Насколько тонкий слишком тонкий? Оценка толщины плиты в железобетонной плоской конструкции

Типовая плоская конструкция.
Фотографии любезно предоставлены SGH

Дмитрием Папагианнакисом, PE
Плоские железобетонные конструкции популярны в проектах строительства жилых домов средней и высокой этажности. Это обеспечивает большую гибкость в размещении вертикальных несущих элементов конструкции (, т.е. колонн и стен) без ущерба для эффективности каркаса пола, что потенциально может быть в случае со сталью или кирпичной кладкой.

На ранних стадиях проекта архитекторы и владельцы часто спрашивают инженеров-строителей, насколько тонкими могут быть плиты в плоской системе. Этот вопрос обычно мотивирован желанием достичь большей высоты от пола до потолка, что может быть важным преимуществом при продаже конечным пользователям. Существуют положения строительных норм и правил, в которых рассматривается минимальная толщина плиты в зависимости от длины пролета и состояния пролета (, например, , непрерывный или прерывистый и т. д.). Существуют также практические и экономические факторы, которые часто влияют на конструкцию бетонных плоских плит.

Проектирование железобетонных конструкций регулируется Американским институтом бетона (ACI) 318, Строительные нормы и правила для конструкционного бетона , которые предусматривают минимальную толщину одно- и двусторонних плит, поддерживающих конструктивные и/или ненесущие строительные элементы. Они предназначены для ограничения прогибов, которые могут привести к проблемам с эксплуатацией конструкции или могут повредить архитектурные элементы здания.

Предписанная минимальная толщина зависит от длины пролета, условий сплошности и концевых ограничений плиты; они предназначены для обеспечения сечения плиты, которое соответствует пределам прогиба, предписанным нормами, без необходимости для инженера выполнять подробные расчеты прогиба. Тем не менее, код также позволяет инженеру-проектировщику указывать более тонкие плиты при выполнении расчетов, показывающих, что кратковременные и долговременные отклонения не окажут неблагоприятного воздействия на конструктивные или неконструктивные элементы, прикрепленные к плите или поддерживаемые ею.

Группы механических/сантехнических проходок через плоскую плиту. Конструкция плиты должна быть проверена на наличие необходимого дополнительного армирования в местах проходки.

Плюсы более тонкой плиты
Использование более тонких плит имеет несколько преимуществ с точки зрения конструкции. Одно очевидное преимущество заключается в том, что требуется меньше бетона. Следовательно, уменьшение количества бетона также снижает гравитационные нагрузки на вертикальные несущие элементы. Обычно это приводит к меньшим колоннам с меньшим количеством армирования и, таким образом, к экономии материальных затрат.

Уменьшение массы здания также напрямую влияет на сейсмические нагрузки, которым подвергается здание. Сейсмический сдвиг основания строительной конструкции прямо пропорционален ее сейсмическому весу — снижение сейсмического веса здания обычно приводит к пропорциональному снижению требований к сейсмической нагрузке на элементы, устойчивые к боковой нагрузке, строительной конструкции, и таким образом, более экономичная конструкция. Кроме того, снижение нагрузки на здание может также привести к менее дорогой конструкции фундамента в зависимости от предлагаемой системы.

Сантехнические муфты возле колонн. Это требует тщательного анализа способности плиты к сдвигу.

Минусы более тонкой плиты
В зависимости от горизонтальных пролетов, которые должны быть достигнуты, минимальное армирование плиты может не обеспечивать достаточную прочность для поддержки предписанных нормами нагрузок. Следовательно, внутри плиты может потребоваться дополнительное армирование, что сводит на нет часть вышеупомянутой экономии затрат на материалы.

Более тонкие бетонные секции также подвержены разрушению при продавливании и должны быть тщательно оценены. При определенных обстоятельствах избегание предельного состояния сдвига при продавливании может препятствовать использованию колонн меньшего поперечного сечения. Возможность перенапряжения плиты на границе плиты/колонны еще более усугубляется использованием моментных рам плита-колонна, которые часто используются как часть системы сопротивления поперечной нагрузке (где это разрешено нормами). Величины неуравновешенных моментов и касательных напряжений в соединениях плита-колонна являются самыми высокими в точках момента-рамы и могут потребовать использования утолщенных откидных панелей на колоннах для сопротивления приложенным нагрузкам. В качестве альтернативы можно разместить шпильки на оголовках колонн для обеспечения требуемой прочности, или можно использовать более крупные сечения балки по периметру для создания действия момента на раму вместо плиты. Эти варианты приводят к дополнительным трудозатратам и дополнительным затратам на проект.

Плоская конструкция требует значительной координации между конструктивной системой и механическими, электрическими и водопроводными (MEP) компонентами. Проходки в плитах для вертикальных механических и водопроводных стояков должны быть оценены на предмет возможного дополнительного необходимого усиления. Проходки стояков, расположенные вокруг колонн, также должны быть тщательно скоординированы и оценены, так как они могут оказывать значительное влияние на напряжения продавливания и изгиба рядом с колоннами и могут потребовать дополнительной арматуры на изгиб или сдвиг.

Электрические/сантехнические кабелепроводы размещены внутри плиты. Требуется координация, чтобы избежать чрезмерной перегрузки канала (как показано здесь) и задержек, связанных с изменением местоположения канала в полевых условиях. Электрический кабелепровод

также обычно размещается внутри плиты на средней высоте. Вокруг трубы и между трубой и арматурой плиты должно быть обеспечено достаточное покрытие. Диаметр трубопровода и расстояние между ними должны находиться в определенных пределах, чтобы не допустить снижения прочности плиты или образования очагов усадочных трещин. Проектирование и координация этих элементов становятся более сложными и, возможно, более дорогими, поскольку толщина плиты и, следовательно, пространство, в котором можно разместить компоненты, уменьшается.

Для более тонких плоских плит увеличенное отношение площади поверхности к объему делает их более восприимчивыми к раннему высыханию из-за снижения теплоты гидратации ( т. е. уменьшенная масса бетона сохраняет меньше тепла — ключевой компонент процесс заживления). Более высокие скорости сушки увеличивают вероятность раннего растрескивания и, в свою очередь, деформации плиты.

Это снижение теплоты гидратации также становится фактором в холодных погодных условиях, когда свежезалитый бетон может быть более восприимчив к замерзанию из-за более низких температур бетона, чем в противном случае, чтобы помочь защитить плиту. Более тонкие плиты также более склонны к растрескиванию в раннем возрасте из-за нагрузок на укрепление и повторное укрепление, типичных для быстрых строительных циклов.

Заключение
Выбор наиболее подходящей толщины плиты является критическим аспектом проекта плоской железобетонной плиты. Современные инженерные методы и наличие конечно-элементного программного обеспечения предоставляют полезные инструменты для быстрой и эффективной оценки плоских систем.

Инженер-проектировщик должен оценить возможность уменьшения толщины плиты за пределами предписывающих норм, и должен сообщить владельцу и группе проектировщиков о последствиях этого ( напр. дополнительное армирование, требования к детализации соединений, вопросы согласования и т. д.). Как уже упоминалось, существует множество плюсов и минусов уменьшения расчетной толщины плиты, и каждый из них необходимо оценить, чтобы прийти к наиболее подходящему выводу.

Димитри Папагианнакис, PE, присоединился к Simpson Gumpertz & Heger (SGH) в 2011 году, имея почти десятилетний опыт проектирования конструкций. Зарегистрированный профессиональный инженер в Нью-Йорке и Нью-Джерси, его работа включает в себя проектирование новых строительных конструкций и подразделений, а также реконструкцию, перестройку, ремонт и исследования существующих зданий. С ним можно связаться по адресу [email protected].

Бетон Многоквартирная плоская армированная плита

Изучение типов и особенностей конструкции

Бетонная плита представляет собой горизонтальный конструктивный элемент, длина которого сравнительно больше его ширины, обычно одинаковой толщины, предназначенный для поддержки таких конструкций, как фундаменты или компоненты здания. В основном они наблюдаются в виде крыш или полов в строительных конструкциях.

Бетонные плиты представляют собой изгибаемые элементы, которые в первую очередь предназначены для сопротивления изгибу, сдвигу и прогибу под действием нагрузок. Конструктивное поведение бетонной плиты зависит от ее толщины, деталей армирования, условий поддержки и типа нагрузки.