Монолитные железобетонные конструкции зданий

Монолитные конструктивные системы зданий вполне вписываются в приведенную в п. 3.1 классификацию — они могут быть каркасно-балочными, 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 — это так называемый сборно-монолитный вариант.

В России, несмотря на большой объем применения монолитного бетона и железобетона (гидротехнические сооружения, корпуса АЭС, покрытия дорог и аэродромов, фундаменты зданий и технологического оборудования и т.д.), лишь 10 % объема приходились 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 годах объем таких конструкций превысил 18 млн м3. За восемь месяцев 1930—1931 годов из монолитного железобетона было возведено здание Госпрома в Харькове объемом 306 тыс. м3. В 1930— 1941 го­дах 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 годах монолитный бетон и железобетон применяли при строительстве адми­нистративных и промышленных зданий; кроме того, активно исполь­зовали конструкции сборно-монолитных перекрытий и покрытий в промышленных зданиях. С 1960 по 1982 год были построены свыше 300 объектов с такими перекрытиями общей площадью более 3 млн м2. 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 (расход стали) на 15 % и сметная стоимость — на 10 %.

В 1963 году 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 60 х 42 м (сетка колонн 6x6, высота этажа 4,5 м). Конструктивная схема здания — многопролетный рамный каркас. Нормативные полезные нагрузки на перекрытия этажей соста­вили 4 кН/м2, а на перекрытия складских этажей — 8... 10 кН/м2. 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, во-первых, устранить перепад в отметках верхней части про­летных плит над межколонной и капительной плитами; во-вторых, со­здать жесткое соединение элементов каркаса и перекрытии, 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).

Как видим, 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, следствием чего был высокий расход ма­териалов. Для бетонирования использовалась деревянная опалубка однократного применения.

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

Конструктивное решение большинства таких зданий предусматри­вает опирание перекрытия по контуру на монолитные стены, а внутри здания — на рамный каркас или на внутренние стены.

В строительстве за рубежом монолитный железобетон получил бо­лее широкое распространение, что 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) с ее укладкой.

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. 3.18.) очень ус­ловно принято делить на три группы.

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

Вторая — каркасная. Этот тип зданий получил распространение в общественных и производственных зданиях и, в свою очередь, по кон­структивным решениям перекрытия подразделяется 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 и жесткостью, а ее поверхность 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 материалов применяются сталь и алюминий, пиломатериалы и водостойкая фанера, пленки и пластик.

В табл. 3.1 приведены, по данным НТЦ «Опалубка», основные типы опалубок и области их применения, а на рис. 3.19 показаны неко­торые их конструкции.