Возможность применения предварительного напряжения в построечных условиях в облегченных перекрытиях общественных зданий

Возможность применения предварительного напряжения в построечных условиях в облегченных перекрытиях общественных зданий
 

В статье рассматривается возможность предварительного напряжения облегченных железобетонных перекрытий общественных зданий в условиях строительной площадки с использованием способа натяжения арматуры на бетон.

Основной строительный материал XXI века железобетон во всем мире пользуется повышенным вниманием исследователей. Железобетонные конструкции прочно занимают ведущее место в общем объеме капитального строительства в нашей стране. Создание экономичных и надежных железобетонных конструкций на основе рационального проектирования с использованием новейших достижений науки и современных строительных норм и правил — одна из важнейших задач, стоящих перед инженерами-строителями. В настоящее время широкое распространение в стране получило строительство зданий и сооружений каркасной конструктивной системы из монолитного бетона. Положительные достоинства монолитного домостроения:
— снижение расхода бетона и массы здания по сравнению с бескаркасной крупнопанельной системой при узком шаге внутренних поперечных стен; — возможность реализации свободной планировки, а также более благоприятных условий для модернизации и перепланировки;
— высокая устойчивость к воздействиям внешней среды;
— возможность большого разнообразия объемно-планировочных решений по сравнению с другими конструктивными схемами;

Однако существуют и недостатки:
— более длительные сроки строительства;
— необходимость выполнения технологических процессов на строительной площадке (бетонирование в зимний период при низких температурах); — увеличение расхода бетона и арматуры по сравнению с каркасными системами.

Повышенный расход бетона является следствием трудоемкости пустотообразования в условиях строительной площадки, что приводит к неэффективному использованию механических свойств бетона. Значительный перерасход арматуры вызван использованием в монолитных железобетонных конструкциях армирования без предварительного напряжения, которое увеличивает жесткость и трещиностойкость. Именно эти две характеристики являются определяющими для большепролетных конструкций. Предварительное напряжение, как показывает зарубежный опыт, позволяет получить следующие преимущества:
— приобретение высокой несущей способности перекрытия всего за 3-4 суток;
— снижение суммарных затрат на строительство объекта более чем в 2 раза;
— экономическая эффективность от сокращения расхода стали и бетона до 50%;
— облегчение здания в 2-3 раза, что позволяет увеличить его высотность;
— удешевление стоимости фундаментов при прочих равных условиях;
— значительное увеличение пролетов перекрытия (до 12 м по зарубежным аналогам);
— повышение устойчивости и сейсмостойкости.

В связи с таким большим количеством положительных качеств и наличием богатого опыта зарубежных строителей родилась идея создания
отечественной технологии выполнения монолитных облегченных железобетонных конструкций перекрытий с предварительным напряжением арматуры в построечных условиях.

Предварительное напряжение в построечных условиях (зарубежный опыт)

Идея заключается в следующем:
— за основу было взято кессонное перекрытие с системой главных и второстепенных балок, расположенных с равным шагом в сетке колонн 6х6 м, одинаковых по высоте. Данное перекрытие обладает большей несущей способностью и жесткостью в сравнении с обычными монолитными перекрытиями толщиной 200 мм.

Трудность технологии при выполнении данного перекрытия заключается в трудоемкости выполнения опалубочных работ. Выходом из ситуации служит решение использования для заполнения пустот между главными и второстепенными балками газосиликатных вкладышей. Шаг главных и второстепенных балок кессонного перекрытия привязывается к типоразмерам газосиликатного заполнения.

При устройстве облегченных монолитных перекрытий работы выполняются в следующей последовательности:
— устройство опалубки;
— установка газосиликатных вкладышей в соответствии с разработанным конструктивным решением;
— выполнение армирования главных и второстепенных балок облегченного перекрытия.

Рассматриваемая технология позволяет получить следующие преимущества:
— упрощение выполнения опалубочных работ;
— снижение расхода бетона в сравнении с обычными монолитными перекрытиями толщиной 220 мм;
— технологичность при устройстве коммуникаций между перекрытиями;
— экономия при выполнении отделочных работ в связи с получением гладкой поверхности в сравнении с кессонным перекрытием;
— уменьшение массы здания за счет уменьшения усредненной плотности монолитного перекрытия;
— удешевление стоимости фундаментов в связи с уменьшением нагрузки.

Крепеж предварительно напряженной арматуры на опалубку

Для получения наиболее экономного расхода арматуры возникла идея использовать предварительное напряжение в построечных условиях, о преимуществах которого было сказано выше. Из различных способов натяжения арматуры (электротермический, механический, электротермомеханический, физико-химический) остановились на механическом, т.к. он наиболее прост в сравнении с другими способами. При механическом способе необходимое относительное удлинение арматуры, соответствующее заданному контролируемому натяжению в ней, получают вытяжкой арматурного элемента натяжными механизмами. Наиболее широкое применение данный способ натяжения арматуры получил во Франции, Германии, США и Японии. В предварительно напряженных конструкциях наибольшая экономия стали достигается при использовании для напрягаемой арматуры канатов из высокопрочной проволоки. При выполнении предварительного напряжения на бетон напрягаемую арматуру устанавливают в трубчатые каналообразователи, где она имеет возможность свободного скольжения. Каналообразователи изготавливаются, как правило, из тонколистовой вальцованной в холодном состоянии стали толщиной 0,2- 0,35 мм. Вальцевание осуществляется в поперечном направлении по винтообразной линии.

Это позволяет увеличить жесткость каналообразователей и улучшить сцепление. Для предварительно напряженных конструкций необходим более прочный бетон. При арматуре из высокопрочной проволоки и стальных канатов применяется преимущественно бетон классов С25/30, С30/37. При устройстве предварительного напряжения арматуры в облегченных монолитных перекрытиях работы выполняются в следующей последовательности:
— устройство облегченного монолитного перекрытия (см. выше);
— установка в проектное положение каналообразователей с напрягаемой арматурой;
— бетонирование;
— подготовительные работы (проверка прочности бетона, установка оборудования для натяжения арматуры);
— поэтапное натяжение канатов с тщательным контролем усилия натяжения;
— проверка проходимости каналообразователей;
— нагнетание цементного раствора в каналообразователи для защиты предварительно напряженной арматуры от коррозии;
— демонтаж оборудования.

Изложенные технологии являются перспективными и в настоящее время актуальными в связи с возросшей долей монолитного домостроения в нашей стране. Детальная разработка технологии устройства облегченных монолитных перекрытий с применением предварительного напряжения арматуры в построечных условиях, выполняемая на кафедре «Технология строительного производства» и в научно-исследовательской лаборатории «Промышленное и гражданское строительство» Белорусского национального технического университета, позволяет снизить стоимость, расход арматуры и объем бетона, увеличить пролет перекрытия, его жесткость, устойчивость и сейсмостойкость.

Литература
1. Кондратчик Н.И., Тур В.В., Кондратчик А.А. Железобетонные конструкции из напрягающего бетона с арматурой, преднапряженной механическим способом//Перспективы развития новых технологий в строительстве и подбор инженерных кадров Республики Беларусь: сб. науч. труд. — Брестский политехнический институт, 1997. — С. 82.
2. Предварительно напряженный железобетон: По материалам IX Международного конгресса ФИП, Прага, 1970/К.В. Михайлов, Г.И. Бердичевский, Ю.С. Волков и др. — М.: Стройиздат, 1986. — 255 с.
3. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учеб. пособие для вузов по спец. «Пром. и граждан. стр-во»/И.М. Спиранский, С.Г. Сташевская, С.В. Бондаренко — М.: Высш. шк., 1989. — 176 с.
4. Семенов А.И. Предварительно напряженный железобетон с витой проволочной арматурой. — М.: Стройиздат, 1976. — 208 с.
5. Потерщук В.А., Пецольд Т.М., Пастушков Г.П., Тур В.В. Конструктивная система многоэтажного каркасного здания с плоскими сборно-монолитными перекрытиями//Перспективы развития новых технологий в строительстве и подбор инженерных кадров Республики Беларусь: сб. науч. труд. — Брестский политехнический институт, 1997. — 111 с.



В.П. ШИРЕЙ, младший научн. сотр., магистр техн. наук.
С.Н. ЛЕОНОВИЧ, профессор, доктор техн. наук, кафедра «Технология строительного производства» Белорусского национального технического университета