Каркас из железобетона

Строительство – сложный и долгий процесс. Есть много методик, материалов и техник, которые используются в таком виде работ. Они отличаются в зависимости от того, будет ли сооружение жилым помещением, или строением для промышленных целей. Среди них – использование железобетонных каркасов. Это не новый и распространенный вид строительства, особенно часто применяемый для сооружения многоэтажных конструкций. Правильная техника строительства и качественные материалы обеспечат максимально возможную стойкость. Прочность и надежность таких строений доказана годами.

Преимущества и недостатки

Железобетонные каркасы применяется в строительстве как многоэтажных, в том числе высотных, конструкций, так и в сооружении небольших частных домов. В первом случае это техническая необходимость в силу прочности такого вида материала, во втором – экономично не обосновано, так как можно использовать более дешевые составляющие. К плюсам использования железобетонного каркаса в строительстве можно отнести:

• хорошие несущие данные;
• большой эксплуатационный период;
• большую длину пролетов (6 м);
• качественное изготовление составляющих каркаса полностью проводится на производствах, что обосновывает их надежность.

Из-за того, что железобетонными каркасами можно создавать большие площадки, расширяется возможность в планировании внутреннего пространства. Среди недостатков можно назвать только большой вес конструкций.

Виды. Где используется в строительстве?

Каркасные железобетонные конструкции можно разделить на:

Каждый из этих видов лучше всего подходит для своего типа строительства и схема их установки полностью разные. Использование сборного железобетонного каркаса (серия 1.020) раньше ограничивалось только сооружениями для промышленных или административных целей, сейчас этот материал широко применяется для жилых помещений, так как удалось ввести в такую конструкцию гибкую внутреннюю планировку. Использование этого вида имеет свои плюсы:

• применение небольшого количества материалов (как, например, в монолитном);
• возможность работать при низких температурах.

Особенностью этого вида является то, что таким железобетонным каркасом обеспечивается невысокая несущая способность и в нем используются жесткие узлы. К минусам этого вида относиться:

• рама каркаса не сопротивляется горизонтальному движению, отчего неизменяемость пространства зависит только от вертикальных элементов;
• ограниченность в выборе формы конструкции из-за заводских стандартов.

Сборный железобетонный каркас составляют три элемента:

• колоны;
• ригели;
• основы лестничных проемов.

Схема сборного железобетонного каркаса.

Эти элементы изготавливаются на производстве, после чего привозятся на строительство и собираются в единую конструкцию. Монолитные каркасы делают на строительной площадке путем заполнения опалубки конструкции бетонной смесью нужной марки. Преимущества использования:

• нет ограничения по форме, местонахождению элементов в конструкции, сечению колонн;
• прочность – способны выдержать любую нагрузку и количество этажей;
• нагрузки между элементами в железобетонном каркасе рассредоточиваются, что дает возможность экономить используемые материалы (жесткие составляющие часть нагрузки с колон переносят на балки и перекрытия);
• при возведении стен и перегородок используются материалы с высокими теплоизоляционными свойствами.

Для сооружения монолитной конструкции используют съемную опалубку, которая заливается бетоном. Это ускоряет строительные работы.

Технология строительства железобетонных каркасных конструкций

Есть разные типы сооружения помещений в зависимости от вида каркаса и этажности.

Сборные конструкции

При расчете каркаса многоэтажного сооружения используется расчетная схема с жесткими связями сдвига. Типы каркасов для высоких сооружений: рамные, связевые, комбинированные. Для перемещения составляющих каркаса при изготовлении в них закладывают монтажные петли или оставляют небольшие отверстия. Железобетонные каркасы сооружают, сваривая стальные детали.

Для сборных каркасов делают железобетонные фундаменты, в которые устанавливают колонны, расстояние между которыми 6 и 12 м. Балки для фундамента делают из бетонов марок 200-400. На укладываемые балки (длинна равняется шагу колонн) опираются несущие стены. Балки укладывают на ступенчатый фундамент таким образом, чтоб верхний уровень на 3 см был ниже уровня пола. Проемы между балками и колонами заливают бетоном. Заполнение проводят бетоном марки 100.

Колонны серии 1.020-1/87.

После фундамента делают гидроизоляцию (защита пола от промерзания и влияния грунтов на балки фундамента). При сооружении больших конструкций необходимо использовать колонны 1.020. Они способны выдержать нагрузку до 500 т (примерно 10 этажей при усилении в стыке). Чтоб изготовить жесткий диск перекрытия, необходимо установить приваренные ригели в одну, которые направлены в одну сторону, и связанные плиты по колонных рядах.

Ячеисто-бетонные блоки лучше всего подходят для наружного стенового ограждения железобетонных каркасных сооружений. Их выкладывают одним рядом, с нулевой жесткостью, что помогает сохранить пластичность фасадов. Наружные стены устанавливают на плиту перекрытия или ригели. Таким образом, нет ограничения по количеству этажей здания.

Если внешние стены сооружаются из мелких блоков, то они могут выкладываться как в один слой, так и многослойно. При конструировании таких строений необходимо следить, чтоб кладка не была опорой для каркаса. Толщину стен выбирают, учитывая теплоизоляционные требования: для жилых домов толщина наружной стены должна быть 50 см (прочность В 2.5, морозостойкость F 25).

Для кладки внутренних стен и перегородок между квартирами и других внутренних элементов также используют ячеисто-бетонные блоки. Эти перегородки проектируются для каждого этажа самонесущими. При планировании толщины стен и перекрытий основным требованием является звукоизоляция (больше 50 дБ), которая определяется согласно нормативным документам. Этот параметр зависит от блоков, раствора, бетона и т. д. Для улучшения звукоизоляции могут использовать заполнение промежутков минплитой (плотность 80-100 кг /м3).

Перегородки между комнатами выполняют толщиной 12 см из ячеистых блоков (звукоизоляция не меньше 43 дБ).

При кладке стен в комнатах, где предполагаемая влажность повышена (например, ванная комната), необходимо использовать защиту для ячеистых блоков от влаги и пара. Отделочные наружные работы необходимо проводить после полного естественного высыхания здания, иначе влажность с блоков будет выходить внутрь помещения.

Расчетной схемой одноэтажного железобетонного каркасного промышленного здания является рама, в которой ригели и колонны скрепляются при помощи шарнирного соединения. При строительстве монолитного каркасного здания в первую очередь делают опалубку, потом делают необходимый раствор и делают заполнения опалубки бетононасосом.

Сборно-монолитные каркасы

Колонны ставятся в отверстие в железобетонной плите. На плиту ставятся многопустотные панели, на них – пролетные панели. Арматурная сетка межколонных панелей сваривается с армопрутьями пролетных панелей, после чего происходит заполнение бетонной смесью.

Повышение эффективности монолитного каркасного жилья

Не смотря на то, что монолитный каркас уже широко используется в строительстве, его функциональные свойства стараются постоянно повысить. Строители пытаются сделать его более прочным, уменьшить расход материалов. Одним из способов достижения такой цели является использование бетона более высокой марки. Это уменьшает расход арматуры в каркасах, отчего расход на материалы уменьшается. Эффективность каркаса достигается, если армирование составляет больше 3%. Оптимизация монолитного железобетонного каркаса происходит по:

• марке бетона;
• сечению ж/б составляющих;
• количеству арматуры в бетоне.

В сооружении монолитных каркасных зданий используют метод, при котором коробку конструкции заглубляют в землю на глубину до 2 этажей. При этом все здание замоноличено. Такая техника позволяет упрочнить конструкцию, так как нагрузки передаются пластовым грунтам (они высокопрочные).

Стоимость такого здания очень большая (опалубка, техника и т. д.), отчего при строительстве одноэтажных (2-3) сооружений используется редко. Для таких конструкций чаще используют сборные железобетонные каркасы, что дешевле и они достаточно прочны для такой высоты.

Заключение

Железобетонные каркасы – наиболее подходящий материал для возведения многоэтажных зданий. Такая конструкция является прочной и выдерживает большой вес и этажность. Каркасы бывают сборными, сборно-монолитными и монолитными, каждый из них подходит для конкретного вида строительства. Не так давно сборные каркасы использовались только для промышленных или административных целей.

Использование такого материала для небольших, например, одноэтажных, сооружений нецелесообразно из-за большой стоимости материалов и работ. Техника конструирования железобетонных каркасных зданий проектируется до каждой мелочи, что обеспечивает надежность и стойкость таким сооружениям. При возведении таких зданий необходимо учитывать нормативы, которые законом установлены для разных помещений.

Железобетонный каркас зданий: сборный, металлический и деревянный (основные элементы)

Железобетонный каркас применяют в процессе возведения многоэтажных зданий и частных домов. Соблюдение техники строительства и использование надежных материалов придаст прочности сооружению.

Преимущества и недостатки

Железобетонные каркасы незаменимы при сооружении высотных зданий, т.к. обладают отличной прочностью. При частном строительстве допустимо выбирать материалы с менее хорошими характеристиками. В связи с этим использование стального каркаса железобетонного при частном строительстве является экономически необоснованным.

Основные преимущества применения материала:

• высокая несущая способность;
• огнестойкость;
• длительная эксплуатация;
• малые эксплуатационные расходы;
• надежность конструкции;
• затраты на производство таких изделий намного ниже, чем на конструкции из камня или металла;
• длина пролетов позволяет создавать большие помещения без дополнительных опор (перегородок, колонн).

Недостатки материала:

• большая плотность;
• необходимость выдержки до приобретения прочности;
• высокая звуко- и теплопроводность;
• трудоемкость ремонтных работ, усиления конструкции;
• материал может покрыться трещинами из-за усадки и силовых воздействий.

Виды, где используется в строительстве

Технология строительства железобетонных каркасных конструкций

От типа металлической конструкции и количества этажей зависит способ возведения здания. Различают сборные, монолитные и комбинированные конструкции.

Первый вариант имеет ряд преимуществ:

1. Отсутствие необходимости подогрева рабочего места зимой, что существенно экономит затраты на энергоресурсы.
2. Возможность оставлять железобетонные материалы на стройке, что обеспечивает непрерывность процесса сборки конструкции.
3. Уменьшение необходимости непрофессиональной рабочей силы.
4. Наличие дополнительного пространства, которое отсутствует при монолитном строительстве.
5. Элементы каркаса изготовляются на заводе, что позволяет обойтись без сварочных работ.
6. Быстрота сооружения здания.
7. Достижение прочности сразу после установки.

Сборные конструкции

Конструкция таких каркасов предполагает наличие железобетонного фундамента. На нем монтируют колонны с промежутками 6-12 м. Для фундаментных балок применяют бетон марок 200-400. Эти элементы будут служить опорой несущим стенам. Балки размещают так, чтобы уровень пола был на 3 см выше их верхней стороны. Пустое пространство заливается бетоном. Для этого подходит марка 100.

Для того чтобы пол был защищен от промерзания, а также, чтобы на нем не сказывалось влияние почвы на балки, производят гидроизоляцию. Большие конструкции возводятся при помощи колонн 1.020, приспособленных к нагрузке до 500 т, что равняется 10 этажам. Наружные стены возводят из ячеисто-бетонных блоков, уложенных в 1 ряд. Благодаря нулевой жесткости сохраняется пластичность фасада. Блоки укладывают на балки или плиту перекрытия.

При строительстве несущей конструкции из блоков маленького размера кладку можно производить в 1 или несколько слоев. На этапе конструирования подобного строения нужно убедиться, что кладка не служит опорой каркаса. Толщина стен подбирается с учетом теплоизоляционных требований. В жилых домах этот параметр должен быть равен 50 см.

Ячеисто-бетонные блоки подходят и для внутренних перегородок (между комнатами, квартирами). Эти стены являются для каждого этажа самостоящими. Во время планирования толщины перегородок и перекрытий в первую очередь учитываются требования звукоизоляции (больше 50 дБ).

Существуют нормативные документы для расчета параметра. Он зависит от используемых блоков, раствора, бетона и пр. Избавиться от посторонних звуков поможет минплита, которой заполняются пустоты. Плотность материала должна находиться в пределах 80-100 кг/м³.

Рекомендуемая толщина межкомнатных стен — 12 см, звукоизоляционный параметр — минимум 43 дБ.

Сборный каркас чаще всего применяется при возведении 2-5-этажных промышленных построек. Если строится более высокое здание, требующее больших крановых нагрузок, то целесообразно использовать стальное основание. Его составляющие (колонны, ригели и связующие элементы) бывают сплошные или решетчатые. Их изготавливают из швеллеров, уголков и прочих профилей, скрепленных при помощи сварочного аппарата.

Сборно-монолитные каркасы

При применении таких каркасов можно снизить трудоемкость работ и уменьшить их срок, сохранив основные достоинства монолитных конструкций.

В этом варианте колонны и балки бетонируются в опалубке с тонкими стенками и квадратным сечением. Стыки арматуры и опалубки замоноличиваются, когда колонны и балки заливаются бетоном.

Монолитный каркас

Монолитный каркас можно соорудить при помощи как съемной, так и несъемной опалубки. Второй тип чаще применяется для возведения невысоких частных домов. После того как опалубку заливают бетоном, она соединяется с другими элементами и выполняет роль несущей конструкции. В современном строительстве ее изготавливают из разных материалов, в т.ч. из пенопласта.

В зависимости от конструкции опалубки бывают 2 видов:

1. Щитовой. Опалубку такого типа создают из отдельных деталей, которые соединяются специальными крепежными элементами. Таким образом формируют емкость для заливки бетона, который станет основанием будущей постройки.
2. Туннельный. Опалубку приобретают в собранном виде, из-за чего такой тип конструкции подойдет не для всех монтажных работ. Купленные изделия не подлежат изменениям. Их заполняют раствором сразу после установки.

После завершения работ по укладке бетона необходимо перейти к его уплотнению: это убережет конструкцию от образования пустот. Для выполнения задачи подойдут специальные инструменты (глубинный, а также поверхностный вибратор и пр.).

При помощи уплотнения монолитный каркас станет максимально прочным. После завершения процесса переходят к армированию конструкции. Особенности технологии позволяют реализовывать различные дизайнерские идеи.

Повышение эффективности монолитного каркасного жилья

Несмотря на то что монолитный каркас приобрел доверие строителей, его свойства постоянно улучшают: повышают прочность, снижают расход материалов. Для достижения этих целей применяют бетоны более высоких марок. Благодаря этому удается снизить расход арматуры и стоимость постройки. Каркас здания считается эффективным, если армирование превышает 3%.

Монолитную конструкцию оптимизируют следующими способами:

• по марке бетона;
• по сечению железобетонных компонентов;
• по проценту армирования в бетоне.

При возведении монолитного здания руководствуются способом, который предполагает заглубление коробки сооружения на 2 этажа. При помощи этого метода удается сделать конструкцию максимально надежной, т.к. нагрузки передаются высокопрочным пластовым почвам.

Несмотря на эффективность, эта технология редко применяется при возведении домов высотой до 3 этажей включительно. Причина заключается в высокой стоимости такого строения (сооружение деревянной опалубки, применение дорогостоящей техники и пр.). При обустройстве невысоких зданий чаще применяют сборные каркасы, которые обладают достаточной прочностью, при этом стоят намного дешевле.