Оценка возможной этажности здания при неармированной стене, возведенной по технологии ROSSTRO-VELOX

Строительная система «ROSSTRO – VELOX» представляет собой технологию монолитного строительства, где стены и перекрытия бетонируются с использованием несъемной опалубки, изготовленной из щепоцементных плит ВЕЛОКС. Опалубка после бетонирования не снимается и остается частью конструкции, повышая ее тепло- звукоизоляционные свойства.

Несъемная опалубка стен состоит из двух щепоцементныхплит ВЕЛОКС, скрепленных между собой проволочными хомутами (стяжками). Опалубка вручную выставляется на высоту этажа с помощью монтажных стяжек. На временные стойки и балки из обрезной доски вручную укладывается несъемная опалубка перекрытия из пустотных коробов ВЕЛОКС. В процессе монтажа опалубки устанавливается арматура согласно проекту и конструкция заполняется бетоном.

Проектирование конструкций  зданий  с применением несъемной опалубки "ROSSTRO-VELOX"  ведется в соответствии с действующими нормативными документами. Так как это практически здания с каркасом из обычного монолитного железобетона, то и основные требования по расчету и конструированию необходимо брать из нормативных документов к ним, впервую очередь, СП63.13330.2018 – «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». Применение несъемной опалубки при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций регламентировано ГОСТ 34329-2017 «Опалубка. Общие технические условия».

Также при проектировании необходимо учитывать положения следующих основных нормативных документов:
СП 20.13330.2016 «Нагрузки ивоздействия»
СП 51.13330.2011 «Защита от шума»
СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»
СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»
и другие нормативные документы.

В обязательном порядке следует руководствоваться положениями нормативных документов по технике безопасности.

При разработке основных положений проектирования (нормалей) были рассмотрены основные элементы несущего каркаса: вертикальные элементы (стены) и горизонтальные элементы (перекрытия).

Для разработки принята условная схема здания с различными пролетами несущих конструкций, с высотой этажа 3 м и стандартные нагрузки для жилых зданий:
- постоянные нагрузки (в зависимости от материала и размера конструкции);
- временная нагрузка на перекрытия  ( нормативная) - 150 кг/кв.м.;
- снеговая нагрузка (расчетная) - 180 кг/кв.м.;
- ветровая нагрузка ( нормативная) - 30 кг/кв.м.

Монолитные стены многоэтажных зданий с жесткой конструктивной схемой представляют собой вертикальные неразрезные балки пролетом . Для упрощения расчета стены рассматриваем ее расчлененной по высоте на балки с шарнирными опорами в местах опирания перекрытий. В пределах каждого этажа на стену действуют следующие нагрузки (рисунок 2):
F - от вышележащих этажей;
Fп - от перекрытия;
G ст. - собственный вес стены в рассматриваемом сечении.

Таким образом, расчетное сечение испытывает действие:
- продольной силы: N = F + Fп + Gст, тн;
- момента при шарнирном опирании балок перекрытия: М = Fп*e, тм;
- момента при защемлении балок перекрытия в конструкции стены: М = q*L/12, тм.

Все вертикальные несущие конструкции рассчитываются на центральное или внецентренное сжатие с учетом постоянных и временных нагрузок (таблица 1).

Для целей расчета приняты следующие данные:
1. Материал стен - бетон тяжелый класса  В15 и В20.
2. Арматура класса А-III (А400с), Rs = 365 МПа.
3. Основные пролеты: 4,5 м, 5,5 м, 6,5 м, 7,5 м.
4. Коэффициент надежности - 2.

Расчетами определялась несущая способность бетонного сечения стены (1000 x Нст) при центральном и внецентренном сжатии. Данные расчетов приведены в табл. 2-6.

Сравнивая результаты выполненных расчетов, представленные в таблицах 2 - 6, можно отметить следующее:

1. При центральном сжатии при равных толщинах и пролетах повышение класса бетона увеличивает несущую способность стены на 35-40%.

2. При внецентренном сжатии стены крайних и средних пролетов увеличение несущей способности стены зависит еще и от размера пролета: чем меньше пролет, тем больше несущая способность стены.

Исходя из полученных значений несущей способности бетонного сечения стены определена теоретических возможная этажность здания. Данные представлены в таблицах 7 и 8 (в числителе - бетон класса В15, в знаменателе – бетон класса В20). Для уточнения данных при изменениях высот этажей, коэффициентов проемности, расчетных нагрузок на перекрытия следует выполнять дополнительные расчеты. Данные таблиц 7 и 8 не учитывают влияние фундаментов, ветровые воздействия и общую устойчивость здания.

Приведенные в таблицах 7 и 8 данные показывают, что в зависимости от марок бетона, толщин стен, вида нагрузок (центральное, внецентренное сжатие), их значений, а также типа конструкции стены (сплошная стена, простенок) возможно возведение здания из бетона без арматуры - до 15 этажей.

РЕКОМЕНДАЦИИ:

• для малоэтажных зданий применять бетон класса не ниже В15, для зданий повышенной этажности – не ниже В20;
• стремиться к равнопролетным схемам зданий и избегать больной разницы в прилегающих пролетах;
• проектирование бетонных несущих стен  осуществлять с учетом требованиями нормативных документов о конструктивном армировании данного вида конструкций.

При проектировании железобетонных зданий и сооружений в соответствии с требованиями, предъявляемыми к бетонным и железобетонным конструкциям, должны быть установлены вид арматуры, ее нормируемые и контролируемые показатели качества.

Для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры в качестве устанавливаемой по расчету арматуры применяют арматуру периодического профиля классов А400, А500 и А600, а также арматуру классов В500 и Вр500 в сварных сетках и каркасах. При обосновании экономической целесообразности допускается применять арматуру более высоких классов.

Для поперечного и косвенного армирований применяют гладкую арматуру класса А240 из стали марок СтЗсп и СтЗпс (с категориями нормируемых показателей не ниже 2), а также арматуру периодического профиля классов А400, А500, В500 и Вр500.

Защитный слой бетона должен обеспечивать:

• совместную работу арматуры с бетоном;
• анкеровку арматуры в бетоне и возможность устройства стыков арматурных элементов;
• сохранность арматуры от воздействий окружающей среды (в том числе агрессивных);
• огнестойкость конструкций.

Толщину защитного слоя бетона следует принимать с учетом роли арматуры в конструкциях (рабочая или конструктивная), типа конструкций (колонны, плиты, балки, элементы фундаментов, стены и т. п.), диаметра и вида арматуры, а также СП 28.13330.2017 "Защита строительных конструкций от коррозии".

Минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры для конструкций за исключением конструкций, находящихся в грунте и фундаментов, следует принимать не менее:
20 мм - в закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности;
25 мм  - в закрытых помещениях при повышенной влажности (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий);
30 мм - на открытом воздухе (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий).

Для конструктивной арматуры минимальные значения толщины защитного слоя бетона принимают на 5 мм меньше по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры.

Во всех случаях толщину защитного слоя бетона следует также принимать не менее диаметра стержня арматуры и не менее 10 мм.!

Продольное армирование

В несущих железобетонных наружных и внутренних стенах диаметр и количество арматуры определяется по расчету с учетом значения минимального процента армирования. 

Расстояния между стержнями вертикальной арматуры принимают не более 2t и 400 мм (t - толщина стены - бетона), а горизонтальной - не более 400 мм. 

Элементы, не удовлетворяющие по значению минимального процента армирования, следует относить к бетонным. В бетонных конструкциях следует предусматривать конструктивное армирование:

• в местах резкого изменения размеров сечения элементов;
• в бетонных стенах под и над проемами;
• во внецентренно сжатых элементах, рассчитываемых по прочности без учета работы растянутого бетона, у граней, где возникают растягивающие напряжения.

Поперечное армирование

Диаметр поперечной арматуры (хомутов) в вязаных каркасах внецентренно сжатых элементов принимают не менее 0,25 наибольшего диаметра продольной арматуры и не менее 6 мм.

В сварных каркасах диаметр поперечной арматуры принимают не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с наибольшим диаметром продольной арматуры.

Во внецентренно сжатых линейных элементах в целях предотвращения выпучивания продольной арматуры следует устанавливать поперечную арматуру с шагом не более 15d и не более 500 мм (d — диаметр сжатой продольной арматуры).

При конструировании основных несущих элементов конструктивной системы стен следует соблюдать нормативные требования по конструированию конструкций.

Стены армируют вертикальной и горизонтальной арматурой, расположенной симметрично у боковых сторон стены, и поперечными связями, соединяющими вертикальную и горизонтальную арматуру, расположенную у противоположных боковых сторон стены.

Максимальное расстояние между вертикальными и горизонтальными стержнями, а также максимальное расстояние между поперечными связями следует принимать такими, чтобы предотвратить выпучивание вертикальных сжатых стержней и обеспечить равномерное восприятие усилий, действующих в стене.

Количество вертикальной и горизонтальной арматуры в стене следует устанавливать в соответствии с действующими в стене усилиями. При этом предусматривают равномерное армирование по площади стены с увеличением армирования у торцов стены и у проемов.

Исходя из приведенных требований предложены рекомендации по конструктивному армированию монолитных стен толщиной 150 мм в несъемной опалубке строительной системы "ROSSTRO-VELOX", определенное по минимальному проценту армирования (п.10.3.6 СП 63.13330.2018) в зависимости от их гибкости (таблица 9).

1. Возведение монолитных бетонных стен в несъемной опалубке "ROSSTRO-VELOX" теоретически возможно, что подтверждается проведенными расчетами и допусками нормативных документов, в частности СП 63.13330.2018.
2. Теоретически возможная этажность здания со стенами из монолитного бетона - до 15 этажей в зависимости от типа конструкций, марок бетона, толщин стен, вида и значений нагрузок.
3. При возведении бетонных конструкций стен необходимо соблюдать требования по конструктивному армированию.
4. Учитывая, что стандартная толщина бетона (Тст) для конструкций стен строительной системы "ROSSTRO-VELOX" составляет 150 мм, то по требованиям к продольному армированию  максимальные расстояния между вертикальными стержнями составляет 300 мм.
5. При высоте этажа 3 м и толщине бетона 150 мм получаем конструктивное армирование стены: арматура класса А500, диаметр - 10 мм, шаг - 300 мм.