Повышение эффективности перекрытий возможно с использованием ферм и пространственных структур

Конструкции перекрытий и покрытий

Перекрытиями считаются конструкции, формирующие деление объёма здания на этажи, а покрытие – это верхняя ограждающая конструкция, обеспечивающая защиту от атмосферных осадков. Основные функции перекрытий такие:

• Конструкция, формирующая этаж в здании

• Основная несущая структура, удерживающая (кроме собственного веса) полезную нагрузку своего этажа
• Перекрытия почти всегда участвуют в обеспечении пространственной жёсткости здания.

У покрытия главная функция – основа для сооружения кровли. Наиболее значительные нагрузки на такой элемент здания – ветровые и снеговые. Там, где устроена плоская кровля, учитывают возможности её загрузки людьми.

ВИДЫ ПОКРЫТИЙ

Участие перекрытия в обеспечении пространственной жёсткости здания отражается в работе этих конструкций по-разному. Чаще всего основная деформация, которую испытывает перекрытие – изгиб от давления равномерно распределённой нагрузки. Вот какие особенности расчёта такой нагрузки:

1. Учитывается вес конструкций полов
2. Учитывается вес перегородок
3. Учитывается вес людей и их бытового имущества
4. Расчёт ведут по нормативным полезным нагрузкам, характерным для проектного режима эксплуатации помещения.

Нормы предусматривают проверенные длительным периодом эксплуатации типичные нагрузки. К примеру, расчётная полезная нагрузка на перекрытия в жилых зданиях составляет приблизительно 300 кг/м.кв, а в помещении библиотечного книгохранилища – 700 кг/м.кв. Есть свои нормативы для медицинских учреждений, офисных помещений и зданий.

Более сложно рассчитывать нагрузки в зданиях промышленного назначения. Очень часто в проектах промышленных зданий полезные и прочие нагрузки на перекрытия вычисляют на основе технологического задания. Такое задание учитывает возможный вес оборудования, персонала, обрабатываемых материалов. В промышленных зданиях часто встречаются значительные точечные нагрузки, создаваемые станками, тяжеловесным оборудованием.

Конструктивные системы перекрытий

Наиболее распространённые системы перекрытий – плитные и балочные. В плитной системе несущим элементов покрытия является единая или сборная, из отдельных элементов, плита. В балочной системе нагрузку несут балки, на которые её передаёт настил или балки второстепенного порядка.

Есть и другие разновидности конструкций перекрытий, например – вантовые, в которых нагрузку удерживает комбинация из гибких элементов – вантов или тросов в сочетании с жёстким заполнением промежутков между ними.

Основной вид работы конструкций перекрытия – сопротивление изгибу. Именно на сопротивление разным формам изгиба рассчитаны заводские железобетонные плиты, по сей день остающиеся одной из самых распространённых конструкций для устройства перекрытия. Балки и монолитные плиты также рассчитаны на сопротивление изгибу.

Сборные конструкции перекрытий

Сборными конструкциями считаются железобетонные элементы заводского изготовления, из которых на объекте собирают требуемые структуры. Всем известны железобетонные плиты и балки, типичные образцы таких конструкций. Важнейшие преимущества этих изделий таковы:

1. Гарантированные размеры
2. Гарантированная несущая способность
3. Высокое заводское качество
4. Почти всегда – выгодная стоимость.

Выгода сборных конструкций перекрытий из железобетонных плит обусловила широкий ассортимент таких изделий в наиболее распространённом диапазоне размеров. К примеру, ширина многопустотных плит составляет гамму размеров до 1,5 м включительно. Длина плит большинства производителей доходит до 9 м. Некоторые предприятия могут изготавливать плиты длиной 12м.

Свой ассортимент есть и у плит, предназначенных для промышленных и прочих зданий.

Сборными элементами считаются и балочные системы, которые используются в условиях реконструкции, на уникальных объектах, в зданиях нежилого назначения. Основной компонент таких систем – железобетонные балки заводского изготовления.

Перекрытия по деревянным и стальным балкам во многом аналогичны сборным железобетонным системам и предполагают похожие технологии монтажа.

Монолитные железобетонные перекрытия

В современном строительстве значительно возросла роль монолитных железобетонных перекрытий. Это обусловлено совершенствованием систем инвентарной многооборотной опалубки, уровнем развития технологии производства бетона и средств его доставки на объект.

Современное строительное дело широко использует важные достоинства монолитных перекрытий:

• Высокое качество
• Оперативность монтажа в самых сложных условиях
• Отсутствие большинства геометрических ограничений, кроме рациональных величин пролётов в пределах 6-7м
• Отсутствие «привязки» к изготовителю железобетонных конструкций
• Полная совместимость и единая технология с другими несущими железобетонными элементами зданий – колоннами, стенами и балками.

Распространение монолитного железобетона отразилось и в трудах самодеятельных строителей – они всё чаще и чаще применяют такую технологию. Пролёты, которые они перекрывают, становятся всё больше и больше.

Монолитный железобетон ценят даже растения

Качество конструкций

Конструкции, применяемые в дело, проходят регламентируемые строительными нормами проверки качества. Для изделий заводского изготовления такой контроль чаще всего сводится к таким операциям:

1. Проверке сопроводительной документации
2. Контролю отсутствия транспортных повреждений
3. Проверке качества монтажа..

Контроль конструкций построечного изготовления значительно сложнее. Нестабильные погодные условия и другие особенности работы под открытым небом требуют самой тщательной оценки качества важных несущих элементов зданий и сооружений.

Нормы строительного производства регламентируют достаточно строгий порядок контроля качества. Основные направления этого контроля таковы:

• Поэтапное наблюдение за исполнением технологии с фиксацией результатов скрытых работ
• Разные виды допуска исполнителей и руководителей к строительным, монтажным работам в зависимости от квалификации
• Контроль качества получаемых в построечных условиях материалов – бетона, железобетона
• Проверка выполнения ключевых операций – сварочных швов, болтовых соединений.

В солидных строительных подрядных организациях есть собственные структуры, занятые выполнением контроля качества. Но и такие организации нередко обращаются за помощью в контроле качества к профессионалам. Ведущими организациями в сфере контроля качества являются современные независимые лаборатории неразрушающего контроля.

Каждая такая лаборатория (http://prokontrol.ru/) имеет штат квалифицированных экспертов, необходимый приборно-инструментальный парк и лабораторное оборудование, проходит необходимый государственный контроль.

Многоступенчатые и многопрофильные проверки качества конструкций построечного изготовления обеспечивают долговечность, безопасность и надёжность сооружений.

РАЦИОНАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Каждый тип конструкций, используемых в строительном деле, рассчитан на свой «диапазон» использования. Для конструкций перекрытий и покрытий такой диапазон определяется пролётом.

Дело в том, что конструкции, создаваемые для «своего» диапазона работают в оптимальном режиме, а значит, эффективность их максимальна. Такая эффективность чаще всего находит отражение в рациональной стоимости здания.

Работа на изгиб

История развития конструкций перекрытия – это хронология поиска элементов, способных как можно лучше сопротивляться изгибу. Первые образцы таких конструкций – деревянные балки. Естественные проблемы балок из дерева обусловили появление совершенно другого типа конструкций – арок и сводов, которые работают, сдерживая усилия сжатия. Интересно, что сопоставление этих двух типов работы – на сопротивление изгибу и сжатию - сохранилось по сей день в качестве одного из основных инструментов анализа проектных решений.

Вот как повышается способность элемента сопротивляться изгибу:

1. Увеличением вертикального размера сечения
2. Повышением соответствующих качеств материала и конструкции изгибаемого элемента
3. Различными дополнительными усилениями

Применяемые для сопротивления изгибу элементы - деревянные, стальные, железобетонные. Из этих материалов делают балки, плиты, перемычки и другие конструкции, испытывающие изгиб.

С увеличением пролёта особенности материалов, из которых делаются изгибаемые элементы исчерпываются и конструкция становится нерациональной. Такие пролёты предельных размеров составляют величину примерно 6 метров для деревянных балок, для монолитных плит из железобетона, примерно 9 метров для балок стальных и сборных заводских железобетонных плит.

Изгибаемые конструкции, применяемые для больших пролётов, становятся нерациональными – у них нарастает размер вертикального сечения, значительно увеличивается армирование, вес и стоимость. Нерациональными становятся и вертикальные конструкции, связанные с такими изгибаемыми элементами. Вот почему придуманы, разработаны и применяются более эффективные структуры, предназначенные для перекрытия больших пролётов.

ЭФФЕКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ

Более эффективные структуры, предназначенные для устройства перекрытий больших пролётов, разработаны на одном главном принципе – избавиться от работы материала на изгиб. Такого результата удалось добиться разработкой стержневых и вантовых конструкций. В основе работы таких элементов лежит организация всех возникающих в них усилий в виде сжатия и растяжения.

Фермы

Одним из первых примеров замены неэффективных при больших пролётах изгибаемых конструкций являются фермы. Это решетчатая плоскостная система, стержни которой работают только на растяжение и сжатие. Упрощённо и образно ферму можно представить, как иллюстрацию преодоления напряжений, возникающих в балке:

1. Нижний пояс фермы обычно растянут, как и нижняя зона балки
2. Верхний пояс фермы работает на сжатие по аналогии с верхней частью балки
3. Вертикальные и наклонные стержни фермы работают на сжатие и растяжение.

Правильный выбор геометрии фермы и её грамотное проектирование позволяют получить эффективную конструкцию, пригодную для перекрытия значительного пролёта и сопротивления большим нагрузкам. Для их изготовления используют древесину, сталь, железобетон. Есть фермы, в которых применены наиболее подходящие для вида работы материалы – сталь для растянутых элементов и дерево для сжатых.

Важнейший компонент конструкции фермы – узел соединения элементов. Каждый такой узел – объект тщательного инструментального контроля сварочных швов, болтовых и клеевых соединений.

Стальная стержневая структура покрытия

Пространственные структуры

Конфигурация, очень большой пролёт, другие особенности здания могут сделать применение ферм невыгодным. В таком случае применяют другие конструкции.

Одно из направления развития технологии устройства крупных перекрытий – пространственные структуры. Это решётчатые конструкции, которые можно представить в виде объединённой системы перекрёстных ферм. Совместная работа элементов такой структуры позволяет добиться наиболее рационального сопротивления всем нагрузкам и воздействиям. Вот главные достоинства пространственных структур:

• Возможность перекрытия очень больших пролётов
• Высокая эффективность
• Широкие возможности заводского качественного изготовления деталей и сборки на месте
• Неограниченные возможности геометрии и комбинации нагрузок.

Такие конструкции используют в зрелищных, спортивных сооружениях – везде, где нужны большие пролёты.

Ещё более эффективны вантовые системы, которые используют для объектов самого большого пролёта. Работа стальных канатов только на растяжение – вот основа такой конструктивной системы.

Эффективность важна в самом малом сооружении. Вот почему так важно правильно определить конструкции перекрытий и покрытий – с учётом всех факторов.