Железобетонные перекрытия

 

Перекрытия разделяют сооружение на отдельные этажи. Как конструкции в виде пластин, они во многих случаях принимают на себя функцию обеспечения жестко­сти для сооружения. Перекрытия состоят из конструктивной части, нижней части перекрытия и верхней части перекрытия.

Конструктивная часть образует несущую конструкцию. Она имеет задачу передавать на опоры собственный вес и полезную нагрузку. Нижняя часть перекрытия состоит из штукатурки, дере­вянной обшивки или плитных материалов. Сюда же относятся необходимые конст­рукции для их крепления, такие, как несущий слой для штукатурки, реечный кар­кас и подвесные элементы. К верхней части относятся выравнивающие стяж­ки и устройство полов. Верхняя и нижняя части перекрытия выполняют задачу в основном по звукоизоляции и теплоизоляции.

Конструктив­ная часть перекрытий возводится из сборных или монолитных плит перекрытий. Монолитные перекрытия выполняются из железобетона, иногда из преднапряженного бетона, причем промежуточные элементы (элементы заполнения) могут быть из нормального бетона, из легкого бетона или из керамических вкладышей. Массивные перекрытия выполняются из монолитного бетона, из сборных желе­зобетонных конструкций и как сборно-монолитные конструкции. Среди массив­ных перекрытий различают в основном железобетонные полнотелые плиты, желе­зобетонные многопустотные плиты, плитно-балочные перекрытия, железобетон­ные ребристые перекрытия, перекрытия по железобетонным балкам и сталека­менные перекрытия.

 

Железобетонные полнотелые плиты

 

Толщина перекрытия h рассчитывается исходя из требований статики. Мини­мальные толщины плитных перекрытий устанавливаются согласно DIN 1045 и составляют в основном 7 см. В случае плит, по которым будут ходить только в исключительных случаях, — 5 см. Плиты, по которым предусматривается движе­ние легковых автомобилей, должны иметь толщину не менее 10 см, а при движе­нии более тяжелого транспорта — 12 см. Кроме того, минимальная толщина плит зависит от допустимого прогиба, от расстояния между опорами и от статической системы. При этом к перекрытиям, несущим перегородки, предъявляются более высокие требования, если ме­шающие трещины в перего­родках не могут быть предотв­ращены с помощью других ме­роприятий (табл. «Толщина плит по ограничению прогиба»). Меж­дуэтажные перекрытия в жилых зданиях из-за шумоизоляции должны быть толщи­ной не менее 16 см.

Глубина заделки на опорах плитных перекрытий зависит от величины опорных реакций и от несущей способности опорных конструкций. Она, кроме того, должна быть дос­таточной для анкеровки арма­туры. При опирании на клад­ку или на бетон классов проч­ности С12/15 и С16/20 глуби­на оттирания должна составлять не менее 7 см. При более высо­ких классах прочности бетона и на стали глубина опирания требуется не менее 5 см. При пролетах до 2,5 м при опреде­ленных предпосылках глуби­на опоры в 3 см может быть до­статочной.

Устройство опоры пере­крытия в каменной кладке ориентируется на требования теплоизоляции и недопущения образования трещин. В случае стен толщиной свыше 24 см перекрытие не должно пере­крывать всю толщину стены, так как в противном случае у торцовой стороны перекрытия могут образовываться трещи­ны. Чтобы этого избежать, глу­бина опирания должна быть меньше. Между перекрытием и наружной стороной стены следует устанавливать слой теплоизоляционного ма­териала толщиной около 5 см (рис. «Опора на перекрытии из кладки»). Наружная часть стены и теплоизоля­ция служат одновременно для теплоизоляции в месте опирания перекрытия. При пролетах перекрытий свыше 6 м вследствие ожидаемых деформаций перекрытия необходимо предусматривать мероприятия по центрированию опор перекрытий, например, путем устройства войлочной полосы на краю опоры перекрытия.

Одноосно-напряженные плиты имеют опоры на противополож­ных двух стенах или ригелях. Нагрузки в значительной части воспринимаются такими плитами в одном направлении, в направлении пролета l_eff. При равно­мерно распределенной нагрузке на плиту нагрузка распределяется пополам на каждую опору (рис. «Распределение нагрузки при одноосно- и двуосно-напряженных плитах»). Это требует установки несущей арматуры в направле­нии пролета. На нагрузки, действующие поперек направления пролета, такие, как распределение нагрузки, в перпендикулярном направлении к несущей арма­туре устанавливается поперечная арматура, называемая также распределитель­ной арматурой. Она состоит из более тонких стержней, чем рабочая несущая ар­матура. Плитные перекрытия предпочтительно армируются арматурными сетка­ми, которые имеют при одноосно-напряженных плитах более толстые стержни в направлении пролета и более тонкие стержни в поперечном направлении.

 

 

Двухосно-напряженные плиты несут нагрузку в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Они могут опираться по четырем сторонам, по трем сторонам и, как консольные плиты, по двум взаимно перпендикуляр­ным сторонам. Бетон и арматура у них работают в двух взаимно перпендикуляр­ных направлениях l_eff,x и l_eff,y. У плит, квадратных в плане, равномерно распреде­ленная нагрузка / равномерно распределяется по всем опорам (рис. «Распределение нагрузки при одноосно- и двуосно-напряженных плитах»). У плит, прямоугольных в плане, главная нагрузка имеет место в направлении более ко­роткого пролета. Если, например, соотношение пролетов по длине l_eff,x и l_eff,y со­ставляет 1:2, то нагрузка F на более коротком пролете будет составлять 8/18 F, а на более длинном пролете 1/18 F (см. рис. 10.47). По этим нагрузкам должна рассчитываться арматура. Для двухосно-напряженных плит применяются в боль­шинстве случаев арматурные сетки, имеющие приблизительно одинаковые диа­метры сечения стержней. Лучшее соответствие распределению усилий может быть обеспечено при применении заказных сеток.

Сборно-монолитные плитные перекрытия состоят из сбор­ных плит толщиной минимум 4 см и статически работающего совместно слоя монолитного бетона. Такие плитные перекрытия подходят для однопролетных и неразрезных многопролетных перекрытий, которые работают как плиты на двух опорах, так и как плиты, работающие по двухосной системе. Готовые плиты из­готавливаются на заводе железобетонных изделий с заданной длиной и шириной до 2,5 м. При изготовлении их на площадке они могут изготавливаться согласно размерам помещений. Они имеют полностью или частично необходимую ниж­нюю рабочую арматуру, а также связевую арматуру. В качестве связевой армату­ры применяются решетчатые ригели из стали или прутковые ригели из арматур­ной стали. Они устанавливаются таким образом, что они выступают из сборных плит в монолитную часть бетона. При одноосно-напряженных плитах вся несу­щая арматура находится в сборных плитах. Стыки плит перед заливкой монолит­ного бетона должны армироваться стыковой арматурой (рис. «Одноосно-напряженная плита из предварительно изготовленных плитных полос»). При двухос­но-напряженных плитах несущая арматура имеется только частично в одном на­правлении сборных плит. В другом направлении несущая арматура в виде от­дельных стержней должна укладываться после установки сборной части перекрытия в проектное положение (рис. «Двухосно-напряженная плита из предварительно изготовленных плитных полос»). Верхняя арматура, как краевая арматура и как армирование углов или над колоннами, должна также устанавли­ваться по месту. После укладки арматуры производится бетонирование перекры­тия монолитным бетоном на требуемую толщину.

С помощью таких предварительно изготовленных конструкций сборно-мо­нолитных перекрытий соединяются преимущества сборного строительства с пре­имуществами монолитного бетона. Укладка частично сборных плит производит­ся без устройства опалубки и временных подпорок, количество которых и рас­стояния между которыми преимущественно зависят от пролета между опорами и толщины монолитного слоя бетона.

Если применяются особые, допу­щенные строительным надзором ре­шетчатые ригели, то возможно укла­дывать такие плиты пролетом до 5 м без промежуточных временных мон­тажных подпорок. Это особенно экономично при больших высотах этажей, так как капитальные затраты на решетчатые ригели, как правило, ниже, чем стоимость монтажных подпорок. В монтажном положении сборные плиты должны иметь опоры не менее 3,5 см. Это может происхо­дить также и с опиранием на вспомо­гательные опоры. В окончательном проектном состоянии, т.е. после ук­ладки монолитного бетона, глубина опирания должна соответствовать глубине опирания полнотелых плит. Это достигается за счет вы­пусков арматуры или решетчатых ри­гелей.

Грибообразные перекрытия — это железобетонные плиты толщиной минимум 15 см, точечно опирающиеся на равномерно установ­ленные краевые и внутренние колон­ны. Колонны могут в районе оголовка иметь проходящее вокруг колонны утолщение, которое придает конструк­ции форму гриба (рис. «Грибовидное перекрытие»). Если утолщение у колонн отсутствует, то говорят о безригельном плоском перекрытии (рис. «Плоское перекрытие»).

 

Железобетонные пустотелые плиты

 

Для снижения собственного веса при больших пролетах и больших нагрузках применяются железобетонные плиты с пустотами (рис. «Многопустотное плитное перекрытие»). Пустотные плиты имеют непрерывный верхний и ниж­ний слои, которые связаны ребрами в направлении вдоль пролета и частично поперек пролета в единое целое. Верхний и нижний слои имеют толщину не менее 6,5 см, ребра — не менее 8 см в ширину. В районе опор и над несущими внутренними стенами можно не делать пустот. Действующие в этих местах на­пряжения должны восприниматься полосками полнотелого бетона. Для обра­зования пустот применяются водонепроницаемые картонные трубы, трубы из профилированных металлических листов и вкладыши из пенопласта. Для того чтобы предотвратить всплытие форм, образующих пустоты, при бетонирова­нии, они должны прикрепляться к опалубке.

Изготовленные в виде сборных элементов преднапряженные бе­тонные пустотные плиты имеют, как правило, 33,3 или 50 см в шири­ну, и имеют высоту обычно до 20 см (см. рис. «Многопустотное плитное перекрытие»). Узкие стороны плит, которые выполнены в виде конических шпонок или в виде со­единений «шпонка—паз», должны заливаться раствором для швов.

 

Плитные балочные перекрытия

 

Плитные балочные перекрытия в сечении состоят из железобетонной полнотелой плиты с железобетонными плитами с нижней стороны (рис. «Плитно-балочное перекрытие»). Балки имеют мини­мальное расстояние друг от друга более чем 70 см, их максимальное расстояние друг от друга может быть более 3 м.

Плита должна иметь толщину не менее 7 см. В направлении пролета, которое проходит, как правило, по­перек балок, плиты имеют несущую арматуру. Кроме того, плиты необ­ходимо присоединить к балкам так, чтобы не было сдвига. У плитно-ба­лочных перекрытий балки могут быть относительно тонкими, так как связь балки с плитой препятствует их бо­ковому отклонению.

Плитно-балочные перекрытия могут часто выполняться как сборные эле­менты, причем арматура может быть предварительно напряженной. Из сообра­жений транспортировки ширина плит выбирается равной около 2,5 м. Балки могут быть выполнены с выступающими четвертями на 1,25 м или в виде боковых ребер. Эти сборные элементы называют плитами 2Т или, соответственно, швел­лерными плитами 9 (рис. «Сборные плиты формы 2Т»).

 

Железобетонные ребристые перекрытия

 

Плитно-балочные перекрытия, у которых расстояния между ребрами составля­ют не более 150 см, называют ребристыми перекрытиями (рис. «Ребристое перекрытие из монолитного железобетона»). У таких плит толщина h_f сжатой плиты должна составлять не менее 5 см или 1/10 рассто­яния между ребрами в свету. Ширина ребер b_w должна составлять не менее 5 см, а высота ребер h_w≤4b_m. Арматура ребер, работающая на сдвиг, которая может состоять из хомутовых каркасов, отдельных хомутов или из арматурных стерж­ней скошенной формы, обычно заходит в сжатую плиту. Необходимое для жа­той плиты поперечное армирование должно лежать среди монтажных стержней армирования ребер.

Железобетонные ребристые пере­крытия допустимо применять только для полезной нагрузки до 5 кН/м². Глубина опирания несущих ребер должна составлять не менее 10 см.

Если перекрытие на опоре на­гружено продолжающимися кверху ограждающими стенами, то необхо­димо устройство бетонной полосы, которая часто выполняется в виде краевого анкера. При неразрезных ребристых перекрытиях в районе внутренних опор требуется устраивать уширение ребер или массивную поперечную полосу.

Железобетонные ребристые перекрытия могут иметь одноосное и двухосное напряженное состояние. При двухосном напряженном состоянии продольные и поперечные ребра перекрещиваются на одинаковых или на приблизительно оди­наковых расстояниях. Более часто применяющийся вид одноосно-напряженных плит, как правило, при пролетах между ребрами до 4 м или, когда полезная на­грузка не превосходит 2,75 кН/м², не имеет при пролетах между опорами до 6 м поперечных ребер. При больших пролетах между опорами поперечные ребра ус­траивать необходимо. Расстояние между ними s_q зависит от полезной нагрузки, от расстояния между продольными ребрами и от толщины перекрытия. Расстоя­ние между поперечными ребрами в свету не должно превосходить 10-кратную толщину плиты перекрытия h₀. Железобетонные ребристые перекрытия могут быть выполнены с промежуточными элементами заполнения или без них, как из монолитного бетона, так и с применением предварительно изготовленных эле­ментов-ребер.

В случае применения монолитных ребристых перекрытий без промежуточных элементов-вкладышей требуется использование опалубки, которая имеет форму, соответствующую форме сечения перекрытия. Для этого применяют, как правило, стальные опалубочные листовые элементы и опалубочные формы.

В случае применения монолитных ребристых перекрытий с промежуточными элементами-вкладышами пространство меж­ду ребрами заполняется вкладышами из легкого бетона или керамическими вкладышами (рис. «Монолитное ребристое перекрытие с промежуточными элементами»). Керамичес­кие вкладыши для перекрытий или легкобетонные камни снабжены выс­тупающими опорными четвертями. Они укладываются на полную или полосовую опалубку. В промежутки между опорными четвертями и боко­выми сторонами вкладышей устанав­ливается рабочая арматура и уклады­вается монолитный бетон.

Среди вкладышей для монолит­ных бетонных ребристых перекрытий различают статически не работающие и статически совместно работающие промежуточные элементы.

Статически не работающие со­вместно с перекрытием вкладыши служат для улучшения звуко- и теплоизоляции перекрытия. Над статически не работающими совместно элементами необходимо устраивать сжатую плиту из монолитного бетона с поперечной арматурой толщиной не менее 5 см.

При статически работающих со­вместно промежуточных элементах-вкладышах, как, например, при со­ответственно отформованных кера­мических вкладышах, устройство монолитной сжатой плиты над пе­рекрытием не является необходи­мым. Керамические вкладыши уси­лены в верхней их части. Кроме того, они имеют выступы стыковых швов, которые бетонируются совме­стно с ребрами. Это образует сжатую зону. Требуемая согласно DIN 1045 поперечная арматура в этом случае укладывается в выемки, образованные выступами вкладышей в поперечном направлении.

Ребристые перекрытия с предварительно изготовленными сборными ребрами требуют установки на определенных рассто­яниях поперечных подпорок. Между целиком или частично предварительно из­готовленными ребрами, которые снабжены рабочей арматурой и арматурой, ра­ботающей на сдвиг, укладывают керамические вкладыши перекрытий или про­межуточные элементы из бетона (рис. «Ребристые перекрытия со сборными ребрами»). Они в большинстве случаев сидят фальцем на сборных ребрах, заполняющих нижнюю часть вкладыша. После ук­ладки сборных конструкций бетонируют пространство в верхней части ребер. Аналогично ребристым перекрытиям из монолитного бетона промежуточные элементы могут статически работать или не работать совместно с ребрами. В со­ответствии с этим устраивается сжатая плита из монолитного бетона или вместо нее на сжатие работают усиленные в верхней части вкладыши и бетонируемые стыковые швы.

 

Железобетонные балочные перекрытия

 

Перекрытия из железобетонных балок или балок из предварительно напряжен­ного железобетона отличаются от ребристых перекрытий отсутствием сжатой плиты. Для улучшения несущей способности балок их сжатая зона может быть расширена до 1,5 толщины перекрытия, но не более чем до 35 см. Балочные пе­рекрытия могут устраиваться из плотно приставленных друг к другу сборных балок, из сборных балок с промежуточными элементами и из монолитного бе­тона с промежуточными элементами-вкладышами.

Составленные рядосборные балки имеют в большинстве случаев форму двутавра (рис. «Перекрытие из прислоненных друг к другу сборных балок»). Как правило, верхняя полка вслед­ствие воспринимаемых ею сжимаю­щих усилий имеет большие размеры, чем нижняя, в которой проходит не­сущая арматура. Для возведения пере­крытия на уложенные балки требует­ся укладка слоя монолитного бетона с поперечным армированием.

В железобетонных балочных перекрытиях и монолитного бетона подоб­но тому, как это имеет место в ребри­стых перекрытиях из монолитного бетона, укладываются промежуточ­ные элементы с опорными брусками (рис. «Балочное перекрытие из монолитного бетона»). В свободное простран­ство между их боковыми плоскостя­ми устанавливается арматура и укла­дывается монолитный бетон. За счет формы вкладышей сжатая зона ба­лок, как правило, расширяется. В не­которых особо допущенных к приме­нению системах сборных элементов для уширения сжатой зоны встраива­ются усиленные в верхней части вкладыши с замоноличиваемыми ра­створом швами.

В случае балочных перекрытий со сборными балками и вкладышами пространство между балками и вкладышами пос­ле укладки должно быть забетонировано (рис. «Перекрытие из сборных балок и вкладышей»). Часто вкладыши форму­ются таким образом, что балки получают уширенные сжатые зоны из монолит­ного бетона. Так как верхний слой бетона в нормальном случае не требуется, поверхности вкладышей в неотделанном состоянии перекрытия видны сверху. Балки состоят в большинстве случаев только в их нижней части из готового бе­тона. С помощью выступающей арматуры, работающей на сдвиг, образуется хорошая связь с монолитным бетоном.

 

Сталекаменные перекрытия

 

Сталекаменные конструкции изготавливаются в большинстве случаев из статичес­ки совместно работающих керамических вкладышей перекрытия, отчасти также с применением вкладышей из бетона шириной не более 25 см (рис. «Сталекаменное перекрытие»). Керамические или бетонные вклады­ши в верхней части или через всю вы­соту сечения формуются таким обра­зом, чтобы они могли воспринимать силы сжатия. При изготовлении пере­крытия для этой цели заливаются бе­тоном выемки стыковых швов. При больших нагрузках в эти стыковые швы необходимо укладывать поперечную арматуру. Сталебетонные перекрытия кроме монолитного бетона изготавливаются из плитных сборных элементов, кото­рые предлагаются на рынке под названием керамо-элементных перекрытий. Эле­менты изготавливаются на заводах толщиной от 16,5 до 24 см и имеют требуемую длину при ширине до 2,5 м. При толщине перекрытий, например, в 24 см можно перекрывать пролеты помещений до 7,30 м. Монтажные подпорки, как правило, не являются необходимыми, что не касается, однако, краевых подпорок вдоль пе­ремычек с каналами для рольставней, обычных перемычек и надоконных частей стен. В местах выступающих балконов для размещения верхней арматуры поверх плос­ких перекрытий устраивается массивная полоса из бетона.