Использование композитной арматуры в плитном фундаменте: Стеклопластиковая арматура для плитных фундаментов

Стеклопластиковая арматура для плитных фундаментов

Использование композитной арматуры в плитном фундаменте

Композитная арматура подходит для усиления монолитных конструкций. В основе материала находится пучок полимерных нитей, покрытых вязкой смолой. Стержни изготавливают на основе стекловолокна, углеволокна, базальтовых волокон или комбинированных полимеров.

Устройство плитного фундамента

Монолитный фундамент представляет собой плиту с арматурным каркасом или без него. Форма плиты повторяет форму первого этажа. Заливка плиты проводится на подушку из щебня и песка или на выровненный и уплотненный грунт.

Преимущества плитного фундамента:

• Конструкция подходит для любого типа грунта.
• Высокая несущая способность бетонной плиты.
• Минимальные подвижки несущей конструкции.
• Уменьшенная нагрузка на 1 кв. м. фундамента.
• Хорошие изоляционные характеристики.
• Упрощенная конструкция опалубки и армирующего каркаса.
• Быстрая заливка раствора в опалубку с простой формой.
• Плита может быть черновым полом первого этажа.

Монтаж плитного фундамента не исключает наличие подвала или цокольного этажа. Выполнить заливку плиты можно ниже линии промерзания грунта. Возможность строительства заглубленного фундамента зависит от геологических характеристик участка. Построить заглубленный фундамент нельзя при высоких грунтовых водах, при значительных подвижках грунта.

Для чего нужно армирование монолитной плиты

Монолитная бетонная плита хорошо выдерживает нагрузки на сжатие. Но нагрузки на растяжение или на изгиб постепенно приводят к разрушению конструкции. Неравномерная передача нагрузки на бетонную плиту приводит к появлению изгибающего момента.

Запомните:

Армирующий каркас увеличивает прочность плиты и продлевает время службы фундамента.

Наличие каркаса из арматуры повышает устойчивость бетонной плиты к нагрузкам на растяжение и на изгиб. Модуль упругости арматуры выше, чем модуль упругости бетона. Арматурный каркас не позволяет бетону растягиваться. Поэтому армированный фундамент обладает максимальной надежностью.

Что отличает плитный фундамент

При самостоятельном устройстве монолитного плитного основания следует руководствоваться рядом основных рекомендаций, основанных на стандартах, строительных нормах, наработанной практике:

• Толщина плиты прямопропорционально возрастает с увеличением размера строения.
• Достаточный для небольших домов параметр толщины – 10 см.
• Для больших домов показатель толщины не может быть менее 20 см.
• Для небольших строений не требуется большого заглубления плиты, — достаточно снять растительный слой по всей площади строения.
• Вместо удалённого грунта в качестве подготовительного слоя под монолит укладывается песчано-гравийная смесь с тщательным уплотнением.
• Для массивных зданий котлован подготавливается с таким расчёом, чтобы в него погружалась половина толщины плиты.
• Верхняя поверхность фундаментной плиты может выполняться ровной либо ребристой.

В расчётах глубины заложения плиты и насыщенности конструкции арматурой учитываются категории грунтов и климатические условия в месте строительства.

Этапы устройства плиты фундамента:

• разметка границ котлована под строение;
• удаление в намеченном контуре растительного рыхлого грунта, с последующим устройством утрамбованного подстилающего слоя плиты;
• покрытие подушки стяжкой из цементно-песчаного раствора толщиной примерно 10 см;
• устройство гидроизоляции по поверхности стяжки с учётом напусков на торцы конструкции;
• монтаж инженерных коммуникаций и технологических отверстий;
• установка опалубки с надёжным закреплением по периметру.

Важно!

Только после выполнения всех перечисленных этапов можно приступать к армированию фундамента.

Инструменты и материалы для армирования плиты фундамента

Для монтажа арматурного каркаса можно использовать 2 вида материалов. Металлический каркас собирается с помощью сварки или на проволоку. Крепление стеклопластиковой арматуры для фундамента-плиты проводится пластиковыми стяжками.

Какие инструменты понадобятся для сборки каркаса:

• болгарка;
• кусачки для арматуры;
• фиксаторы из металла или пластика;
• плоскогубцы;
• молоток;
• рулетка;
• рабочие перчатки;
• защитные очки.

Для установки собранного каркаса нужны подставки, чтобы приподнять решетку над основанием. Монтаж фиксаторов позволяет избежать деформации и смещения каркаса.

Последствия неправильного армирования плитного фундамента

Неправильное армирование плитного фундамента приводит к серьезным последствиям:

• Появление трещин в монолитной бетонной плите.
• Коррозия металлической арматуры из-за попадания воды в трещины.
• Образование трещин в стенах жилого дома.
• Деформация постройки из-за нарушения целостности фундамента.

Перед монтажом плиты важно правильно рассчитать нагрузки, выбрать сечение арматуры и марку бетона согласно ГОСТ и СНиП.

Сравнение металлической и композитной арматуры для фундамента плиты

Композитная арматура для монолитной плиты по многим характеристикам превосходит стальную Сравнительные характеристики двух материалов:

• По прочности на разрыв стеклопластиковая арматура в 3 раза превосходит стальную (1200 МПа у композитной против 360 МПа у металлической).
• Теплопроводность у композитных прутьев меньше, чем стальных. Установка композитного каркаса уменьшает потери тепла через фундамент. Это позволяет уменьшить расходы на отопление дома.
• Металл проводит электричество и искажает радиоволны. Полимеры не проводят ток и не влияют на беспроводные сигналы.

Композитная арматура поставляется в бухтах, а металлическая — в прутках. Цену композитного материала принято указывать за погонный метр, а не за вес. Стеклопластиковая арматура стоит дешевле на 25-30%, чем стальные аналоги равного диаметра.

Армирование плитного фундамента композитной арматурой

Композитная арматура в плитном фундаменте образует каркас, который увеличивает надежность бетонной плиты. Поверхность композитных прутьев бывает гладкой или шероховатой. Некоторые виды арматуры имеют ребра, идущие по спирали. Ребристая поверхность улучшает сцепление стержней с массой бетона.

Преимущества использования стеклопластиковой арматуры в монолитной плите

У армирования фундаментной плиты стеклопластиковой арматурой много преимуществ. Почему стоит выбрать этот материал:

• Высокая прочность полимерных нитей на разрыв.
• Устойчивость к коррозии при контакте с водой.
• Стойкость к действию агрессивных химических веществ.
• Низкая теплопроводность, отсутствие «мостиков холода».
• Свойства материала не меняются при температуре от -70°C до +200°C.
• Низкий удельный вес облегчает монтаж арматурного каркаса.
• В состав стеклоарматуры входят экологичные вещества.
• Длина прута для монтажа каркаса не ограничивается.
• Каркас не создает помех для радиоволн, мобильной связи и Wi-Fi.

Использование композитной арматуры в плитном фундаменте продлевает срок службы дома в 2-3 раза. Армированная плита будет служить 50-80 лет без необходимости ремонта.

Недостатки

Композитная арматура плохо выдерживает нагрузки на прогиб. Нагрузка, от которой стальной прут согнется, приведет к разрыву композитного прута. Применять стеклоарматуру для монтажа балок и плит перекрытия не рекомендуется.

По прочности на прогиб стеклопластик уступает металлу (200 000 МПА у металла и 55 000 МПа у композита). Но в монолитных фундаментах нет изгибающих нагрузок, с которыми не справилась бы арматура из стеклопластика.

Запомните:

Композитная арматура в плитном фундаменте не снижает прочность конструкции. На плиту не поступают чрезмерные нагрузки на прогиб, поскольку фундамент опирается на грунт всей площадью.  

Особенности использования композитной арматуры в монолитном фундаменте

Армирование монолитной плиты композитной арматурой проводят без сварки. Арматурный каркас связывают пластиковыми хомутами. Расстояние между продольными и поперечными прутьями должно быть одинаковым. Иначе каркас не будет эффективно защищать бетон от растяжения.

Этапы монтажа композитного арматурного каркаса:

1. Установка опалубки для заливки бетонного раствора.
2. Подготовка композитных прутов нужной длины.
3. Укладка первого ряда параллельных прутьев.
4. Укладка второго ряда прутьев, перпендикулярного первому.
5. Связывание двух рядов прутьев в сетку с квадратными ячейками.
6. Создание второй сетки по аналогии с первой.
7. Подъем первой сетки на низкие подставки на дне котлована.
8. Подъем верхней сетки на высокие вертикальные стойки.
9. Заливка бетонной смеси в подготовленную опалубку.

Расстояние от прутьев до опалубки или дна траншеи должно быть не менее 3 см. Для придания каркасу нужной формы используются фиксаторы из пластика (формата «стойка» и «звездочка»).

Правила работы со стеклопластиковой арматурой

От поверхности композитной арматуры могут отходить тонкие волокна. При работе без перчаток в ладонях может появиться жжение из-за невидимых заноз. Работать с композитными материалами нужно в прорезиненных перчатках.

Отрезать от бухты прутья нужной длины можно:

• болгаркой;
• болторезом;
• арматурными кусачками;
• ножовкой по металлу.

При нарезке стеклопластиковой арматуры для монолитной плиты фундамента стоит использовать защитные очки.

Какую арматуру выбрать для плитного фундамента

Расчёт армирования плиты независимо от вида арматуры, – обязательная часть строительного проекта здания.

При его отсутствии выбор вида и параметров армирования производится на основе возведения аналогичных строений либо информации из доступных источников. При этом стоит учесть: грамотный выбор арматуры – важнейший фактор надёжности возводимого дома.

Принцип работы арматуры в плите: при неравномерном пучении зимнего грунта прочность монолитной плиты обеспечивается армированием, — она не сломается при поднимании грунтом одного конца плиты. Аналогичная ситуация возникает при вымывании грунтов из-под угла плиты весной, при таянии снега, дождях, половодье.

Выводы

Применять композитную арматуру для плитного фундамента можно, это позволит значительно сэкономить на монтаже без потери прочности плиты. Композитные прутья не ржавеют от намокания. Стоит использовать их при строительстве дома на участке с высокими грунтовыми водами или на заболоченной почве.

Применения стеклопластиковой арматуры в плитных фундаментах

Применения стеклопластиковой арматуры в плитных фундаментах для малоэтажной застройки

План дома

Армирование фундаментной плиты. Арматура АКС. Плита 300 мм.

Армирование плиты фундамента. Арматура АКС. Плита 200 мм.

Исходные данные

• Принимаем расчетное сопротивление грунта R0 = 1.5кг/ смІ
• Размеры здания в плане 10х10 м с шагом поперечных стен не более 5 метров
• Здание 2-х этажное. Перекрытие – монолитный железобетон t=180. Кровля – деревянные

стропила. Наружные стены – кирпичная кладка 250 мм и штукатурка по утеплителю

• Высота этажа 3м.
• Фундамент – плитного типа, мелкого заложения

Задачи:

• Расчет фундаментной плиты с использованием стеклопластиковой арматуры АКС
• Сравнительные выводы расхода и цены для фундаментной плиты с использованием стеклопластиковой арматуры АКС

№ п.п.	Конструкция	Формула подсчета	Нагрузки кг/м²
			Норматив	коэффициент перегрузки	Расчёт нагрузки
	1-й этаж
1	Фундаментная плита	q = 0. 3м*2.7m I м³ = 0.81 т/м²*	810	1.1	900
2	Цементно-песчаная стяжка(ЗО)	q = 0.03м*1.8m I м³ = 0.054 т/м²*	54	1.1	60
3	Керамическая плитка		27	11	30
4	Полезная нагрузка	СНиП 2.01.07-85*	150	1.3	200
	Итого				1190

	2-й этаж
1	Плита перекрытия	q = 0.3м*2.7m I м³ = 0.81 т/м²* *	48b	1,1	535
2	Цементно-песчаная стяжка(30)	q = 0.03м*1.8m I м³ = 0.054 т/м²*	54	1.1	60
3	Керамическая плитка		27	1.1	30
4	Вес перегородок	СНиП 2.01. 07-85*	50	1.3	65
5	Полезная нагрузка	СНиП 2.01.07-85*	150	1.3	200
	Итого				890

• кирпичная кладка 250 мм при высоте кладки 7 м

(ƴ кл =1.3тн / мі)

q = 0.25м * 1.3т / мі * 7м * 1.1 = 2.5т / м

• утеплитель 200 мм при высоте +тены 7 м

(ƴ ут =0.2тн / мі)

q = 0.2м * 0.2т / мі * 7м * 1. 1 = 0.31т / м

• штукатурка 50 мм при высоте стены 7 м

(ƴ шт =1.4тн / мі)

q = 0.05м * 1.4т / мі * 7м * 1.1 = 0.54т / м

Вес от наружных стен составляет: q = 2.5т / м + 0.31т / м + 0.54т / м = 3.35тн / м

Вес здания при общей площади S = 10м * 10м = 100мІ , при общей длине внутренних несущих

стен

l = 10м + 10м = 20м и при общей длине наружных стен lнар = (10м + 10м) *2 = 40м

составляет:

P =100мІ *(0.89тн / мІ + 0.4тн / мІ ) + 20м * 2.5тн / м + 40м * 3.35тн / м = 313тн

Расчетная нагрузка на основание здания

p₀= 313тн /100мІ = 3. 13тн / мІ = 0.313кг / смІ

• При внесении изменений в предложенные конструкции здания и габариты, сбор нагрузок

необходимо выполнить заново вместе с расчетом фундаментной плиты.

• При изменении пролетов между несущими стенами расчет плиты также выполняется

заново.

• При выборе в качестве несущих конструкций – колонн вместо стен, фундаментную плиту

необходимо дополнительно проверить на продавливание в местах их опирания.

Расчет фундаментной плиты с использованием арматуры из стеклопластика при толщине плиты 300 мм

• Толщину фундаментной плиты назначаем аналогичную – 300 мм.
• Расчетное сопротивление растяжению арматуры из стеклопластика R АКП-СП b =12 000кг/смІ
• Нагрузки принимаем те же – 3.13 тн/мІ
• Максимальный пролетный момент между стенами Mпр max = 5,5 тн* м
• Максимальный опорный момент над средней стеной Mоп max = — 9,8 тн* м

Подбор сечения арматуры в нижней зоне под стенами (перпендикулярно стенам)

Определяем коэффициент A0 при b =1(м):

Принимаем основную в нижней зоне армирования из Ш8 AКП-СП с шагом 200 (As=2. 51смІ)

Дополнительно вводим арматуру Ø8 АКП-СП с шагом 200 перпендикулярно несущим стенам

5.02смІ >3.44 смІ, следовательно, условие выполнено.

Подбор сечения арматуры в верхней зоне в пролетах (между стенами)

Определяем коэффициент A0 при b =1(м):

Площадь сечения арматуры класса АКП-СП:

Принимаем в верхней зоне армирования сетку из Ø8 АКС с шагом 200 (As=2.51смІ)

6. Расчет фундаментной плиты с использованием арматуры из стеклопластика при толщине плиты 200 мм

• При армировании фундаментной плиты арматурой из стеклопластика можно уменьшить

величину защитного слоя, т.к. арматура не подвержена коррозии и имеет лучшие

характеристики по расчетному сопротивлению на растяжение.

• Толщину фундаментной плиты назначаем – 200 мм.
• Величина защитного слоя 30 мм.
• Рабочая зона сечения — R АКП-СП b ⁼12 000кг/смІ
• Расчетное сопротивление растяжению арматуры из стеклопластика R АКП-СП b = 12 000кг/смІ
• Нагрузки принимаем те же – 3. 13 тн/мІ
• Максимальный пролетный момент между стенами Mпр max = 5,5 тн* м
• Максимальный опорный момент над средней стеной Mоп max = — 9,8 тн* м

Подбор сечения арматуры в нижней зоне под стенами (перпендикулярно стенам)

Определяем коэффициент A0 при b =1(м):

Площадь сечения арматуры класса АКП-СП:

Принимаем основную в нижней зоне армирования из Ш10 AКП-СП с шагом 200 (As=3.93смІ)

Дополнительно вводим арматуру Ø10 АКП-СП с шагом 200 перпендикулярно несущим стенам

7.86смІ >5.7 смІ, следовательно, условие выполнено.

Подбор сечения арматуры в верхней зоне в пролетах (между стенами)

Определяем коэффициент A0 при b =1(м):

Площадь сечения арматуры класса АКП-СП:

Принимаем в верхней зоне армирования сетку из Ø10 AКС с шагом 200 (As=3. 93смІ)

Результат

• Для выбранного 2-х этажного здания, в фундаментной плите толщиной 300 мм принята
• При той же толщине плиты стеклопластиковая арматура должна быть не менее Ш8 АКС.

• Затраты на стеклопластиковую арматуру при одинаковой толщине фундаментной плиты в 2 раза меньше, чем на стальную. В связи с тем, что антикоррозийная стойкость стеклопластиковой арматуры несравнимо выше стальной, может быть уменьшен защитный слой бетона и, соответственно, толщина плиты. При толщине плиты 200 мм применяется стеклопластиковая арматура — Ш10 АКС с шагом 200 в обоих направлениях в нижней и верхней зонах армирования с местным усилением под стенами.

• При внесении изменений в предложенные конструкции здания и габариты, сбор нагрузок

необходимо выполнить заново вместе с расчетом фундаментной плиты.

• При изменении пролетов между несущими стенами расчет плиты также выполняется заново.

• При выборе в качестве несущих конструкций – колонн (вместо стен), фундаментную плиту необходимо дополнительно проверить на продавливание в местах их опирания.
• Расчет фундаментной плиты произведен только на прочность.
• Расчет произведен исходя из цен на стеклопластиковую арматуру, действительных на дату

• Обращаем внимание, что при расчете надземных конструкций необходимо обязательно производить расчет по деформациям, т.к. модуль упругости арматуры АКС в 10 раз ниже модуля упругости стальной арматуры.

План дома с размерами 10х10 М1:100

Армирование фундаментной плиты стеклопластиковой арматурой

Нижняя часть

Армирование фундаментной плиты стеклопластиковой арматурой

Верхняя часть

Ведомость расхода стеклопластика на фундаментную плиту t=300, кг

Ведомость расхода стеклопластика на фундаментную плиту t=200, кг

Марка элемента	Арматурные изделия				Общий расход, кг.
	АКП-СП			Всего
	Ø 8	Ø 10	итого
Фундаментная плита	10	274	284	284	284
бетон В 25 F 100 W 4					V = 20м³

Композитное строительство — SteelConstruction.info

Композитное строительство доминирует в секторе нежилого многоэтажного строительства. Так было уже более двадцати лет. Его успех обусловлен прочностью и жесткостью, которые могут быть достигнуты при минимальном использовании материалов.

Причина, по которой композитные конструкции часто так хороши, может быть выражена одним простым способом: бетон хорош на сжатие, а сталь на растяжение. Благодаря структурному соединению двух материалов эти сильные стороны могут быть использованы для создания высокоэффективной и легкой конструкции. Уменьшенный собственный вес композитных элементов имеет эффект домино, уменьшая силы в тех элементах, которые их поддерживают, включая фундаменты. Композитные системы также предлагают преимущества с точки зрения скорости строительства. Уменьшение глубины пола, которое может быть достигнуто с помощью композитной конструкции, также может обеспечить значительные преимущества с точки зрения стоимости услуг и ограждающих конструкций здания.

Эта статья охватывает композитные балки, композитные плиты, композитные колонны и композитные соединения. В то время как балки и плиты очень распространены в строительстве Великобритании, действительно существует ряд различных основных типов композитных балок, композитных колонн и композитных соединений гораздо меньше. Причины этого рассмотрены ниже.

Трапециевидный настил, установленный на нижних балках

Содержимое

• 1 Проектирование составных элементов и систем
• 2 Как и почему работает композитная конструкция
• 3 Типы композитных балок
  • 3.1 Нижние балки
  • 3.2 Решения для больших пролетов
  • 3. 3 Решения для неглубоких полов
• 4 Композитные плиты
• 5 Составные колонны
• 6 Композитные соединения
• 7 Каталожные номера
• 8 Дополнительная литература
• 9 Ресурсы
• 10 См. также
• 11 Внешние ссылки

[вверх]Проектирование композитных элементов и систем

Проектирование композитных балок в Великобритании традиционно выполнялось по BS 5950-3-1 ^[1] . Композитные плиты с профилированным стальным листом были разработаны в соответствии с BS 5950-4 ^[2] , а профилированный настил, используемый для этих плит, — в соответствии с BS 5950-6 ^[3] . Не существовало руководства по британским стандартам для композитных колонн. Проектирование композитных балок и композитных плит (для зданий) теперь регулируется BS EN 1994-1-1 9.0051 [4] . BS 5950-6 ^[3] был заменен BS EN 1993-1-3 ^[5]

Дополнительную информацию об относительном статусе структурных Еврокодов и британских стандартов можно найти, перейдя по ссылке здесь.

[наверх]Как и почему работает композитная конструкция

Показано распределение пластических напряжений в типичной балке цоколя, действующей вместе с композитной плитой. Относительные пропорции стального профиля и плиты означают, что, как это обычно бывает, пластическая нейтральная ось лежит внутри бетона. Следовательно, вся сталь находится в напряжении.

Распределение пластических напряжений в составной балке

Бетон — это материал, хорошо работающий на сжатие, но обладающий незначительным сопротивлением растяжению. Следовательно, в конструкционных целях он традиционно опирается на стальную арматуру, чтобы выдерживать любые растягивающие усилия (эту роль играет стальная часть композитного поперечного сечения, которая фактически является внешней арматурой), или должна быть предварительно напряжена, чтобы даже при воздействии растяжение, элемент находится в чистом сжатии.

Составные элементы перекрытий – краевая балка нижнего цоколя, продольный трапециевидный настил, приварная поперечная стойка, кромочная накладка и бетон

Для бетонной части (в пределах так называемой эффективной ширины) поперечного сечения, способного выдерживать сжатие, и стали часть, чтобы нести напряжение, два материала должны быть структурно связаны друг с другом. Для нижних балок это достигается с помощью срезных шпилек с головкой, которые крепятся к верхней полке стальной балки. Это крепление обычно достигается с помощью так называемой сквозной сварки палубы. Профилированный металлический настил, составляющий основу композитных плит, зажат между основанием стойки и верхним фланцем, а процесс сварки соединяет все вместе. Наличие оцинковки на настиле не влияет на качество сварки.

В исключительных случаях сквозную сварку настила можно избежать, используя один пролет настила (который соединяется встык с рядами шпилек, приваренных непосредственно к верхнему фланцу в производственном цехе) или вырезая отверстия в настиле, чтобы его можно было сбросить шпильки приварены цехом.

Доступны другие формы соединения на сдвиг, в том числе шпильки большего диаметра и соединители с дробеструйным обжигом, но для зданий наиболее распространенным вариантом являются шпильки с головкой диаметром 19 мм. Их сопротивление согласно BS EN 1994 ^[4] , при использовании с поперечным настилом меньше сопротивления, указанного в BS 5950-3-1 ^[1] . Кроме того, в стандарте BS EN 1994 ^[4] указано, что на один желоб можно использовать не более двух стоек, если настил проходит поперек оси балки.

Одним из преимуществ сварных шпилек является то, что они считаются пластичными, а это означает, что (при отсутствии каких-либо соображений усталости) соединение на сдвиг может быть спроектировано с использованием принципов пластичности, поскольку предполагается, что сила может перераспределяться между соседними шпильки. Это значительно упрощает процесс проектирования.

Сквозная приварка срезных шпилек
(поперечный повторно входящий настил)

Если балка спроектирована с полным сдвиговым соединением, это означает, что присутствует достаточное количество соединителей, чтобы либо полностью разрушить бетон при сжатии, либо полностью разрушить стальную секцию при натяжение (в зависимости от того, какая сила меньше). Однако может использоваться меньшее количество соединителей, что приводит к так называемому соединению с частичным сдвигом. Это может произойти, если приложенная нагрузка находится на достаточно низком уровне, например, в обычных случаях, когда конструкция балки определяется этапом строительства или соображениями эксплуатационной пригодности. Однако в нормах также указывается определенная минимальная степень соединения, необходимая для предотвращения чрезмерного проскальзывания между сталью и бетоном, что может привести к выходу из строя соединителей.

До внесения поправок в 2010 г. в стандарте BS 5950-3-1 ^[1] , написанном в 1980-х годах, использовался довольно упрощенный подход к вопросу минимальной степени соединения при сдвиге. Стандарт BS EN 1994 ^[4] признает два дополнительных параметра, влияющих на эту минимальную степень, а именно марку стали и эффект асимметрии, когда одна из полок балки больше другой (часто используется меньшая верхняя полка, поскольку бетон несет наибольшую нагрузку). сжатия, но такая асимметрия предъявляет повышенные требования к проскальзывающей способности к сдвиговым шпилькам). Для стали S275 и симметричных профилей пределы в BS EN 1994 ^[4] значительно менее обременительны, чем найденные в BS5950 ^[1] . Для несимметричных балок они значительно более обременительны. Даже в стандарте BS EN 1994 ^[4] не признаются значительные преимущества, когда балка не подпирается во время строительства, как это делается в большинстве случаев. В нем также не учитываются преимущества, которые можно получить, если в балке регулярно расположены большие отверстия в стенке или она только частично используется при изгибе (поскольку соображения SLS определяют дизайн). SCI P405, опубликованный SCI в 2015 году в качестве замены NCCI, произведенного SCI (Pn002a), позволяет ослабить минимальную степень соединения при соблюдении определенных критериев.

Преимущество конструктивного соединения стали и бетона заключается в увеличении сопротивления только стальной балки; обычно это будет примерно в два раза. Жесткость может увеличиться до трех раз. Относительные преимущества уменьшаются с увеличением пролета, поскольку размер стальной балки увеличивается по сравнению с размером плиты.

Стальной каркас с |композитными балками во время строительства
(Изображение предоставлено Structural Metal Decks Ltd.)

Компоненты составной балки такие же, как описано выше, но те же принципы применимы к составным плитам и составным колоннам. В плите используется профилированный стальной настил вместо стального профиля, а усилие передается через выпуклости и определенные аспекты геометрии настила (а не отдельные срезные шпильки).
Композитная колонна может представлять собой стальную трубу с полым сечением, заполненную бетоном, или открытую стальную секцию, залитую бетоном. Усилие передается между двумя материалами за счет трения и, при необходимости, отдельных механических соединителей, в том числе срезных шпилек, которые могут быть прикреплены к встроенной стальной секции.
При всех формах композитной конструкции проектировщику важно не забывать об этапе строительства. Предполагая, что нет временной опоры, стальная часть композитного поперечного сечения должна самостоятельно противостоять собственному весу и другим нагрузкам конструкции, поскольку бетон на этом этапе неэффективен. Мало того, что сопротивление меньше, но могут быть явления нестабильности, которые следует учитывать. При комбинированном воздействии верхняя полка стальной балки удерживается плитой в поперечном направлении, но во время строительства боковое выпучивание при кручении (LTB) может уменьшить эффективное сопротивление — только когда настил проходит поперечно и правильно закреплен, это предотвращает LTB — дальнейшие указания см. доступен в обеих версиях, в SCI P359, а детализация в SCI P300.

[наверх]Типы составных балок

Ниже рассматриваются три основных типа составных балок. Факторы, относящиеся к конкретному проекту, будут влиять на то, какая система напольного покрытия является наиболее подходящей.

[верх] Нижние балки

Открытые концы сборных элементов, готовые к армированию и монолитному бетонированию

Наиболее распространенный тип составной балки — это тот, в котором составная плита располагается поверх нижней балки, соединенной с помощью сварных шпилек, работающих на срез. Эта форма конструкции имеет ряд преимуществ — профнастил выступает в качестве внешнего армирования на этапе сборки, а на этапе строительства — как опалубка и рабочая площадка. Он также может обеспечить боковое ограничение балок во время строительства. Настил поднимается на место в связках, которые затем вручную распределяются по площади пола. Это значительно снижает подъемную силу крана по сравнению с альтернативой на основе сборного железобетона.

Дополнительные рекомендации по практическим аспектам укладки настила можно найти в руководстве по передовой практике SCI P300.

Другим распространенным типом составной балки является балка, в которой, как и в случае традиционного некомпозитного стального каркаса, сборная железобетонная плита располагается поверх верхней полки стальной балки. Эффективный диапазон пролетов для этого типа решения составляет от 6 до 12 м, что делает его конкурентом для ряда вариантов бетонных полов. Особая детализация требуется для соединения на сдвиг, когда используются сборные элементы, чтобы корпус сборных элементов мог быть подвижен как часть бетонной сжимающей полки. См. SCI P401 для получения дополнительной информации.

[top]Решения для длинных пролетов

Для удовлетворения потребностей в длинных пролетах доступно несколько вариантов идеи нижних балок. Они дают возможность получить более длинные пролеты (20 м и более), чем это возможно при использовании «стандартной» сплошной стенки, катаной балки.

[top]Решения для неглубоких полов

Система USFB
(Изображение предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

Неглубокие этажи предлагают ряд преимуществ, таких как минимизация общей высоты здания для заданного количества этажей или максимальное количество этажей для заданная высота здания. Кроме того, достигается плоский софит – нет никаких прерываний, характерных для нижних балок, – что дает полную свободу для распределения услуг под полом. Эти выгоды следует рассматривать в контексте данного проекта, чтобы определить, когда они наиболее уместны.

Неглубокость перекрытий достигается размещением плит и балок в одной зоне. Это достигается за счет использования асимметричных стальных балок с более широкой нижней полкой, чем верхняя полка, что позволяет плите располагаться на верхней поверхности нижней полки с соответствующей опорой, а не на верхней поверхности верхней полки, как в нижних балках. Плита перекрытия может быть в виде сборной железобетонной плиты или сборной плиты с металлическим настилом (можно использовать как мелкий, так и глубокий настил). Дополнительным преимуществом является то, что некоторые формы конструкции неглубокого перекрытия по своей сути обеспечивают сложное взаимодействие между балками и плитой, тем самым повышая эффективность конструкции.

Доступен ряд решений для неглубоких перекрытий, в том числе Ultra Shallow Floor Beams (USFB) от Kloeckner Metals UK Westok и решения для тонкого перекрытия от ArcelorMittal.

Kloeckner Metals UK Система USFB компании Westok состоит из неглубокой и асимметричной ячеистой балки Westok с арматурой, проходящей через ячейки для крепления плиты к балке. Для USFB может быть задействовано «комбинированное действие штепсельной вилки», что было продемонстрировано с помощью полномасштабных лабораторных испытаний, для дальнейшего повышения пропускной способности секции. Чтобы мобилизовать «Plug Composite Action», необходимо принять следующую детализацию:

• Композитные плиты с металлическим настилом: бетонная заливка на уровне верхней полки или выше нее
• Сборные элементы, как правило: Минимум 50 мм на уровне верхнего фланца или над ним
• Пустотные блоки: Каждые 2 ^и сердечники выламываются, заливаются бетоном и армируются через ячейку
• Сплошные монолитные плиты: Залитый бетон на уровне верхней полки (или выше)

USFB могут экономично перекрывать до 10 м с конструкционной глубиной, которая очень выгодна по сравнению с железобетонными плитами. плоские плиты. Таким образом, они популярны во многих секторах, особенно в образовании, коммерческом и жилом секторе.

[top]Композитные плиты

Композитные плиты состоят из железобетона, залитого поверх стального профилированного настила, выполняющего роль опалубки при строительстве и внешнего армирования на завершающем этапе. Настил может быть многоразовым или трапециевидным, как показано ниже. Трапециевидный настил может иметь глубину более 200 мм, и в этом случае он называется глубоким настилом. Дополнительные арматурные стержни могут быть помещены в желоба настила, особенно для глубокого настила. Иногда они требуются в мелком настиле, когда большие нагрузки сочетаются с высокими периодами огнестойкости.

• Повторяющийся и трапециевидный настил

• Настил с повторным входом

• Трапециевидный настил

На рисунке ниже показана геометрия типичной трапециевидной платформы толщиной 80 мм. Сталь оцинкована и может иметь различную толщину, хотя обычно она составляет около 1 мм. Поскольку он очень тонкий, необходимы ребра жесткости, чтобы избежать местного коробления, когда он действует как оголенная стальная секция, чтобы выдерживать влажный вес бетона и другие строительные нагрузки. Повторяющийся элемент жесткости, показанный в верхней части настила, не только придает жесткость верхнему фланцу, но также может использоваться для поддержки подвесок для относительно легких предметов, подвешенных к потолку. Блокировка достигается за счет выпуклостей (ямочек), которые ввернуты в профиль настила, и за счет улавливания бетона вокруг повторно входящих частей профиля. Стандартных профилей настила не существует, поэтому взаимодействие, достигаемое за счет тиснения и т. д., на каждом настиле отличается. Это определяется испытаниями, проводимыми производителем палубы.

Геометрия типичного трапециевидного настила толщиной 80 мм

Результаты таких испытаний традиционно переводятся в так называемые эмпирические константы m и k, которые определяют характеристики конкретного настила. Стандарт BS EN 1994 ^[4] также включает возможность определения связи при сдвиге на единицу площади плиты (τ), которую затем можно использовать как часть более сложного подхода (значение τ аналогично сопротивлению сдвигу). шпилька). Дизайнеры получают соответствующую информацию (неявно) из программного обеспечения или брошюр, предоставляемых производителями настила.

Профилированный настил часто проектируется так, чтобы он был непрерывным в течение двух пролетов, когда он действует как опалубка. Композитные плиты обычно проектируются так, чтобы они были простыми перекрытиями при комнатной температуре, но непрерывными в условиях пожара. Эта непрерывность достигается благодаря номинальному армированию, которое также выполняет другие функции, такие как контроль над трещинами, которые продолжаются над промежуточными опорами (его влияние, которое считается полезным, игнорируется при расчете при комнатной температуре).

Повторяющийся или трапециевидный настил глубиной от 50 до 60 мм может иметь ширину около 3 м без подпорок, трапециевидные профили глубиной 80 мм могут иметь пролеты примерно до 4,5 м без подпорки, а глубокий настил может достигать около 6 м. Общая глубина плит варьируется от 130 мм и выше. Двухчасовая огнестойкость может быть достигнута без необходимости противопожарной защиты стального настила.

В композитных плитах можно формировать проемы, однако это следует планировать и формировать проемы на этапе строительства, а не вырезать бетон. Проемы площадью до 300 мм не требуют дополнительных приспособлений, до 700 мм требуется дополнительное локальное усиление вокруг проема, а проемы свыше 700 мм требуют использования обрезков стали для поддержки проема.

Дополнительные указания по проектированию и детализации композитных плит приведены в SCI P359.и SCI P300 соответственно, противопожарное проектирование в соответствии с Еврокодами обсуждается в SCI P375, также доступны рекомендации по установке металлического настила.

[top]Составные столбцы

Составные столбцы могут иметь различные формы, как показано на рисунке ниже. Как и все композитные элементы, они привлекательны тем, что сочетают относительную прочность как стали, так и бетона. Это может привести к высокому сопротивлению при относительно небольшой площади поперечного сечения, тем самым максимизируя полезную площадь пола. Они также демонстрируют особенно хорошие характеристики в условиях пожара.

Типовые поперечные сечения составных колонн

Правила проектирования составных колонн в несущих каркасах приведены в BS EN 1994-1-1 ^[4] . Это первый раз, когда руководство дается в кодексе для использования в Великобритании, что может объяснить, почему композитные столбцы до сих пор редко использовались. Правила предусмотрены для композитных двутавровых профилей, полностью или частично закрытых (только заполнение стенками), а также для пустотелых профилей, заполненных бетоном. Показаны типичные поперечные сечения. Композитные колонны, требующие опалубки во время выполнения, как правило, не считаются рентабельными в Великобритании.

Заполненные бетоном полые сжимаемые элементы не нуждаются в опалубке, и они используют материал более эффективно, чем эквивалентные H секции. Бетонное заполнение значительно увеличивает сопротивление сжатию голой стальной секции, распределяя нагрузку и предотвращая локальное коробление стали. Выигрыш в огнестойкости может быть не менее ценным, особенно если он позволяет оставить колонну незащищенной или лишь слегка защищенной. Заполняющий бетон удерживает свободную воду, которая в других ситуациях была бы потеряна; его скрытая теплота испарения значительно задерживает повышение температуры.

Можно использовать прямоугольные и круглые полые профили. Преимущество прямоугольных профилей состоит в том, что они имеют плоские поверхности для соединения торцевой пластины между балкой и колонной (с использованием соединений Flowdrill или Hollo-bolt). Обычные ребристые пластины могут использоваться любой формы.

Разработана программа FireSoft для проектирования заполненных бетоном полых профилей в условиях окружающей среды и пожара.

[наверх]Композитные соединения

Хотя существуют рекомендации по проектированию композитных соединений (SCI P213), они очень мало используются в Великобритании (да и в других странах Европы). Теоретически они кажутся привлекательными, поскольку можно использовать армирование плиты, чтобы избежать необходимости добавления к соединению стальной конструкции, например, с дополнительными рядами болтов в расширенной торцевой пластине. Однако трудно добиться правильной детализации составных соединений, поскольку требования к прочности, жесткости и пластичности могут граничить с взаимоисключающими факторами: слишком малое армирование снизит пластичность соединения (способность к вращению) из-за потенциального разрушения арматуры, снижение пластичности из-за разрушения бетона.

В целях преодоления некоторых практических проблем, с тем чтобы можно было более широко использовать изначально привлекательные свойства составных соединений, в Европе ведутся исследовательские работы, результатом которых может стать включение конкретных рекомендаций в пересмотренную версию BS EN 1994-1-1 ^[4] запланировано примерно на 2025 год.

[наверх]Артикулы

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2 1,3} BS 5950-3-1: 1991+0 StrucA1:20 Дизайн в композитном строительстве. Свод правил проектирования простых и неразрезных составных балок. БСИ
2. ↑ BS 5950-4: 1994 Использование стальных конструкций в строительстве. Свод правил по проектированию композитных плит с профилированными стальными листами. БСИ
3. ↑ ^{3.0 3.1} BS 5950-6: 1995 Использование стальных конструкций в строительстве. Часть 6. Свод правил по проектированию легких профилированных стальных листов. БСИ
4. ↑ ^{4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,6 4,7 4,8 0052 BS EN 1994-1-1: Еврокод 2004 4. Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций. Общие нормы и правила для построек. БСИ}
5. ↑ BS EN 1993-1-3:2006 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для холодногнутых элементов и листов. БСИ

[наверх]Дополнительная литература

• Руководство для проектировщиков стали, 7-е издание. Редакторы Б. Дэвисон и Г. В. Оуэнс. Институт стальных конструкций 2012 г., главы 21, 22 и 23
• Джонсон Р. П., Композитные конструкции из стали и бетона, том 1, 2004 г., Blackwell Scientific Press.
• Джонсон Р.П. Руководство для дизайнеров по проектированию композитных зданий согласно Еврокоду 4, 2-е издание. ЛЕД.
• Nethercot, D. Композитная конструкция. Спон Пресс.

[наверх] Ресурсы

• SCI P300, Композитные плиты и балки с использованием стального настила: передовой опыт проектирования и строительства, (пересмотренное издание), 2009 г.
• SCI P359, Составное проектирование зданий со стальным каркасом, 2011 г.
• SCI P213 Соединения в стальных конструкциях: Композитные соединения, 1998
• SCI P287, Проектирование композитных балок с использованием сборного железобетона, 2003 г. (Обновленная версия этой публикации по Еврокоду, P401, доступна в SCI)
• PN002a, NCCI: Измененное ограничение на частичное сдвиговое соединение в балках для зданий SCI
• SCI P365, Проектирование стальных зданий: раскосные рамы средней высоты, 2009 г.
• SCI P375, Расчет огнестойкости зданий со стальным каркасом, 2012 г.
• SCI P401, Расчет составных балок с использованием сборных железобетонных плит в соответствии с Еврокодом 4, доступен в SCI
• SCI P405, Правила соединения минимальной степени сдвига для строительства в Великобритании в соответствии с Еврокодом 4, 2015 г.
• Инструмент для проектирования пустотелых профилей, заполненных бетоном

[наверх] См. также

• Стальные строительные изделия
• Свойства материала стали
• Напольные системы
• Длиннопролетные балки
• Коды и стандарты проектирования
• Простые соединения
• Соединения с сопротивлением моменту
• Проектирование перекрытий из композитной стали для пожаротушения

[вверх]Внешние ссылки

• Flowdrill
• Hollo-bolt

Вы добавляете в бетон подходящее волокно для правильной цели?

Существует множество вариантов фибробетона, и выбор правильного типа армирования для каждого применения может привести к путанице.

В инженерном проектировании существует два типа армирования, и они заметно отличаются друг от друга: Первичное армирование, также известное как конструкционная сталь, предназначено для восприятия нагрузок. Вторичное армирование, обычно называемое «температурно-усадочной сталью», используется для минимизации эффектов усадки при высыхании, а также теплового расширения и сжатия.

Важно отметить, что ни арматура из сварной проволоки, ни синтетические волокна не могут использоваться для замены первичной арматуры. Тем не менее, они оба могут быть использованы для вторичного армирования. Кроме того, вторичное армирование не предотвращает образование трещин, а служит для ограничения их распространения и ширины раскрытия после их образования.

Правильно спроектированные, построенные и соединенные неармированные бетонные плиты часто не требуют температурного и усадочного армирования. Однако такие условия редко существуют в реальном мире. Таким образом, практически во всех случаях следует рассматривать уменьшение растрескивания, вызванного такими условиями, как ограничение грунтового основания, осадка грунтового основания, усадка при высыхании, а также тепловое расширение и сжатие. Это вторичное армирование необходимо для сведения к минимуму распространения трещины и раскрытия трещины по ширине для таких применений, как плиты на грунте, сборки настила из композитной стали, верхние плиты и тонкостенные сборные перекрытия.

Преимущества синтетических волокон

Синтетические волокна обладают многими преимуществами по сравнению с армированием сварной проволокой. Сварная проволочная арматура требует времени для транспортировки, установки и размещения на соответствующей глубине в плите. Он должен быть размещен между средней и верхней третью плиты, что является трудоемкой работой, часто выполняемой неправильно, и представляет серьезную опасность споткнуться.

Более быстрой, менее трудоемкой и более безопасной альтернативой является использование легких синтетических волокон, которые диспергируются в самой бетонной смеси. Обычно изготовленные из полипропилена или полиэтилена, эти волокна уменьшают многие формы растрескивания, сводя к минимуму длину и ширину любых возникающих трещин.

Выбор между макроволокнами и микроволокнами

Микроволокна используются в бетоне для уменьшения трещин при пластической усадке. Трещины от пластической усадки образуются, когда бетон еще пластичен или может двигаться. Эти трещины обычно вызваны потерей влаги на поверхности бетона. Микроволокна также помогают увеличить однородность стравливания воды, что помогает при отделке.

Микроволокна бывают двух видов: 

• Монофиламенты, похожие на отдельные нити шелка
• Фибриллированные микроволокна, больше похожие на сети, залитые в бетон

Микроволокна можно использовать для увеличения армирования сварной проволоки. Однако их нельзя использовать для замены сварной проволочной арматуры, когда требуются равные характеристики на изгиб.

Макроволокна обычно используются для минимизации и/или устранения как пластического, так и усадочного растрескивания. Их можно использовать для замены арматуры из сварной проволоки и обеспечивать такие же или лучшие характеристики при использовании надлежащей дозировки. Макроволокна обладают всеми преимуществами микроволокон в дополнение к повышенной прочности, прочности на изгиб и устойчивости к ударам и истиранию.

Определение необходимого количества армирующего материала

После выбора соответствующего типа волокна необходимо определить правильную дозу. Для микроволокон определить правильную дозировку относительно легко. Для большинства применений моноволокно, такое как SINTA™ M2219или SINTA™ M3019 при норме дозирования от 0,5 до 0,75 фунтов на кубический ярд бетона будут работать адекватно. Для фибриллированных микроволокон, таких как SINTA™ F19 или SINTA™ F38, типичная доза составляет от 0,75 до 1,5 фунтов на кубический ярд.

Определение правильной дозировки макроволокон может быть немного сложнее. Это начинается с определения назначения макроволокон для выбранного применения. Для большинства жилых и коммерческих плит на земле дозировка STRUX® 9 составляет 3,0 фунта на кубический ярд.0/40 или 75/32 будут адекватно обеспечивать защиту от температуры и усадки. Однако, если вы хотите сделать больше, проконсультируйтесь с инженером, который хорошо разбирается в конструкции бетона, армированного фиброй.

Понимание ACI 544.4 R-18 «Руководство по проектированию фибробетона» содержит простые в использовании рекомендации по проектированию фибробетона в конструкционных и неконструкционных применениях. Кроме того, ASTM C1609/C1609M можно использовать для сравнения синтетических волокон и арматуры из сварной проволоки. Используя эти тесты, STRUX® 90/40, синтетическое макроволокно, добавляемое в бетон в количестве 3,0 фунта на кубический ярд, превосходит характеристики арматуры из сварной проволоки, как показано в таблице ниже, сравнивающей характеристики Re, ₃ . STRUX® 75/32 обеспечивает аналогичные характеристики.

Специальные напольные покрытия

Некоторые компании, производящие волокна, пытаются заявить, что фибриллированные микроволокна являются эквивалентной заменой армирующей сварной проволоки. Приведенные выше данные показывают, что тип фибриллированного волокна, обычно предлагаемый в качестве эквивалентной замены арматуре из сварной проволоки, не обеспечивает эквивалентных характеристик. Хотя они предлагают много преимуществ, некоторые из которых не могут быть у арматуры из сварной проволоки; они не являются «равной» заменой.

Простая дозировка

Бесплатный калькулятор синтетического волокна STRUX® macro — это инструмент нового поколения, который дает вам возможность выбрать необходимый уровень производительности в плите и рекомендует правильные нормы дозировки для STRUX® 90/ 40 волокон в качестве замены армирующей сварной проволоки для вашего конкретного применения. Просто введите указанную арматуру из сварной проволоки, а также прочность на сжатие и толщину плиты.