Монолитные перекрытия: устройство установки опалубки, армирования и бетонирования своими руками

[latexpage]

Основные положения

Монолитная плита перекрытия – это плоская горизонтальная несущая конструкция из железобетона, сооружаемая в ходе возведения здания путем бетонирования. Для устройства монолитного перекрытия предварительно устанавливается опалубка, которая армируется рабочими и конструктивными стержнями, диаметр и шаг которых определяется расчетом.

Плита перекрытия воспринимает комплекс постоянных и временных нагрузок от расположенных на ней конструкций, мебели, людей, оборудования и т. д. в жилых, общественных, производственных и коммерческих объектах и передает их на опоры – несущие стены. Помимо этого, за счет взаимодействия с продольными и поперечными стенами плиты перекрытия придают пространственную жесткость и обеспечивают устойчивость конструкции всего здания. Расчет монолитного перекрытия осуществляется с учетом всех нагрузок, действующих на конструкцию, при их максимальном сочетании.

Монолитная плита – надежная конструкция, однако ее устройство связано с большими трудозатратами, обусловленными установкой опалубки, арматурными работами, бетонированием, последующим ухаживанием за бетоном. Набор бетоном прочности, которая необходима для возведения вышележащих конструкций, занимает длительное время в ограниченном диапазоне температуры и влажности, что вызывает увеличение сроков строительства. В этой связи железобетонные перекрытия из монолитного бетона должны использоваться в определенных, обоснованных случаях.

Строения и условия, в которых применяются монолитные плиты перекрытия

Монолитные перекрытия наиболее рационально использовать при возведении следующих сооружений и при определенных условиях:

• в зданиях, имеющих сложную архитектуру и конфигурацию в плане, при которой затруднительно расположить сборные плиты и приходится выполнять большое количество монолитных участков;
• в стесненных условиях, когда невозможно доставить сборные изделия к месту строительства и разместить на площадке грузоподъемную технику для монтажа;
• при больших пролетах, которые невозможно перекрыть серийными железобетонными изделиями. В этих случаях перекрытия могут быть сооружены с опиранием на промежуточные стойки по металлическим балкам, с использованием монолитных усиливающих ребер в составе конструкции;
• при сложных условиях эксплуатации сооружения: высоких нагрузках на перекрытия, превышающих максимальную несущую способность серийных железобетонных плит; повышенной влажности (например, в помещениях автомоек, бассейнов и т. п.), вызывающей ускоренную коррозию, что предъявляет особые требования к материалу конструкций; необходимости устройства повышенной шумоизоляции;
• при возведении сборно-монолитных и монолитных сооружений с отработанной технологией комплекса работ по установке опалубки и армирования.

Подготовительные работы

Рассмотрим, как определяется армирование плиты перекрытия, марка бетона и толщина плиты, рассчитывается и подбирается необходимое количество элементов опалубки. Пользуясь приведенной методикой, можно выполнить устройство монолитного перекрытия своими руками.

Для примера возьмем одноэтажный жилой дом, чертеж которого мы приводим ниже, с размерами в осях 10 х 9,6 м и несущей стеной, расположенной внутри.

План перекрытия с размерами и обозначениями несущих стен

Расчет армирования

В качестве схемы для расчета диаметров рабочей и конструктивной арматуры монолитную плиту определяют как балку, однопролетную или многопролетную, шириной 100 см. Самый простой случай – это плита, имеющая опирание на стены по контуру.

Расчетная схема перекрытия с опиранием по контуру

Расчет такой плиты заключается в определении моментов «М» в двух перпендикулярных направлениях, возникающих под воздействием внешних распределенных нагрузок «q» (собственного веса плиты, веса пола, перегородок, людей, мебели и оборудования).

В нашем примере расчетная схема представляет собой двухпролетную балку с моментами, возникающими в пролетах и создающими растягивающие усилия в нижней зоне сечения, и на средней опоре, где усилия растяжения воздействуют на конструкцию в верхней зоне сечения.

Эпюра моментов в пролетах и на опоре монолитного перекрытия

По СП 52-103-2007 «Железобетонные монолитные конструкции зданий»:
«7.7 Основными конструктивными параметрами плоских плит перекрытий являются размеры поперечного сечения (толщина плиты), класс бетона по прочности на сжатие и содержание продольной арматуры, определяемые в зависимости от нагрузки на перекрытие и длины пролетов. При проектировании рекомендуется принимать оптимальные конструктивные параметры перекрытий, устанавливаемые на основе технико-экономического анализа. При этом толщину плоских плит перекрытий сплошного сечения рекомендуется принимать не менее 16 см и не менее 1/30 длины наибольшего пролета и не более 25 см, класс бетона — не менее В20».

На основании нормативных требований примем следующие параметры для плиты:

толщина монолитной плиты перекрытия – 160 мм, при этом расчетная высота сечения h0 будет равна 140 мм (за минусом защитного слоя бетона 20 мм);

класс бетона В20, расчетное сопротивление бетона на сжатие Rb = 115 кг/см².

Класс арматуры А3 или А400, расчетное сопротивление Rs = 3620 кг/см².

Прежде, чем произвести расчет моментов в пролетах, определяем распределенную нагрузку «q».

[table id=282 /]

q = 813,7 кг/м2 или на метр погонный по длине расчетной балки

Рассчитываем моменты, действующие в пролетах и на опоре посередине по формулам:
$$\quicklatex{size=25}\boxed{M_{pr} =\frac{q \times l^{2}}{16}}$$
$$\quicklatex{size=25}\boxed{M_{op} =\frac{q \times l^{2}}{8}}$$

Mpr = 813,7 x 4,6² /16 = 1076 кг*м

Mop = 813,7 x 4,6² / 8 = 2152 кг*м

Определяем значение вспомогательного коэффициента A0 для пролета по формуле:
$$\quicklatex{size=25}\boxed{A_{0}=\frac{M_{pr}}{b \times {h_{0}}^{2}}\times Rb}$$

Где:

b – ширина сечения, принятая для расчета – 100 см;

h₀ – расчетная высота сечения – 14 см;

R_b – расчетное сопротивление бетона на сжатие – 115 кг/см².

Получаем:

A0 = 107600 кг*см / 100см x (14см) ² x 115 кг/см² = 0,048

Из приведенной ниже таблицы находим наиболее близкое к полученному А0 значение вспомогательного коэффициента η.

[table id=283 /]

η = 0,975

Определяем необходимую площадь арматуры по формуле:
$$\quicklatex{size=25}\boxed{F_{s}=\frac{M_{pr}}{{\eta}\times {h_{0}}^{2}}\times Rs}$$

Где:

R_s – расчетное споротивление арматуры растяжению – 3620 кг/см²

Получаем:

Fs = 107600 кг/см2 / 0,975 x 14см x 3620 кг/см2 = 2,18 см²

Из приведенной ниже таблицы находим, что при рекомендуемом нормами шаге рабочих стержней 200 мм на расчетной ширине сечения можно разместить 5 стержней рабочей арматуры диаметром 8 мм.

[table id=284 /]

По СП 52-103-2007 :

«9.10 Количество верхней и нижней продольной арматуры в плите перекрытий (покрытия) следует устанавливать в соответствии с действующими усилиями. При этом рекомендуется с целью упрощения армирования устанавливать: нижнюю арматуру одинаковой по всей площади рассматриваемой конструкции в соответствии с максимальными значениями усилий в пролете плиты; основную верхнюю арматуру принимать такой же, как и нижнюю».

Руководствуясь указаниями СП, принимаем армирование монолитной плиты в виде двух сеток в верхнем и нижнем уровне плиты с продольно расположенной рабочей арматурой диаметром 8 А400 и шагом 200 мм, в поперечном направлении устанавливаем конструктивную арматуру диаметром 6 А400 с шагом 200 мм.

Так как в примере мы рассматриваем двухпролетную неразрезную балку с моментом, возникающим в опоре, выполняем расчет для опорной зоны:

A0 = Mop / b x h0² x Rb = 215200 / 100 х 14² х 115 = 0,095

η = 0,95

Fs = Mop / η x h0 x Rs = 215200 / 0,95 х 14 х 3620 = 4,46 см²

Таким образом, в приопорной части требуется армирование верхней зоны. Действие приопорного момента распространяется на расстоянии, равном 0,25 длины пролетов по обеим сторонам от опоры. По найденной необходимой площади арматуры требуется армирование верхней зоны 5-ю стержнями диаметром 12 мм. Мы уже имеем армирование верхней зоны плиты сеткой с рабочими стержнями диаметром 8 мм, принимаем следующее конструктивное решение: в приопорной зоне дополнительно устанавливаем отдельные стержни диаметром 8 А400 с шагом 200 мм длиной 270 см.

План нижнего армирования монолитной плиты перекрытия

Узел операния монолитного перекрытия на среднюю, несущую стену

Схема верхнего армирования монолитной плиты перекрытия

Узел операния монолитной плиты перекрытия на внешнюю несущую стену

Выбор и расчет опалубки

Устройство монолитного перекрытия, даже если вы сооружаете конструкцию своими руками, следует производить, используя инвентарную опалубку, применение которой позволит добиться надлежащего качества.

Стандартная инвентарная опалубка для перекрытий включает: телескопические стойки с треногами и универсальными вилками (унивилками или «коронами»), деревянные двутавровые опорные ригели и балки, листы из ламинированной фанеры. Балки и ригели имеют высоту 200 мм и стандартную длину: 2,0; 2,5; 2,8; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,2; 4,5 м.

Инвентарная стоечно-балочная опалубка

Один стандартный лист фанеры может быть размером 122 х 244 см или 150 х 300 см и перекрывать площадь в 3 или 4,5 м².

Рассчитаем количество листов фанеры размером 122 х 244 см, исходя из площади перекрытия.

Определяем площадь перекрытия для нашего примера. Размеры каждого из 2-х помещений 9,2 х 4,6 м, общий размер перекрытия 9,9 х 9,2 м.
S per. = 9,9 х 9,2 = 91,08 м²

Находим необходимое количество листов фанеры:
$$\quicklatex{size=25}\boxed {N =\frac{S_{per.}}{S_{lis.}}}$$
= 91,08 / 3 = 30 листов
Места, не перекрывающиеся полностью целыми листами, необходимо покрыть доборными элементами, вырезанными по месту.
Фанерные листы укладываются на балки, опирающиеся на ригели. Ригели должны располагаться по длине помещения с шагом 120 см, балки – поперек помещения с шагом 40—60 см.

Рассчитываем количество линий ригелей, для чего ширину помещений делим на шаг ригелей:

Nlin = 4,6 / 1,2 = 3,8 принимаем 4

В каждом помещении должно быть по 4 линии ригелей общей длиной по 9,2 м. Получим для каждой линии по 3 ригеля длиной 3 м и общее количество ригелей: 3 х 8 = 24 ригеля.

Количество балок в одном помещении:

Nb = 9,2 / 0,6 = 15,3 принимаем 16 линий балок по 2,0 и 2,5 м

Общее количество балок длиной 2,0 м = 16 х 2 = 32 шт.

Общее количество балок по 2,5 м = 16 х 2 = 32 шт.

Рассчитываем количество телескопических стоек, которые устанавливаются под ригели с шагом 80—100 см. Так как имеем 8 линий по 9,2 м общей длиной 9,2 х 8 = 73,6 м, получаем количество стоек:

Nst. = 73,6 / 0,9 = 81 принимаем 80, то есть по 10 стоек на каждую линию ригелей

Итого получили:

• стоек, треног и унивилок – 80 шт.;
• ригелей длиной 3 м – 24 шт.;
• балок длиной 2 м – 32 шт.;
• балок длиной 2,5 м – 32 шт;
• листов фанеры – 30 шт.

Устройство монолитного перекрытия с помощью несъемной опалубки

В строительной практике применяется также несъемная опалубка, где заливка бетона производится по профнастилу, укладываемому на стальные или железобетонные балки или прогоны. Монолитное перекрытие по профлисту применяется большей частью при строительстве производственных или торговых зданий с большими пролетами. Для сооружения перекрытий своими руками в малоэтажном жилье рационально использовать инвентарную стоечно-балочную опалубку.

Устройство монолитного перекрытия по профнастилу

Процесс монтажа комплектующих монолитного перекрытия

Телескопическая стойка опалубки

Перед тем, как начинать монтаж опалубки, необходимо обеспечить устройство прочного и ровного основания для надежной установки стоек (в нашем случае – бетонная подготовка под полы подвала или первого этажа), а также качественное сооружение несущих стен, подведенных на одном уровне под отметку, соответствующую отметке низа перекрытия.

Для установки опалубки потребуется следующий набор инструментов и приспособлений: электродрель или перфоратор, молоток, водяной, пузырьковый и лазерный уровни, рулетка, разметочный шнур и маркеры.

Установка опалубки заключается в выполнении следующих операций:

• с помощью нивелира определяют отметку самой высокой точки подготовки основания под полы, которую принимают за нулевую отметку, служащую ориентиром для всех последующих отсчетов. К нулевой отметке добавляют толщину чистого покрытия пола и проектную высотe этажа – таким образом получают отметку низа перекрытия. Отметку с помощью нивелира или лазерного уровня маркером и разметочным шнуром наносят на стены перекрываемого и соседних помещений;
• на основании пола отмечают линии, по которым выставляют ригели, затем устанавливают телескопические стойки с треногами и универсальными вилками по линиям расположения ригелей;
• укладывают ригели на стойки (при этом перехлест ригелей на опорах должен быть в пределах 30 см), балки и листы фанеры;
• регулируют телескопические стойки с помощью гаек, пользуясь уровнями и отметками на стенах таким образом. чтобы поверхность опалубки составила единую плоскость на расчетной отметке низа перекрытия;
• листы фанеры фиксируют к балкам на углах с помощью 50 мм гвоздей, стыки по периметру помещения герметизируют монтажной пеной;
• устанавливают по периметру перекрытия бортовую доску высотой, равной толщине плиты, фиксируя ее дюбелями и анкерами к наружной части стены;
• для облегчения демонтажа опалубки после устройства перекрытия на поверхность фанерных листов покрывают специальной смазкой или отработанным маслом.

Расчет необходимого количества арматуры

Мы определили, что в нашем примере армируем плиту двумя сетками, связанными из стержней рабочей арматуры 8 А400 и конструктивной арматуры 6 А400, расположенными перпендикулярно с ячейкой 200 х 200 мм. Кроме того, плита армируется дополнительными стержнями в опорной зоне диаметром 8 А400 длиной 270 см через 200 мм.

Рассчитаем необходимое количество арматуры.

Определим количество рабочей арматуры в одной сетке по формуле:

Nst.r. = l 1/ 200 = 9200 / 200 = 46, принимаем 47 стержней

Где: l 1– длина перекрытия в по длине = 9200 мм

Длина одного рабочего стержня – 9870 мм (длина перекрытия по рабочей стороне минус 30 мм защитного слоя бетона). Общая длина рабочей арматуры = 9,87 х 47 х 2 = 928 м

Количество стержней конструктивной арматуры диаметром 6 А400 в одной сетке:

Nst.k. = l2 / 200 = 9900 / 200 = 49,5 принимаем 50 стержней

Общая длина конструктивной арматуры = 9,170 х 50 х2 = 917 м

Общая длина дополнительных стержней диаметром 8 А400 в опорной зоне = 2,7 х 47 = 126,9 м

Итого получаем с коэффициентом 1,05 на резку:

• арматура 8 А400 = (928 + 126,9) х 1,05 = 1107 м;
• арматура 6 А400 = 917 х 1,05 = 963 м.

Армирование плиты

Армирование плиты осуществляют с помощью вязки рабочих и конструктивных стержней в сетки посредством мягкой вязальной проволоки, имеющей диаметр до 2,5 мм. Вязка арматуры монолитной плиты выполняется с помощью специальных крючков или вязальных пистолетов. Для монолитных перекрытий сетки можно связывать на каждом втором пересечении стержней.

Фиксаторы для нижней арматуры

Нижнюю сетку укладывают на инвентарные подкладки, «стульчики» на профессиональном сленге строителей, фиксирующие сетку на расстоянии от нижней поверхности перекрытия, обеспечивающем защитный слой бетона, располагаемые с шагом 0,5 – 0,6 м в шахматном порядке.

Верхнюю сетку укладывают на фиксаторы – «птички» – изготовленные из кусков арматуры, также в шахматном порядке.

Схема установки верхнего фиксатора (птички), для объёмного каркаса на монолитном перекрытии

Схема верхнего фиксатора (птички) на монолитном перекрытии с размерами

Бетонирование плиты перекрытия

Бетонирование монолитной плиты следует выполнять с соблюдением указаний ТТК «Бетонирование монолитных перекрытий».

Укладка бетонной смеси в подготовленную опалубку включает следующие операции:

• подготовительные работы;
• укладку бетона в конструкцию;
• заглаживание поверхности;
• уход за бетоном до набора прочности;
• снятие опалубки.

Подготовительные работы заключаются в контроле надежности установки опалубки, при которой проверяют ее прочность и геометрическую неизменяемость, правильность монтажа стоек, ригелей и балок, отсутствие неплотности на стыках листов, горизонтальность плоскости. Также опалубка очищается от мусора, пыли, обломков кирпича и других загрязнений.

Укладку бетона, который доставляется из бетоносмесительного узла бетоновозами-миксерами, производят с помощью автобетононасоса, оборудованного поворотной стрелой с распределительным рукавом. Бетонную смесь укладывают слоями одной толщины, захватывая за одну проходку полосу шириной до 2-х метров, ориентируясь на отметки верха плиты по бортовым доскам.

Процесс укладки бетона выглядит следующим образом: один рабочий направляет раструб бетоновода, укладывая смесь последовательными полосами, за ним следует рабочий, разравнивающий слой бетона лопатой, далее другой рабочий заглаживает поверхность плиты с помощью полутерка, и на последнем этапе по поверхности проходят виброрейкой, придавая перекрытию завершенный вид.

При укладке бетона следует постоянно наблюдать за состоянием опалубки во избежание нарушения ее целостности и протечек бетонной смеси.
При этом важно соблюдать следующие условия:

• в первую очередь, бетонную смесь нужно подавать по центру площади установленной опалубки, распределяя далее бетонную массу по краям, во избежание сконцентрированной в одном месте нагрузки, способной разрушить конструкцию опалубки;
• раструб бетононасоса, подающий бетонную смесь, необходимо держать под углом к бетонируемой поверхности на минимальной высоте, уменьшая давление подаваемого бетона на опалубку;
• по ходу укладки и вибрирования бетона поверхность плиты сразу же нужно заглаживать с помощью виброрейки;
• перекрытие небольшой площади необходимо залить бетоном за один прием, чтобы не создавать рабочие швы.

При достаточном уплотнении на поверхности плиты выступает цементное молочко.

К законченной монолитной конструкции перекрытия предъявляются следующие требования согласно п 2.113 СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» Таблица 11:

«п3. Местные неровности поверхности бетона при проверке двухметровой рейкой, кроме опорных поверхностей не должны превышать 5 мм. 

п2. Отклонение горизонтальных плоскостей на всю длину выверяемого участка не должно превышать 20 мм».

Уход за бетоном и съем опалубки

Оптимальные температурные условия работ по бетонированию перекрытия в пределах 15–25 °C. В холодное время года для обеспечения набора бетоном нужной прочности предусматривают специальные мероприятия – электропрогрев бетона, противоморозные добавки, предварительный нагрев бетона при его изготовлении и доставке и т. д., которые требуют отдельного рассмотрения.

Мы разберем порядок ухаживания за бетоном готовой конструкции и снятия опалубки в оптимальных условиях.

Мероприятия по ухаживанию за бетоном и снятию опалубки включают следующие действия:

• поверхность плиты не позднее 3-4 часов после бетонирования следует укрыть влагоемким покрытием – брезентом, рогожей, мешковиной или полиэтиленовой пленкой;
• необходимо периодически увлажнять поверхность в течение недели во избежание быстрой потери влаги бетоном и растрескивания;
• не допускается передвижение по свежеуложенному бетону и продолжение работ до набора 70 % проектной прочности;
• снятие опалубки можно производить после достижения 70 % проектной прочности. При температуре 15—25 °C бетон набирает достаточную прочность через 1,5—2 недели после укладки. Проверить прочность бетона можно с помощью молотка Кашкарова, склерометра Шмидта и по результатам испытания в стройлаборатории контрольных образцов бетона (кубиков), которые формируются из партии бетона и должны набирать прочность в таких же условиях, что и перекрытие.

Порядок снятия опалубки

• вначале удаляют боковые доски, ограничивающие перекрытие по периметру. Снимать боковые доски можно на 3—4 сутки после заливки, это ускорит твердение бетона;
• после подтверждения того, что бетон набрал необходимые 70 % прочности, снимают промежуточные стойки, установленные в пролете ригелей, не затрагивая основных стоек, на которые ригели опираются концами. Для того, чтобы снять стойку, уменьшают ее высоту, раскручивая регулировочную гайку с помощью постукивания молотком по закрылкам;
• далее последовательно опускают основные стойки вместе с ригелями, поперечными балками и листами фанеры на 400—500 мм от плоскости потолка;
• чтобы освободить листы фанеры, прикрепленные гвоздями на углах к балкам, используют стремянку, с которой демонтируют гвозди с помощью гвоздодера. Снятие листов фанеры требует предельной аккуратности, так как это самые дорогостоящие элементы опалубки, которые предназначены для многократного применения;
• балки переворачивают набок с помощью монтажной штанги, которая имеет развилку на конце. Используя эту же штангу, снимают фанерные листы, затем балки и ригели. Освобожденные стойки опускают, снимают унивилки и треноги;
• все элементы опалубки очищают и складируют.

Советы эксперта

Монолитное перекрытие – ответственная конструкция, поэтому все работы по ее сооружению необходимо выполнять при строгом следовании строительным нормативам. Нарушение норм, расчетных параметров и технологии работ на любом из этапов строительства может вызвать необратимые последствия, вплоть до аварийного состояния конструкции и невозможности эксплуатации всего здания.

Следует уделить особое внимание следующим этапам сооружения монолитного перекрытия:

• расчет армирования, подбор диаметра рабочих и конструктивных стержней, толщины плиты и подбор марки бетона. Неправильный расчет и несоблюдение любого их этих параметров при эксплуатационных нагрузках приводят к возникновению недопустимых деформаций и дефектов – чрезмерных прогибов, появлению трещин, имеющих тенденцию к развитию. Подобные дефекты практически невозможно исправить;
• монтаж опалубки. При нарушениях в процессе установки опалубки – недостаточном количестве стоек, неправильной их установке – аварийная ситуация может возникнуть при бетонировании. При отклонении плоскости опалубки от горизонтали требуемая толщина плиты не будет выдержана, что приведет к неправильной работе конструкции под нагрузкой;
• армирование. Следует строго выдержать расчетные параметры: диаметр и шаг рабочих и конструктивных стержней при устройстве сеток. Большое значение имеет также обеспечение защитного слоя бетона, так как несоблюдение нормативных требований ведет в дальнейшем к обнажению арматуры и ускоренной коррозии;
• бетонирование. Несоблюдение технологии укладки бетона, достаточного уплотнения бетонной смеси приводит к образованию скрытых полостей и дефектов на поверхности конструкции, что вызывает постепенное разрушение конструкции;
• ухаживание за бетоном. Невыполнение мероприятий по ухаживанию за бетоном ведет к появлению дефектов в процессе твердения и недобору необходимой прочности.