Безбалочные перекрытия из монолитного железобетона

Довольно часто вместо традиционных заводских плит в конструкциях зданий применяются без балочные перекрытия из монолитного железобетона – пространственные бетонные системы, опирающиеся на стены или колонны. В этой статье мы подробно рассмотрим существующие виды таких конструкций, их конструктивные особенности, зависимость возможных изломов от нагрузок при опирании на вертикальные опоры и другие вопросы.
Основные виды и особенности бетонных перекрытий

Итак, монолитные безбалочные железобетонные перекрытия по способу опирания мы разделим на несколько видов – с опорой на стены и на колонны.

Горизонтальные несущие конструкции, опирающиеся на колонны, называются кессонными. Они применяются в основном для перекрытия административных, коммерческих и общественных зданий каркасного типа. Широким спросом пользуются в европейских странах, но и в России используются нередко. В частном индивидуальном строительстве подобные системы не применяются.

Железобетонные перекрытия с опиранием на стены можно условно разделить на такие типы:

• Монолитные – представляют собой цельнолитые бетонные конструкции, сооружаемые по всему периметру здания.
  

• Сборно-монолитные (СМП) – больше относятся к категории балочных конструкций, так как выкладка блоков-вкладышей производится на специальные балки. Однако при этом сооруженная система служит несъемной опалубкой, а основная жесткость и несущая способность перекрытия обеспечивается за счет последующего армирования и бетонирования пустот между рядами блочных элементов и слоя толщиной 50 мм поверх них.

  

  
  СМП

Конструктивно сборно-монолитное перекрытие состоит из таких элементов:

• Балки – раскладываются между 2-мя стенами с определенным шагом в соответствии с типоразмером блоков-вкладышей.
• Блоки-вкладыши – выкладываются между балками с плотным примыканием друг к другу.

Балки и блоки-вкладыши формируются несъемную опалубку, которая впоследствии армируется и бетонируется. За счет наличия армирующего каркаса и заливки бетоном пространства между рядами блочных элементов и формирования бетонного слоя толщиной 50 мм по всей площади перекрытия обеспечивается повышенная прочность и жесткость конструкции.

Данная технология чаще применяется в индивидуальном строительстве. Более подробно особенности работ с использованием керамических блоков вкладышей рассмотрены в следующем видео:

Состав и функции блоков-вкладышей

Сегодня производители предлагают большой выбор блоков-вкладышей для сборно-монолитных перекрытий:

• Керамзитобетонные – отличаются хорошей прочностью и минимальной ценой.

  

• Газосиликатные – характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами и идеальными геометрическими размерами

  

• Полистиролбетонные – отличаются низкой теплопроводностью. Минус – невысокая пожаростойкость.

Основная функция блоков-вкладышей – формирование сплошной конструкции по всей площади для качественного бетонирования перекрытия.

Кессонное перекрытие

Кессонные безбалочные перекрытия представляют собой ребристые монолитные конструкции с взаимно перпендикулярными ребрами снизу, опирающиеся на колонны с капителями. Основная особенность подобных систем заключается в том, что бетон сосредотачивается в участках сжатия (ребра жесткости) и удаляется из зоны растяжения. Это позволяет сэкономить на растворе и одновременно с этим получить систему с повышенной жесткостью. Конструктивно они напоминают ребристые плиты перекрытия, которые производятся в заводских условиях.

Проектирование монолитного безбалочного перекрытия выполняется с прямоугольной либо квадратно сеткой колонн. При этом по контуру строения конструкция может опираться на несущие стены и/или контурные обвязки и даже консольно выступать за капители крайних колонн. Капитель – это венчающая часть, необходимая для создания достаточной жесткости в месте сопряжения плиты с колонной и обеспечения прочности монолита на продавливание.

Конструкция и формы кессона

Сооружение выполняется с использованием пластмассовых кессонообразователей – специальных форм размерами 740х800 мм, высотой 200-400 мм и с наклоном боковых граней до 18°. Их раскладывают на небольшом расстоянии друг от друга (по осям 800х800 мм) с целью образования полостей для бетонирования монолитных ребер. В результате ребра получаются толщиной 200-400 мм, а сплошная часть конструкции – 50-60 мм.

Армирующая сетка в конструкции кессонов располагается поверх опалубки. Но особое внимание уделяется армированию утолщенных участков монолитного перекрытия – для этого обычно используется предварительно напряженная арматура большего, чем для горизонтальной сетки, сечения.

Для правильного устройства кессонной конструкции применяется специальная опалубка, состоящая из металлических обрешеток и вертикальных стоек. Их монтируют с учетом размеров кессонообразователей, которые впоследствии укладываются поверх обрешетки. Бетон к пластику не прилипает, поэтому формы после застывания бетонной конструкции удаляются легко.

Какие нагрузки наиболее значимые?

Безбалочное монолитное перекрытие кессонного типа рассчитывается по методу предельного равновесия. На практике определено, что самыми опасными для конструкций этого вида являются следующие нагрузки:

• Полосовая нагрузка – при воздействии возникает 3 линейных пластических шарнира, который соединяют звенья на участках излома. В пролетах шарниры возникают по оси нагруженных конструкций, поэтому в этом случае трещины образуются снизу перекрытия. Вблизи опор шарниры возникают на определенном расстоянии от оси колонн, которое зависит от размеров и конфигурации капителей, и трещинообразование наблюдается сверху. На крайних участках (при опирании на стену) по наружной краю образуется только 2 пластических шарнира в пролете и возле опоры недалеко от 1-го промежуточного ряда колонн.
• Сплошное загружение – линейные пластические шарниры взаимно перпендикулярны и параллельны рядам колонн и образуются в средних панелях с трещинообразованием снизу. При этом возникающие шарниры разделяют каждую условную панель на 4 звена, вращающихся вокруг этих опорных  пластических шарниров с осями в зоне капителей, расположенными под 45° относительно рядов колонн. Раскрытие трещин в средних панелях над шарнирами происходит вверху, а по линиям колонн – трещины проходят по всей толщине перекрытия. Схема образования пластических шарниров в крайних панелях зависит от конструкции опорных элементов (наличие полу капителей с окаймляющими балками или свободное опирание на стену и т.д.).

  

  Как рассчитать затраты и производительность?

Благодаря рамной конструкции, применение кессонных перекрытий обеспечивает возможность значительного уменьшения кубатуры здания, а значит и стоимости его строительства. Наиболее выгодным считается их обустройство на промышленных, гражданских и административных объектах. С их помощью перекрываются пролеты длиной до 6 м, а несущая способность рамных систем составляет до 500 кг/м2.

Финансовые затраты на устройство минимизируются благодаря экономному расходу бетона. Также это отражается на трудоемкости и скорости сооружения. Однако при проектировании таких систем важно учитывать, что в местах расположения колонн и капителей перекрытие должно быть сплошным – т.е. кессонообразователи на этих участках не устанавливаются.

Расчет затрат на монолитное перекрытие этого типа выполняется с учетом расхода необходимых материалов и приспособлений:

• Опалубка из металлических обрешеток и опорных стоек, а также пластмассовые кессонообразователи – в большинстве случаев арендуются.
• Бетон – обычно заказывается «миксер» с бетононасосом для автоматической подачи смеси на перекрытие.
• Арматура для армирования.

Однако учитывайте и то, что от дополнительных и непредвиденных расходов никто не застрахован