Крупнопанельные кровельные плиты (плиты покрытий)
В настоящее время применяют два типа подобных плит: с опиранием на основные несущие конструкции (т. е. на стропильные балки, фермы) или же сразу перекрывающие основной пролет здания (плиты «на пролет» или так называемый большепролетный настил).
Плиты покрытий — с опиранием на стропильные конструкции - выполняют в основном ребристыми предварительно напряженными с размерами в плане 3 X 6 и 3 х 12 м. Плиты размером 1,5 X 6 и 1,5 х 12 м используют как доборные и в местах повышенных снеговых отложений. Опираются такие плиты непосредственно на ригели рам и соединяются с ними путем сварки закладных деталей. Плиты имеют продольные и поперечные ребра. Напрягаемую арматуру классов A-IV, Вр-II и К-7 располагают в продольных ребрах. Поперечные ребра, армируемые сварными каркасами, размещаются через 1... 1,5 м и позволяют полностью вовлечь в работу сжатую полку плиты. Полка плиты имеет толщину 25.. .35 мм и армируется сварными сетками. Класс бетона плит - В25, 30. Конструкция плиты покрытия показана на рис. 10.5. Плиту покрытия рассчитывают как однопролетную балку, свободно лежащую на опорах, и загруженную собственным весом, весом ограждающей части покрытия (кровля, стяжка, утеплитель и т д.) и снеговой нагрузкой. Требуемую площадь сечения продольной арматуры определяют из условия прочности по нормальному сечению на действие изгибающего момента. При этом расчетное сечение плиты — тавровое. Поперечную арматуру плиты из условия прочности по наклонному сечению рассчитывают по расчетной ширине ребра, равной суммарной ширине продольных ребер. Плиты рассчитывают по образованию или раскрытию трещин в зависимости от категории требований к трещиностойкости, а также по прогибам.
Плиты изготовляют по поточно-агрегатной или конвейерной технологии. Их формование производят на вибростолах, а термообработку, как правило, в камерах периодического действия. Ограниченное число типоразмеров применяемых плит покрытий позволило снабдить заводы сборного железобетона унифицированными опалубочными формами, разработать технологические линии, оборудованные агрегатами серийного производства. Все это создало условия для эффективного использования производственных площадей и повышения производительности труда.
Плиты могут изготовляться из тяжелого или легкого бетона (керамзитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон). Разработаны также новые конструктивные решения двухслойных комплексных плит (рис. 10.6), сочетающих несущие и теплоизоляционные функции. Ее отличительными особенностями по сравнению с типовой являются: полка плиты выполнена из конструкционно-теплоизоляционного поризованного керамзитобетона плотностью 80...850 кг/м3 и включена в работу всего сечения; шаг поперечных ребер увеличен до 3 м. Это позволяет снизить расход арматурной стали на 7 %, массу изделия на 8... 10 % по сравнению с типовой плитой, утепленной пенобетоном или засыпным керамзитовым гравием. Изготовление плит осуществляется в едином технологическом цикле с использованием оборудования заводов ЖБК. Себестоимость изготовления таких комплексных плит ниже, чем типовых конструкций с плитным утеплителем из полистирольного пенопласта и минераловатных плит повышенной жесткости. Плиты изготовляют на технологической линии по выпуску «холодных» плит 3 12 м в типовых металлических формах, продольные и поперечные борта которых наращены на 135 мм, а пазы для поперечных ребер через одно закрыты. После установки и натяжения арматуры бетон укладывается в продольные и поперечные ребра, затем бетонируется полка плиты.
Плиты «на пролет» - сравнительно новое, прогрессивное конструктивное решение. Эти плиты перекрывают большой пролет здания, не требуют стропильных балок или ферм, они сразу опираются на подстропильные (продольные) балки или фермы, уложенные по колоннам (рис. 10.7). Пролет продольных подстропильных конструкций, как правило, равен 12 м по средним рядам колонн и 6 м — по крайним рядам. Опирание на подстропильные конструкции может быть поверху или понизу. Плиты «на пролет» могут иметь различное очертание. За рубежом, где эти конструкции получили широкое распространение и где ими перекрывают пролеты 30 м и более, наиболее часто применяются плиты типов Т и 2Т. Кроме того, в ФРГ используют гиперболические панели, в ГДР — складчатые панели трапециевидного сечения, в Румынии — панели сводчатого типа. В Советском Союзе наиболее детально разработаны плиты КЖС, 2Т и П-образные.
Плиты КЖС имеют в направлении пролета гиперболическое очертание (рис. 10.8). Высота плиты на опоре 145 мм, в середине пролета — 1000 мм, а для зданий с фонарями — 1050 мм. Толщина полки переменная; в средней зоне она составляет 30 мм и увеличивается у опор; толщина полки плиты с отверстием увеличивается к краю этого отверстия до 80 мм. Плита КЖС имеет продольные ребра, уклон внутренней грани которых составляет 1 : 25. Стенка продольных ребер усиливается поперечными ребрами. Продольные ребра армируют сетками на опорных участках длиной по 2,6 м и в месте примыкания поперечных ребер, причем толщина стенки продольных ребер составляет 40 мм, а в зоне армирования — 50 мм.
П-образные плиты размером 3 X 18 м предназначены для покрытий с малоуклонной кровлей (уклон 3,3 %) и разработаны двух типов: первый — с полкой переменной толщины, второй — с поперечными ребрами (рис. 10.8, б). Высота плиты в середине пролета составляет 900 мм, на опорах — 600 мм. Толщина полки 30.. .100 мм в плитах первого типа и 30 мм — в плитах второго типа (высота ребер 150 мм). Продольные ребра имеют сечение ребер плит КЖС.
Плиты 2Т размером 3 ...18 м, как и плиты П-образные, применяют для малоуклонной кровли (уклон 3,3 %). Их изготовляют в полкой переменной толщины и ребрами по контуру плиты (рис. 10.8, в). Высота плиты составляет в центре 900 мм, на опорах 600 мм. Торцовые и продольные (по краю) ребра имеют высоту 100 мм. Ширина продольных ребер по низу равна 100 мм. Наружные грани продольных ребер — вертикальные, внутренние — с уклоном 1... 25. Толщина полки может быть 30.. .40 мм. Плиты имеют напрягаемую арматуру — прядевую или стержневую (кл. A-IV). Принятые в СССР плиты 2Т отличаются от плит 2О с полкой постоянной толщины, применяемыми за рубежом, существенно меньшей (примерно в 1,5 раза) массой при практически одинаковой несущей способности. Разница в массе объясняется меньшей толщиной полки и ребер и большим уклоном ребер.
Колонны каркаса здания с плитами «на пролет» должны иметь длину меньшую, чем типовые колонны, на высоту опорной части продольных балок (или ферм). При малой высоте опорной части усилия в колоннах близки соответствующим усилиям в типовых колоннах. При значительных высоте опорной части и длине температурных блоков в колоннах могут возникать большие, чем в типовых, температурные усилия из-за необходимости обеспечить жесткое соединение колонн с продольными конструкциями.
Технико-экономические показатели зданий с покрытиями из плит «на пролет» и с типовыми конструкциями покрытий приведены с табл. 10.1 (данные ЦНИИПромзданий).
Из табл. 10.1 видно, что расход бетона на бесфонарное покрытие с плитами КЖС для здания с подвесным транспортом меньше, чем на покрытие с типовыми конструкциями, на 1,3 см по приведенной толщине (на 12 %); расход стали (без учета путей) на оба типа покрытия практически одинаков. Для покрытий с П-образными плитами по сравнению с типовыми требуется бетона на 5... 10 % меньше, а стали на 3...6 % больше, для покрытий с плитами 2Т расход бетона и стали больше на 8...9 %, чем для покрытия аналога. По расчетной стоимости «в деле» покрытия с типовыми конструкциями и покрытия с плитами КЖС практически одинаковы, а стоимость покрытий с плитами П-образными и 2Т больше, чем стоимость покрытия-аналога, соответственно на 1 и 3 руб/м2 (5 и 14 %). Трудоемкость монтажа покрытий «на пролет» на 20 % меньше по сравнению с типовыми.
При учете стен и подвесных путей (в табл. 10.1 — суммарные показатели для здания) соотношение показателей существенно меняется. Например, в здании с плитами «на пролет» расход легкого бетона на стены в пределах высоты покрытия уменьшается по приведенной толщине на 1,6 Х 2 см (в 1,8...2,2 раза), расход стали на подвесные пути с креплениями снижается на 3,2...4,7 кг/м2 (на 25...37 96); существенно сокращается также расход стали на светоаэрационные фонари.
Наиболее рационально применять П-образные плиты в покрытиях зданий пролетом 12, 18 и 24 м без кранового оборудования или с крановым оборудованием, но без крупногабаритных воздуховодов. Для пролета 12 м целесообразны плиты с постоянным сечением по всей длине, для пролетов 18 и 24 м — с плоскими скатами малого уклона. Расчеты ЦНИИ- Промзданий показывают, что площадь одноэтажных зданий, возводимых «на пролет», в перспективе может составлять около 35...40 % общей площади одноэтажных зданий.
Примером дальнейшего развития плит «на пролет» служат панели-оболочки на пролет типа КСО (крупнопанельная складчатая оболочка), отличающиеся тем, что образующие конструкцию ребра проектируются сквозными — в виде безраскосных арочных диафрагм, соединенных поверху гладкой тонкостенной плитой толщиной 30 мм (рис. 10.9). Панели-оболочки КСО, как и КЖС, опираются на балки длиной 6... 12 м (в зависимости от шага колонн) или подстропильные фермы пролетом 12 м с горизонтальным нижним поясом. Высота панелей-оболочек КСО выбрана с учетом использования межферменного пространства для пропуска коммуникаций. Нижний пояс диафрагм имеет постоянное сечение (120 X 140 мм), а стойки — переменное (уклон 1 : 25) для облегчения съема изделия с формы. Верхний пояс диафрагм имеет переменное сечение с увеличением высоты от конька к опорному узлу. При расчете прочности панелей-оболочек пространственную конструкцию условно расчленяют на элементы: ароч ные диафрагмы, вутовую полку и торцовые ребра. Рабочие чертежи панелей-оболочек КСО размером 3,18 и 3,24 м разработаны под расчетные нагрузки 5,5...8,5 кПа. В зависимости от района строительства, пролета и нагрузок в панелях КСО используют бетон классов В20...В35. В качестве напрягаемой арматуры нижнего пояса применяют один стержень диаметром 22. .32 мм из стали классов А-111в. Ат-V и др., верхнего пояса и стоек - диаметром 12...25 мм класса A-1I1. Арматурой полки служит сетка из проволоки Вр-1 с шагом 100...200 мм. Панели изготовляют в вертикальном положении с последовательным бетонированием нижнего пояса, стоек, полки и опорных узлов конструкции и с передачей натяжения на силовую форму.