Эффективность комплексного применения конструкций из лёгкого бетона

Современной технологическим развитием предусмотрено преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение стоимости и трудоемкости строительства, массы зданий и сооружений и повышение их теплозащиты. Этим требованиям в полной мере отвечают конструкции на основе лёгких бетонов.

НИИЖБ при участии НИИЭС, ЦНИИПромзданий, ЦНИИЭП жилища, ЦНИИЭПсельстроя и НИИОК изучалась экономическая эффективность комплексного применения легких бетонов в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве с учетом местных условий. Оценку проводили сопоставлением объёмно-планировочного и конструктивного решения здания-представителя из лёгкого бетона с аналогичным из тяжелого.

В качестве одноэтажных промзданий принималось здание в виде квадратного в плане блока со стороной 72 м с пролетами 18 м (4х18) при шаге колонн 6 и 24 м (3х24) при шаге колонн 12 м. Здания имели полный железобетонный каркас и покрытия в виде сегментных ферм и ребристых плит шириной 3 м. Пролеты располагались параллельно без перепадов по высоте смежных пролетов. В здании с сеткой колонн 18х6 м пролеты оборудовались двумя подвесными кран-балками грузоподъёмностью по 3,2 т, а с сеткой колонн 24х12 м – мостовыми кранами грузоподъемностью 20/5 т. При этом отметка низа несущих конструкций в первом случае принималась 7,2 м, во втором – 10,8 м.

Многоэтажное промздание было принято 4-этажным по серии 1.420 с высотой этажа 4,8 м и полным железобетонным каркасом (сетка колонн 12х6 м), рассчитанным под полезную нагрузку на перекрытие до 1000 кгс/м2. Здание имело прямоугольную форму в плане размер сторон 36х60 м) с параллельным расположением пролетов и без перепада высот смежных пролетов.

Для жилищного строительства принято здание по типовой серии 111.99 крупнопанельного дома с узким шагом поперечных несущих стен. Рассматривались 9-этажное здание с размерами в плане, соответствующими одной секции типового этажа. Для сопоставления принимался крупнопанельный дом типовой серии 111.90 из тяжелого бетона.

Сельскохозяйственные одноэтажные здания производственного назначения имели стоечно-балочную схему либо однопролётное рамное решение. Здания были прямоугольными в плане с размерами сторон 18х72 м. С полным железобетонным каркасом и покрытием из сборных железобетонных стропильных конструкций, кроме здания с каркасами из полурам. Шаг продельных опор колонн 6 м, поперечный шаг в здании стоечнобалочной схемы – 6 м (3х6).

Принимались административные районы с низким и высоким уровнем действующих оптовых цен на керамзитовый гравий: Куйбышевская обл., Томск, Тында, Хабаровск и др., а также районы практически без запасов камня естественных пород. При выборе районов учитывались региональные условия: сосредоточенность объемов строительно-монтажных работ по конкретному виду строительства; наличие предприятий по производству сборных железобетонных конструкций, а также базы по производству крупных естественных и искусственных пористых заполнителей; расчетные снеговые и ветровые нагрузки; сейсмичность района.

Эффективность комплексного применения конструкций из легкого бетона оценивали по приведенным затратам. При этом основное внимание уделяли исследованию эффективности применения несущих конструкций. Конструкции подбирали по действующим типовым проектам либо разрабатывали специально с сохранением опалубочных размеров аналогичной конструкции из тяжелого бетона. Для всех случаев фундаменты принимались с плоской подошвой из монолитного тяжелого бетона с основанием из однородных песчаных грунтов средней плотности, маловлажных с условным расчетным давлением 3 кгс/см2. Объемная масса конструкционного керамзитобетона в состоянии естественной влажности принималась 2000 кг/м3 при объемной массе керамзитового гравия 1800 кг/м3.

Применение легкого бетона в несущих надземных конструкциях одноэтажных промзданий снижает массу этих конструкций на 13…19% по сравнению с конструкциями из тяжелого бетона.‘В здании с сеткой колонн 18х6 м это позволяет уменьшить площадь подошвы, общие размеры фундаментов, а также расход арматурной стали от 130 до 1030 кг и бетона от 2 до 5 м3 на 1000 м2 площади здания. Однако экономия бетона не компенсирует полностью дополнительный расход цемента. В здании с сеткой колонн 24х12 м масса несущих конструкций снижается на 13…14% только на стропильных фермах с меньшим насыщением рабочей арматурой вследствие уменьшения массы ребристых плит покрытия. Экономия натуральной стали составляет от 250 до 900 кг на 1000 м2 площади здания.

Приведенные затраты несущих конструкций из лёгких бетонов для здания с сеткой колонн 18х6 м примерно равнозначны во всех рассмотренных административных районах страны, кроме Иркутской области, Владивостока, Томска, Тынды, Хабаровска. Применение несущих конструкций из лёгких бетонов для здания с сеткой колонн 24х12 м выгодно в Куйбышевской области и Ташкенте.

Использование лёгкого бетона в несущих конструкциях многоэтажных промзданий позволяет уменьшить их массу на 12…15%. В сейсмических районах замена тяжелого бетона легким не снижает расчетные сейсмические усилия в элементах каркаса и не влияет на расход материалов. Приведенные затраты на производство несущих конструкций многоэтажных промзданий из лёгкого и тяжелого бетона по всем административным районам примерно одинаковы, кроме Иркутской области и Томска.

Применение керамзитобетона в жилых зданиях позволяет снизить их массу на 33…35 % при увеличении толщины внутренних несущих стен с 16 до 20 см. Использование лёгкого бетона в панелях перекрытий, перегородок и т. п. Позволяет уменьшить их толщину при сохранении звукопоглощающих свойств конструкции. Из-за снижения общей массы здания можно применять фундаментные плиты под поперечные несущие стены меньшей ширины. В результате сокращается расход натуральной стали от 11,6 до 15% и бетона от 2 до 4,5%. Расчет приведенных затрат показал, что применение керамзитобетона в несущих конструкциях крупно-панельных жилых домов экономически целесообразно во всех рассмотренных административных районах страны, кроме Иркутской области и Томска.

Опыт предприятий, выпускающих железобетонные конструкции для сельского строительства, показывает, что плотный природный заполнитель (щебень, гравий) поставляется неритмично, что повышает условно-постоянные расходы на 1 м3 сборного железобетона. По данным ЦНИИЭПсельстроя‚ повышение ритмичности работ при замене тяжелого бетона лёгким снижает заводскую себестоимость в среднем на 4%. Экономически целесообразно применение несущих конструкций из керамзитобетона в сельскохозяйственных зданиях производственного назначения во всех рассмотренных областях.

Эффективность применения легкого бетона для несущих конструкций жилых промышленных и сельскохозяйственных зданий зависит в основном от соотношения стоимости крупного пористого и плотного заполнителя в регионе. Это соотношение не должно превышать для одноэтажных промышленных зданий 1,1; многоэтажных промышленных – 1,2; крупнопанельных жилых – 1‚8; сельскохозяйственных, с учетом коэффициента ритмичности, – 1,6, а без учета коэффициента ритмичности – 1,1.

Комплексное применение лёгких бетонов для несущих и ограждающих конструкций зданий повышает их эффективность. Оно экономически оправдано в районах с соотношением стоимости крупного пористого и плотного заполнителя, не превышающим в одноэтажных и многоэтажных промзданиях 1,5; крупнопанельных жилых зданиях – 2,5; сельскохозяйственных зданиях – 3.

При учете региональных условий комбинированное применение конструкций из лёгких и ячеистых бетонов может способствовать повышению эффективности лёгкобетонного строительства в стране.