Дан обзор истории развития сталежелезобетонных конструкций. Проанализированы основные преимущества и недостатки применения сталежелезобетонных конструкций в современном строительстве. Приведены особенности конструирования сталежелезобетонных перекрытий по профилированному стальному настилу.
Ключевые слова: сталежелезобетонные конструкции, монолитная железобетонная плита, профилированный настил, несъемная опалубка, СПН
В современном строительстве вопрос увеличения прочности и несущей способности конструкций уже не является основным. Этому свидетельствуют многочисленные здания, построенные за последние годы, высота которых достигает сотни метров. Поэтому, одним из важнейших направлений прогресса в строительной области, на данный момент, является увеличение эффективности конструкций. Это подразумевает значительное сокращение материалоемкости, стоимости, трудоемкости и сроков строительства.
Одним из материалов, позволяющим улучшить эти показатели является сталежелезобетон, появившиеся в XIX веке, еще до появления классических железобетонных конструкций. Уже тогда строители заметили, что железные балки, оштукатуренные бетоном, имеют повышенную жесткость, прочность, а также являются более огне- и коррозионностойкими, чем обычные стальные элементы. Экспериментально это было подтверждено испытаниями, проведенными в Англии в 1923 году [1].
В последнее время широкое применение в экономически развитых странах мира получили монолитные сталежелезобетонные перекрытия по стальному профилированному настилу (СПН). В таких плитах СПН используется как несъемная опалубка, включающаяся в работу конструкции как листовая арматура. Начало внедрения изгибаемых железобетонных конструкций с внешней листовой арматурой относится еще к рубежу 40-ых и 50-ых годов прошлого столетия, когда СПН, использовавшийся ранее как несъемная опалубка, был объединен с укладываемым поверх листа бетоном специальными связями с целью вовлечения листа в работу как растянутой арматуры. Наиболее эффективная область их применения в современном строительстве — многоэтажные жилые и административные здания со стальным каркасом в труднодоступных и сейсмических районах, а также промышленные здания.
Наиболее значительными постройками, в которых применялись сталежелезобетонные перекрытия, являются: здание аэропорта в Шереметьево в Москве, здание прессового корпуса АЗЛК, административно-гостиничный комплекс центра международной торговли в Москве, Красноярский завод тяжелых экскаваторов, административное здание Союза писателей РСФСР в Москве, здание Музея обороны в Севастополе и другие. Зарубежный опыт использования сталежелезобетонных перекрытий характеризуется такими многоэтажными сооружениями как Ту Тертл Крик Виллэдж, Парклэйн Тауэр, Хьюстон Лайтинг энд ПауэрКомпэни Электрик Тауэр, Сире Тауэр в США и множество других [2].
Данная конструкция имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными сборными и монолитными перекрытиями из железобетона:
– снижение массы перекрытий на 30–50 % по сравнению железобетонными перекрытиями традиционной конструкции;
– снижения расхода бетона до 30 %, в сравнении с традиционными конструктивными решениями;
– снижение металлоемкости балок каркаса в результате их совместной работы с плитой;
– снижение трудоемкости опалубочных и арматурных работ;
– повышение устойчивости элементов каркаса, благодаря его пространственной работе, обеспеченной жесткими горизонтальными дисками перекрытий;
– возможность прокладки коммуникаций вдоль гофров настила;
– сокращение сроков строительства.
Для применения СПН в качестве внешней рабочей арматуры плиты на стадии эксплуатации, необходимо обеспечить ее сцепление и совместную работу с бетоном следующими способами:
– при прокате профиля настила необходимо выполнить регулярную выштамповку (рифы) в виде вмятин или выпуклостей, глубиной 3–5мм;
– требуется установить анкерные упоры на опорах плиты, как правило, они представлены в виде вертикальных стержней, так называемые стад-болты, которые приваривают к стальным опорным балкам каркаса через профилированный настил.
Стад-болты представляют собой комбинированные стержни диаметром до 25 мм из стали с пределом текучести не менее 350МПа. [3]
Рис. 1. Монолитная сталежелезобетонная плита, армированная профилированным стальным настилом
Еще не так давно в качестве СПН в нашей стране использовались всего два типа профилированных настилов: Н80А-674–0,9 и Н80А-674–1,0 отечественного производства, которые различаются толщиной стали (0,9 и 1,0 мм). На своих гранях они имеют местные локальные выштамповки овальной и призматической формы, предназначенные для повышения сцепления с бетоном. [4]
Однако, благодаря экспериментальным исследованиям ООО «ЦНИИПСК» им. Мельникова, по оценке влияния разных видов выштамповки на сцепление профилированных листов с бетоном, было выявлено, что наиболее эффективной для сцепления настила с бетоном является зигзагообразная выштамповка типа «змейка» по СТО 57398459–002–2011 «Перекрытия железобетонные монолитные с несъемной опалубкой из профилированного листа. Общие технические требования. Проектирование и производство работ».
Высота гофр варьируется в диапазоне от 50 до 157мм. Профили из оцинкованной стали толщиной 0,7–1,5 мм изготавливаются по ГОСТ 14198–80* «Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывной линией. Технические условия» и ГОСТ Р 52246–2004 «Прокат листовой горячеоцинкованный. Технические условия». Профили соединяются между собой по краям с помощью винтов или заклепок.
СПН не допускается применять в качестве внешней арматуры плит при следующих условиях:
– воздействие средне- и сильноагрессивной среды согласно СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии»;
– температура выше 40ºС и ниже -50ºС;
– влажность более 60 %;
– динамические воздействия с коэффициентом асимметрии цикла ρ<0,7.
Также, в пределах толщины бетона следует предусмотреть противоусадочное армирование в виде сеток из проволоки класса В500, диаметром 3–5 мм, с шагом не более 150мм.
Для монолитных сталежелезобетонных плит разрешается использовать тяжелые бетоны класса прочности на сжатие не ниже В15, а также легкие бетоны класса прочности на сжатие не ниже В12,5. [3]
Анализ сталежелезобетонных конструкций доказывает эффективность их применения как в техническом, так и в экономическом аспекте. Однако, основной проблемой широкого применения сталежелезобетонных перекрытий по СПН в России является отсутствие нормативной базы для проектирования таких конструкций. Создание нормативной базы поспособствует более широкому применению таких конструкций и позволит полноценно использовать их преимущества.
Литература:
- Замалиев Ф. С. Прочность и деформативность сталежелезобетонных изгибаемых конструкций гражданских зданий при различных видах нагружения.: Дис. доктора технич. Наук / Казанский государственный архитектурно строительный университет — Казань, 2013. — 379 с.
- Царикаев В. К. История изобретения железобетона и развития его производства
- Айрумян Э. Л., Каменщиков Н.И, Румянцева И. А. Особенности расчета монолитных плит сталежелезобетонных перекрытий по профилированному стальному настилу // Промышленное и гражданское строительство. — 2015. — № 9. — С. 21–26.
- Айрумян Э. Л., Румянцева И. А. Армирование монолитной железобетонной плиты перекрытия стальным профилированным настилом // Промышленное и гражданское строительство. — 2007. — № 4. — С. 25–27.
