В статье представлена методика расчета монолитных плит перекрытия с пустотообразователями по системе Cobiax. Произведено сравнение результатов расчета плит перекрытия с различными типами пустотообразователей по рекомендуемой методике.

Ключевые слова: монолитная плита перекрытия, неизвлекаемые вкладыши-пустотообразователи, система Cobiax, пространственная расчетная модель, метод конечных элементов.

В последние годы за рубежом активно развивалась технология Cobiax [4], которая позволяет облегчить плиту перекрытия с помощью внедрения в железобетонный массив арматурных модулей с пустотообразователями эллипсоидной или шаровидной формы из переработанного пластика. Но в нашей стране такая технология только начинает применяться — проводятся исследования по практическому применению изделий в железобетонных плитах, разрабатывается нормативная документация.

Проектирование плит перекрытия с пустотообразователями Cobiax осуществляется аналогично проектированию массивных железобетонных элементов в соответствии с действующими строительными нормами.

Моделирование таких плит перекрытия производит как правило оболочечными конечными элементами с приведенными жесткостными характеристиками, при этом для автоматизированного расчета продольного армирования высота сечения назначается равной фактической высоте сечения плиты.

Рассмотрим следующие варианты плит перекрытия:

1. Плита перекрытия с геометрическими размерами в плане 9,1х9,1 м с высотой 200 мм, тип модуля пустотообразователей S-100 (рис. 1.а);
2. Плита перекрытия с геометрическими размерами в плане 9,1х9,1 м с высотой 400 мм, тип модуля пустотообразователей S-260 (рис. 1.б);
3. Плита перекрытия с геометрическими размерами в плане 9,0х9,0 м с высотой 600 мм, тип модуля пустотообразователей Е-450 (рис. 1.в).

При помощи программного комплекса SCAD смоделированы и рассчитаны три различных типа схем для рассматриваемых плит перекрытия для сравнения результатов расчета:

1. Плита перекрытия с наличием пустот, образованная объемными конечными элементами (рис. 1);
2. Плита перекрытия без пустот, образованная пластинчатыми конечными элементами с приведенной высотой сечения (объем пустот «размазан» в объеме тела железобетонной плиты) (для плиты с пустотообразователями типа S-100 назначаем высоту плиты h=176 мм, для S-260 — h=343 мм и для Е-450 — h=512 мм);
3. Плита перекрытия без пустот, образованная пластинчатыми конечными элементами с фактической высотой сечения. Данную модель рекомендует использовать методика расчета пустотных плит перекрытия с неизвлекаемыми вкладышами-пустотообразователями.

В соответствии с пунктом № 6.2.6 СП 52–103–2007 [6] для более точной оценки распределения усилий в элементах конструктивной системы на первой стадии расчета принимаем приближенные значения нелинейных жесткостей с учетом условных понижающих коэффициентов. Для горизонтальных несущих элементов принимается понижающий коэффициент равный 0,3.

Рис. 1. Плиты перекрытия, образованные объемными конечными элементами. Слева — участок с пустотообразователем, справа — фрагмент расчетной модели. а — тип S-100; б — тип S-260, в- тип Е-450

При анализе напряженно-деформированного состояния выяснилось, что каждая смоделированная схема плит перекрытия дают одинаковый характер результатов: верхние приопорные зоны испытывают растяжение, нижние — сжатие; в середине пролета верхние зоны плит испытывают сжатие, нижние — растяжение; максимальные прогибы образуются в серединной части пролета.

Сравнение напряженного состояния в схемах производилось в нескольких локациях, а именно: места крепления плиты перекрытия к стене и к колонне, места фактического или предполагаемого изменения сечения со стороны опирания на стену и колонну, серединная часть пролета.

За эталонную схему для сравнения напряжений принималась схема плиты, образованная объемными элементами. Получившиеся отклонения в напряжениях сведены в диаграммы, представленные на рис. 2–4.

Рис. 2. Диаграмма. Отклонения в расчетных схемах плиты

Тип пустотообразователя S-100.

Рис. 3. Диаграмма. Отклонения в расчетных схемах плиты

Тип пустотообразователя S-260.

По результатам расчета плиты перекрытия выстой 200 мм и 400 мм с пустотообразователем типа S-100 и S-260 соответственно, видно, что к напряженному состоянию схем плиты с пустотами, образованными объемными элементами, наиболее из всех приближены схемы, по которым рекомендуется рассчитывать такие плиты — схемы, образованные пластинчатыми элементами с фактической высотой сечения плиты.

Рис. 4. Диаграмма. Отклонения в расчетных схемах плиты

Тип пустотообразователя Е-450.

По результатам расчета плиты перекрытия выстой 600 мм с пустотообразователем типа E-450 видно, что к напряженному состоянию плиты, образованной объемными элементами, наиболее приближенной оказывается схема, образованная пластинчатыми элементами с приведенной толщиной сечения, а не фактической, по которой рекомендуется рассчитывать плиты перекрытия с пустотообразователями.

Производители и литература по данной технологии гласят, что благодаря пустотообразователям можно сократить расходуемый объем бетона до 35 %. В наших случаях пустотообразователь типа S-100 позволил сократить объем бетона плиты перекрытия на 11,8 %, типа S-260 — на 14,3 % и типа E-450 — на 16,1 %.

Из вышесказанного можно увидеть взаимосвязь и сделать вывод о том, что чем больше облегчена плита, чем больше из нее извлечено бетона с помощью пустотообразователей, тем ниже будут «опускаться» фиолетовые и зеленые линии графиков, а значит рекомендуемая схема для расчета плит перекрытия с пустотообразователями не во всех случаях может давать наиболее правдоподобный результат.

Литература:

1. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: учебник для вузов / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1991. — 767 с.

2. СП 430.1325800.2018 Монолитные конструктивные системы. Правила проектирования — Введ. 2019–06–26. — ОАО «НИЦ «Строительство», 2019. — 44 с.

3. Климов С. В., Проектирование и расчет железобетонных многопустотных плит перекрытий: учеб.-метод. пособие / С. В. Климов, Т. В. Юрина, С. Л. Бугаев. — Пермь: изд-во Пермс. гос. техн. ун-та, 2008. — 79 с.

4. Cobiax Technologies AG. Электронный ресурс. — Режим доступа: https://www.cobiax.com/.

5. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52–01–2003. — Введ. 2019–06–20. — М.: ОАО «НИЦ «Строительство», 2019. — 152 с.

6. СП 52–103–2007. Свод Правил по проектированию и строительству. Железобетонные и монолитные конструкции зданий. — Введ. 2007.07.15. — М.: ОАО «НИЦ «Строительство», 2007 г. — 23 с.