Тонкостенная плита перекрытия

Реконструкция, перепланировка существующих зданий, строительство малоэтажных домов вдали от центров строительной индустрии требуют разработки нетиповых, экономичных, имеющих небольшой вес конструкций, которые могут быть изготовлены и в заводских условиях, и на стройплощадке, не требующих при производстве работ тяжелых подъемно-транспортных средств.

Тонкостенная СФЖБ плита является альтернативой типовой ЖБ плите перекрытия.

Испытание плит статическими нагрузками. Состояние перед снятием нагрузки Результаты измерений: график зависимости местных линейных деформаций сжатия efbc и растяжения efbt от нагрузки

Технико-экономическое сравнение показателей 1м2 плит (по материалам)*

Показатели Вид плиты перекрытия, L = 6 м
Типовая железобетонная ПК 60.12-4 АтVт Разрабатываемая сталефиброжелезобетонная
Вес кг/%
292 / 100
94 / 32
Суммарный расход стали кг / %
3,52 / 100
2,62 /74
Расход бетона м3 / %
0,117 / 100
0,04 / 34
Себестоимость изготовления руб. / %
183,65 / 100
128,04 /69
Трудоемкость изготовления чел-час. / %
0,88 / 100
0,74 /84

*Расчёт производился на расчётную нагрузку 4,5 кПа + собственный вес плиты

Натурные испытания СФЖБ плит перекрытия, проведенные с соблюдением требований ГОСТ 8829, подтвердили правильность принятых расчётных предпосылок при их разработке и перспективность их применения в гражданском строительстве.

Тонкостенные пространственные конструкции покрытия

Цилиндрическая оболочка

Геометрическая схема, полученная средствами ПВК SCAD

Поперечное сечение элемента оболочки (1-1)

Сталефиброжелезобетонная цилиндрическая оболочка покрытия.

Цилиндрическая оболочка покрытия может быть с длиной волны l1 и пролетом l2 от 6 до 12 м , со стрелой подъема f от 1,2 до 3,6 м . При стреле подъема 2,4 м ≤ f < 3,6 м, возможно устройство мансардного этажа; при f < 2,4 м - покрытие с холодным чердаком.

Крестовый свод в покрытии гражданского здания

Состоит из двух пересекающихся под прямым углом цилиндрических оболочек, выполненных из сталефиброжелезобетона. Геометрическая схема оболочки повторяет реальный облик конструкции покрытия.

Покрытие сборно-монолитное, разделенное на элементы на основе схемы армирования, полученной по результам статического расчета. При выборе армирования каждого типа сборного элемента оболочки (ЭОС) и монолитного элемента (ЭОМ) выполнялся контроль стоимости принятого решения, возможности технологии изготовления элементов и производства работ при устройстве покрытия. При проектировании принято фибровое монодисперсное и зонное монодисперсное армирование элементов составной оболочки стальной фиброй из малоуглеродистой проволоки общего назначения по ГОСТ 3282.

Сравнение технико-экономических показателей разработанного варианта покрытия с типовым вариантом (железобетонные стропильные фермы и плиты покрытия) показало, что разработанное решение покрытия имеет вес почти в два раза меньше типового и может составить ему конкуренцию.

Геометрическая схема крестового свода, полученная средствами ВК SCAD

Схема раскладки сталефиброжелезобетонных элементов крестового свода

Структурная конструкция покрытия

Форма структурного покрытия представляет собой 2 полукруга радиусом 30 м, соединенные в двускатную конструкцию.


Расчетная схема конструкции покрытия, созданная средствами ПВК SCAD.
Визуализация

Структурное покрытие работает как неразрезная пространственная ферма, собираемая из пирамидальных сталефиброжелезобетонных элементов нижнего пояса, соединенных по вершинам плоскими элементами верхнего пояса. Размер пирамиды – 1,5 x 1,5 м, высота 0,9 м, размер плоского элемента – 1,5 x 1,5 м.

Из анализа полученных в результате статического расчета полей напряжений все структурные элементы разделены на несколько групп унификации. Каждая группа унификации рассчитана на сочетание максимальных усилий при наиболее невыгодном загружении.


Схемы к расчету пирамидального элемента нижнего пояса П-2:
картина полей напряжений; схема зонного монодисперсного фибрового и регулярного армирования

Схемы к расчету плоского элемента верхнего пояса Пл-1:
картина полей напряжений; схема зонного монодисперсного фибрового и регулярного армирования

Малоэтажный жилой дом

Жилая площадь – 142.36 м2

Общая площадь – 352.93 м2

Наружные стены толщиной 540 мм: пенобетон r = 600 кг/м3; несъёмная СФБ опалубка d = 20 мм. Внутренние стены толщиной 300 мм: бетон В15; несъёмная сталефибробетонная опалубка.

Составная тонкостенная сталефиброжелезобетонная оболочка покрытия

Радиусы: R1 = 4 600 мм ; R2 = 1 420 мм ; R3 = 3 240 мм

Картина полей напряжения в составной оболочке от совместного действия нагрузок (наиболее невыгодного загружения) Nх, кПа

 

 

Сравнительные расчетные технико-экономические показатели вариантов малоэтажного дома

  Вариант с элементами конструкций на основе сталефибробетона Типовой вариант, кирпичные стены, плиты перекрытия железобетонные многопустотные
Толщина наружной стены, м
0,54 (84%)
0,64 (100%)
Вес 1м2 стены , кг
392 (41%)
960 (100%)
Вес 1м2 перекрытия, кг
114 (39%)
292 (100%)
Вес 1м2 покрытия, кг
124,85 (63%)
196,5 (100%)
*Стоимость 1м2 наружной стены, руб. ( по материалам )
611,75 (37%)
1623,5
*Стоимость 1м2 плиты перекрытия, руб. ( по материалам )
128,04 (70%)
183,65 (100%)
*Стоимость 1м2 покрытия, руб. (по материалам)
505,82 (62%)
809,05 (100%)

* Стоимость в ценах 2000г.

Мобильный жилой дом

Мобильный дом эллипсоидной формы из сборных тонкостенных сталефиброжелезобетонных элементов

Мобильный дом из СФЖБ оболочек разработан в виде замкнутого эллипсоидного объема, на плане имеющего форму круга, общим весом около 8 тонн. Размеры дома: диаметр по экватору – 8 м , высота в центре – 4 м , конструкция пола имеет отметку ± 0,00. Общая площадь помещения – 38,45 м2 , полезная – 26,2 м2 . Дом рассчитан на проживание до 4-х человек.

Технико-экономические показатели: строительный объем проектируемого дома составляет 111,19 м3 ; площадь застройки - 50,24 м2 ; сметная стоимость всей конструкции с учетом стоимости материалов и монтажа в ценах 1996 года составляет 29993,3 тыс. руб., трудоемкость монтажа 266 чел.- ч., продолжительность строительства - 3 смены

Малые архитектурные формы

Пластические и технологические возможности СФБ позволяют создавать малые архитектурные формы различного очертания, открывая широкие возможности для творчества дизайнеров, воплощения их фантазии.

Композиция цветочных вазонов из сталефибробетона (установлена в 2000 году в Ленинском районе г.Барнаула ). 2008 г. Переставная сталефибробетонная цветочная ваза (установлена в 1996 году в г.Барнауле). 2008 г.

Разработаны сборные стационарные и переставные цветочные вазоны
(5 типоразмеров), а также технология изготовления и правила их эксплуатации.

Объем СФБ смеси одного переставного вазона ~0,05 м3 , толщина стенок - 20 мм, вес вазона около 100 кг .

Бунгало для временного проживания

Бунгало разработано из тонкостенных сталефиброжелезобетонных элементов.

Площадь, м2
18
Вес 1 м2 оболочки, кг
63
Расход на 1 м2
- фибры, кг
2,5
- регулярной арматуры, кг
0,3
- бетона, м3
0,025

Модульный тонкостенный элемент оболочки из сталефиброжелезобетона

Класс СФБ Вf27,5.

Объем 0,12 м3, масса - 280 кг.

Стальная фибра df = 0,35 мм, lf = 40 мм, расход 5 кг.

В ребрах дугообразные каркасы, из Вр-I d = 3 мм, масса 3,16 кг.

Кладовые хранения ценностей

Схема сейфового помещения с ограждением из сборных сталефиброжелезобетонных элементов
1 - металлическая рама;
2 - сталефиброжелезобетонные элементы ограждения

Разработаны кладовые хранения ценностей в сборно-монолитном и сборно-разборном вариантах, их изготовление и технология возведения.

Автоматизированное проектирование сейфовых помещений. Ввод параметров фибрового армирования Сборные сталефиброжелезобетонные элементы ограждения сейфового помещения. Результат компоновки

Эффективность применения СФБ в ограждениях кладовых хранения ценностей, благодаря его высокой ударной прочности и вязкости при разрушении, является основой обеспечения заданного класса устойчивости к взлому. Использование СФБ в конструкциях кладовых хранения ценностей обеспечивает не менее двукратного повышения времени доступа с применением различных механических средств.

Дверь кладовой хранения ценностей

Бронедверь 8 класса устойчивости к взлому ДХЦ – 8. Экспериментальный образец.

Разработана дверь кладовой хранения ценностей 8 класса устойчивости к взлому (совместно с ЗЗП), в которой СФБ, обладает прочностью при сжатии, соответствующей классу Bf45, что гарантирует заданный класс устойчивости к взлому. На основе результатов экспериментально-теоретических исследований были разработаны и прошли необходимое согласование и утверждение в установленном порядке технические условия ТУ 7399 – 013 - 31480175 – 98 «Дверь хранилища ценностей ДХЦ-8»

Монолитные конструкции дорожных одежд

Разработана и прошла экспериментальную проверку СФБ конструкция основания жесткого типа автомобильной дороги II технической категории. К основаниям дорожных одежд предъявляются требования по морозостойкости (марка не ниже F 200) и по водонепроницаемости (марка W 4), а также по прочности на сжатие (не ниже В20) и растяжение при изгибе (не ниже Btb 3,6 ).

Керны, взятые из типового бетонного (h = 200 мм , слева) и опытного сталефибробетонного (h = 120 мм , справа) покрытия
дороги на трассе Новоалтайск – Заринск
Участок покрытия автодороги Новоалтайск – Заринск в Алтайском крае из сталефибробетона через 18 лет эксплуатации

Разработана и прошла экспериментальную проверку конструкция СФБ покрытия автодороги II технической категории равнопрочная типовой, что позволило сократить высоту сечения СФБ покрытия на 40% по сравнению с типовой.

Устройство СФБ покрытия осуществлялось с помощью комплекса бетоноукладочных машин (БУМ), т.е. с помощью типового оборудования по типовой технологии. При укладке, разравнивание, уплотнение СФБ смеси с помощью БУМ, выполнялось при обеспечении хорошего качества работ, без снижения производительности комплекса или ужесточения работы механизмов.

Конструкция пола

Торгово–развлекательный комплекс (г.Красноярск, 2004 г .). Конструкция пола из сталефибробетона на перекрытии, площадь около 2500 м2

Разработана конструкция СФБ стяжки под полы из ламинированного паркета и линолеума ПВХ. Типовая конструкция стяжки (основания) – бетон класса В25, толщиной 70 мм, армированный сеткой из арматуры класса Вр-I, взамен которой разработана и уложена равнопрочная СФБ конструкция стяжки без нарезки швов, армированная стальной фиброй. При этом имеет место снижение расхода бетона более чем на 40% и сокращение расхода стали на 35%.

Покрытие проезжей части моста

К конструкциям дорожных одежд мостов предъявляются требования по прочности на растяжение при изгибе, ударной прочности, износостойкости, морозостойкости и атмосферной стойкости.

Сравнение технико-экономических показателей покрытия моста типового и сталефибробетонного.

Показатели Типовой СФБ
Толщина констр., мм
150
100
Сталефибробетон, м3
-
8
Цементобетон, м3
11
-
Сетка из проволоки холоднотянутой, т
0,35
-
Растворная стяжка, м3
3
3
Стеклоткань, м2
110
-
Рубероид на битумной, мастике, м2
-
110
Трудоемкость возведения, чел-дни
35,7
30,19


Устройство сталефибробетонного покрытия проезжей части моста через реку Повалиха (Алтайский край)

Разработана монолитная конструкция и технология возведения покрытия проезжей части моста.

Разработанное решение позволило снизить трудоемкость производства работ на 15,5 %, материалоемкость на 48%, себестоимость на 21% при обеспечении заданной долговечности, которая, определяется повышенными водонепроницаемостью, морозостойкостью и износостойкостью.

Сборный элемент притрассового водоотводного лотка


Водоотводной лоток из сталефибробетонных элементов (участок на въезде в село Овчинниково Алтайского края)

Разработан сборный элемент притрассового водоотводного лотка, технология его изготовления и технология его устройства.

Элемент конструкции притрассового водоотводного лотка разработан в виде усеченного полого полуконуса длиной 1050 мм . Больший внутренний диаметр полуконуса - 1000 мм , меньший - 900 мм . Толщина стенок - переменная от 30 мм в опасном сечении (низ лотка), до 20 мм в верхней части. Конусность лотков при монтаже обеспечивает их телескопическое соединение, меньший диаметр, расположенного выше по уклону элемента лотка, заводится на 50 мм внутрь большего диаметра элемента лотка, расположенного ниже по уклону

Сравнительные показатели укрепления 1 погонного метра притрассовой канавы.

Наименование лотка Расход материалов Масса, кг.
Бетон B15, м3 Тощий бетон B10, м3 Сталь, кг. Песчаная подготовка, м3 Щебень, м3
Из бетонных плит b = 400 мм
b = 600 мм
0,2
0,22
0,02
0,03
0,65
0,62
0,14
0,15
440
530
Железобетонные лотки-желоба
0,134
-
11,0
0,07
0,03
335
Железобетонные лотки прямоугольные
0,14
-
10,22
-
350
Железобетонные лотки - полутрубы
0,1
-
6,6
-
-
250
Сталефибробетонные лотки-полутрубы
0,05
-
6,8
-
-
120

Контейнер для длительного хранения и захоронения токсичных промышленных отходов

На сегодняшний день проблема накопления промышленных отходов выходит на первое место среди экологических проблем и в нашей стране. Наряду с промышленными отходами III и IV класса опасности, все чаще упоминаются токсичные промышленные отходы, относящиеся к I и II классам опасности.

Характеристика промышленных отходов, наиболее опасных для окружающей природной среды

Степень вредного воздействия Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности Класс опасности отхода
Очень высокая Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует Класс I. Чрезвычайно опасные
Высокая Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия Класс II.
Высоко опасные

Разработчики:

Талантова К.В., к.т.н., доцент (каф. СК, АлтГТУ им. И. И. Ползунова), тел.сл. 290-738, E-mail: tkv@agtu.secna.ru
Чирцев П. С., инженер, E-mail: chircev@mail.ru,
Михеев Н.М., преподаватель БСК, тел. 262-887, E-mail : miheevnm@bk.ru

Контейнер для длительного хранения и захоронения токсичных промышленных отходов (ТПО) 1 и 2 класса опасности Испытательный стенд. Общий вид с подготовленным к испытаниям контейнером Разрушение стенки модели сталефибробетонного контейнера в результате загружения внешним сжатием и внутренним избыточным давлением
Схема зонного монодисперсного фибрового армирования модели:
1– направление главных площадок;
2 – границы зон армирования;
3 – направления ориентации фибр;
d1 – значение главных растягивающих напряжений;
m – объемный процент фибрового армирования зоны;
Rfbt – расчетное сопротивление сталефибробетона на растяжение
Разрушение стенки модели сталефибробетонного контейнера.
Схема разрушения:
1 – трещина разрушения стенки,
2 – граница ориентации главных напряжений,
3 – ориентация главных напряжений.

В результате экспериментально-теоретических исследований разработан контейнер (патент на изобретение РФ № 2268218) для длительного хранения и захоронения токсичных промышленных отходов КСЭ-1/3 – контейнер сталефибробетонный экспериментальный, версия 1, нормативная масса заполненного контейнера 3 тонны, техническая характеристика которого приведена ниже в таблице.

Техническая характеристика контейнера КСЭ–1/3

Показатель Значение
Габаритные размеры, м
Ø 1,50 x 1,60
Толщина стенок, мм
60
Средняя толщина крышки, мм
60
Толщина днища, мм
120
Внутренний объем контейнера , м3
1,81
Объем бетона В30 на контейнер, м3
0,54
Собственный вес, т
1,3
Нормативная масса заполненного контейнера, т
3,0
Расход стальной фибры на контейнер из проволоки по ГОСТ 3282 -74, диаметром 0,4 мм и длиной 50 мм, кг
70
Расход стержневой арматуры, кг
6,0
Внутреннее рабочее давление (от неконтролируемых химических реакций ТПО), атм
1,0
Расчетная себестоимость, руб.
6 825
Нормативный срок хранения , лет
50 -100
Оптовая цена с НДС (для производственной базы НЗЖБИ), руб.
10 680,2

Стоимость захоронения 1 м3 (по стоимости контейнера в ценах 2005 г.) 5 933,44 руб. Стоимость захоронения в стальном контейнере 1 м3 14 285,7 руб. Применение СФБ контейнеров взамен стальных снижает стоимость захоронения ТПО на 58,5%.

Ребристая оболочка покрытия

Одним из объектов практической реализации разработки конструкций на основе сталефибробетона является сталефиброжелезобетонная оболочка покрытия Храма Покрова Божьей Матери в Алтайском крае. Габаритные размеры оболочки 5,2 x 4,2 м, стрела подъема 1,40 м, толщина 20 мм, высота ребра 250 мм, средняя ширина ребра 45 мм.


Тонкостенная ребристая сталефиброжелезобетонная оболочка покрытия: вид сверху и снизу.

Технико-экономические показатели (ТЭП) СФЖБ оболочки значительно превосходят ТЭП аналога из железобетона, а именно, вес снижен почти в 2 раза, расход стали – в 2,2 раза.