Санников - Монолитные перекрытия зданий и сооружений

И.В. САННИКОВ, канд. техн. наук, В.А. ВЕЛИЧКО, С. В. СЛОМОНОВ, Г. Е. БИМБАД, канд. техн. наук, М Г. ТОМИЛЬЦЕВ, канд. экон. наук

МОНОЛИТНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

КИЕВ «БУДИВЕЛЬНИК» 1991

Рецензенты: проф., д-р техн. наук А. Я. Барашиков, канд. техн, наук И. П. Новотарский

Редакция литературы по архитектуре, проектированию, строительным  материалам и конструкциям

Зав. редакцией А. А. Петрова

Редакторы; Т. И. Ширяева, В.А. Шевчук

Монолитные перекрытия зданий и сооружений/И. В. Санников, В. А. Величко, С. В. Сломонов, Г. Е. Бимбад, М. Г, Томильцев.— К.: Буд1вельник, 1991.— 152 с: ил.

В книге рассмотрены конструкцив перекрытий из монолитных  железобетонных плит, армированных стальными профилями, их область применения. Методы расчета сгруппированы по предельным состояниям,  приведены алгоритмы расчета на ЭВМ н примеры расчета. Сведения об  особенностях технологии возведения и экономической эффективности  получены на основе обобщения опыта строительства.

Для специалистов проектных и строительных организаций.

© Санников И. В., Величко В. А., Сломонов С. В., Бимбад Г. Е., Томильцев М. Г., 1991

ПРЕДИСЛОВИЕ

В книге рассмотрены монолитные перекрытия, для которых  опалубкой и армированием служит стальной профилированный настил.

В основу положены опыт исследований, проектирования,  строительства и сведения об экономической оценке конструктивных  решений, накопленные с 1974 г., систематизированы аналогичные материалы, полученные в СССР и за рубежом и попавшие в поле зрения авторов за это время.

Предназначение книги — служить руководством прежде всего для проектировщиков и строителей, поэтому сведения о  происхождении рассматриваемого вида конструкций, их развитии и  связанных с этим научных исследованиях кратко изложены во введении.

Данные для проектирования содержат область применения,  сведения о конструктивных решениях и методах расчета. Строительная часть охватывает технологию устройства перекрытий, включая  сведения по изготовлению комплектующих изделий, оборудование, применяемое при возведении и контроле качества. Особое внимание обращено на энерго- и трудоемкость технологических операций, поскольку данные об этих видах затрат иногда бывают  единственным критерием выбора вида конструкции. Значительная часть  книги посвящена экономической эффективности монолитных  перекрытий, так как целесообразность их применения не всегда очевидна и может быть выявлена только при тщательном экономическом анализе. Отдельно выделены экономические факторы, которые  могут быть приняты во внимание, но не поддаются количественной оценке.

Для облегчения пользования книгой во всех главах на первое место вынесен материал, уже занявший место в  нормативно-технической документации, имеющий вполне самостоятельное значение и достаточен для решения конкретных вопросов проектирования или строительства. Далее изложены альтернативные материалы,  уточняющие или расширяющие сведения о конструкции или методах расчета, а также описаны программные средства для  автоматизации проектирования.

Введение и гл. 2 написаны канд. техн. наук И. В. Санниковым, гл. 1 — И. В. Санниковым, С. В. Сломоновым и В. А. Величко. Гл. 3 и примеры расчета выполнены кандидатами технических наук И. В. Санниковым, Г. Е. Бимбадом, а также С. В. Сломоновым и канд. экон. наук М. Г. Томильцевым.

ВВЕДЕНИЕ

При строительстве зданий весьма трудоемкими являются работы по устройству монолитных железобетонных перекрытий в  деревянно-щитовой или металлической опалубке. Стоимость арматурных и опалубочных работ при этом составляет 25—50, а трудоемкость — 43—70 %. Этими работами непосредственно на строительных  площадках занято около 37 % рабочих, занимающихся возведением монолитных конструкций, или 4 % всех рабочих в строительстве.

Одним из возможных путей индустриализации, роста  производительности труда, сокращения сроков и стоимости опалубочных и арматурных работ является применение железобетонных плит с листовой гофрированной арматурой. Стальные гофрированные профили собирают в виде настила и используют как опалубку для укладываемой в плиту бетонной смеси. После схватывания и  набора бетоном прочности профили входят в состав плиты в качестве арматуры. Включение гофрированного профиля в состав плиты обеспечивается анкерами различной конструкции или заделкой в бетоне его частей.

Перекрытие в виде монолитной плиты, армированной стальным настилом, менее экономично, чем перекрытие из сборных  железобетонных элементов. Однако, если отсутствует достаточная  строительная база и транспортные расходы велики, а также в случаях устройства перекрытий, насыщенных отверстиями, применение  указанных конструкций обеспечивает экономический эффект 1,2— 6,8 р./м2, сокращение трудозатрат в 1,6—4,7 раза. Сроки  возведения перекрытие! сокращаются, а производительность труда возрастает более чем в два раза.

В нашей стране применение монолитных плит ограничено рядом причин. В частности, существует стойкое и распространенное  мнение, что плиты отличаются большим расходом стали (на профнастил, анкерные устройства, противоусадочную арматуру и  арматуру, располагаемую над опорами); пугает необходимость в специальном оборудовании для временного поддержания и прирезки  настила, приварки и испытания анкерных устройств, что вызывает  сомнение в экономической целесообразности и перспективности  конструкции в целом. Основаны эти предубеждения на том, что опыт устройства и эксплуатации плит, сведения об экономической  эффективности их применения недостаточно обобщены и изучены,  отсутствует нормативно-техническая документация как на  конструкцию перекрытий в целом, так и на отдельные изделия (например, анкеры), не разработаны в полном виде технология возведения, методы контроля качества перекрытий и оборудование для него.

Сведения, собранные в книге, заполняют эти пробелы и  разрешают сомнения в той степени, которая необходима для решения практических задач, стоящих перед проектировщиками и  строителями. Часть их отражает опыт авторов, остальное почерпнуто из материалов экспериментально-теоретических исследований и  других работ зарубежных и советских ученых. Среди последних, по нашему мнению, следует выделить: работы Воронкова Р. В. и Багатурика Ф. М, выполненные в ЛИСИ [1—4]. Впервые в стране предложены рекомендации по  расчету плит при поперечном изгибе. Введен коэффициент условий работы листовой гофрированной арматуры, учитывающий  неравномерность напряжений по ее высоте. Прочность плит предложено оценивать, главным образом, по прочности контакта «бетон —  гофрированный профиль», а прогибы — по кривизне, определяемой с учетом трещинообразования по средней жесткости или в  соответствии с гипотезой о пропорциональности деформаций расстоянию от нейтральной оси с учетом деформаций сдвига по контакту  «бетон — гофрированный профиль»; работы Васильева А. П., Голосова В. Н., Игнатьева В. Н.,  выполненные в НИИЖБ Госстроя СССР [5—9]. Впервые систематизированы материалы исследований и даны рекомендации по  проектированию перекрытий и индустриальной технологии их возведения.

Разработана конструкция и изготовлены опытные образцы  пистолета для приварки в тавр под флюсом стержней и оцинкованного профилированного настила к элементам балочной клетки. С 1974 г. НИИЖБ регулярно проводит координационные совещания по  проблеме «Разработка, исследование и внедрение конструкций с  внешним армированием»; работы Рабиновича Р. И., Богданова А. А., Карновского М. Г., выполненные в ЦНИИпромзданий Госстроя СССР и Донецком Промстройниипроекте совместно с НИИЖБ [10—16]. Впервые  исследована работа комбинированных плит в комплексе с  железобетонными и стальными балками перекрытий, предложены расчетные методики, которые исходят из основных положений теории  железобетона, разви'юй применительно к конструкциям с обычной  (гибкой) арматурой, и разработаны программные средства для  автоматизации инженерных расчетов. Выполнен экономический анализ применения плит с различными уровнями нагружения; работы Беляева В. Ф., Айрумяна Э. Л., Григорьевой  (Румянцевой) И. А., выполненные в ЦНИИпроектстальконструкции им. Н. П. Мельникова [17—25], в которых был использован опыт  применения настилов в покрытиях. Однако в процессе разработки сортамента стальных профилированных листов для армирования  монолитных плит перекрытий с одновременными исследованиями  несущей способности листов на стадии возведения перекрытий при действии нагрузок от свежеуложенной бетонной смеси эти работы приобрели самостоятельное значение; работы Додонова М. И. и его школы, выполненные в МИСИ им. Куйбышева [26—29]. Разработаны оригинальные методы выбора поперечного сечения настилов оптимальной формы, исследованы комбинированные плиты с железобетонными балками, предложена и реализуется в программных средствах методика расчета плит, основанная на методе сосредоточенных деформаций (МСД); работы Колбасина В. Г., Кучера В. В. в Челябинском  политехническом институте и Челябинском Промстройниипроекте [30—33].

Исследованы способы анкеровки стального профилированного  настила в бетоне, в том числе анкерующими рифами, прокатанными или проштампованными на поверхности профиля. Предложен и внедрен в производство на Челябинском заводе профилированного стального настила новый тип профиля с анкерующими рифами, разделенными по высоте на две части. Разработана методика  расчета прочности анкеровки профилированного стального настила с рифами; работы Мартынова Ю. С, Сергеева В. Б., выполненные в Белорусском политехническом институте [34, 35]. Исследованы способы анкеровки настила ленточными связями и огнестойкость таких плит.

Приведенный перечень работ, нашедших отражение в книге, не исчерпывает всех исследований, предпринятых в СССР с начала семидесятых годов. Вне рамок книги остались отдельные работы по исследованию несущей способности плит, например [36, 37], или по технологии возведения [38—41]. Однако, будучи в поле зрения авторов, эти работы, как и неупомянутые другие,  формировали питательную среду, оказавшую воздействие как на  представления авторов о предмете исследования, так и на концепции,  положенные в основу книги. Собственный же опыт авторов состоит в исследовании применения перекрытий в общественных зданиях.

Первые испытания монолитных перекрытий с профилированным листом проведены авторами в КиевЗНИИЭП [42] и НИИпромстрой Минпромстроя СССР, г. Уфа [43]. Тогда же была предложена  трехслойная плита перекрытия, признанная изобре1ением [441, и  изданы методические рекомендации по проектированию [45].

В дальнейшем были обоснованы и реализованы в программных средствах методы расчета прочности по нормальным и наклонным сечениям и деформативности плит перекрытий [46—50]. Стыковое соединение профилированного настила и балки,  признанное изобретением [51], положено в основу разработки новой конструкции плиты, технологии ее возведения, методов контроля качества и оборудования [52]. Крепление стальных профилированных настилов к элементам балочной клетки в монолитных  железобетонных перекрытиях со стыковым соединением нового типа  отличается меньшим расходом электроэнергии и, как следствие, меньшим расходом материалов на сварочное оборудование, ограниченной зоной термического влияния сварного шва с сохранением защитного слоя цинка за пределами анкера и меньшим расходом материалов на крепежные и анкерные устройства. Эффективность этой энерго- и материалосберегающеи технологии оценена при строительстве здания Музея обороны в Севастополе [53].

Объемы строительных работ по устройству монолитных  перекрытий, выполненных к настоящему времени, превысили 100 тыс. м2 [54]. Наиболее значительными стройками являются:

административно-гостиничный комплекс центра международной торговли в Москве [38];

здание международного аэропорта «Шереметьево»;

галереи углеподготовки и перекрытия станции перегрузки угля Карагандинского металлургического комбината [36];

здания перекрытий промпредприятий в Ровно и Волгодонске;

Красноярский завод тяжелых экскаваторов [38];

транспортная галерея Крыловского известкового завода;

универсам в Южном Измайлове в Москве;

административное здание Союза писателей РСФСР в Москве;

Ландоковский известковый завод в Хабаровске;

склад комбикормов промышленной птицефабрики в Челябинске;

утилизационная котельная электродного завода в Челябинске;

глиноземный комбинат в Николаеве [47];

здание Музея обороны в Севастополе [53];

многоэтажная стоянка легкового транспорта в Минске [351;

корпуса вторичного и третичного дробления дробильно-сортировочного завода № 2 комбината нерудных материалов «Минашевичи» в Пинске.

Отзывы строительных организаций свидетельствуют о высокой эффективности применения монолитных перекрытий с профилированными стальными настилами [64]. Авторы надеются, что эта книга будет еще одним шагом на пути освоения прогрессивных строительных конструкций.

I. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ И КОНСТРУКЦИИ ПЕРЕКРЫТИЙ

ТИПЫ ЗДАНИЙ

Монолитные железобетонные плиты, армированные  профилированными настилами, в зависимости от транспортных расходов  целесообразно применять в перекрытиях практически всех типов зданий (табл. 1),

В производственных многоэтажных каркасных зданиях из  сборного железобетона, запроектированных на основе межотраслевой унификации, такие плиты применяют в комбинации со сборными железобетонными балками с внешней полосовой арматурой [55].

При сетке колонн 6 X 9 м (длина прогона или ригеля 9 м) и 6 X 6 м нагрузки на перекрытия могут составлять соответственно 16 и 25 кПа. Аналогично применение плит в перекрытиях этажерок под технологическую аппаратуру в зданиях павильонного типа и на открытых площадках.

В административно-вспомогательных, производственных и  общественных зданиях, запроектированных на основе использования унифицированных железобетонных элементов, применяемых в  многоэтажных общественных зданиях с нагрузкой на перекрытия до 12,5 кПа, сетка колонн может быть увеличена до 9 X 12 м (длина ригеля 12 м) [56], Замена перекрытий из сборного железобетона экономически оправдана при отсутствии строительной базы,  значительных транспортных расходах, в особых условиях строительства или труднодоступных пунктах.

В производственных многоэтажных зданиях со стальным  каркасом и открытых промышленных этажерках плиты применяют в комбинации со стальными элементами балочной клетки. Шаг  колонн производственных зданий достигает 12 м и более, однако наличие балочных клеток  позволяет ограничить пролеты  настила. Наиболее распространенный пролет для настилов в плитах перекрытий многоэтажных производственных зданий — 3 м. 

Здания обычно имеют не более 9 этажей, высота открытых  промышленных этажерок, предназначенных для размещения на них  аппаратов, разного технологического оборудования и обслуживающих площадок, может достигать 100 м и более [57].

В рабочих площадках производственных зданий и открытых промышленных этажерок, в транспортных галереях и перекрытиях перегрузочных станций монолитные перекрытия применяются, как правило, без ограничений [36]. В общем случае схемы балочных клеток в рабочих площадках определяются расположением  оборудования (технологического, электрического, сантехнического и подъемно-транспортного) и встроенных помещений, а также  материалом и конструкцией настила площадок (металлического — сплошного или решетчатого, железобетонного — сборного или  монолитного, сталежелезобетонного или деревянного). Применение монолитной плиты, армированной профилированным настилом, позволяет упростить устройство отверстий и выбрать наиболее простые схемы балочных клеток.

В многоэтажных общественных и жилых зданиях со стальным каркасом плиты применяют в комбинации с прогонами (фермами) междуэтажных перекрытий [II. К наиболее известным зданиям, в перекрытиях которых применены плиты, относится международный торговый центр в Нью-Йорке, построенный в 1966—73 гг. Комплекс здания состоит из двух башен (каждая по 110 этажей) со  служебными помещениями и 4-х, 8-ми и 10-ти этажных зданий, которые группируются вокруг- Служебные помещения со свободной  планировкой имеют на каждом этаже полезную площадь 2900 м2. В пяти подвальных этажах размещены станции электропоездов и  метрополитена, подземный гараж на 2000 автомобилей, оборудование торговых предприятий и сервиса. В шестом подвальном этаже и четырех, делящихся по высоте, двойных этажах — техническое  оборудование здания. Башни имеют высоту до 411 м (фрагмент башни показан на рис. 1), размеры в плане 63,5 X 63,5, размеры ядра жесткости 24 X 24 м. Высота этажа 3,66, помещений — 2,62,  вестибюля — 22,3 М- Сборно-монолитные перекрытия (рис. 2) по стальным фермам высотой 900 мм (длина 20 м, шаг 2,04 м) в поперечном направлении  раскреплены второстепенными балками, плита из легкого бетона толщиной 10 см по  профилированному настилу [112, 113]. Свободные от колонн квадратные площади этажей  размером 23,5 X 23,5 м обеспечивают максимальную гибкость планировки для размещений различных контор [58].

Практически нет зданий со стальным каркасом, построенных в последние годы в нашей стране, будь то гостиница «Киев» в Киеве [59] или высотное здание гостиницы на Дорогомиловской  набережной в Москве [601, где применение монолитных плит, армированных профилированным настилом, не было бы экономически оправдано.

В жилых зданиях из кирпича или монолитного железобетона, строительство которых расширяется, монолитные плиты опираются на монолитные железобетонные или кирпичные стены. Продольно поперечные несущие стены образуют опоры с пролетами не более 6 м, что позволяет обойтись без промежуточных балок и снизить суммарную толщину перекрытий.