Серии типовых железобетонных изделий перекрытий и покрытий


Ю. В. Краснощеков, М. Ю. Заполева















СЕРИИ ТИПОВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕКРЫТИЙ И ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ

Справочное пособие















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 691.328.1
ББК 38.53
     К78





















       Краснощеков, Ю. В.
К78       Серии типовых железобетонных изделий перекрытий и покрытий
       зданий : справочное пособие / Ю. В. Краснощеков, М. Ю. Заполева. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 280 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0470-9

     Приведены основные характеристики и сведения о современном статусе серий типовых железобетонных изделий перекрытий и покрытий. Дан анализ конструктивных систем сборных перекрытий и покрытий, элементов систем, предложены методы расчета типовых сборных конструкций.
     Для специалистов, занимающихся обследованием технического состояния конструкций зданий и сооружений. Может быть полезно студентам строительных специальностей при курсовом и дипломном проектировании.

УДК 691.328.1
ББК 38.53




ISBN 978-5-9729-0470-9

       © Краснощеков Ю. В., Заполева М. Ю., 2020
       © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                             © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

ВВЕДЕНИЕ


      Строительство зданий и сооружений в России длительное время осуществлялось по типовым проектам с применением типовых железобетонных изделий заводского изготовления. Индустриализация строительства обеспечила подавляющее преимущество сборного железобетона над монолитным при возведении зданий различного назначения. Однако в последнее время произошли существенные изменения в строительной отрасли, в результате которых эффективность сборного железобетона значительно снизилась. Возникают вообще опасения о целесообразности применения типовых конструкций массового изготовления и связанных с этим исследований по их совершенствованию. Для выхода из создавшейся неопределенности полезно вспомнить, в каких условиях зарождалась потребность в сборном железобетоне, как возникла и развивалась система типового проектирования. Результаты анализа эволюции сборного железобетона, опыта типового проектирования и строительства могут помочь определиться в направлениях развития строительной отрасли.
      Имеется еще одна причина возвращения к истокам типового проектирования и строительства. Проектный срок службы зданий и сооружений, возведенных с применением первых серий типовых конструкций, исчерпан или близок к исчерпанию. В разных местах приходится решать, что делать с этими зданиями: сносить или тратиться на капитальный ремонт и реконструкцию. В любом случае требуется выполнение большого объема работ по обследованию, мониторингу технического состояния конструкций и поиску соответствующей информации. Выполнить такое обследование и дать объективную оценку техническому состоянию сооружения, если проектная документация утрачена и ощущается очевидный недостаток информации о конструкциях, крайне затруднительно. К сожалению, доступ к нормативной и строительной документации, на основе которой создавались типовые проекты в разные периоды времени не всегда обеспечен из меркантильных соображений владельцев информации.
      Следует отметить, что при разработке типовых серий в процессе поиска эффективных решений сборных изделий был выполнен огромный объем экспериментально-теоретических исследований. Далеко не все конструктивные решения были в свое время востребованы для массового производства по экономическим и технологическим соображениям. Но это не означает, что они не будут реализованы в будущем по мере развития теории железобетона, строительной технологии и появления новых материалов. Ведь известно, что новое - это хорошо забытое старое.
      Многообразие зданий, сооружений и условий их возведения вынуждало искать способы объединения железобетонных изделий массового изготовления в системы (серии) с целью повышения эффективности их применения. Первые серии получили общие названия ИИ (индустриальные изделия), ПК (покрытия кровельные) и ПП (покрытия плоские). Серия ИИ-01-02 объединяла

3

железобетонные конструкции для жилых домов и была заменена серией ИИ-03-02, распространенной на все виды гражданских зданий. Серии ИИ-04, ИИ-20, ИИ-40 и ИИ-60 разработаны для каркасных зданий общественного и производственного назначения. По мере развития строительной отрасли взамен ИИ появились серии конструкций в зависимости от конструктивных систем и назначения зданий. Для каркасных зданий общественного, а позднее унифицированного назначения разработана серия 1.020, для зданий бескаркасных систем серия 1.090, для промышленных зданий серия 1.420. Изделия для перекрытий и покрытий поначалу частично входили в эти системы, а позднее объединялись в специальные многочисленные серии в основном по конструктивным признакам и способам изготовления.
      Известны основные разработчики серий типовых железобетонных изделий. В абсолютном большинстве разработок принимал участие НИИЖБ, и это, несомненно, обеспечило высокое качество представленных материалов. Как правило, серии вводились в действие после утверждения Госстроем СССР.
      По мере выполнения своих функций серии типовых конструкций заменяли или исключали из строительного каталога без замены. Основанием замен являлись обновления норм проектирования, применение новых методов расчета, материалов и технологий, накопление опытных данных. Официальные сведения об этих изменениях, в частности, с 1970 до 2008 г. опубликованы в указателе СК-3¹.
      В справочном пособии приведены результаты анализа серий типовых железобетонных изделий перекрытий и покрытий зданий различного назначения с указанием основных разработчиков, а также дат введения в действие рабочих чертежей и некоторые сведения о современном статусе серий. Информация о конструкциях и методах их расчета извлечена в основном из сети и различных публикаций, поэтому достаточно доступна для более детального ознакомления.

¹ СК-3. Указатель типовых строительных конструкций, изделий и узлов зданий и сооружений (по состоянию на 1.05.2006) / Росстрой. М.: ОАО «ЦПП», 2008. 250 с.

4

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕКРЫТИЙ И ПОКРЫТИЙ И ИХ НЕСУЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

     Термины и определения. Перекрытия и покрытия - важнейшие части зданий. Перекрытия являются элементами конструктивных систем многоэтажных зданий, покрытия кроме этого представляют неотъемлемую часть одноэтажных зданий. В общем случае как те, так и другие выполняют несущие и ограждающие функции. Здесь рассматриваются только несущие функции и несущие элементы конструктивных систем перекрытий и покрытий.
     Смысловые определения (термины) частей зданий и их элементов приведены в действующих стандартах.
     Согласно ГОСТ 21506-2013 и ГОСТ 27215-2013 перекрытие - это несущая, междуэтажная горизонтальная конструкция, являющаяся одновременно потолком нижележащего этажа и полом нижележащего. По ГОСТ 26434-2015 перекрытие - горизонтальная внутренняя несущая конструкция в здании, разделяющая этажи. Перекрытие выполняется обычно в виде монолитной железобетонной плиты или из сборных плит в балочном или безбалочном варианте.
     Согласно ГОСТ 28042-2013 покрытие - это комплекс несущих и ограждающих элементов крыши, включающий плиты. Применяется главным образом для изоляции находящихся под ним помещений от внешних воздействий.
     Основными элементами перекрытий и покрытий являются балки и плиты. По ГОСТ 20372-2015 балка - несущий горизонтальный или наклонный цельный строительный элемент для перекрытия и покрытия. В документе СТО НОСТРОЙ 2.7.56-2011 балка определяется как конструктивный элемент, обычно в виде бруса, работающий главным образом на изгиб. Плита - горизонтальный плоскостной элемент сооружения, предназначенный для восприятия вертикальных эксплуатационных нагрузок и передачи их на несущие элементы (ГОСТ 28042-2013, 27215-2013). По ГОСТ 26434-2015 плита -крупноразмерный плоский элемент строительной конструкции, выполняющий несущие, ограждающие или совмещенные - несущие и ограждающие, теплотехнические, звукоизолирующие функции.
     Применительно к перекрытиям согласно ГОСТ 12767-2016 и ГОСТ 27215-2013 плита - это железобетонная плоская панель, перекрывающая расстояние между двумя или более опорами (однопролетная или многопролетная плита) и предназначенная для восприятия вертикальных эксплуатационных нагрузок и передачи их на несущие элементы (опоры). Сплошная плита перекрытия - железобетонная плоская панель, выполненная без внутренних пустот (ГОСТ 12767-2016).
     В каркасных зданиях применяются также балочные элементы - ригели. По ГОСТ 18980-2015 ригель - линейный несущий элемент строительной конструкции здания или сооружения, расположенный горизонтально или наклонно, соединяющий вертикальные элементы и служащий опорой для плит или прогонов, устанавливаемых в перекрытиях или покрытиях зданий.

5

     В покрытиях главным образом одноэтажных зданий применяют стропильные и подстропильные конструкции, в основном балки и фермы, а также прогоны.
     По ГОСТ 20372-2015 стропильная конструкция - несущий элемент зданий, воспринимающий нагрузку от покрытия, кровли. Кровля - верхний элемент покрытия (крыши) (ГОСТ 26992-2016).
     Согласно ГОСТ 20372-2015 подстропильная конструкция - несущая конструкция, предназначенная для опирания стропильных конструкций в средних рядах колонн многопролетных зданий (ГОСТ 20372-2015).
     Ферма стропильная - несущая конструкция для покрытия больших пролетов, представляющая собой плоскую конструкцию из стержневых элементов (ГОСТ 20213-2016).
     Ферма подстропильная - несущая конструкция, предназначенная для опирания стропильных ферм в средних рядах колонн многопролетных зданий (ГОСТ 20213-2016).
     Прогон - линейный горизонтальный элемент покрытия здания, укладываемый по основным несущим горизонтальным или наклонным конструкциям, предназначенный главным образом для восприятия нагрузок от кровли (ГОСТ 26992-2016).
     Некоторые современные термины несколько отличаются от прежних, но смысл их практически не изменился. В этом отношении особенно многозначны плитные конструкции перекрытий, которые определяли как панели, настилы или собственно плиты. В справочнике проектировщика, например, плиты перекрытий площадью до 7 м² условно названы настилами, плиты большей площади - панелями [22]. Термин настил в действующих стандартах вообще не упоминается.
     В дальнейшем для элементов перекрытий и покрытий применяются термины, принятые авторами соответствующих конструктивных разработок.

     Состав и структура перекрытий и покрытий. Существует множество типов конструктивных систем перекрытий и покрытий зданий. Ориентироваться в многообразии помогает классификация перекрытий по расположению в здании (междуэтажные, чердачные, над проездами и подвалами), конструктивным признакам (материалам, размерам, конфигурации, методам соединения элементов) и способу возведения конструкций перекрытий и покрытий.
     Основной материал для элементов перекрытий и покрытий - железобетон. По способу изготовления различают железобетонные перекрытия монолитные, сборно-монолитные и сборные.
     Длительное время при строительстве сооружений применяли только монолитный железобетон в основном из-за ограниченной возможности подьемно-транспортного оборудования и сложности соединения сборных элементов. В настоящее время монолитные железобетонные перекрытия применяют в зданиях, в которых необходима свободная планировка помещений, не ограниченная

6

типовыми размерами несущих конструкций. По прочности, жесткости, а иногда также по стоимости монолитные конструкции превосходят прочие. Основные недостатки связаны с повышенной трудоемкостью и продолжительностью строительных работ, обусловленных необходимостью получения бетона достаточной прочности.
     Различают три типа монолитных перекрытий: балочные (ребристые), кесонные (часторебристые) и безбалочные (плоские).
     Монолитные балочные перекрытия представляют собой конструктивные системы главных и второстепенных балок с плитами, работающими по балочной схеме или в двух направлениях (опертых по контуру) (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Железобетонный каркас с монолитным балочным перекрытием:
1 - колонна; 2 - главная балка; 3 - второстепенная балка; 4 - плита: 5 - арматура плиты;
6 - арматура второстепенной балки; 7 - арматура главной балки;
8 - арматура колонны

     Все элементы, монолитно связанные между собой, работают по неразрезной схеме. Главные балки высотой от 1/8 до 1/15 пролета располагают по короткому шагу колонн как наиболее нагруженные элементы перекрытия. Часть второстепенных балок также совмещают с осями колонн. Высоту балок принимают в зависимости от пролета, толщина монолитных плит не менее 40 мм.
     В кессонных перекрытиях все балки одинаковой высоты (рис. 1.2).
     В результате развития индустриальных методов строительства расширялось применение в перекрытиях изделий из сборного железобетона. Первый опыт изготовления сборных железобетонных изделий в СССР получен достаточно давно [25]. Но ограниченность применения таких изделий и связанная с этим дороговизна строительства в свое время диктовали особые условия их применения. В работе [17] описаны конструктивные системы «разборчатых» железобетонных перекрытий Н. И. Мотовилова из элементов «корытного, прямоугольного и пустотного поперечного сечений», доступных

7

для повторного применения. Из-за проблем соединения изделий такие системы перекрытий были сборно-монолитными, в которых сборные элементы объединялись посредством монолитного бетона.

Рис. 1.2. Общий вид кессонного перекрытия

     В конструктивных системах сборно-монолитных железобетонных перекрытий сочетаются преимущества как сборного, так и монолитного железобетона (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Сечения сборно-монолитных конструкций:
1 - сборный элемент; 2 - бетон замоноличивания

     Возведение зданий со сборно-монолитными конструкциями можно вести индустриальными методами, так как в них применяют весьма простые способы соединений элементов в виде выпусков арматуры и шпонок, обеспечивающих пространственную жесткость и устойчивость сооружения (рис. 1.4).
     Сборно-монолитные конструкции являются разновидностью составных систем, поиску эффективных решений и исследованию которых уделяется значительное внимание.


8

Рис. 1.4. Сборно-монолитное перекрытие НИИЖелезобетона:
1 - сборный ригель; 2 - сборная ребристая плита; 3 - арматурный каркас;
4 - бетон замоноличивания

     Структурные особенности конструкций широко используют при членении пространственных систем зданий и сооружений на части не только с целью изучения, но и изготовления. Поэтому основными элементами сборных железобетонных перекрытий и покрытий являются изделия заводского изготовления, а также соединительные элементы, обеспечивающие надёжное объединение всех частей в целое в процессе монтажа. Преимущества сборного железобетона были известны давно. Процитируем один из разделов (§ 13) норм проектирования 1931 г.: «в целях индустриализации, изжития сезонности и экономии опалубки рекомендуется широкое применение сборных железобетонных конструкций из ранее заготовленных элементов» [17]. Здесь же приведены конкретные указания по проектированию сборных железобетонных конструкций из элементов, изготовляемых заводским путем. В Справочнике проектировщика, изданном в 1935 г., приведена «Временная инструкция по сборным железобетонным конструкциям», составленная ЦНИПС, в которой изложены рекомендации по конструированию и расчету сборных элементов конструкций промышленных зданий, способам их изготовления, транспортирования и соединения при монтаже [24].
     Сборные железобетонные конструкции применяются в строительстве зданий в виде различных элементов фундаментов, перекрытий и покрытий, стен и колонн каркаса. Изделия для перекрытий и покрытий занимают ведущее место в общем объеме сборного железобетона. Например, в конструктивных системах 5-этажных жилых домов доля перекрытий составляет 3655 %, стен подвалов и фундаментов 31-46 % [22].

9

     В жилых и общественных зданиях несущие элементы перекрытий применяются в зависимости от конструктивной схемы здания для пролетов 2,412 м и более. Для этих пролетов разработаны типовые конструкции сборных изделий, принятых к изготовлению на предприятиях строительной промышленности. Наибольшее распространение в массовом строительстве получили различные конструкции плит с опиранием по двум сторонам; при строительстве крупнопанельных домов, как правило, применяются панели различных конструкций размерами на комнату. Конструкции несущих элементов перекрытия выбираются в зависимости от технологических возможностей и производственных мощностей предприятий строительной индустрии, транспорта и строительства, а также от конструкций полов и экономических соображений.
     Важнейшим преимуществом плит (настилов, панелей), как элементов перекрытий гражданских зданий, является наличие у них нижней поверхности, образующей гладкий потолок в помещениях. Это преимущество реализуется при применении многопустотных изделий, а также изделий сплошного сечения и ребристых конструкций с ребрами вверх, в том числе в безбалочных перекрытиях. Однако по расходу бетона более эффективны ребристые сечения с ребрами вниз, применение которых в гражданских зданиях возможно для перекрытий над нежилыми помещениями и покрытий зданий с чердаками.
     Необходимость устройства технологических проемов в перекрытиях производственных зданий и большие нагрузки на перекрытия обеспечивает преимущественное применение ребристых плит с ребрами вниз. Сборные конструкции перекрытий производственных зданий применяют в основном двух типов: балочные и безбалочные. Сборные балочные перекрытия состоят из простых в изготовлении элементов с несложными узловыми соединениями, удобных для монтажа. Балочные перекрытия представляют собой универсальный тип перекрытий с наименьшим количеством разнотипных сборных элементов. Балки (ригели) перекрытий производственных зданий обычно опираются на колонны, образуя вместе с ними пространственную каркасную систему, работающую по рамной, связевой или рамно-связевой схеме. На балки опирается настил из ребристых или многопустотных плит. Все элементы перекрытий взаимодействуют между собой и с конструкциями, на которые опираются.
     Существенным недостатком балочных перекрытий является большая общая высота сборных элементов. В безбалочных системах этот недостаток в определенной степени устраняется. В традиционной системе сборного безбалочного перекрытия производственного здания предусмотрены три типа элементов: надколонные, межколонные и пролетные. Надколонные элементы обычно выполняются в виде капители, обеспечивающей прочность перекрытия на продавливание. Остальные элементы принимаются в виде плит, опирающихся по двум сторонам на капители или по контуру на смежные элементы перекрытия.

10