Сталебетонное перекрытие с высоким профилем

Перекрытия по профлисту - опалубка или арматура?

На вопрос, вынесенный в заголовок этой статьи в современных условиях нужно отвечать так — и опалубка и арматура. Второе название таких перекрытий — сталебетонные или сталежелезобетонные перекрытия.  В России второе название появилось относительно недавно в отличие от США, где этому термину уже почти 100 лет. Сталебетонные перекрытия (СБП) подтолкнули специалистов нашей компании к созданию сборно-монолитных перекрытий АТЛАНТ, основанием балки которых является тонкостенный стальной профиль с перфорацией на стенках и выштамповками на днище. . 

В настоящей обзорной статье кратко излагаются некоторые исторические и недавние события, а также новые тенденции для систем СБП. В ней представлены основные особенности проектирования и построения основных конструктивных узлов.  включая собственно стальной профилированный лист и элементы его крепления к основным несущим конструкциям здания.  

История вопроса и технологические достижения

Применительно к зданиям и сооружениям термин «сталебетонная конструкция” обычно подразумевает  использование стальных конструкций и бетона, объединенных в  единый неразрывный  железобетонный блок.  Цель такого объединения состоит в том, чтобы новая конструкция обеспечивала более высокий уровень характеристик, чем отдельные ее составляющие.  Для этого, объединенная конструкция должна учитывать присущие отдельным составляющим различия и особенности в свойствах и обеспечивать, чтобы объединенная система должным образом эти особенности учитывала.

Чаще всего важнейшим результатом объединения является уменьшение собственного веса СБП. которое  оказывает важное влияние на стены, фундаменты, и другие конструкции, которые с СБП связаны. Кроме того, СБП, как правило, обеспечивают преимущества с точки зрения скорости строительства. Известные китайские небоскребы, которые строятся за несколько недель, широко используют для устройства перекрытий сталебетонные конструкции.  

Конструкции сталебетонных перекрытий  необходимо рассматривать и с учетом того, что именно они оказывают значительное, если не самое большое влияние на общий вес металлокаркасных зданий. Вес СБП во многом определяет требования к несущей способности колонн и расстоянию между ними.  В последнее десятилетие за рубежом была разработана целая серия облегченных конструкций СБП, которые позволили существенно снизить конечную стоимость проектов. В результе доля СБП в общем объема перекрытий по профлисту выросла до 90%. 

Необходимо с сожалением констатировать, что в России развитие СБП остановилось. Используемые в настоящее время профили разработаны еще в прошлом веке, нормативная база не вышла за пределы стандартов организации.  Как результат в нашей стране доля СБП в общем объеме перекрытий по профлисту не превышает 15%.  В частном домостроении это цифра вообще стремится к нулю.  

Родина профлиста США. Первые  бетонные балки здесь появились в 1894 году   на мосту в Айове и здании в Питтсбурге. Сталебетонные балки впервые были использованы в Канаде на мостовых работах в 1922 году. Сварные сквозные  анкера для крепления профлиста к стальным прогонам были разработаны и  испытаны в Университете Иллинойса в 1954. Их первое применение  произошло на строительстве здания Федерального суда в Бруклине в 1960 году. Однако только в 1978 году эта конструкция была стандартизирована. 

Производство и исследования СБП параллельно проводились и в Европе. В 1950 году в Великобритании были опубликованы Временные правила проектирования сталебетонных балок.  Прототип современных СБП к 1990 году уже широко использовался  в промышленных зданиях Англии. Он состоял из неглубоких кирпичных арок, плотно уложенных между стальными балками перекрытия. В этом же году эта система была стандартизована. 

Главные особенности этого типа СБП — скорость монтажа, техническая простота и общая низкая цена. Недостаток системы — низкая устойчивость для сейсмических   нагрузок. Особенность конструкции перекрытия не позволяет ему выступать в качестве единой жесткой диафрагмы. В результате во время землетрясений наблюдались значительные повреждения, в том числе обрушение перекрытия.

В отличие от кирпичной тонкостенная стальная «арка» при сейсмических нагрузках намного   прочнее.  Перекрытие состоит из профлиста уложенного на верхнюю полку стальной балки. Профлист скреплен с балкой при помощи сквозных стальных анкеров.  В единое целое конструкция соединяется монолитным бетоном.  

Высота выступов профлиста достигает 200 мм  и более. Конструкция перекрытия может быть усилена стержневой арматурой, которая размещается вдоль впадин профлиста.  Такая конструкция имеет целый ряд преимуществ. Стальной профнастил на стадии строительства выступает в качестве опалубки и рабочей площадки, а после схватывания бетона становится внешней плоской арматурой. Перекрытия с глубиной профлиста 80 мм (картинка слева) позволяет перекрывать пролеты до 4,5 м. При глубине профиля в 200 мм пролеты увеличиваются до 6 м. Обратите внимание — профлист монтируется на стальные балки. 

Существенное повышение несущей способности СБП достигается за счет крепления профиля к стальной балке. Для этого используются, так называемые стад-болты — анкера в виде калиброванного стержня, привариваемого к верхнему поясу балки. Для установки анкеров используется специальные сварочные пистолеты. 

К недостатками такой конструкции  следует, прежде всего, отнести значительную общую (вместе с балками) толщину перекрытия, которая резко ограничивает возможность использования СБП в жилищном строительстве.

Балки можно «спрятать» в плиту перекрытия. Для этого достаточно положить профлист на нижнюю полку балки (картинка слева). Но в такой конструкции нет возможности крепить профлист к балкам анкерами. Родоначальники СПБ нашли выход. У них появились балки с отверстиями в вертикальной стенке (картинка справа). Через эти отверстия бетонные части соседних участков СБП связываются между собой арматурными анкерами. Освоено производство стальных балок с полками разной ширины. Нижняя широкая полка такой балки используется для монтажа профильных элементов

Процесс снижения толщины сталебетонных перекрытий продолжается. Существенный шаг в этом направлении проделали китайские компании. Они разработали перекрытие, в котором треугольные арматурные каркасы крепятся сваркой непосредственно к  тонкостенному профилю. 

Сталебетонные перекрытия в России

Достижения российской строительной индустрии в области сталебетонных перекрытий значительно скромнее. Несколько попыток разработать государственный стандарт по таким перекрытиям к успеху не привели. На уровне проекта остановилась разработка свода правил

Промышленность освоила производство только двух типов профилированного листа с выштамповками  — СКН50Z-600 и СКН90Z-610 с высотой профиля 50 и 90 мм соответственно. 

Завод СТИЛЛИОН производит профили высотой до 160 мм, но о выштамповках на стенках такого профиля речь даже не идет. 

Российская металлургическая промышленность успешно поставляет зарубежным партнерам тонколистовую оцинкованную сталь, Из русской стали за рубежом получаются качественные сталебетонные перекрытия, которые при необходимости наши строители могут купить.

Валерий Мартынюк — автор технологии МАРКО, директор по развитию компании МАРКО