ЦОКОЛЬНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ И УЗЕЛ ЕГО ОПИРАНИЯ

Полезная модель относится к области строительства каркасных зданий различного назначения (производственных, вспомогательных, административных и др.) на прочных вечномерзлых грунтах и предназначена для монтажа цокольных перекрытий, обеспечивающих снижение теплового воздействия таких зданий на температурный режим грунтов и сохранение их мерзлого состояния.
Известны конструкции цокольных перекрытий каркасных зданий из сборных железобетонных плит, опертых на ростверки или фундаментные балки, ригели или стены, поверх которых уложен слой теплоизоляционного материала с защитным многослойным покрытием (см. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Ленинград, Стройиздат, 1977).
Также известны конструкции цокольных перекрытий каркасных зданий, включающие несущие элементы из монолитного и сборного железобетона (рандбалок, ригелей и плит), сварных элементов из стального проката и слои из одного или нескольких типов утеплителей (см. Типовые конструкции, серия 1.440-3м/92. Конструкции перекрытий железобетонные над холодными вентилируемыми подпольями одноэтажных и многоэтажных производственных зданий для строительства в районах вечной мерзлоты. Выпуски 1…6. - М.: "ЦНИИПРОМзданий", 1992).
Недостатком таких цокольных перекрытий является недостаточная заводская готовность, завышенные размеры швов, зазоров и зон опирания сборных элементов, приводящие к неэффективному расходу теплоизоляционных материалов и значительной трудоемкости их заделки.
Известна конструкция цокольного перекрытия для зданий, возводимых в районах вечной мерзлоты, состоящая из несущей стальной балочной клетки со стальным настилом, непосредственно жестко закрепленной на ростверках свайных фундаментов, подвесного сварного поддона с заполнением из теплоизоляционных материалов и с верхним защитным слоем из монолитного бетона (см. Обустройство Заполярного газонефтеконденсатного месторождения. Промбаза в п. Тазовский. Основания и фундаменты, инв. №18731 "Фундаментпроект", - М., 1994).
Недостатками этой конструкции, наряду с повышенной трудоемкостью ее изготовления непосредственно на стройплощадке, являются низкие теплозащитные характеристики, низкая огнестойкость, наличие многочисленных «мостиков холода» и значительные усилия в несущих элементах от деформаций, вызванных большим перепадом температур наружного воздуха (до 90°C в течении года).
Задачей полезной модели является создание энергоэффективной и огнестойкой сборной конструкции комплексного сборно-монолитного цокольного перекрытия, а также снижение трудозатрат при строительно-монтажных работах, связанных с возведением каркасных зданий различного назначения на прочных вечномерзлых грунтах.
Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в повышении эффективности сборной конструкции комплексного сборно-монолитного цокольного перекрытия, в том числе за счет применения новых видов арматуры и высокопрочного бетона, а также уменьшение усилий на свайные фундаменты от значительных температурных деформаций.
Указанные задача и технический результат решается и достигается тем, что комплексное сборно-монолитное цокольное перекрытие содержит комплексные трехслойные сборные элементы - плиты и балки, состоящие из верхнего несущего слоя, среднего теплоизоляционного слоя и нижнего защитного слоя, выполненного в виде железобетонной плиты, закрепленной по низу среднего теплоизоляционного слоя с помощью гибких связей с верхним несущим слоем, представляющим собой железобетонную плиту; верхняя грань верхнего несущего слоя плиты выполнена с открытым прямоугольным пазом по его контуру, а на боковых гранях верхнего несущего слоя выполнены горизонтальные открытые пазы треугольного сечения, которые при сопряжении плит и балок обеспечивают возможность объединения плит в неразрезной диск перекрытия посредством укладки в открытые прямоугольные пазы верхнего несущего слоя плит арматуры, образующей надопорное армирование, и заполнения бетоном замоноличивания; по углам плит расположены коробчатые опорные столики, свободно примыкающие к нижнему защитному слою плиты; коробчатые опорные столики оперты на ростверки фундаментов через соединительный лист, который снабжен поверху, по меньшей мере, двумя штырями-фиксаторами и прокладочным слоем, закрепленным на нем снизу.
Предпочтительно, что балки выполнены в виде ригелей или рандбалок с консолями на боковых гранях.
Верхний несущий слой и нижний защитный слой комплексных сборных элементов могут быть изготовлены из мелкозернистого тяжелого бетона классов по прочности на сжатие В25 или ВЗО.
Средний теплоизоляционный слой может быть выполнен из экструзионного пенополистирола «Пеноплэкс» и имеет толщину 100, 150 и 200 мм.
Прокладочный слой может быть выполнен из фторопласта, тефлона или капрона и имеет толщину не менее 2 мм.
Арматура, образующая надопорное армирование, может быть выполнена в виде плоских сварных сеток или сварных каркасов из свариваемой арматуры периодического профиля класса A500C или из холоднодеформированной арматуры периодического профиля класса B500C.
Гибкие связи могут быть выполнены из базальтопластика или металлических стержней.
Соединительный лист может быть выполнен из металла или пластмассы.
Таким образом, КСМЦП образуется путем замоноличивания комплексных трехслойных сборных железобетонных элементов - плит, ригелей или рандбалок. Получаемый таким образом неразрезной диск перекрытия свободно опирается на ростверки (оголовки) свайных фундаментов.
Использование комплексных сборных элементов (плит, ригелей, рандбалок) с верхним несущим слоем, средним теплоизоляционным и нижним защитным позволяет дискретно изменять величину допустимой полезной нагрузки и повышать теплозащитные качества перекрытия.
Конструкция ригелей предусматривает выполнение нижнего защитного слоя в виде железобетонной плоской плиты, закрепленной по низу среднего теплоизоляционного слоя с помощью гибких связей, выполненных, например, из базальтопластика или металлических стержней, с верхним несущим слоем, имеющим консоли (полки) на своих боковых гранях, которые предназначены для опирания на них верхнего несущего слоя плит. При этом коробчатые опорные столики свободно примыкают к нижнему защитному слою плит и дополнительная теплоизоляция боковых граней ригеля исключена.
Плиты включают три части, соединенные гибкими связями: верхний железобетонный несущий слой с открытым прямоугольным пазом по контуру; средний теплоизоляционный слой из эффективного теплоизоляционного материала, например, экструзионного пенополистирола «Пеноплэкс» и нижний железобетонный защитный слой.
На боковых гранях верхнего несущего слоя имеются горизонтальные открытые пазы треугольного сечения. Для объединения плит в неразрезной диск перекрытия в верхние прямоугольные пазы укладываются плоские сварные сетки и каркасы, образующие надопорное армирование. Затем верхние и боковые пазы заполняются бетоном замоноличивания.
Коробчатые опорные столики плит оперты на ростверки фундаментов через соединительный лист. Последний снабжен поверху не менее чем двумя штырями-фиксаторами и прокладочным слоем фторопласта, тефлона или капрона толщиной не менее 2 мм, закрепленным на нем снизу.
Опирание плит через соединительный лист, выполненный из металла или пластмассы, с прокладочным слоем фторопласта, тефлона или капрона обеспечивает достаточно точную установку их на монтаже и практически полностью исключает передачу на фундаменты сил трения от температурных деформаций перекрытия, а также возникновение толчков и шума от «продергивания» цокольного перекрытия.
Такое решение узла опирания обеспечивает повышение темпов и качество работ при монтаже цокольных перекрытий.
Для обеспечения необходимого по СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. Госстрой России. - М., ФГУП ЦПП, 2004 - 25с. уровня сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций в цокольных перекрытиях толщина среднего теплоизоляционного слоя, например, из экструзионного пенополистирола «Пеноплэкс» составляет 100, 150 или 200 мм.
Поскольку средний теплоизоляционный слой расположен вне помещений здания, под между верхним несущим и нижним защитным железобетонными слоями, конструкция КСМЦП полностью соответствует требованиям противопожарной преграды 1-го типа, что подтверждает ее полное соответствие требованиям СП 4.13130.2009 и СП 2.13130.2009 (СП 4.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям. МЧС России, - М, ФГУ ВНИИПО МЧС РФ, 2009 и СП 2.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты. МЧС России, - М., ФГУ ВНИИПО МЧС РФ, 2009).
Для оценки эффективности КСМЦП были сравнены его технико-экономические показатели на основании рабочей документации и смет с цокольным перекрытием с традиционной балочной сварной несущей конструкцией по оголовкам свай фундамента.
Определение влияния сравниваемых конструкций цокольных перекрытий на энергетическую эффективность зданий было выполнено на основании специально разработанных энергетических паспортов. Для сравнения сметные данные и проектные решения были приведены в сопоставимый вид с исключением специфических деталей, например, выравнивающих стяжек из цементно-песчаного раствора для разуклонки полов. На основании соответственно скорректированных сметных данных было проведено сравнение основных технико-экономических показателей (на 1 м общей площади), результаты которого приведены в таблице 1.
Таблица 1
Сравнение удельных технико-экономических показателей цокольных перекрытий
Наименование затрат
Единица измерения
Тип перекрытия
Традиционное
КСМЦП
Показатель
%
1. Расход железобетона, в том числе монолитного
М/м
0,200 0,042
0,220 0,032
110 79
2. Расход стального проката (стройплощадка)
кг/м<sup>2</sup>
34,4
4,0
12
3. Трудозатраты на выполнение СМР
чел.час/м<sup>2</sup>
6,32
1,76
28
4. Стоимость СМР
руб./м<sup>2</sup>
1573
631
40
Данные таблицы 1 подтверждают, что использование в системе КСМЦП комплексных сборных элементов высокой заводской готовности, объединяемых в неразрезной диск цокольного перекрытия путем замоноличивания, позволяет уменьшить в 8 раз расход стального проката, в 3,6 раза трудозатраты на стройплощадке и, соответственно, сократить на 60% стоимость строительно-монтажных работ (СМР) при ускоренном темпе их выполнения (200-300 м общей площади в 1 смену).
Проведенные расчеты энергоэффективности также подтвердили существенные преимущества системы КСМЦП (таблица 2).
Таблица 2
Показатели энергоэффективности зданий с различными типами перекрытий
Наименование показателей
Единица измерения
Тип цокольного перекрытия
Традиционное
КСМЦП
Показатель
%
1. Сопротивление теплопередаче цокольного перекрытия
м<sup>2о</sup>С/Вт
3,54
6,28
178
2. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания
<img file="00000001.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />кДж/(м<sup>3</sup>°·C·сут)
25,18
22,73
90
3. Потребность в энергии на отопление здания
ГДж/год
1421
1282
90
4. Затраты на отопление здания
тыс.руб./год
1286,3
1161,0
90
2о
3·
Как видно из таблицы 2, при традиционной конструкции цокольного перекрытия с сопротивлением теплопередаче 3,54 мС/Вт удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 25,18 кДж/(м°С·сут), что на 15% превышает нормируемую по СНиП 23-02-2003 (СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. Госстрой России. - М., ФГУП ЦПП, 2004) величину и здание имеет низкий класс «Д» энергоэффективности.
2
3
При сопротивлении теплопередаче КСМЦП равным 6,28 м°C/Вт удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 22,73 кДж/(м·°C·сут), следовательно, повышение сопротивления теплопередаче КСМЦП по сравнению с традиционным в 1,8 раза обеспечивает снижение потребности энергии на отопление всего здания на 10% и соответствующее снижение эксплуатационных затрат в течение всего его срока службы более 30 лет.
При этом существенно снижается или исключается опасность растепления и протаивания вечномерзлых грунтов под цокольным перекрытием, уменьшения надежности фундаментов.
Конструктивным принципом КСМЦП является создание единого диска неразрезного перекрытия путем армирования и замоноличивания специальных открытых пазов на верхней несущей грани сборных элементов. Перекрытия свободно оперты на ростверки свайных фундаментов, что позволяет существенно уменьшить усилия от значительных температурных деформаций и повысить долговечность КСМЦП.
При расчете КСМЦП в соответствии со СНиП 52-01-2003 (СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Госстрой РФ, - М., ФГУП ЦПП, 2004) рассматривали две стадии его работы:
- первая стадия (монтажная) - до приобретения бетоном замоноличивания проектной прочности;
- вторая стадия (эксплуатационная) - после набора бетоном замоноличивания проектной прочности.
Каждой стадии соответствуют свои расчетная схема и нагрузки.
На первой стадии элементы КСМЦП работают по разрезной схеме и перекрытие воспринимает собственный вес сборных конструкций и бетона замоноличивания, а также монтажные нагрузки. Суммарная расчетная нагрузка принята равной 6 кН/м.
На второй стадии элементы КСМЦП работают по неразрезной схеме, перекрытие превращается в единый монолитный многопролетный диск, который воспринимает расчетную постоянную и временную нагрузку - вес полов, перегородок, оборудования и т.п. или подвижную временную нагрузку от грузовых автомобилей.
В расчет были включены две группы основных типоразмеров изделий - крайних, одноконсольных (однополочных) и средних двухконсольных (двухполочных) ригелей.
В этой системе перекрытие решено как безбалочная неразрезная многопролетная конструкция, опорами которой служат расположенные по сетке 3×3 м и (или) 4,2×3 м свайные фундаменты, а по крайним осям и в температурном шве (по контуру диска) одноконсольные (однополочные) рандбалки.
Важным критерием при выборе конструкций цокольных перекрытий является их огнестойкость. КСМЦП предусматривает объединение комплексных трехслойных сборных элементов путем замоноличивания в неразрезной в двух направлениях многопролетный неразрезной железобетонный диск.
Предел огнестойкости таких статически неопределимых конструкций существенно выше, чем у статически определимых балок и, особенно, традиционных стальных балочных клеток в цокольных перекрытиях.
Выполненный расчет показал, что величина предела огнестойкости КСМЦП после замоноличивания по признаку потери несущей способности составляет 206 минут, что в 1,7 раза превышает нормативные требования к пределу огнестойкости несущих конструкций зданий I степени огнестойкости. При этом конструкция КСМЦП по пожарной опасности относится к классу КО (непожароопасная) в связи с тем, что слой слабо горючего среднего теплоизоляционного слоя расположен вне помещений здания (под верхним несущим железобетонным слоем) и закрыт снизу нижним защитным железобетонным слоем. Таким образом, КСМЦП полностью отвечает также требованиям противопожарной преграды 1-го типа и соответствует указаниям СП 4.13130.2009 и СП 2.13130.2009.
s
В качестве арматуры предусматривается использование свариваемой арматуры периодического профиля А500С (см. И.Н.Тихонов, В.З.Мешков, И.Н.Суриков (НИИЖБ), А.З.Белоусов, Е.С.Савохин (Мосгорэкспертиза). Применение новых видов арматуры - важный ресурс снижения себестоимости. Жур. "Бюллетень строительной техники" №5(885), - М., издательство "БСТ", 2008) с расчетным сопротивлением растяжению R=4430 кгс/см. Это позволит сократить расход стали при равной прочности сечений элементов до 20%. Также предусматривается применение холоднодеформированной арматуры периодического профиля класса В500С, в расширенный сортамент которой включен ряд промежуточных малых диаметров, что обеспечивает дополнительную экономию до 15% стали.
2
2
Для изготовления комплексных сборных железобетонных элементов (ригелей, рандбалок и плит) предусматривается использование мелкозернистого тяжелого бетона классов по прочности на сжатие В25 или В30. Использование бетона класса В30 целесообразно для изделий под унифицированные полезные нагрузки 12 кН/м и 16 кН/м с целью повышения их несущей способности и жесткости.
Установлена высокая технико-экономическая эффективность конструкции КСМЦП. Ее применение обеспечивает существенное снижение материальных и трудовых затрат, стоимости строительно-монтажных работ при высоких темпах их выполнения.
При высоком сопротивлении теплопередаче КСМЦП обеспечивает снижение до 10% энергозатрат на отопление здания и обеспечивают повышение его огнестойкости.