статья "Сталежелезобетонные конструкции как современное решение в строительстве "

Сталежелезобетонные конструкции как современное решение в строительстве О.Е.Веретнова - преподаватель СПб ГБПОУ «Академия управления городской средой градостроительства и печати»

Сталежелезобетонные конструкции благодаря объединению свойств двух совершенно разных материалов: стали и железобетона, позволяет им оптимально работать как в сжатом, так и в растянутом состоянии.

Применение сталежелезобетона – композитного материала, состоящего из стали и железобетона, работающих как единая конструкция - уменьшить материалоемкость, снизить стоимость, трудоемкость и продолжительность строительства.

 Сталежелезобетонные конструкции, их достоинства и недостатки. Сталежелезобетонные конструкции – особый класс конструкций в современном строительстве, который уникален не только конструктивными признаками, но и соотношением использования бетонной и стальной составляющей. Сталежелезобетонные конструкции являются системой, состоящей из монолитного железобетона, стальной части и соединительных элементов (анкеров, упоров и т.д.).

Этот вид конструкций можно условно подразделить на следующие типы:

1. Сталежелезобетонный каркас - каркас, где наиболее нагруженными элементами являются сталежелезобетонные изделия.

2. Сталежелезобетонные плиты с профилированным настилом -монолитные бетонные или железобетонные плиты с профилированным настилом. Они выполняют функцию несъемной опалубки на стадии изготовления, а также внешней рабочей арматуры на стадии эксплуатации.

3. Сталежелезобетонные конструкции - конструкции, изготовленные из монолитного или сборного железобетона, стали или профилированного настила и гибкой арматуры, в которых обеспечена их совместная работа.

Рабочая арматура плиты, функции которой выполняют профили, должны передавать горизонтальные сдвигающие усилия по контактной поверхности с бетоном. Совместная работа профилей (настила в целом) с бетоном при работе плиты на поперечный изгиб должна обеспечиваться благодаря наличию выштамповок выполненных в виде местных вмятин или выпуклостей (рифов) глубиной от 3 до 5 мм на стенках гофров. Толщина стали для профилей варьируется от 0,7 до 1,5 мм.

 На стадии бетонирования плиты, стальной профилированный настил выполняет функции опалубки и является несущим элементом, работающим на поперечный изгиб.

Рис 1. Конструкция сталежелезобетонной плиты, армированная профилированным настилом; 1 — стальной профилированный настил с рифлеными стенками гофров; 2 — элемент балочной клетки; 3 — монолитный бетон плиты; 4 — стержневой анкер; 5 — сетка противоусадочного армирования; 6соединение гофрированных профилей между собой; 7 - рабочая арматура

Основные свойства сталежелезобетонных конструкций обеспечиваются только в том случае, если стальная и железобетонная часть работают совместно. Именно достижение их совместной работы является основной задачей при возведении сталежелезобетонных конструкций. Решить эту задачу способна установка соединительных элементов, благодаря которым будет исключен сдвиг в области контакта составных частей при возникновении нагрузок.

Упоры жесткого типа предназначены для работы на изгиб, в то время как анкера предназначаются для перенесения возникающей в конструкции нагрузки на растяжение.

Нужный результат будет достигаться за счет адгезионных свойств, трения и зацепления соединительных элементов.

Эффективная работа сталежелезобетонных конструкций зависит от многих факторов, например: нагрузки, формы, размеров элемента, характеристик используемых материалов, а также от последовательности производства работ.

Одним из уникальных свойств данного вида конструкции является то, что до того, как бетон приобретет проектную прочность, все нагрузки будут приходить на стальные элементы. И только после того, как бетон окончательно затвердеет, а элементы объединятся, все нагрузки уже будут восприниматься конструкцией как одним целым элементом.

Одним из наиболее распространенных применений сталежелезобетонных конструкций, где реализуется основополагающий принцип проектирования, являются перекрытия производственных и общественных зданий с большими нагрузками.

Все большее распространение получает такой тип конструкции как трубобетон, с помощью которого изготавливают колонны.

Среди преимуществ этих конструкций можно отметить такие как:

1. Уменьшение расхода стали, а соответственно и снижение себестоимости итоговой конструкции 2. Большая жесткость

3. Меньший вес

4. Простота узловых сопряжений

5. Высокая пожароустойчивость, обусловленная тем, что бетон защищает стальной элемент от перегрева, из-за чего не происходит снижение его несущей способности.

6. Сокращение времени монтажа, а также снижается зависимость сборки от погодных условий благодаря тому, что конструкция собирается на заводе.

7. Высокая несущая способность. При высоте колонны 4 метра и диаметре 60 см, несущая способность сталежелезобетонной колонны будет выше, чем у железобетонной более чем в 5 раз (32000 кНпротив 6000 кН)

Перечисленные преимущества характерны и для трубобетона, имеющего ряд дополнительных достоинств:

1. Стальная оболочка служит как продольным, так и поперечным армированием.

2. Минимизации негативного влияния на металл изнутри, из-за высокой коррозийной стойкости металла в силу полного заполнения трубы бетоном.

3. Увеличение прочности бетона, благодаря равномерному обжатию железобетона обоймой со всех сторон.

4. Предотвращение образования трещин в бетоне, благодаря стальной трубе, снижающей воздействие ползучести и усадки.

5. Увеличение жесткости элементов, устойчивости стенок оболочки, несущей способности, а также огнестойкости из-за заполнения бетоном;

6. Исключение характерного для железобетонных конструкций мгновенного хрупкого разрушения при наличии значительных деформаций, что позволяет применять трубобетон в ответственных, уникальных зданиях и сооружениях, в том числе в сейсмоопасных районах.

7. Возможность применять трубобетон в местах с сейсмической активностью и в уникальном строительстве, из-за отсутствия мгновенного хрупкого разрушения, свойства характерного для железобетонных конструкций.

Также можно сравнить достоинства сталежелезобетона со стальными конструкциями. Например, настил из сталежелезобетона будет давать экономию стали примерно 15% в сравнении со стальным настилом при одинаковом восприятии нагрузок.

Экономия материала также достигается благодаря повышению жесткости и прочности конструкции, это является одним из преимуществ сталежелезобетонных изгибаемых элементов с внешней арматурой. Благодаря этому качеству появляется возможность уменьшить размер поперечного сечения элемента, что в свою очередь приводит к уменьшению массы конструкции и затратам на производство.

Расположение стали по контуру конструкции как оболочки, то есть использование ее в качестве несущей арматуры, а также в качестве несъемной опалубки, способствует уменьшению стоимости работ, повышению производительности и уменьшению сроков строительства, по сравнению с применением железобетонных изделий.

Недостатков у данного типа конструкции крайне мало. К ним можно отнести тот факт, что из-за того, что сталь и бетон по своим физико-химическим показателям все же очень разные, появляется необходимость в объединяющих элементах. Также, расчет подобных конструкций более сложный из-за разнородности материалов и других специфических факторов.

История применения

Из-за высокой эффективности сталежелезобетонных конструкций, их сфера использования с каждым годом все расширяется. Применение таких конструкций в качестве перекрытия общественного здания получило огромное распространение по всему миру. Оно эффективно используется в многоэтажных жилых и административных зданиях со стальным каркасом, в местах с особыми условиями строительства, и высотных зданий.

В Китае свыше 30 небоскребов построены с применением трубобетонная. Самый известный пример - Телебашня Гуанчжоу, вторая в мире по высоте (600 метров).

В России технология использования сталежелезобетона давно известна, хоть и не получила широкого распространения. Область применения такого вида конструкции остается достаточно ограниченной: многопролетные и мостовые сооружения, путепроводы и виадуки. В отдельных случаях сталежелезобетонным конструкциям все же находят уникальное применение, например, построенный в 2018 году в Санкт-Петербурге «Лахта центр»

Сталежелезобетонные конструкции в количестве 10 штук по всему периметру башни участвуют в восприятии как вертикальных, так и горизонтальных за счет соединения с центральным ядром. Для уменьшения количества пролетов в здании были установлены еще дополнительно 5 сталежелезобетонных колонн до уровня 56-го этажа, воспринимающие только вертикальные нагрузки.

Колонны в здании, как и фасад башни «Лахта центр», имеют спиральную форму. Для обеспечения совместной работы железобетона со стальным сердечником колонны, на сердечник были установлены специальные гибкие упоры. Несмотря на незначительные недостатки, конструкции из сталежелезобетона остаются крайне эффективными и перспективными. Высотное строительство может дать необходимый толчок в развитии данной технологии. Строительство «Лахта центра» отлично показывает, что сталежелезобетон сейчас может стать главным строительным материалом в России при строительстве таких грандиозных проектов. Можно с уверенностью сказать, что со временем область применения сталежелезобетона только увеличиваться. Благодаря своим несущим показателям, применение данного материала можно будет увидеть и в других больших проектах, и не только высотных.

Источники:

1. Бабалич В.С., Андросов Е.Н. Сталежелезобетонные конструкции и перспектива их применения в строительной практике России// Успехи современной науки. 2017. №4. С.205-208.

2. Глазунов Ю.В. Технико-экономические исследования и область применения сталежелезобетонных конструкций // Коммунальное хозяйство городов.2008.№80. с.89-94.

3. Замалиев Ф.С. Прочность и деформативность сталежелезобетонных изгибаемых конструкций гражданских зданий при различных видах загружений. Дис. докт. техн. наук. Казань, 2013.-379 с.

 4. Настоящий В.А., ДариенкоВ.В. История возникновения и практика применения сталежелезобетонных конструкций для объектов дорожного и гражданского строительства// Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе.2014.№1 с.467-470.

5. СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования» (Приказ Минстроя России от 30 декабря 2016 г. №1030/пр){Электронный ресурс}.URL:http://www.minstroyrf,ru/upload/iblock809/266.pdf

6. CТО 0047-2005. Перекрытия сталежелезобетонные с монолитной плитой по стальному профилированному настилу{Электронный ресурс}URL:https:// www.hilti.ru/medias sys master/documents/h29/9112068063262/Approval-document-ASSET-DOCLOC-2761228.pdf