» » Конструкции перекрытий с применением легких бетонов

Конструкции перекрытий с применением легких бетонов

20.04.2016

Междуэтажные перекрытия, включая полы, были и остаются наиболее сложными элементами здания, которые должны удовлетворять целому комплексу различных эксплуатационных требований.
Для междуэтажного перекрытия как внутренней ограждающей конструкции критериальными являются требования звукоизоляции от ударного и воздушного звуков. Первое требование предъявляется только к перекрытиям и в известной мере определяет особенности их конструирования.
В большинстве случаев перекрытие состоит из несущей части и конструкции пола. Иногда в состав перекрытия вводится элемент раздельного (подвесного или самонесущего) потолка.
К несущей части перекрытия предъявляются требования прочности, жесткости, огнестойкости и долговечности. Этим требованиям лучше всего отвечают железобетонные конструкции. Поэтому применение сборного железобетона началось именно с несущие элементов перекрытий.
Конструкции перекрытий с применением легких бетонов

Сборные круглопустотные панели перекрытий из пемзожелезобетона впервые были применены в 1936—1937 гг. в Тбилиси. Эти панели по фамилиям авторов получили наименование «симкар» (рис. 30).
Широкое применение сборных железобетонных элементов перекрытий в бывш. СССР началось в послевоенный период.
Острый дефицит металла, цемента и низкая грузоподъемность распространенных типов башенных кранов вынуждали конструкторов и технологов стремиться к снижению веса железобетонных элементов перекрытий, добиваясь уменьшения расхода бетона и стали.
В Закавказье для производства балочных настилов перекрытий с одной или двумя цилиндрическими пустотами широко применялись легкие бетоны на природных пористых заполнителях.
Начальный период производства сборного железобетона в нашей стране характеризуется смелыми поисками новых конструктивных решений несущих элементов перекрытий и технологических приемов их изготовления. В качестве примера можно привести элементы настилов коробчатого сечения, изготовленные с применением вакуум-щитов по предложению М.З. Симонова и О.А. Гершберга (рис. 31).
Конструкции перекрытий с применением легких бетонов

По мере расширения производства сборных железобетонных элементов перекрытий все более очевидными становились конструктивные и технологические преимущества многопустотных настилов с напряженным армированием.
Начиная с 1955—1956 гг., многопустотные настилы с цилиндрическими пустотами постепенно вытесняют другие конструкции перекрытий и получают преобладающее применение в массовом строительстве.
Единственным средством борьбы с ударным звуком в то время было применение засыпок из шлака или прокаленного песка. Для обеспечения удовлетворительной звукоизоляции минимальная толщина таких засыпок должна составлять 6 см. При этом масса засыпки колеблется в пределах 60—110 кг на 1 м2.
Долгое время существовало ошибочное мнение, что изоляция от ударного звука может быть достигнута благодаря применению подготовки под полы из тощего шлакобетона.
По засыпкам или подготовкам из тощего шлакобетона в большинстве случаев устраивались полы из шпунтованных досок по лагам. При использовании других полов по засыпкам предусматривались стяжки из цементно-песчаного раствора или асфальта толщиной 3—4 см.
Для выравнивания стяжки и доведения изоляции от ударного звука до уровня нормативных требований на битумной мастике наклеивали полутвердые древесноволокнистые плиты. Покрытие пола устраивали из паркета и реже из линолеума. В последнем случае прослойка из древесноволокнистых плит была необходима также для обеспечения нормативных требований по теплоусвоению.
Применение указанных конструкций полов не требовало ровной верхней поверхности несущих элементов перекрытий.
Обеспечение изоляции от воздушного звука достигалось без специального увеличения веса несущих элементов, так как даже при использовании облегченных настилов с вертикальными или овальными пустотами и устройстве дощатого пола по шлаковой засыпке масса перекрытия была не менее 330 кг на 1 м2. В других же случаях масса такого перекрытия достигала 400— 450 кг на 1 м2 и более.
Звукоизолирующая способность перекрытий от ударного звука часто оказывалась значительно ниже нормы, несмотря на большой вес перекрытия и высокие затраты труда и средств на его устройство. Это объяснялось малой изоляционной эффективностью засыпок, ошибками в проектах, предусматривающих недостаточную толщину этих засыпок или замену их легкобетонными подготовками, а также многочисленными нарушениями проектов в процессе производства работ.
Описанные выше решения перекрытий показывают, что при отсутствии специальных звукоизоляционных материалов совершенствование несущих элементов не было связано с конструкциями полов. Это положение в значительной степени сохранилось и при развитии индустриального метода строительства. Конструкции полов в крупноблочных и крупнопанельных домах с перекрытиями из настилов не претерпели существенного изменения по сравнению с применяемыми в кирпичном строительстве.
Эксплуатационные недостатки дощатых полов (рассыхание и коробление) и острый дефицит пиломатериалов, обусловленный быстрым ростом объемов жилищного строительства, выдвинули проблему расширения производства синтетических материалов для покрытия пола. Синтетические материалы покрытия пола (линолеум, пластиковые плитки и др.) выполняют лишь функции слоя износа.
Применение синтетических материалов для полов не решало проблемы повышения заводской готовности перекрытий и выдвигало новые задачи, связанные с созданием индустриальной конструкции основания пола.
Искусственные полимеры, в отличие от древесины, характеризуются высокой ползучестью под действием постоянной нагрузки, а также изменением прочностных и упругопластических свойств во времени. Степень деформирования полимерного покрытия пола местной сосредоточенной нагрузкой в значительной степени зависит от качества поверхности и от физико-механических свойств материалов основания.
Полимерные материалы покрытия пола, за исключением резинового линолеума, были, как правило, «холодными», т. е. обладали высокой объемной массой и соответствующей ей способностью теплоотнятия или тепло-усвоения. Так, объемная масса поливинилхлоридного линолеума составляла 1750 кг/м3, а поливинилхлоридных плиток — 1915 кг/м3 (по данным ВНИИНСМ, 1963 г.). Этим определялись особенно жесткие требования к основанию под покрытия, которое должно было компенсировать неблагоприятные теплофизические характеристики полимерных материалов пола. Показатель теплоусвоения конструкции пола, включающей покрытие и слои основания, расположенные в пределах толщины зоны резких температурных колебаний, не должен превышать нормативного предела — 10 ккал(м2*град).
Единственным вариантом основания полимерного пола практически оставалась утепленная сверху цементнопесчаная стяжка. В качестве утепляющего слоя, как правило, применялись полутвердые древесноволокнистые плиты объемной массой не более 600 кг/м3. Однако применение полутвердых древесноволокнистых плит в качестве теплоизолирующей прослойки пола из линолеума вызывало повышенную деформативность покрытия и приводило к снижению его долговечности.
Таким образом, замена дощатых полов полимерными вызывала необходимость выполнения мокрых процессов, что неизбежно удлиняло сроки строительства. Трудоемкость устройства конструкции пола с полимерным покрытием оказалась на том же уровне, что и дощатого, а стоимость значительно возросла: в среднем почти в 2 раза превышала стоимость несущей части перекрытия.
Совершенствование перекрытий должно обеспечивать снижение расхода материальных ресурсов на их устройство, а также улучшение эксплуатационных качеств и создание условий для дальнейшего повышения нормативных требований. Эти задачи наиболее рационально решаются путем повышения заводской готовности конструкций и технического уровня их производства.
Существенное повышение заводской готовности перекрытий невозможно без создания комплексных панелей размером «на комнату» с готовым основанием пола.
Распространению комплексных панелей препятствовал их вес, превышающий грузоподъемность применявшихся башенных кранов. Поэтому основные усилия были направлены на изыскание и исследование конструктивных мероприятий, улучшающих звукоизолирующую способность перекрытий от воздушного звука и создающих возможность снижения их веса. Одним из таких мероприятий было использование звукоизолирующего эффекта воздушной прослойки, исследованного А.К. Тимофеевым (НИИСФ) применительно к перегородкам, состоящим из двух гипсобетонных элементов равной жесткости. Эффект начинал улавливаться при толщине воздушной прослойки 3 см, и при увеличении последней до 9—10 см он достигал 7 дб. Увеличение звукоизоляции на 7 дб соответствует снижению звукового давления от проникающего шума в 2,26 раза. Это означает, что воздушная прослойка в ограждении более чем в 2 раза уменьшает его массу без ущерба для звукоизоляции.
Конструкции перекрытий с применением легких бетонов

Сопоставление результатов звукометрических исследований перекрытий давало некоторые основания предполагать, что найденная зависимость справедлива и для перекрытий с воздушной прослойкой между полом и несущей частью. В частности, отмечалось, что перекрытия с полами на лагах при меньшем весе, как правило, обеспечивают более высокую звукоизолирующую способность, чем перекрытия с основанием пола в виде стяжки, устроенной по засыпке.
Для реализации звукоизоляционного эффекта, создаваемого воздушной прослойкой, была разработана конструкция комплексной панели перекрытия из двух часторебристых плит (рис. 32). Создание перекрытия высокой заводской готовности и внедрение его в практику стало возможным благодаря появлению автоматизированного производства тонкостенных часторебристых панелей на прокатном стане Н.Я. Козлова. Это был первый опыт массового производства комплексных перекрытий по совершенно новой технологии. Поэтому конструкции прокатных перекрытий и технология их производства имели ряд существенных недостатков, важнейшими из которых были высокая трещиноватость ребристых элементов потолка, изготовленных из мелкозернистого бетона, и недостаточная их жесткость, несмотря на высокий расход арматуры, расположенной, как правило, вблизи центра тяжести бетонного сечения.
Высокая трещиноватость, отсутствие эффективных и долговечных звукоизоляционных материалов, ошибки конструирования и монтажа привели к тому, что звукоизолирующая способность этих перекрытий оказалась ниже нормы. Таким образом, попытки создать облегченную конструкцию междуэтажного перекрытия из тяжелого бетона не дали положительных результатов.
Заводская технология производства железобетонных конструкций не имеет пока в своем арсенале достаточно надежных и экономичных средств для изготовления крупноразмерных тонкостенных элементов. Поэтому в настоящее время наиболее реальные возможности снижения веса конструкций перекрытий связаны с применением легких бетонов.