т.е. реализации одного из основополагающих принципов проектирования - принципа совмещения функций различных элементов.

Сталежелезобетонные конструкции следует применять в тех случаях, когда строительные объекты должны выдерживать высокие нагрузки при небольших размерах сечений. Благодаря заводскому производству большей части элементов и несложному монтажу, удается существенно сократить сроки строительства.

Основным нормативным документом, используемым для расчета сталежелезобетонных конструкций на территории Российской Федерации с 2017 года, является свод правил СП 266.1325800.2016 [1], представляющий собой результат многолетних исследований, отраженных в ранее действующих рекомендациях и отраслевых стандартах (Рисунок 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Нормативные документы по проектированию сталежелезобетонных конструкций

Эффективность сталежелезобетонных конструкций по сравнению со стальными и железобетонными конструкциями заключается в значительном увеличении прочности и жесткости, существенной экономии денежных средств и трудозатрат, сокращении сроков строительства и др.

Одно из основных преимуществ сталежелезобетонных изгибаемых элементов с внешней арматурой - повышение жесткости (вертикальной и горизонтальной) и прочности конструкций. В связи с этим становится возможным уменьшение размеров поперечного сечения несущих элементов. В свою очередь это приводит к уменьшению массы конструкции, а значит - к экономии строительных материалов.

В таблице 1 приведены данные технико-экономических исследований [4].

Таблица 1 - Показатели эффективности применения сталежелезобетонных конструкций в зданиях и сооружениях

Расчет сталежелезобетонных пролетных конструкций имеет некоторые сложности, вызванные следующими особенностями:

- стадийностью работы конструкции (связанной с последовательным включением в работу частей сечения);

- сочетанием двух материалов, имеющих различные свойства и индивидуальные особенности работы в конструкции;

- внутренней статической неопределимостью сечений конструкций;

- учетом внешних и внутренних силовых факторов;

- активным применением предварительного напряжения;

- значительным воздействием неупругих деформаций на работу конструкции.

Указанные особенности могут быть учтены в лицензионных программных комплексах по расчету строительных конструкций, дающих адекватные результаты расчета.

1 -- стальной профилированный настил с рифлеными стенками гофров; 2 -- элемент балочной клетки; 3 -- монолитный бетон перекрытия; 4 -- стержневой анкер; 5 -- сетка противоусадочного армирования; 6 -- соединение гофрированных профилей между собой; 7 - гибкая арматура.

Рисунок 2- Сталежелезобетонная плита, армированная профилированным настилом

сталежелезобетонный перекрытие здание

При расчете прочности и жесткости сталежелезобетонных настилов, нагрузки определяются как для стального тонкостенного элемента, работающего на нагрузку от собственного веса настила и свежеуложенного бетона, а также монтажную нагрузку, включающей массу оборудования и людей в процессе возведения перекрытия [2].

Рассмотрим принцип работы сталебетонного перекрытия под нагрузкой. По существу, сталебетонное перекрытие состоит из сталебетонной плиты с профнастилом и несущего основания (опорной балки) (Рисунок 2). В сталебетонной плите с помощью выштамповок и анкерных упоров (анкеров) на опорных балках обеспечивается совместная работа профнастила с бетоном. При этом возможны три случая работы плиты с профнастилом, в зависимости от положения нейтральной оси по аналогии с работой железобетонных конструкций с жестокой арматурой таврового сечения (Рисунок 3 а; б; в). Анкерные упоры, а при незначительных нагрузках (до 150-200 кг/м²) и электрозаклепки, обеспечивают совместную работу сталебетонной плиты с металлической балкой, создавая условный тавр. В условном тавре верхняя полка (сжатая зона), состоящая из бетона, а также верхней полки и верхней части стенки балки, воспринимают сжимающие усилия, а нижняя часть стенки и нижняя полка (растянутая зона) - растягивающие усилия. В зависимости от положения нейтральной оси возможен еще один случай, где в сжатую зону входит только верхняя полка балки, а нижняя полка и стенка входят в растянутую зону.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) - нейтральная ось располагается в полке плиты и не пересекает стенок профнастила; б) - нейтральная ось пересекает стенки профнастила;

в) - нейтральная ось расположена на уровне верхней полки профнастила;

г) - нейтральная ось пересекает стенку комбинированной балки;

д) - нейтральная ось расположена в верхней полке комбинированной балки

Рисунок 3 - Принцип работы сталебетонного перекрытия

Анкерные упоры передают изгибающий момент на опорные балки, не позволяя бетону сдвигаться относительно профнастила. Тем самым не нарушается целостность конструкции перекрытия. Совместная работа сталебетонной плиты и опорной балки позволяет оптимизировать несущую способность конструкции и экономить общую материалоемкость, а, следовательно, и стоимость перекрытия.

Выштамповки, обеспечивающие совместную работу профнастила с бетоном, имеют различную конфигурацию. Рисунок зигзагообразных выштамповок (типа «змейка») был предложен еще в 80-ые годы прошлого столетия работниками ЦНИИПСК им. Мельникова В.Ф. Беляевым, Э.Л. Айрумяном и И.А. Румянцевой [2]. При испытаниях за рубежом, «змейка» лучше всех выдержала “pull-out” тест по сравнению с другими видами выштамповок, а по сравнению с гладкими стенками она почти в шесть раз увеличила сцепление бетона и профнастила. При натурных испытаниях сталебетонных плит перекрытий с профнастилом без анкерных упоров в опорных сечениях отношение предельной нагрузки плит с выштамповками «змейка» к предельной нагрузке плит с гладкими выштамповками профнастила составило 2,5 [3].

Рисунок 4 - Конструкции ComFlor100, ComFlor210 разработки компании TATA Steel

Рисунок 5 - Сталежелезобетонное перекрытие с профнастилом типа СКН90Z разработки Группы предприятий «Стальные конструкции»

Рисунок 6 - Конструкция Cofrastra Dйcibel разработки компании Arcelor Mittal

В США часто вместо выштамповок применяются отверстия, выполняющие аналогичную функцию. Хотя в случае отверстий, на стенках профнастила во время набора прочности в течение некоторого времени часть цемента утекает вместе с «молочком», что практически не влияет на работу конструкций. Имея колоссальный опыт проектирования и устройства такого вида перекрытий, а также отработанную систему внедрения прогрессивных технических решений в практику строительства, западные строительные компании успешно применяют их в зданиях и сооружениях различного функционального назначения, включая высотные и уникальные объекты.

Рисунок 7 - Конструкция Hoesch Additiv Decke разработки компании ThyssenKrupp Bausysteme

Рисунок 9 - Конструкция Multidesk разработки компании Kindsman

В практике строительства на территории Российской Федерации сталебетонные перекрытия с использованием профилированных стальных настилов специальной формы зарекомендовали себя как конструкции с высокими технико-экономическими показателями. При использовании данных конструкций стоимость плиты перекрытия, в сравнении с монолитной плитой из горячекатаной арматуры, сокращается примерно в 1,25 раза, а трудоемкость изготовления и монтажа - почти в 3,5 раза. При этом обеспечиваются требуемые параметры огнестойкости и надежности. Совместная работа элементов конструкции позволяет снижать ее материалоемкость, в том числе - металлоемкость каркаса зданий.

Вместе с тем, действующие нормативные документы по проектированию сталежелезобетонных конструкций не в полной мере освещают вопросы конструирования и расчета узлов сопряжения элементов перекрытий с колоннами, диафрагмами жесткости и ограждающими конструкциями здания в соответствии с реализуемой статической схемой каркаса, что, безусловно, может явиться предметом исследований, выполняемых в рамках различного уровня диссертаций и научной госбюджетной работы специализированных подразделений.

Список литературы

1. СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования [Электронный ресурс]. Москва, 2017.- Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/456044285 (дата обращения 20.12.2018 г.)

2. Постанен С. О., Березкина А. Ю., Комиссаров В. В., Постанен М.О. Сталежелезобетонные перекрытия по профилированному стальному настилу // Молодой ученый. -- 2016. -- №26. -- С. 74-76. -- URL [Электронный ресурс] Режим доступа: https://moluch.ru/archive/130/36140/ (дата обращения: 20.12.2018).

3. Айрумян Э.Л., Румянцева И.А. Армирование монолитной железобетонной плиты перекрытия стальным профилированным настилом. //Промышленное и гражданское строительство. 2007. №4. С. 25 - 27.

4. Кибирева Ю.А., Астафьева Н.С. Применение конструкций из сталежелезобетона //Экология и строительство. -- 2018. --№2. --27-34. URL [Электронный ресурс] Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-konstruktsiy-iz-stalezhelezobetona (дата обращения: 23.12.2018).

Размещено на Allbest.ru