Навигация:
Главная → Все категории → Совершенствование промышленных зданий

Прогрессивные несущие конструкции из железобетона


Прогрессивные несущие конструкции из железобетона

Применяемая пространственная система конструкций одноэтажных зданий, состоящая из защемленных в фундаменты колонн, стропильных и подстропильных конструкций, плит покрытия и навесных панелей, вследствие относительной независимости конструкций различного назначения позволяет совершенствовать их, не нарушая общей компоновки каркаса и всего здания.

В результате проведенных в последнее время работ предложен ряд эффективных конструкций: колонны прямоугольного сечения высотой до 14,4 м, которые экономичнее действующих двухветвевых типов колонн на 20—45% по расходу бетона и на 10 —30% по стоимости; конструкции предварительно напряженных колонн высотой до 8,4 м для бескрановых зданий под нагрузку 5 кН/м2, позволяющие в результате применения высокопрочной арматуры уменьшить расход стали в колоннах на 40%. Дальнейшее совершенствование колонн будет осуществляться путем применения более эффективных сечений (например, швеллерного и кольцевого) и высокопрочного бетона (марки М600 и выше). Колонны швеллерного сечения из бетона марки М600 по сравнению с колоннами прямоугольного сечения из бетона марок М300—М400, имеют меньшие приведенные затраты в среднем на 35%, пониженный расход бетона на 30% и стали на 10%.

Заслуживает внимания внедрение в строительство эффективных железобетонных конструкций, изготовляемых методом центрифугирования.

Разработанные полигональные фермы для покрытий с малоуклонной кровлей позволяют отказаться от менее эффективных безраскосных сегментных ферм со столбиками, а также от сегментных раскосных ферм, выполняемых также со столбиками. К преимуществам полигональных ферм следует отнести возможность лучшего размещения коммуникаций вследствие большой высоты ферм на опоре. Разработаны балки двутаврового сечения пролетом 24 м, которые при отсутствии коммуникаций предпочтительнее ферм.

Разработаны фермы с опиранием на уровне верхнего пояса, что позволяет отказаться от устройства вертикальных связей в покрытии.

Применение в двускатных стропильных балках пролетом 12 и 18 м бетона марки М600 повысило несущую способность балок на величину, обеспечивающую возможность исключения по одному типоразмеру для каждого пролета. При этом снижается в среднем расход бетона на 16%, арматуры на 4%, трудоемкость изготовления на 20% и себестоимость изделий на 3%, достигается также экономия стали на металлические фермы. Безраскосные фермы из высокопрочных бетонов изготовляются в тех же опалубочных формах, что и фермы из обычных бетонов. При этом для ферм пролетом 18 м используют две опалубочные формы на весь диапазон нагрузок вместо четырех, необходимых для ферм из обычных бетонов, а для ферм пролетом 24 м — три фермы вместо пяти. Применение безраскосных ферм из высокопрочных бетонов может обеспечить в среднем экономию бетона на 20%, стали — на 2% для пролета 18 м и бетона — на 12%, стали на — 7% для пролета 24 м.

Проведенные за последние годы разработки позволили за счет повышения несущей способности плит шириной 3 м исключить из общесоюзной номенклатуры неэффективные плиты размером 1,5 X 12 м и ограничить область применения плит 1,5 X 6 м. При замене плит 1,5 X 12 м плитами 3 X 12 м расход бетона снижается на 25%, стоимость до 2 руб/м2, расход стали в железобетонных фермах — на 1 кг/м2, в стальных — на 3 кг/м2.

Весьма эффективным для покрытия является применение фибробетона, т. е. бетона, армированного отрезками стальной проволоки или специально отформованными коротышами. В настоящее время разработаны чертежи фиб-робетонных плит размерами 6 X 3 и 6 X 1,5 м. Сталефиб-робетонные плиты предполагается изготовлять по поточно-агрегатной или конвейерной технологии на действующих заводах сборного железобетона с использованием ферм, применяемых для железобетонных типовых плит покрытий. Почти вся ненапрягаемая арматура, кроме закладных деталей по торцам плит, заменена фиброй, для которой используются нарубленные отработанные канаты. В качестве напрягаемой арматуры для фибросталежелезобетонных плит размером 6 X 3 м используются стержни из стали классов Ат-V и At-IV, а для плит размером 6 X 1,5 м — классов А-III и A-IV.

Проведенное сравнение показывает, что применение фибросталебетона в плитах покрытия обеспечивает снижение стоимости изделий на 4—8%, а трудоемкости изготовления на 25—32%. Хотя расход стали на плиту по своей абсолютной величине при переходе от железобетона ка фиб-рожелезобетон практически не меняется, удается снизить расход стержневой арматуры на 32—55%.

Практика последних лет подтвердила эффективность применения длинномерных конструкций покрытия — «плит на пролет». Наибольшее применение в настоящее время в промышленном строительстве имеют панели-оболочки КЖС и малоукленные плиты П размерами 3 X 18 и 3 X 24 м.

Технология изготовления этого нового вида несущих конструкций покрытий не потребовала при техническом перевооружении заводов железобетонных изделий установки новых видов оборудования. Панели КЖС и плиты П изготовляются по стендовой технологии в металлических формах. Панели-оболочки КЖС решены по принципу весьма пологого цилиндрического свода-оболочки с двумя кессонированными ребрами-диафрагмами сегментного очертания. Распор в панелях воспринимается предварительно напряженной арматурой, расположенной в нижней утолщенной зоне диафрагм и выполняющей роль затяжек свода, заанкеренных в опорных узлах панелей. Пологий цилиндрический свод-оболочка работает в основном на сжатие и выполняется минимальной толщины.

Малоуклонные плиты П разработаны двускатными с двумя кессонированными продольными ребрами и ребристой полкой толщиной 30 мм. Панели-оболочки КЖС и плиты П изготовляются из тяжелого и легкого бетонов с напрягаемой арматурой.

Предусмотрено изготовление комплексных панелей и плит с утеплителем и слоем гидроизоляционного ковра.

Конструкции покрытий размерами 3 X 18 и 3 X 24 м укладываются по продольным конструкциям зданий с шагом колонн 6 или 12 м.

Такое решение по сравнению с традиционным позволяет: уменьшить расход материалов по конструкции покрытия за счет совмещения в одном конструктивном элементе строительной конструкции и плит более оптимального использования несущей способности элементов конструкций; уменьшить расход материалов на стены и фахверки, уменьшить расход стали на пути подвесного транспорта и коммуникаций за счет опирания их через 3 м вместо 6 и 12 м; сократить трудозатраты на монтаже конструкций за счет укрупнения монтажных элементов и др.

Применение несущих и ограждающих конструкций на пролет типа 2Т для 1-этажных производственных зданий экспериментально проверено при строительстве производственного корпуса базы механизации в Баку и на ряде других объектов. Экономические подсчеты показывают, что применение этих конструкций взамен традиционных позволяет снизить массу зданий на 20—30%, расход стали — на 12— 18, бетона — на 9—13, число монтажных единиц — на 48—62, затраты труда — на 28—35%. В результате на 50—70% могут сократиться сроки строительства зданий.

Особое место среди длинномерных плит «на пролет» занимают коробчатые настилы. Их применение эффективно в зданиях с повышенными требованиями к стабильности параметров внутреннего микроклимата. Однако массовое внедрение в практику строительства коробчатых настилов сдерживается определенными технологическими трудностями при изготовлении таких конструкций. Вызывает некоторые затруднения устройство полости настила. Выполненные в последнее время разработки показывают, что коробчатые настилы могут выполняться составными. По Т-образным элементам пролетом 18 или 24 м укладываются ребристые плиты покрытий, и таким образом в конструкции образуется замкнутая полость. Расчеты показывают, что использование составных коробчатых настилов вместо типового решения в текстильных предприятиях обеспечивает снижение стоимости здания на 3,3 руб/м2; расход стали при этом уменьшается на 11,61 кг/м2, а трудоемкость монтажа на 0,383 чел.-дн/м2.

Разработаны железобетонные двухтавровые балки пролетом 18 и 24 м, предварительно напряженные основные и фахверковые колонны, прогоны для зданий с легкими ограждающими конструкциями, позволяющие снизить по сравнению со стальным каркасом расход стали с 55 до 30 кг/м2, т. е. почти в 2 раза.

Внедрение безболтовых и беспрокладочных сопряжений железобетонных стропильных конструкций с колоннами и подстропильными конструкциями позволяет в расчете на один узел получить экономию стали в среднем 25 кг, уменьшить стоимость на 30 руб. и снизить трудозатраты на 2,7 чел.-ч.

В температурных швах должны найти применение скользящие прокладки на основе фторопласта.

В настоящее время для многоэтажных производственных зданий применяют типовые балочные конструкции, решаемые по рамной и связевой схемам.

Конструкции зданий по рамной схеме запроектированы для сеток колонн 6x6, 9 X 6и 12 X 6 м. В указанных схемах нормативные длительные нагрузки на покрытия зданий для сетки 6 X 6 м приняты 10, 15, 20 и 25 кН/м2; для сетки 9 X 6 м — 5, 10 и 15 кН/м2 и для сетки 12 X 6 м — 5, 7,5 и 10 кН/м2. В связевой схеме, применяемой в промышленном строительстве, с сеткой колонн 6 X 6 м нормативные нагрузки на перекрытие приняты до 10 кН/м2. Обе схемы широко внедряются в проектировании и в строительстве, общий объем их применения составляет около 90%. Кроме того, применяются конструкции с безбалочными перекрытиями, а также с межферменными этажами (общий объем применения порядка 10%).

Работы, выполняемые в настоящее время по совершенствованию связевого и рамного каркаса рядом научных и проектных организаций страны, направлены на создание единого универсального каркаса.

Многоэтажные производственные здания капитальны и должны быть рассчитаны на длительный срок эксплуатации, в них должна быть обеспечена возможность зальных планировок, они должны быть максимально «гибкими» в случае модернизации или изменения технологического процесса.

Связевая схема применяется главным образом для зданий вспомогательного, общественного и административно-бытового назначения, где поперечные и продольные связи не мешают планировочным решениям.

Технико-экономическое сравнение двух конструктивных схем показывает, что каркас по связевой схеме может быть экономичнее по расходу стали на 4—6%", трудозатратам — на 8%, а по расходу бетона обе схемы равноценны. По приведенным затратам связевой каркас на 2% экономичнее. Следовательно, сравниваемые конструктивные схемы близки по технико-экономическим показателям. Однако связевая схема каркаса не во всех случаях может обеспечить свободу планировочных решений и универсальность производственного здания.

Повышение эстетических требований к конструкциям и требования межвидовой унификации выдвинули необходимость разработки рабочих чертежей конструкций универсального каркаса. Универсальный каркас многоэтажных производственных зданий объединяет преимущества как рамных, так и связевых каркасов. Конструкции, изготовляемые в единых опалубочных формах, позволяют собирать рамные, связевые и комбинированные каркасы, в которых количество жестких узлов минимально. Наличие таких конструкций позволяет дифференцированно делать выбор конструктивных решений зданий в зависимости от технологических, эксплуатационных и эстетических требований. Расчеты показывают, что внедрение универсального каркаса позволяет сократить стоимрсть конструкций до 4% и снизить трудоемкость их монтажа до 12%.

Сборные железобетонные элементы универсального каркаса многоэтажных зданий позволяют в имеющейся номенклатуре изделий возводить здания высотой до 10—12 этажей. Характерной особенностью универсальных каркасов с числом этажей свыше 5 является их устойчивость, которая обеспечивается тем, что нижняя часть каркаса решается по связевой конструктивной схеме, а верхняя часть — по рамной. В этом случае связевая конструктивная схема предполагает применение в качестве элементов, обеспечивающих устойчивость здания, металлических связей, железобетонных диафрагм или ядер жесткости.

Конструкции 2-этажных зданий выполняются с максимальным использованием опалубочных форм 1-этажных и многоэтажных зданий и этажерок.

Для зданий с сеткой колонн - нижнего этажа 6 X 6 м и железобетонными 2-этажными колоннами сопряжение ригелей с колоннами жесткое. Для зданий с металлическими 2-этажными колоннами (до высоты 20,4 м) сопряжение ригелей с 2-этажными колоннами шарнирное, с 1-этажными колоннами жесткое.

Применение типовых конструкций 2-этажных зданий вместо 1-этажных позволяет уменьшить площадь з астр ой ь i на 20—40% и снизить стоимость строительства на 5—15% и эксплуатационные расходы на 5—10%. Учитывая большой удельный вес 2-этажных зданий с малыми нагрузками на перекрытие (до 25 кН/м2), в дальнейшем целесообразно разработать 2-этажные здания с применением конструкций и опалубочных форм универсального каркаса. Кроме того, следует проработать возможность перехода на более высокие марки бетона, что приведет к сокращению расхода материалов и количества типоразмеров элементов за счет отказа от самых тяжелых опалубочных форм.

Следует отметить, что весьма близки по параметрам и конструкции многоэтажных зданий, применяемые в промышленном строительстве за рубежом. Так, в ЧССР из трех типов универсальных серий многоэтажных зданий две предназначены для промышленного строительства. Полезная нагрузка при сетке колонн 6 X 7,2 м составляет 10 кН/м2 для легкого каркаса и 19 кН/м2 для тяжелого. При сетке колонн 7,2 X 9 м величины расчетных нагрузок соответственно равны 5 и 11,5 кН/м2, а при сетке 7,2 X 12 м — 2,7 и 6,9 кН/м2. Каркасы решены по связевой схеме. Конструктивные высоты этажей приняты следующими: 3,6; 4,2; 4,8; 5,4; 6 и 7,2 м. В настоящее время выявилась необходимость разработки дополнительного варианта здания на нагрузки 30 кН/м2 и более.

Общим при разработке сборных железобетонных конструкций 1- и многоэтажных зданий является совершенствование закладных деталей. Расход стали на закладные изделия сборных железобетонных конструкций достигает 30% общего расхода стали, предназначенной на армирование.

Анализ конструкций позволил наметить следующие основные направления экономии стали:
-- уменьшение сечений элементов закладных изделий, принятых по конструктивным соображениям;
-- уменьшение линейных размеров элементов закладных изделий До минимально необходимых и упрощение их конфигураций;
-- полное исключение закладных изделий (в основном петель и трубок) для подъема и монтажа железобетонных конструкций;
-- ликвидацию излишних запасов прочности на основе уточнения требований действующих нормативных документов.

Реализация этих направлений в действующих типовых конструкциях 1- , 2- и многоэтажных зданий позволяет ежегодно экономить до 40 тыс. т стали.

Наряду с необходимостью снижения расхода стали на закладные изделия важен вопрос трудоемкости их изготовления, составляющей 20% общего объема затрат труда, связанных с изготовлением арматурных изделий, поэтому с целью совершенствования производства для уменьшения расхода стали и особенно снижения трудоемкости изготовления закладных изделий целесообразно в некоторых конструкциях перейти на изготовление их штампованием. Закладное изделие представляет собой пластину, из тела которой выштамповывается анкерующая часть в виде узких полос, отгибаемых перпендикулярно к плоскости пластины. Замена сварного закладного изделия штампованием дает экономию стали от 0,22 до 0,44 кг, или в среднем 8% на одну деталь. Суммарная экономия стали от замены сварных изделий штампованными может составить до 2 тыс. т в год.

Дальнейшее снижение трудоемкости изготовления закладных изделий может быть обеспечено применением кон-тактно-рельефной сварки и тавровой сварки в глубоко вы-штампованное отверстие.

Экономия стали от внедрения штампосварных закладных изделий в зависимости от их конструктивных особенностей может составить от 1,5 до 11,8 кг на изделие по сравнению с типовыми.

Сквозная унификация заготовок элементов закладных изделий позволяет снизить трудоемкость их изготовления на 10% и сократить общее количество типоразмеров пластин на 14%, стержней на 7%.

Определенные резервы экономии материалов могут быть использованы и при совершенствовании стыков колонн многоэтажных зданий. Помимо уменьшения их числа за счет увеличения длины колонн, обеспечивающей их использование без стыков на несколько этажей, стало возможным и существенное сокращение металлоемкости самого стыка. Так, переход от стальных оголовков к замоноличенным стыкам с соединениями арматуры на ванной сварке обеспечивает не только снижение расхода материальных ресурсов, но и снижение трудоемкости монтажа.

В общей задаче совершенствования закладных изделий с целью экономии стали важным моментом являются разработка и внедрение новых, прогрессивных беспетлевых методов монтажа сборных железобетонных конструкций. Решение этой задачи должно развиваться в направлении отказа от строповочных петель в конструкциях с заменой их на трубки, отверстия или использование в качестве петель замкнутых анкеров закладных изделий (как, например, в плитах покрытий и перекрытий); разработки и скорейшего внедрения захватных приспособлений под измененное решение строповочного узла.

Определенными преимуществами обладают железобетонные конструкции с внешним армированием. За счет использования внешней арматуры в качестве опалубки упрощается технология возведения конструкций из монолитного железобетона, облегчаются формы для сборного железобетона. Совмещение функции внешней рабочей арматуры с защитным ограждением от газо- и водопроницаемости, механических и других воздействий позволяет снизить материалоемкость конструкций. Внешняя арматура обеспечивает возможность сварки стыков сборных элементов без дополнительных закладных деталей. К внешней арматуре упрощается крепление различных коммуникаций и оборудования, а также их замена в период эксплуатации. Конструкции с внешним армированием достаточно просто поддаются усилению при изменении расчетных воздействий в результате реконструкции зданий. Важно подчеркнуть, что внедрение железобетонных конструкций с внешним армированием позволит расширить область их применения взамен стальных и даст возможность при этом сократить расход стали. Железобетон с внешней арматурой в ряде случаев дает возможность значительно сократить трудозатраты на монтаже.

Задачу широкого внедрения сборного железобетона вместо металлических конструкций могут решить железобетонные конструкции с внешним уголковым армированием. Особенностью таких конструкций является то, что арматура находится снаружи и представляет собой уголки, расположенные по углам сечения. Уголки соединены между собой поперечными стержнями из круглой стали, обеспечивающими совместную работу уголков с бетоном. Поперечные стержни привариваются к внутренней поверхности полок уголков и поэтому имеют защитный слой достаточной толщины. Эти конструкции получили название брусковых.

Внешняя уголковая арматура используется для различных креплений, подвески коммуникаций и устройства стыков без закладных деталей, что придает железобетонному элементу свойство металлического. Отсутствие часто расположенных арматурных стержней дает возможность применять жесткие смеси и выполнять брусковые конструкции из бетона марок М600—М700.

В настояшее время с брусковыми элементами построено несколько зданий ГРЭС, где из этих элементов удалось осуществить колонны высотой до 65 м под нагрузку до 400 000 кН/м2. Выполнение колонн из железобетона потребовало бы увеличения их массы в 1,5 раза. Расчеты показывают, что применение брусковых колонн при строительстве ТЭС и АЭС в объеме 45 тыс. м3 вместо стальных дает экономию стали 56 тыс. т и снижение капитальных вложений 10 млн. руб.

Успешное внедрение брусковых конструкций при сооружении зданий теплоэлектростанций позволяет предположить, что они могут оказаться рациональными при строительстве зданий металлургических предприятий, коксохимических комплексов и других объектов.

В отечественной и зарубежной практике начали получать распространение железобетонные балки с внешним армированием, выполняемым преимущественно с применением полосовой прокатной стали. Совместная работа бетона со стальной полосой обеспечивается за счет различных типов анкеров-связей, концевых упоров, а также за счет трения и сцепления. Применение внешнего армирования является эффективным средством повышения прочности и жесткости железобетонных изгибаемых элементов пониженной высоты. Замена стержневой арматуры внешней полосовой упрощает изготовление арматурных каркасов и облегчает бетонирование, что приводит к сокращению трудозатрат на изготовление конструкций, расчеты, выполненные применительно к цеху холодного проката одного металлургического завода, показали, что применение таких балок взамен обычных обеспечило уменьшение расхода стали на 6% и снижение трудоемкости изготовления на 25%.

Применение в производственных многоэтажных зданиях монолитных железобетонных перекрытий в строительстве чаще всего обусловлено наличием множества отверстий, закладных деталей, проемов. Наиболее трудоемким и сложным процессом при устройстве монолитных перекрытий являются опалубочные работы, особенно если отсутствует соответствующая инвентарная конструкция опалубки. Замена деревянной опалубки стальным профилированным листом и использование его в качестве арматуры позволяет значительно усовершенствовать организацию труда, повысить уровень индустриализации, сократить сроки устройства монолитных перекрытий. Перекрытия такого типа нашли широкое применение во многих странах.

В последние годы, после освоения отечественными заводами производства стального профилированного настила, создалась возможность его использования в качестве опалубки и арматуры в практике отечественного промышленного строительства. В отличие от зарубежных настилов с рифленой поверхностью, обеспечивающих хорошую сов местную работу бетона и стали, выпускаемых специально для армирования железобетонных изделий, настилы, выпускаемые нашей промышленностью, имеют гладкую поверхность. В этом случае настил может использоваться лишь как несъемная опалубка без учета его работы совместно с бетоном. Однако даже такое использование настила в ряде случаев может быть экономически оправдано, так как позволяет увеличить производительность труда при возведении монолитных перекрытий в 1,5 раза.

Включение в работу перекрытия профилированного настила в качестве рабочей арматуры существенно улучшает технико-экономические показатели конструкций по расходу металла. Анкеровка профилированного настила может осуществляться по-разному. Основными способами являются приварка анкеров к настилу или устройство ан-керующих рифов в самом настиле. Второй способ обладает преимуществом, так как устройство рифов осуществляется в процессе производства настила и исключает трудоемкие работы по устройству анкеров на строительной площадке. Технико-экономический анализ показал эффективность такого конструктивного решения. Суммарные трудозатраты по сравнению с монолитными перекрытиями по стальным балкам уменьшаются в 1,5 раза, расход бетона снижается на 35% при одинаковой стоимости перекрытия и увеличении расхода стали на 10%.

Похожие статьи:
Пути снижения энергетических затрат при эксплуатации промышленных зданий

Навигация:
Главная → Все категории → Совершенствование промышленных зданий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум