Монолитные железобетонные конструкции зданий

Монолитные конструктивные системы зданий могут быть каркаснобалочными, безбалочными, с несущими стенами и комбинированными.

В последнее десятилетие во всех экономически развитых странах расширяется применение монолитного железобетона в надземной части зданий. Монолитный железобетон может применяться в сочетании со сборными железобетонными и стальными конструкциями так называемый сборно-монолитный вариант.

В России, несмотря на большой объем применения монолитного бетона и железобетона (гидротехнические сооружения, реакторные корпуса АЭС, покрытия дорог и аэродромов, фундаменты зданий и технологического оборудования и т.д.), лишь 10% приходится на каркасы гражданских и промышленных зданий и сооружений в основном тех, к которым предъявлялись специальные требования. Между тем использование монолитных конструкций в каркасах зданий способствует увеличению их пространственной жесткости и, как следствие, увеличению экономической эффективности по сравнению со сборными, а также расширению функциональных и объемно-планировочных решений и улучшению архитектурной выразительности зданий.

В нашей стране был накоплен определенный опыт применения монолитного бетона и железобетона при строительстве зданий и сооружений. Еще в 1918-1928 гг. объем таких конструкций превысил 18 млн м 3 . В 1929 г . был возведен купол Московского планетария. За восемь месяцев 1930-1931 гг. из монолитного железобетона было возведено здание Госпрома в Харькове объемом 306 тыс. м 3 . В 1930-1941 гг. основные несущие конструкции одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий (фундаменты, колонны, подкрановые балки, стены, балочные и безбалочные перекрытия, покрытия), элеваторы, резервуары, бункеры и другие емкости, а также различные подземные сооружения выполняли из монолитного железобетона. В 1950-х гг монолитный бетон и железобетон применяли при строительстве административных и промышленных зданий; кроме того, активно применяли конструкции сборно-монолитных перекрытий и покрытий в промышленных зданиях. С 1960 по 1982 г . было построено свыше 300 объектов с такими перекрытиями общей площадью более 3 млн м 2 . При монтаже сборно-монолитных перекрытий ребристые плиты объединяли с помощью сварки и бетона замоноличивания; таким образом отдельные элементы заводского изготовления превращались в пространственные или плоские неразрезные системы. При этом улучшались эксплуатационные свойства конструкций, увеличивалась жесткость перекрытий, снижались: масса сборных элементов и расход стали на 15%, сметная стоимость на 10%.

В 1963 г . в Минске было построено здание универмага, в основу конструктивного решения которого были положены сборно-монолитные железобетонные каркасные конструкции. Это здание было прямоугольным в плане с размерами 60x42 м (сетка колонн 6x6, высота этажа 4,5 м ). Конструктивная схема здания многопролетный рамный каркас. Нормативные полезные нагрузки на перекрытия этажей составили 4 кН/м 2 , а на перекрытия складских этажей 8-10 кН/м 2 . Из сборного железобетона были выполнены круглые колонны с поэтажной разрезкой, плоская квадратная в плане капительная плита, межколонные плиты и многопустотные пролетные плиты перекрытий. Междуэтажные перекрытия были сборно-монолитными. Слой монолитного железобетона был уложен по сборным железобетонным плитам, что позволило, вопервых, устранить перепад в отметках верхней части пролетных плит над межколонной и капительной плитами; во-вторых, создать жесткое соединение элементов каркаса и перекрытий, превращаемых в неразрезные конструкции.

В более поздние годы были построены лишь несколько объектов из монолитного железобетона, причем главным образом иностранными фирмами (например, гостиница «Космос» в Москве).

Монолитные железобетонные конструкции применялись в зданиях с рамным каркасом пролетом от 6 до 9 м ; строительство велось в основном в районах со значительными сейсмическими и ветровыми нагрузками; монолитные конструкции изготавливались без предварительного напряжения, с обычной арматурой и бетоном невысоких марок, вследствие чего происходил большой расход материалов. Для бетонирования использовалась деревянная опалубка однократного применения.

Начиная с 1990-х гг. ситуация, особенно в Москве, заметно изменилась. С применением монолитного железобетона были возведены сотни зданий административных, жилых, торговых центров.

Уже к 2006 г . приблизительно 50% годового объема жилья в Москве строили из монолитного железобетона.

По-видимому, это соотношение сохранится и в ближайшие годы.

Из монолитного железобетона рационально возводить дома повышенной этажности, здания высокой архитектурной выразительности и нестандартных архитектурно-планировочных решений.

Представляется перспективным также сборно-монолитное домостроение, так как целый ряд конструктивных элементов лестничные марши, лифтовые шахты, вентиляционные блоки и др. экономически целесообразно изготовлять на заводах и монтировать при возведении монолитных зданий.

В строительстве за рубежом монолитный железобетон получил более широкое распространение. Это объясняется:

• развитием индустриальных методов возведения зданий из монолитного железобетона с применением передвижной и крупнощитовой переставной опалубки;
• применением унифицированных инвентарных опалубок, с помощью которых можно формировать конструкции самой сложной конфигурации;
• созданием высокопластичных бетонных смесей путем введения суперпластифицирующих добавок;
• широким применением мобильных, быстромонтируемых, полностью автоматизированных бетоносмесительных установок для приготовления бетонных смесей;
• наличием надежных средств транспортирования бетона, способных в различных климатических и дорожных условиях доставить на строительную площадку бетонную смесь заданной кондиции;
• применением мобильных надежных и высокопроизводительных средств подачи бетонной смеси (в том числе на значительную высоту) и ее укладки.

Вышеперечисленные технологические достижения позволили значительно снизить стоимость, трудоемкость и продолжительность возведения монолитных конструкций, а также расширить сферу их рационального применения (особенно в районах с высокими ветровыми и сейсмическими нагрузками).

Конструктивные решения монолитных зданий (рис. ниже) очень условно принято делить на три группы.

Пример конструктивного решения монолитного здания

Первая бескаркасная или стеновая. Монолитные несущие стены идут в поперечном или в продольном направлении внутри здания или же одновременно в обоих. На стены опирается перекрытие.

Вторая каркасная. Этот тип зданий получил распространение в общественных и в производственных зданиях и, $ свою очередь, подразделяется по конструктивным решениям перекрытия на ригельные (балочные), капительные и безбалочные.

Третья каркасно-стеновая. Этот тип зданий широко применяется в настоящее время.

Кроме того, в зданиях часто встречаются комбинации конструктивных решений вышеперечисленных групп.

Для зданий повышенной этажности, испытывающих значительные горизонтальные ветровые нагрузки, целесообразно принимать стеновые или каркасно-стеновые решения, обеспечивающие необходимую жесткость и устойчивость.

Одной из основных позиций, определяющих эффективность использования монолитного железобетона, является наличие индустриальных опалубок, выполняющих функции формообразования.

Опалубка должна обладать достаточной прочностью, жесткостью. Поверхность опалубки должна обеспечивать требуемое качество поверхности бетона. Кроме того, существуют специальные типы опалубок, в том числе и несъемные. Они могут обеспечивать прогрев, гидроизоляцию, утепление, облицовку и др.

В настоящее время разработано и используется большое количество конструкций опалубок.

В качестве материала используется сталь и алюминий, пиломатериалы и водостойкая фанера, пленки и пластик.

В табл. ниже приведены, по данным НТЦ «Опалубка», основные типы опалубок и области их применения, а на рис. ниже некоторые конструкции.

Области применения основных типов опалубки

Бетонирование разнотипных монолитных конструкций, в том числе с вертикальными (стен, колонн и т.п.), горизонтальными (перекрытий, ригелей) и наклонными поверхностями различного очертания. Может применяться вместе с крупнощитовой опалубкой для бетонирования небольших по объему и сложных по конфигурации монолитных конструкций и вставок, в том числе в стесненных условиях производства

Бетонирование крупноразмерных конструкций, в том числе стен и перекрытий жилых, гражданских, промышленных и других зданий и сооружений. Унифицированные поддерживающие элементы модульной опалубки для бетонирования стен могут быть использованы в конструкции столовой, выкатываемой и перемещаемой опалубок для бетонирования перекрытий

Бетонирование крупноразмерных конструкций, в том числе стен и перекрытий жилых, гражданских, промышленных и других зданий и сооружений, с различными нагрузками и схемами нагружения

Бетонирование замкнутых отдельно стоящих однотипных и разнотипных конструкций типа ростверков, колонн, фундаментов, а также внутренние поверхности замкнутых ячеек жилых зданий и лифтовых шахт

Бетонирование стен и перекрытий жилых и гражданских зданий

Бетонирование вертикальных (главным образом высотой более 40 м ) и горизонтальных (протяженной конструкции) зданий и сооружений, преимущественно постоянного сечения, а также подпорных стен, водоводов, коллекторов, туннелей, возводимых открытым способом, и обделки туннелей, возводимых закрытым способом

Бетонирование пространственных конструкций и сооружений криволинейного очертания

Бетонирование конструкций без распалубливания, создание гидроизоляции, облицовки, утепления, внешнего армирования и др. Может включаться в расчетное сечение конструкции

Бетонирование конструкций при положительных температурах окружающего воздуха.

Предохранение бетона от замерзания в зимних условиях, от перегрева в условиях жаркого климата, охлаждения или перегрева в специальных условиях строительства

Бетонирование конструкций в условиях низких температур окружающего воздуха (от -5° С), а также для ускорения твердения бетона как в летних, так и в зимних условиях

Применяется для придания бетону или поверхности бетона специальных свойств, в т.ч. создание рельефа, поверхности с повышенной плотностью