CC BY
63Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Крупнопанельное домостроение
УДК 69.056.52
В.П. БЛАЖКО, канд. техн. наук, ОАО «Центральный научно-исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий (ЦНИИЭПжилища)» (Москва)
О применении многопустотных плит безопалубочного формования в панельных и каркасных зданиях
Приведены особенности применения многопустотных плит безопалубочного формования при проектировании многоэтажных панельных и каркасных зданий. Рассмотрены платформенный и контактный стыки опира-ния перекрытий на стеновые панели. Показаны примеры решений узлов опирания и способы армирования перекрытий в опорных зонах. Дано техническое решение плиты перекрытия с элементами усиления и армирования несущих ребер. Приведен пример использования плиты для устройства балконов и эркеров путем консольного выпуска края плиты за плоскость стен и ригелей.
Ключевые слова: многопустотная плита, платформенный стык, контактный стык, консольный выпуск, сантехническая плита, плита эркера.
Сборные предварительно напряженные многопустотные плиты безопалубочного формования (ПБФ) получили широкое распространение. Причина заключается в технологии производства, которая практически полностью автоматизирована; возможности перекрывать большие, по меркам крупнопанельного домостроения, пролеты (7,2-9 м); в экономичном использовании материалов; в возможности перепланировок квартир в процессе эксплуатации. Плиты безопалубочного формования - зарубежный продукт. За рубежом эти плиты применяют в основном для строительства домов высотой до пяти этажей. Основная особенность выпускаемых на зарубежном оборудовании ПБФ - отсутствие поперечной арматуры в вертикальных ребрах и отсутствие продольной рабочей арматуры в верхней зоне плиты. Эти особенности являются решающими при проектировании узлов сопряжения наружных и внутренних стен и плит перекрытий в панельных зданиях.
Рассмотрим двусторонний платформенный стык перекрытий по внутренней стене (рис. 1). В стыке длина опорной зоны плиты принята 60 мм, вертикальный стык между плитами должен быть не менее 40 мм для удобства замоно-личивания торцов плиты. Для замоноличивания стыка необходимо применять литой бетон класса не ниже В30 (для качественного заполнения полостей бетонных шпонок). В этом случае коэффициент т|гао можно принять равным 0,9 (Пособие по проектированию жилых зданий. Вып. 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85) п. 5,24 с. 84). В данном варианте стыка в опорной зоне плиты имеют место перерезывающая сила и опорный изгибающий момент от защемления плиты. Поскольку в опорной зоне плиты нет продольной и поперечной арматуры, рассматривается бетонное сечение. Для недопущения образования трещин в опорном сечении плиты расчет этого сечения должен выполняться в упругой стадии (СП 63.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»). Если рассматривать малоэтажные здания, то, как правило, величина момента в опорном сечении плит не превышает момен-
та образования трещин в бетоне опорной зоны, что связано с относительно небольшой степенью защемления опорного сечения. При увеличении этажности здания нагрузки на торцы плит растут, коэффициент защемления увеличивается, опорные моменты могут превысить предельные значения, в результате образуются трещины в бетоне опорной зоны. Поскольку в бетонных сечениях образования трещин не допускается, необходимо устанавливать арматуру в зону опорного сечения конструктивно - так требуют нормы. Вариантов несколько:
- на заводе в опорных зонах на заданную длину прорезать по сырому бетону верхние полки плит и замоноли-чивать в пустотах арматурные каркасы;
- на заводе в опорных зонах на заданную длину прорезать по сырому бетону верхние полки плит, а установку и замоноличивание каркасов в пустотах производить уже на строительной площадке;
- закладывать в вертикальные ребра плиты арматурные каркасы в предполагаемые места расположения опорных зон в процессе производства плит.
Первые два варианта применяются, но как производителям, так и строителям такое решение не нравится, потому что возникают дополнительные затраты труда и увеличивается расход бетона. Третий вариант является наиболее оптимальным, но этот прием не нашел применения из-за того, что большинство плит формуется с применением экс-трудеров, которые не допускают устройства каркасов в ребрах или по технологии объемного вибропрессования.
Однако имеются примеры реализации третьего варианта, например в Казахстане, где формовка производится с применением «силиппформеров». По этой технологии можно зафиксировать каркас между нижним тросом рабочей арматуры и верхним тросом (или арматурной проволокой), которые устанавливаются конструктивно. На рис. 1, а дано сечение по ребру плиты в опорной зоне, каркас состоит из змейки 6 и продольного стержня, приваренного к змейке 8. Этот каркас размещается между стержнями продольной арматуры плиты 4, 5. Такой вариант удовлетворя-
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Стык внутренних стеновых панелей с многопустотными плитами перекрытий: а — сечение по ребру плиты; б — каркас армирования вертикального ребра плиты в опорной зоне; в — сечение по полке плиты: 1 — внутренняя стеновая панель; 2 — многопустотная плита перекрытия; 3 — растворный шов; 4 — рабочая арматура нижней зоны плиты; 5 — конструктивная арматура верхней зоны плиты; 6 — каркас-змейка; 7— монолитный бетон; 8 — верхний дополнительный арматурный стержень каркаса
ет требованиям СНиП 52-01-2003 (СП 63.13330.2012) «Бетонные и железобетонные конструкции в части продольного и поперечного армирования опорных зон». Гарантируется качество и надежность работы плиты перекрытия в опорной зоне. Изготовители соответствующего оборудования подтверждают возможность установки каркасов в процессе формования.
Установка в вертикальных ребрах плит арматурных каркасов с несущей продольной и поперечной арматурой ( третий вариант) позволяет реализовать так называемый кон-
Рис. 2. Контактно-платформенный стык сборных стен с вынесенными за плоскость стены зонами опирания многопустотных плит: 1 — стеновая панель; 2 — плита перекрытия; 3—монолитный бетон; 4 — цементно-песчаный раствор; 5 — каркас армирования шпонки; 6 — пластиковая заглушка; 7 — арматурные выпуски из стеновых панелей; L — участок подвески перекрытия (расчетная величина)
тактно платформенный стык (рис. 2). В этом стыке торцы перекрытий вынесены за пределы стены. Монтаж плит осуществляется на монтажные опорные столики, которые демонтируются после набора прочности бетона замоноличи-вания. Шпонки, на которых подвешиваются перекрытия, армируются каркасами 5, которые устанавливаются в пустоты плиты внизу на монтажной площадке. Каркас 5 фиксируется в стенке пластиковой заглушки 6. Чтобы стержни каркаса 5 при монтаже плит не цеплялись за выпуски арматуры из стены, каркас вместе с заглушкой можно задвинуть внутрь пустоты, а после установки плиты на место вытащить на требуемую величину, так как стык плит доступен, и достаточно широк (от 160 до 240 мм).
Аналог этого способа опирания перекрытий применяется в известной системе «АРКОС» (Серия Б1.020.1-7), а также описан в руководстве по передовой технологии «Особенности проектирования перекрытий из сборных предварительно-напряженных многопустотных плит. Руководство по передовой технологии» (Бюллетень 6. Fib. Январь 2000). Точнее, это не опирание, а подвеска перекрытия на бетонные шпонки, которые образуются в результате затекания монолитного бетона в пустоты при бетонировании стыка. При таком способе соединения перекрытия с ригелем разрушение стыка может происходить не только от разрушения шпонки, но и от разрушения части ребра плиты по горизонтальному и наклонному сечениям, расположенному в зоне подвески. В Альбоме проектных решений «Серия Б1.020.1-7. Сборно-монолитная каркасная система МВБ-01 с плоскими перекрытиями для зданий различного назначения. Выпуск 0-1» об этом сказано и даны методики расчета шпонок и ребер плиты. Эта схема была подвергнута в [1] серьезной критике как не удовлетворяющая требованиям российских норм. В частности, указывалось на отсутствие продольной и поперечной арматуры
Научно-технический и производственный журнал
Крупнопанельное домостроение
24
3
до 9000
1-1 1160
2
2-2 1160
гл
40
а
36
70
9
70
лУгУЖ
70
39
70
1195
Рис. 3. Многопустотная плита перекрытия безопалубочного формования с усиленными ребрами: а — плита с вырезами для терморазъемов, вид сверху (1800мм балконная консоль); б — плита перекрытия с вырезами для прокладки инженерного оборудования; в — сечение плиты по опорной зоне; г — сечение плиты в месте расположения терморазъемов; 1 — предварительно напряженная рабочая арматура; 2 — верхняя конструктивная арматура; 3 — арматурный каркас; 4 — вырез в плите под терморазъем; 5 — вырезы под инженерные коммуникации
в шпонках, на которых подвешена плита и которая должна воспринимать возникающие в шпонке изгибающие моменты и поперечные силы. Отсутствие арматуры в ребрах плиты является проблемой, поэтому должно быть отдельно оговорено. В соответствии с п. 7 СП 63.13330.2012 применять бетонные изгибаемые элементы допускается, только когда «их разрушение не представляет непосредственной опасности для жизни людей и сохранности оборудования». Поскольку возможность устройства в вертикальных ребрах арматурных каркасов имеется, проблем с установкой каркасов в шпонки также нет, рассматриваемые элементы стыка перемещаются в категорию железобетонных,
относительно которых в нормах нет запрещающих пунктов. Кроме того, для снижения величины момента в шпонке достаточно расположить на нижней полке упругую прокладку, которая гасит момент. Эту прокладку можно совместить с вкладышем для предотвращения затекания бетона в полость пустот. Если применить в системе «АРКОС» перекрытия с армированными ребрами, а также предусмотреть армирование шпонок, то самые проблемные вопросы, которые были упомянуты в [1], снимаются.
Контактно-платформенный стык обладает большей несущей способностью, чем платформенный, и поэтому толщина несущих стен при применении такого стыка будет меньше, чем в зданиях с платформенными стыками. Это актуально для зданий повышенной этажности. Вместе с тем монтаж перекрытий насухо на выверенные по вертикали монтажные уголки позволяет получать достаточно ровную поверхность потолков, без клавиш и перекосов. В принятой технологии установка и фиксация каркасов в полостях шпонок перекрытия осуществляется на монтажной площадке. Количество армированных шпонок и сечения арматуры определяются расчетом. При проектировании панельных и каркасных зданий, а также в комбинированных системах, - так называемых панельно-каркасных, с многопустотным настилом, работающим по балочной схеме, требуется решать вопросы, связанные с устройством балконов лоджий, эркеров, устройством проемов для вентиляции и др. Имеющиеся на рынке плиты в этом плане обладают весьма скромными возможностями. Так устройство балкона путем выпуска плиты консольно за пределы стены потребует прорезки верхних полок плит и замоноличивания в пустотах каркасов, при этом для образования терморазъемов в опорной зоне придется вырезать часть ребер, что приведет к ослаблению сечения, а последнее ограничивает возможность устройства балконов с большим вылетом консоли (в зарубежных проектах применяются вылеты балкона до 2 м). То же самое относится к возможности устройства эркеров и лоджий, располагаемых нерегулярно по плоскости фасада, например через этаж. Такие решения реализованы за рубежом. Особый вопрос с проемами для вентиляции. Размеры этих проемов достаточно большие, для их устройства применяют вставки из доборных плит, получаемых путем продольного реза плит стандартной ширины 1,2 м. В каркасных зданиях традиционных схем требуется наряду с плитами безопалубочного формования применять так называемые связевые плиты, которые делаются по стендовой технологии в стационарных формах. В ЦНИИЭП жилища в процессе разработки конструктивных систем панельных зданий с продольными и поперечными несущими
/
т
ГЛ
2
б
3
5
в
г
3
2
2
2
3
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 4. Фрагмент опирания плит перекрытий на ригель каркаса: 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — плита перекрытия рядовая; 4 — плита перекрытия балконная; 5 — вырез в угловой зоне плиты для образования шпонки; 6 — продольная арматура в шве между плитами; 7 — замоноличенная шпонка; 8 — терморазъемы
стенами, а также панельно-каркасных зданий рассмотрена конструкция многопустотной предварительно-напряженной плиты перекрытия (рис. 3) позволяющая упростить решение перечисленных выше проблем. Высота плиты принята равной 250 мм, для того чтобы можно было делать консольные выпуски для образования балконов и эркеров с вылетом до 2 м. В сечении плиты выделяются две несущих балки с увеличенной толщиной стенки. Остальные ребра имеют меньшую толщину. Размещение балок в плане и их привязка к краям плиты приняты с учетом возможности вырезов на торцах плиты с целью образования проемов для размещения колонн. В принятой конфигурации сечения можно делать вырезы от краев плиты до несущей балки и между несущими балками. Таким образом, образуются терморазъемы в местах опирания плиты на внутренний несущий слой наружной стены, а также проемы для вентиляции. На рис. 3, а показана балконная плита с терморазъемами; на рис. 3, б показана плита с проемами под вентиляцию. На рис. 3, в-г показаны сечения плиты перекрытия. На рис. 4 приведен фрагмент опирания перекрытия на ригель каркаса. Для связи перекрытий с ригелем на углах плит предусматриваются вырезы, в ригелях в местах расположения вырезов предусматриваются выпуски арматуры, в швах между плитами перекрытий располагаются арматурные стержни, которые входят в шпонки, образуемые вырезами в плитах перекрытий. Эти стержни располагаются по всей длине стыка плит, шпонки бетонируются.
Такая система позволяет создать надежную связь между ригелями и перекрытиями, а также объединить плиты перекрытия с ригелями в единый жесткий диск. Приведем основные характеристики плиты под расчетную нагрузку 8 кПа: пролет плиты в осях здания 7200 мм; высота плиты 250 мм; класс бетона по прочности на сжатие В30; приведенная толщина 158 мм; расчетная нагрузка (сверх собственного веса) 8 кПа; арматура нижней зоны К1500 14 Ф12; величина начального предварительного натяжения нижних канатов 1050 МПа; передаточная прочность бетона в процентах на момент разрезки плит должна составлять от прочности на сжатие не менее 80%; величина вылета консоли 1,8 м.
Для уменьшения расхода бетона рекомендуется в перекрытиях комбинировать два вида плит: рядовые с ребра-
ми одинаковой толщины и усиленные с утолщенными ребрами. Плиты с утолщенными ребрами применяются в местах устройства балконов, эркеров, лоджий, сантехнических плит, а также в каркасах в качестве связевых плит между колоннами. Плита высотой 250 мм разрабатывалась под конкретный проект каркасного здания с вылетом консолей до 2 м. Обычно применяются вылеты 1,2 м. Для таких случаев вполне достаточно высоты плиты 220 мм. Для армирования вертикальных ребер в опорных зонах был применен каркас в виде змейки. Поперечная арматура согнута змейкой, а дополнительные стержни продольной арматуры, которые располагаются в верхней зоне, привариваются к стержням змейки контактной сваркой. Такой каркас располагается между продольной арматурой нижней и верхней зон в ребре и может присоединяться к этой арматуре с помощью пластиковых самозаклинивающихся хомутов, которые применяются для монтажа электрокабелей.
Проемы и вырезы в плитах производятся на предприятии-изготовителе по свежему бетону, применяя вакуум-оборудование, которое поставляется фирмами - производителями формующих машин. Открывшуюся после ваку-умирования бетона напряженную арматуру по возможности лучше не вырезать. Если этого невозможно избежать, то резку арматуры в проемах необходимо выполнять газовыми горелками, чтобы динамического удара в момент резки и, как следствие, образования продольных трещин в нижней полке плиты не произошло.
В настоящее время в РФ нет отдельного нормативного документа, в котором бы регламентировались вопросы проектирования плит безопалубочного формования. Подробные рекомендации по проектированию даются в СТБ ЕN 1168-2012. Стандарт Белоруссии «Изделия сборные железобетонные. Плиты многопустотные», но пользоваться формулами, которые там приведены, затруднительно из-за невозможности найти приведенные в этих документах коэффициенты, а также из-за отличия применяемых методик от российских норм. Принятый в Белоруссии СТБ EN 11682012 не адаптирован к российским нормативным документам и по сути повторяет EN 1168-2012. Возникают вопросы: как учитывать депланацию перекрытий плит безопалубочного формования, которая неизбежно возникает при опи-рании перекрытия одной стороной на ригель, а другой - на диафрагму жесткости; как защитить ребра и полки у опорных зон от образования трещин без армирования; как избежать депланации сечения при складировании, транспортировке и монтаже таких плит? Перечисленные и другие вопросы указывают на необходимость разработки российских нормативных документов или адаптации EN 1168 к российским условиям.
Список литературы
1. Гуров Е.П. Анализ и предложения по конструктивной надежности и безопасности сборно-монолитных перекрытий в каркасе серии Б1.020.1-7 (в системе «Аркос») // Бетон и железобетон. 2012. № 2. С. 6-11.
2. Блажко В.П. Тенденции развития конструктивных систем панельного домостроения // Жилищное строительство. 2012. № 4. С. 43-46.
3. Николаев С.В. Панельные и каркасные здания нового поколения // Жилищное строительство. 2013. № 8. С. 2-9.
