В строительстве получили распространение железобетонные перекрытия различных видов. Железобетон как материал для перекрытий имеет существенные преимущества перед металлом и деревом в силу присущих ему свойств несгораемости и огнестойкости.
Кроме того железобетонное перекрытия значительно увеличивают общую жесткость здания, создавая связь между отдельными вертикальными элементами несущей конструкции (колонны, стены). Железобетонные перекрытия применяются как в собственно железобетонных зданиях (с несущим железобетонным каркасом), так и при несущей конструкции из металла или каменных стен.
Характер конструкции железобетонного перекрытия зависит от предъявляемых к нему требований — экономических, технологических, архитектурных, производственных и пр. При малых (до 3,0 м) расстояниях между стенами перекрытия обычно устраиваются в виде плоской плиты (рис. 5) толщиной 7—12 см.
В случае, если расстояния между опорами плиты превышают 3,00—4,00 м, рационально устройство ребер, что уменьшает расход металла и бетона и тем самым удешевляет конструкцию. В этом случае (рис. 6) ребра служат опорами для плит, пролет которых равен расстоянию между ребрами-балками. Такое перекрытие с ребрами (балками), поддерживающими плиту, называется ребристым.
Ребра опираются на прогоны или непосредственно на стены. В обычном ребристом перекрытии расстояние между ребрами (пролет плиты) принимается в среднем равным 2,0—3,0 м. Такое перекрытие во многих случаях (главным образом для общественных и жилых зданий) экономически нерационально, так как дает большую строительную высоту, что увеличивает общую кубатуру здания.
Кроме, того затрудняется устройство гладкого потолка и увеличивается стоимость такового. Применение обычных ребристых перекрытий является особенно целесообразным в промышленных сооружениях, где могут иметь место значительные сосредоточенные нагрузки, большие отверстия в плитах, а ребристая поверхность потолка не вызывает неудобств.
Расчет обычных ребристых перекрытий производится по отдельным элементам. Для расчета плиты производится условное выделение полосы шириной 1,00 м, которая рассматривается обычно как неразрезная балка, опорами которой служат ребра.
Последние в свою очередь также рассчитываются как нёразрезные балки, а при подборе их поперечных сечений вводится в расчет и плита (сечение получает вид тавровой балки). Что касается прогонов, то таковые, будучи жестко связаны с колоннами, являются ригелями рам. Для общественных и жилых зданий более экономичным типом являются перекрытия с частым расположением ребер (30—70 см).
Основная экономия получается при этом на плите, толщина которой принимается 4,0—5,0 см (рис. 7). Пространства между ребрами почти всегда заполняются легкими материалами, что дает возможность получить гладкую поверхность потолка.
В качестве заполнителей применяются деревянные отходы (рис. 7) или легкие камни. В этих случаях весьма упрощается конструкция опалубки, которая состоит только из ряда досок, располагающихся вдоль ребер. В отдельных случаях, когда заполняющие камни имеют нижние выступы, они служат полной опалубкой для железобетонных конструкций перекрытия.
Экономия в опалубке достигает 40—50%. Для лучшего укрепления заполнителей в перекрытии ребра устраиваются суживающимися кверху.
Подшивка потолка при заполнении тонкими (19 мм) досками. Арматура ребра состоит обычно из 1—3 стержней диаметром 8—16 мм.
Для распределения нагрузок между соседними ребрами служат диафрагмы, представляющие собой балочки такого же сечения, что и ребра. Эти диафрагмы увеличивают общую жесткость перекрытия. При пролетах ребер до 6 м устраивается одна диафрагма, при большем пролете — две или три.
Плита в виду небольшого пролета не требует по расчету специального армирования. Арматура плиты устраивается конструктивно из 4—5-мм проволоки для предохранения от усадочных и температурных трещин. Расстояние между прутьями принимается равным 20— 30 см.
Расчет часторебристого перекрытия в основном производится так же, как и для ребристого. При сравнительно небольших пролетах (4,0—6,0 м) и нагрузке до 600 кг/м2 часторебристое перекрытие экономичнее обыкновенного ребристого на 10—15%.
Экономия в бетоне иногда достигает 15% и в железе 25%. Часто ребристое перекрытие с легкими заполнителями может быть рекомендовано для жилых и общественных зданий.
В случае, если отношение между размерами сторон плиты перекрытия близко к единице и во всяком случае не больше двух, плиты рассматриваются опертыми со всех сторон, и перекрытие носит название кессонного (рис. 8). Кессонные перекрытия также относятся к типу ребристых и применяются нередко из архитектурных соображений, т. к. дают возможность хорошо обработать потолок.
Плиты в обычном кессонном перекрытии имеют пролеты в обоих направлениях по 2,0— 5,0 м и опираются на балки (ребра), идущие в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Плита работает в двух направлениях и соответственно армируется. При этом арматура в средней части плиты укладывается более часто (рис. 9).
Расчет плит, опертых по контуру, производится по таблицам Маркуса, учитывающим также крутящие моменты; последние уменьшают величину изгибающих: моментов. Балки кессонного перекрытия, опирающиеся непосредственно на колонны, рассчитываются как обычные неразрезные балки или с учетом их связи с колоннами как ригели рам.
Нагрузка от плиты передается на балки по криволинейному закону, который для упрощения расчета заменяется трапецией. В случае если кроме прогонов, опирающихся на колонны, в перекрытии имеются также и ребра, образующие сетку, то таковые рассчитываются на нагрузку, передаваемую примыкающей к ним полосой плиты с учетом работы последней в двух направлениях. Описанный тип перекрытия экономических, выгод не представляет.
Применение кессонных перекрытий вызывается архитектурными соображениями или особыми местными условиями (квадратная сетка плана, необходимость получения небольшой конструктивной высоты между балками и пр.).
С экономической стороны от обычного кессонного перекрытия выгодно, отличаются кессонные перекрытия с легкими камнями, стоимость которых при панелях 5 х 5 и 7 х 7 м меньше обычного ребристого и тем более кессонного.
Расстояние между ребрами кессонного перекрытия с камнями зависит от размера таковых и составляет 50—60 см (фиг. 50). Камни выполняются из легкого бетона (шлако-бетон, пемзо-бетон и пр.) с минимальным расходом вяжущих и временным сопротивлением не мбнее 30 кг /см2; размеры камней принимаются от 40 х 40 до 50 х 50 см при высоте 14—26 см. Расчет производится так же, как и для обычного кессонного перекрытия.
При подборе сечения (или проверке напряжений) принимается ширина полосы, приведенная к бетону и равная bпр = bб + α bк,
где α = 0,5 Rк / Rб
0,5 — коэффициент, отражающий низкие упругие «свойства и неполную работу камней, а и Rб — временное сопротивление камней и бетона. Кессонные перекрытия с камнями экономичнее обыкновенных ребристых при пролете 5,0 м на 35% по железу и 25% по бетону.
Недостатком перекрытия является большой собственный вес. Этот тип перекрытия может быть рекомендован при близких к квадрату ячейках плана для пролетов до 6—7 м в районах, где легкие камни заполнения может быть изготовлены из местных материалов.
Принципиально иным решением является конструкция безбалочного перекрытия, где плита без ребер непосредственно опирается на колонны, снабженные вверху утолщениями — капителями. Расстояние между колоннами безбалочного перекрытия обычно принимается равным в двух взаимно перпендикулярных направлениях (1х — 1у), что наиболее целесообразно.
В отдельных случаях панели безбалочного перекрытия может быть прямоугольными, однако размеры сторон должны отличаться не больше, чем на 25%. Нормальные размеры панели (расстояние между колоннами) 5,0—6,0 м, однако встречаются и много большие.
Капители колонн служат для уменьшения расчетного пролета плиты, увеличения ее жесткой связи с колоннами и обеспечения от пропавливания. С теми же целями иногда устраиваются надкапительные плиты (рис. 1, типы а и б).
Плита безбалочного перекрытия армируется в двух наиравлениях («двухпутная» арматура) проволокой диаметром 6—16 мм. Двухпутное армирование (рис. 2) выгодно отличается от применявшегося ранее четырехпутного, кольцевого и прочих простотой производства работ, являясь в то же время технически рациональным.
Капители безбалочного перекрытия, как показали опыты, имеют избыточный запас прочности и могут не армироваться. Колонны в поперечном сечении могут иметь прямоугольную, квадратную, восьмиугольную или круглую форму Для упрощения производства работ предпочтительно применять прямоугольные колонны.
Восьмиугольная или круглая колонна устраивается с применением спиральной обмотки. По периметру здания плита безбалочного перекрытия может заканчиваться консольным выносом, опираться на кладку в случае каменных стен здания или при каркасных стенах на железобетонные рандбалки, идущие по наружным колоннам.
Существует несколько методов расчета безбалочных перекрытий. Некоторые из этих методов являются теоретическими, другие — экспериментально-теоретическими, имея в своей основе данные опытов над безбалочными перекрытиями. Нормы отдают предпочтение последней категории расчетов, как наиболее правильно отражающих работу конструкции под нагрузкой и являющихся в то же время весьма простыми в практическом применении. При равных пролетах сумма абсолютных величин четырех расчетных моментов одного пролета
Mo = 0,125P1х (1 - 2с/31)2,
где Р = (q+р)1х 1у — полная нагрузка на панель, 1х — расстояние между осями колонн в направлении рассматриваемой полосы и с — расчетная величина капители. Полученная таким образом величина Мо распределяется между надколонной полосой и двумя пролетными полуполосами по следующим коэффициентам (рис. 3).
Табл. 1. Распределение Мо.
| Моменты | Надколонная полоса | Две пролетные полуполосы |
| Отрицательные | М1 = 0,50 Мо | М3 =0,15 Мо |
| Положительные | М2 = 0,20 Мо | М 4 = 0,15 Мо |
Делением этих моментов (M1 М2, М3 и М4) на ширины соответствующих полос получают расчетные изгибающие моменты на 1 м ширины плиты. Расчетные моменты крайних пролетов определяются из моментов средних пролетов при помощи переходных коэфициентов.
Капитель проверяется на продавливание с таким расчетом, чтобы напряжения на скалывание по периметру не превышали допускаемые. При неравных пролетах для расчета условно выделяются системы рам в двух направлениях.
Ригелем рамы является плита шириной, равной расстоянию между осями двух соседних панелей. Моменты, полученные из расчета такой.рамы, также распределяются по коэффициентам между опорами и пролетами надколонной и пролетной полрс. Подбор сечений элементов безбалочного перекрытия производится, как обычно, за исключением арматуры плиты, которая против принятых способов расчета уменьшается на 30%. Таким образом сечение арматуры плиты определяют по формуле:
основным преимуществом безбалочного перекрытия являются небольшая строительная высота и гладкий потолок, что особенно важно при необходимости получения хороших условий вентиляции и содержания помещения в санитарном состоянии (холодильники, перекрытия над резервуарами, склады и пр.).
Применение безбалочных перекрытий становится выгодным при больших нагрузках (500 кг/м2). При меньших нагрузках влияние собственного веса перекрытия значительно, и в этих случаях рационально применять безбалочные перекрытия с легкими камнями.
Основная идея включения камней состоит в принципе равного использования бетона во всех сечениях плиты. В силу этого на опоре надколонной полосы железобетонная плита остается сплошной, и включение камней имеет место только в пролете надколонной полосы и в пролетной полосе.
Камни применяются естественные (туф, ракушечник) или искусственные из теплого бетона (шлакобетон, пемзобетон и пр.) с объемным весом 1 000 — 1 300 кг/м3 и временным сопротивлением не ниже 30 кг/см2. Расчет перекрытий с легкими камнями производится по тем же принципам, что и обычных безбалочных перекрытий.
Область их применения примерно та же, что и обычных безбалочных. Кроме рассмотренных плоских перекрытий употребляются пространственные конструкции в виде шатров (рис. 4) и складок. Эти типы перекрытий, в особенности шатры, требуют малого расхода материала, однако значительная строительная высота и относительная сложность производства работ ограничивают область их применения главным образом кровельными покрытиями. Все перечисленные выше конструкции перекрытий, будучи монолитными, изготовляются на месте, что увеличивает срок производства работ.
