МОНОЛИТНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ С ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ИННОВАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 624 : 691 РО! 10.51608/26867818_2021_1_38

МОНОЛИТНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ С ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ

© 2021 В.В. Петров, В.Г. Мурашкин*

В данном обзоре приведены некоторые результаты перспективных инновационных исследований в строительной отрасли, направленные на усовершенствование технологических процессов возведения перекрытий и покрытий зданий и сооружений, которые могут быть использованы при возведении большепролетных монолитных железобетонных перекрытий и покрытий зданий и сооружений различного назначения с использованием как съёмной переставной опалубки, так и несъемных опалубочных систем.

Основными источниками для анализа этапов и перспективы инновационного развития послужили открытые электронные информационные аналитические обзоры Федеральной службы по интеллектуальной собственности.

Ключевые слова: гидровзрывная штамповка; бетон, твердеющий под давлением; уравнения движения; технологическая оснастка; динамические воздействия.

Технологические процессы возведения перекрытий и покрытий зданий и сооружений, которые могут использоваться при возведении большепролётных монолитных железобетонных перекрытий из лёгких стальных тонкостенных конструкций покрытий зданий и сооружений различного назначения с использованием как съёмной переставной опалубки при строительстве или реконструкции, так и несъемных опалубочных систем, вызывают повышенный интерес в среде профессиональных архитекторов и строителей, а также заказчиков конечного продукта - современного и качественно построенного здания с минимальными объемами затрат на последующую его эксплуатацию и содержание.

Нам известны несколько способов возведения большепролётных монолитных железобетонных и сталежелезобетонных пе-

рекрытий с повышенными несущими и эксплуатационными требованиями, защищенных патентами Российской Федерации на изобретения. В данной работе мы знакомим читателей журнала «Эксперт: теория и практика» с инновационными решениями, технологическими процессами, их достоинствами и недостатками.

Патент Российской Федерации № 2173750 [1], 2001 г.

В этом патенте предлагается способ возведения здания, предусматривающий сооружение фундамента, установку колонн, бетонирование плит перекрытия и покрытия. После возведения колонн возводится опалубка перекрытий и покрытий (часть с консолью), на опалубку с заданным шагом устанавливаются пустотообразующие элементы для создания каналов, в которые помещают арматурные каркасы. Пустотообра-

* Петров Владилен Васильевич ([email protected]) - Заслуженный деятель науки РФ, академик РААСН, доктор технических наук, профессор, Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина (Саратов, РФ); Мурашкин Василий Геннадьевич ([email protected]) -кандидат технических наук, доцент, АНО «Институт судебной строительно-технической экспертизы» (Тольятти, Россия).

Рис. 1. Сборно-монолитное перекрытие с пустотообразующими элементами, где: 21 - пустотообразующие элементы; 23 - пустоты; 24 - опорные полки; 30 - опалубка; 32- каналы; 33 - арматурные каркасы; 34 - арматурные сетки; 36 - монолитная балка

зующие элементы монтируют между колоннами и на консолях параллельно одной из осей здания, возможны варианты под углом к ней или по радиусу. На пустотообразующие элементы - укладываются арматурные сетки, после чего плиты перекрытия и покрытия бетонируются (см. рис. 1).

Возможны варианты, когда на опалубку перекрытий и покрытий укладывают бе-тонно-растворную смесь, а затем на нее устанавливают пустотообразующие элементы. Пустотообразующие элементы устанавливают, например, на сборные или монолитные балки.

После набора бетоном требуемой прочности система перекрытия или покрытия, полученная благодаря использованию предлагаемого технического решения, представляет собой безригельную плиту, работающую в двух направлениях, что позволяет перекрывать значительные площади помещений здания. Плита перекрытия имеет оптимальный собственный вес, но ограниченную несущую способность.

Отметим, что на установку, монтаж и демонтаж опалубки требуются дополнительные затраты времени, что может сдерживать строительство объекта в целом.

Патент Российской Федерации №2464387 [2], 2012 г.

В патенте предусматривается изготовление элементов покрытия ангара состоящих из системы несущих продольных и поперечных конструкций (см. рис. 2).

Большепролётное покрытие ангара собирают на уровне поверхности строительной площадки, причём половину колонн изготавливают подвижными, а другую половину - неподвижными. Каждую ферму выполняют в виде соединения двух балок, одну из которых соединяют с подвижной колонной, а другую - с неподвижной колонной. Далее с помощью подъёмных механизмов и временных монтажных приспособлений балки с колоннами устанавливаются в проектное положение и скрепляются друг с другом.

На следующем этапе монтажа:

❖ в нижнем поясе каждой балки покрытия с помощью затяжек из несущих канатов создают предварительное напряжение в канатах и несущих конструкциях покрытия ангара;

❖ по внешнему контуру фундаментов колонн с помощью затяжек из системы несущих канатов создают предварительное

Рис. 2. Варианты конструкций большепролетных зданий, где: узел I на фиг. 1 - подвижный узел нижнего пояса фермы, выполненный в виде прямоугольного или круглого сечения; узел II на фиг. 3 -размещение свободных концов балок с монтажными катками и пропущенными в них несущими канатами на столе подъемного механизма; сечение А-А на фиг. 3 - балка перекрытия, составленная по высоте,; например, из трех балок с гофростенкой; 1 - фермы; 2 - секция; 3 -нижний пояс; 4 - верхний пояс; 5 - раскосы; 7 - несущий опорный узел; 8 и 9 - колонны; 12 - шарнир; 13 и 19 - проектный фундамент; 14 - шарнире, размещенный на подвижной опоре-тележке (15); 16 - скользящая опора; 17 - канаты; 18 и 23 - лебёдки; 22 - несущие канаты; 24 - элементы верхнего пояса фермы; 25 - опорный узел; 26 - подъёмный механизм; 27 и 28 - балки с гофростенкой (29); 30 - монтажные катки; 31 - временные монтажные приспособления; 32 - временные подставки

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2021. № 1 (10)

напряжение в канатах и закрепляют их в несущих опорных узлах;

❖ поднятое на высоту колонн покрытие ангара закрепляют на фундаментах и демонтируют подъёмные механизмы и временные монтажные приспособления.

Применение указанного технического решения позволяет:

❖ уменьшить конструктивную высоту большепролётного покрытия и отдельных конструкций отапливаемого помещения ангара;

❖ упростить транспортабельность и значительно сократить затраты (в том числе временные) при сборке и монтаже покрытия ангара;

❖ эффективно эксплуатировать здание (сооружение) и оптимизировать эксплуатационные затраты.

Несмотря на то, что конструктивное исполнение остаётся всё же сложным, а технологический процесс достаточно трудоёмким, предлагаемые варианты решений позволяют перекрыть большие пролеты, например ангары в аэропортах для самолетов и др.

Патент Российской Федерации № 2552506 [3], 2015 г.

Способом, изложенным в патенте, возводят фундаменты, ростверки, кессоны, стены, колонны, ригели, бетонируют пере-

22 24 16

крытия и покрытия. После возведения колонн и стен сооружают перекрытия, для чего на ригели и/или уже возведенные нижележащие стены монтируют несъемную универсальную модульную опалубочную систему с кессонообразователями. В кессо-нообразователи на дистанцерах устанавливают рабочие арматурные каркасы и укладывают арматурные сетки и/или канаты, после чего бетонируют монолитные конструкции перекрытия здания, оставляя пазы для натяжения канатов, а после набора прочности бетона производят натяжение канатов в бетоне через пазы, а затем пазы в конструкциях замоноличивают (см. рис. 3).

Это техническое решение дает возможность расширить технологические возможности несъёмной универсальной модульной опалубки, повысить качество и несущую способность возводимых монолитных конструкций, сократить трудоёмкость и снизить материалоёмкость и себестоимость строительных конструкций в процессе их возведения.

Однако, технологические возможности предлагаемого решения не позволяют возводить большепролётные железобетонные перекрытия и лёгкие стальные тонкостенные конструкции покрытий зданий и сооружений различного назначения в достаточ-

Рис. 3. Сталежелезобетонное монолитное перекрытие с несъемной опалубкой, где: 1 - универсальный модульный элемент; 3 - боковой доборный элемент-ограничитель; 4 - доборный соединительный элемент; 5 - промежуточные временные стойки; - съемные прогоны; 11 - фундамент; 12 - колонны; 15 - перекрытия; 16 - кессонообразователи; 17 - арматурные каркасы; 21 - арматурная сетка; 22 - поперечные ребра жесткости; 24 - канаты; 27 - дистанцеры

ной степени готовности, не применяя переставную опалубку в процессе строительства или реконструкции.

Технологические и конструктивные особенности отдельных конструкций требуют применения дополнительной переставной поддерживающей опалубки, её перестройки и доработки при возведении большепролётных перекрытий и покрытий, не снижая их несущей способности и качества возводимых перекрытий и покрытий.

Патент Российской Федерации № 2637248 [4], 2017 г.

В предлагаемом варианте на стены или колонны с заданным шагом устанавливают двутавровые балки, затем в пространство между балками на их нижние полки укладывают профильный лист как несъёмную опалубку по всей длине каждой балки до стены, закрепляют его к стене и/или к нижней полке каждой балки, фиксируют арматурные каркасы и арматурные сетки и укладывают бетонную смесь. Стенку каждой двутавровой балки выполняют гофрированной, а её полки имеют разные размеры, причём ширина верхней полки каждой балки меньше ширины нижней полки, несъёмная опалубка имеет вид набора отдельных опалубочных элементов (см. рис. 4).

Несъемный опалубочный элемент имеет сечение в виде незамкнутой трапеции с высотой Н, равной 0,8-0,9 высоты двутавровой балки Н1, но не менее 1/30 перекрытия, и укладывают их на нижние полки балок поочерёдно, соединяя между собой, причём выполняют их в виде двух частей, которые соединяют внахлёст при укладке на нижние полки и скрепляют эти части между собой. Концы каждого опалубочного элемента несъёмной опалубки, лежащие на нижних полках балок, закрепляют к нижним полкам балок. Нижнее основание незамкнутой трапеции выполняют с отбортов-ками. Набор полотна несъёмной опалубки осуществляют, стыкуя между собой отдельные опалубочные элементы с помощью от-бортовок. Последующий опалубочный элемент отбортовкой укладывают в отбортовку предыдущего опалубочного элемента и скрепляют между собой по длине отбор-товки крепёжными элементами. Шаг отбор-товок опалубочного элемента задают в виде двух -трёх высот опалубочного элемента Н.

Этот способ позволяет возводить перекрытия, не используя дополнительные балки или ригели, при этом общая высота сооружения значительно снижается.

Рис. 4. Несъемный опалубочный элемент, где: Н - равна 0,8-0,9 «Н1» высоты двутавровой балки, но не менее 1/30 пролета перекрытия; 6 - стенка двутавровой балки; 10 - верхнее основание; 11 - нижнее основание; 15 - отбортовка; 16 - продольные канавки жёсткости; 17 - дополнительная продольная канавка жёсткости; 18 - поперечные рёбра жёсткости

Однако, расстояние между двутавровыми балками ограничено несущей способностью опалубки, а при монтаже зданий (сооружений) с большими пролётами потребуется установка дополнительной съёмной, переставной поддерживающей опалубки.

дывают утеплитель, на котором монтируют кровельное покрытие для защиты нижерасположенных конструктивных элементов покрытия от атмосферных осадков, суточных и сезонных колебаний температур, солнечной радиации и ветра. В результате получается несущее покрытие (см. рис. 5).

Патент Российской Федерации Ни 2734511 [5], 2020 г.

В данном техническом решении автором изобретения принят за прототип патент Российской Федерации № 2552506 2015 года.

В представляемом патенте для восприятия эксплуатационных нагрузок перекрытием в качестве продольных несущих конструкций используют настил силовой и ста-лежелезобетонные конструкции, а для восприятия нагрузок покрытием настил силовой и легкие стальные тонкостенные конструкции. Для этого на верхний пояс балки перекрытия и/или фермы покрытия устанавливают дополнительные поперечные опоры, а на эти дополнительные поперечные опоры устанавливают настил силовой, причем настил силовой выполняют несъёмным из модульных элементов, которые соединяют друг с другом. Профиль каждого модульного элемента выполняют в виде незамкнутой трапеции, содержащей верхнее основание и незамкнутое нижнее основание с отбортовками, с помощью которых соединяют модульные элементы в настил силовой. При этом образуется нижняя поверхность перекрытия, во внутреннем объёме которого, ограниченном профилем незамкнутой трапеции модульного элемента, размещают арматурный каркас и последовательно заливают его бетоном. В результате получается несущее монолитное стале-железобетонное перекрытие; и/или образуется нижняя поверхность лёгкого стального тонкостенного покрытия. На малое верхнее основание незамкнутой трапеции профиля модульного элемента, из которых собирают настил силовой покрытия, укла-

\J

L

О

О

Рис. 5. Фундамент и несущая пространственная рама сооружения [6], где: А - фрагмент перекрытия;

Б - фрагмент покрытия; L - заданный шаг, определенный величиной пролета; 1 - фундамент; 2 - колонны; 3 - балки перекрытий; 4 - балки ферм; 5 - верхний пояс балки перекрытия; 6- верхний пояс фермы покрытия; 7 - дополнительные поперечные опоры; 8 - настил силовой для возведения перекрытия; 9 - настил силовой для возведения покрытия

Каждая дополнительная поперечная опора выполняется с вылетом с каждой стороны, превышающем ширину верхнего пояса балки перекрытия или фермы покрытия, по меньшей мере, на 1/2 высоты Н модульного элемента настила силового, а также изготавливается дополнительная поперечная опора с продольным углублением в виде сквозной канавки, которое повышает точность позиционирования и фиксацию настила силового перекрытия или покрытия. Кроме того, перпендикулярно продольной оси балки перекрытия и/или фермы покрытия устанавливают дополнительную поперечную опору.

Каждый модульный элемент настила си-

ч I I ч

лового высотой Н изготавливают из листовой

стали толщиной не менее 260 мм, а на верхнем основании незамкнутой трапеции профиля модульного элемента по оси симметрии выполняют, по крайней мере, два ребра жесткости с продольными канавками для точной установки и соединения настила силового с дополнительными поперечными опорами.

На рис. 6 приведены зависимости величины воспринимаемых предельных нагрузок силовым настилом несъемной опалубки, выполненной из модульных элементов НС260-600, от величины пролета между опорами.

костенных конструкций покрытий с повышенной несущей способностью и высокой точностью позиционирования полотна перекрытия и покрытия на верхних поясах балок перекрытий и ферм покрытий.

Использование предлагаемого технического решения позволяет расширить технологические возможности в том числе возможности возведения большепролётных монолитных железобетонных перекрытий и лёгких стальных тонкостенных конструкций покрытий с повышенной несущей способ-

График предельных нагрузок на НС 260-600 при однопролетной схеме нагружения профилей

НС 260-600-0.8 НС 260-600-1.0 НС 260-600-1.2 НС 260-600-1.5 НС-260-600-1.6

Шаг опор, м

Рис. 6. Фундамент и несущая пространственная рама сооружения [6]

Модульные элементы соединяют от-бортовками в настил силовой и скрепляют их друг с другом на дополнительных поперечных опорах статболтами, при этом повышается сцепление настила силового с моно литным бетоном и обеспечивается совместная работа несъёмного настила силового с монолитным бетоном. Для создания настилу силовому дополнительной жёсткости по длине продольных сквозных канавок дополнительных поперечных опор устанавливают самонарезные винты или клёпки.

Технический эффект при применении предлагаемого изобретения выражается в расширении возможностей возведения большепролётных монолитных железобетонных перекрытий и лёгких стальных тон-

ностью и высокой точностью позиционирования полотна перекрытия и покрытия на верхних поясах балок перекрытий и ферм покрытий, и позволяет сократить трудозатраты и сроки строительства сооружений.

Библиографический список

1. Анпилов С.М. Каркасное здание и способ возведения каркасного здания // Патент России 2173750. 2001.

2. Анпилов С.М., Ерышев В.А., Рыжков А.С., Мурашкин Г.В., Мурашкин В.Г. Способ изготовления большепролетных покрытий ангара, большепролетное покрытие ангара (варианты) // Патент России 2464387. 2012. Бюл. №29.

3. Анпилов С.М., Анпилов М.С. Способ возведения монолитных конструкций зданий и несъёмная универсальная модульная опалу-

бочная система // Патент России 2552506. 2015. Бюл. №16.

4. Анпилов С.М., Анпилов М.С., Гайнуллин М.М., Ерышев В.А., Китайкин А.Н., Мурашкин В.Г., Мурашкин Г.В., Римшин В.И., Сорочайкин А.Н. Способ возведения большепролётных монолитных железобетонных перекрытий // Патент России 2637248. 2017. Бюл. 34.

5. Анпилов С.М. Способ возведения большепролётных перекрытий и покрытий// Патент России 2734511. 2020. Бюл. № 29.

6. Покрытия с повышенной несущей способностью / С.М. Анпилов // Опытно-конструкторские научные исследования: сборник статей - Тольятти: ИССТЭ, 2021. - С. - 22-25. DOI: 10.51608/9785604461662_22

Поступила в редакцию 06.01.2021 г.

MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE FLOOR WITH HIGH-LOAD CAPACITY

© 2021 V.V. Petrov, V.G. Murashkin*

This review presents some of the results of promising innovative studies in the construction industry. These studies are aimed at improving the technological processes for constructing concrete floors and coating of buildings and structures, which can be used in the erection of long-span monolithic floor structures and coating of buildings and facilities of different purposes using both traveling shuttering and non-replaceable ones.

Online Survey Data of the Federal Service for Intellectual Property has been the main source for analyzing the stages and prospects of innovative development.

Keywords: construction, innovative solutions, long-span monolithic floor structure, reinforced concrete floor, timbering, technological process, patent.

Received for publication on 06.01.2021

* Vladilen V. Petrov - Honored Worker of Science of the Russian Federation, Academician of RAABS, Dr. of Technical, Prof., Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin (Saratov, Russia); Vasily G. Murashkin - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, INO «IFCTE» (Togliatti, Russia).