Бетонная плита - Concrete slab

Подвесная плита в стадии строительства, опалубка еще на месте
Подвесная опалубка для перекрытий и арматура на месте, готовы для заливки бетона.

Бетонная плита является общим структурным элементом современных зданий, состоящая из плоских горизонтальной поверхности изготовлена из литого бетона. Армированные сталью плиты, обычно толщиной от 100 до 500 мм, чаще всего используются для устройства полов и потолков, тогда как более тонкие глиняные плиты могут использоваться для наружного покрытия (см. Ниже ) .

Во многих бытовых и промышленных зданий, толстая бетонная плита поддерживается на фундаменте или непосредственно на подпочвы , используется для построения на первом этаже. Эти плиты обычно классифицируются как грунтовые или подвесные . Плита является грунтовой, если она опирается непосредственно на фундамент, в противном случае плита подвешивается. Для многоэтажных зданий существует несколько распространенных конструкций перекрытий ( другие типы см. В § Проектирование ) :

  • Балка и блок , также называемые ребром и блоком , в основном используются в жилых и промышленных помещениях. Этот тип плиты состоит из предварительно напряженных балок и пустотелых блоков и временно подпирается до схватывания, обычно через 21 день.
  • Сборная пустотная плита, которая устанавливается на месте с помощью крана.
  • В многоэтажных зданиях и небоскребах более тонкие сборные бетонные плиты подвешивают между стальными каркасами, образуя полы и потолки на каждом уровне. Монолитные плиты используются в многоэтажных домах и крупных торговых комплексах, а также в жилых домах. Эти плиты на месте отливаются на месте с использованием ставен и армированной стали.

На технических чертежах железобетонные плиты часто обозначают аббревиатурой «железобетонная плита» или просто «железобетонная плита». Расчеты и чертежи часто выполняются инженерами-строителями в программном обеспечении САПР .

Тепловые характеристики

Энергоэффективность стала первоочередной задачей при строительстве новых зданий, и преобладание бетонных плит требует тщательного рассмотрения их тепловых свойств, чтобы свести к минимуму потери энергии. Бетон имеет такие же тепловые свойства, что и кладочные изделия, в том, что он имеет относительно высокую тепловую массу и является хорошим проводником тепла.

В некоторых особых случаях используются тепловые свойства бетона, например, в качестве радиатора на атомных электростанциях или теплового буфера в промышленных морозильных камерах.

Теплопроводность

Теплопроводность бетонной плиты указывает скорость передачи тепла через твердую массу за счет теплопроводности , обычно в отношении передачи тепла к земле или от нее. Коэффициент теплопроводности k , помимо других факторов, пропорционален плотности бетона. Основное влияние на проводимость оказывают влажность, тип заполнителя , тип цемента , пропорции компонентов и температура. Эти различные факторы усложняют теоретическую оценку значения k , поскольку каждый компонент в изолированном состоянии имеет разную проводимость, а положение и пропорция каждого компонента влияет на общую проводимость. Чтобы упростить это, частицы заполнителя можно рассматривать как взвешенные в однородном цементе. Кэмпбелл-Аллен и Торн (1963) вывели формулу для теоретической теплопроводности бетона. На практике эта формула применяется редко, но остается актуальной для теоретического использования. Впоследствии Валор (1980) разработал другую формулу для определения общей плотности. Однако это исследование касалось пустотелых бетонных блоков, и его результаты не подтверждены для бетонных плит.

Фактическое значение k значительно варьируется на практике и обычно составляет от 0,8 до 2,0 Вт · м -1 · K -1 . Это относительно высокий показатель по сравнению с другими материалами, например, проводимость древесины может составлять всего 0,04 Вт · м -1 · К -1 . Одним из способов уменьшения воздействия теплопроводности является введение изоляции (см. § Изоляция ) .

Термическая масса

Второе соображение - это высокая тепловая масса бетонных плит, которая аналогичным образом применима к стенам и полам или везде, где бетон используется в тепловой оболочке . Бетон имеет относительно высокую тепловую массу, а это означает, что он долго реагирует на изменения температуры окружающей среды. Это недостаток, когда помещения нагреваются с перебоями и требуют быстрого реагирования, поскольку для обогрева всего здания, включая плиту, требуется больше времени. Однако высокая тепловая масса является преимуществом в климате с большими дневными колебаниями температуры, когда плита действует как регулятор, сохраняя в здании прохладу днем ​​и тепло ночью.

Как правило , бетонные плиты работают лучше , чем следует из их R-значение . Значение R не учитывает тепловую массу, так как оно проверяется в условиях постоянной температуры. Таким образом, когда бетонная плита подвергается колебаниям температур, она медленнее реагирует на эти изменения и во многих случаях повышает эффективность здания. На самом деле существует множество факторов, которые влияют на эффект тепловой массы, включая глубину и состав плиты, а также другие свойства здания, такие как ориентация и окна.

Тепловая масса также связана с температуропроводностью, теплоемкостью и изоляцией. Бетон имеет низкий коэффициент температуропроводности, высокую теплоемкость, и на его тепловую массу отрицательно влияет изоляция (например, ковровое покрытие).

Изоляция

Без теплоизоляции бетонные плиты, уложенные непосредственно на землю, могут вызывать значительную передачу посторонней энергии за счет теплопроводности, что приводит либо к потерям тепла, либо к нежелательному нагреву. В современном строительстве бетонные плиты обычно заливают поверх слоя изоляции, такого как пенополистирол , и плита может содержать трубы для теплого пола . Тем не менее, плиты без теплоизоляции все еще используются, например, в хозяйственных постройках, которые не отапливаются или не охлаждаются до комнатной температуры (см. § Грязевые плиты ) . В этих случаях заливка плиты непосредственно на субстрат из заполнителя будет поддерживать плиту около температуры субстрата в течение всего года и может предотвратить как замерзание, так и перегрев.

Распространенным типом теплоизоляционных плит является система балок и блоков (упомянутая выше), которая модифицируется путем замены бетонных блоков на блоки из пенополистирола . Это не только обеспечивает лучшую изоляцию, но и снижает вес плиты, что положительно сказывается на несущих стенах и фундаменте.

Комплект опалубки для заливки бетона.
Бетон заливается в опалубку. Эта плита является опорной и армирована стальной арматурой .

Дизайн

Опорные плиты

См. Также: Фундамент мелкого заложения § Плита на уровне грунта

Грунтовые плиты, также известные как «наземные» или «наземные», обычно используются для цокольных этажей в жилых домах и некоторых коммерческих помещениях. Это экономичный и быстрый метод строительства для участков с неактивным грунтом и небольшим уклоном.

Для грунтовых плит важно проектировать плиту в соответствии с типом почвы, поскольку некоторые почвы, такие как глина, слишком динамичны, чтобы поддерживать плиту на всей ее площади. Это приводит к растрескиванию и деформации, что может привести к структурному разрушению любых элементов, прикрепленных к полу, например, стеновых стоек.

Выравнивание площадки перед заливкой бетона является важным шагом, так как наклонный грунт приведет к неравномерному отверждению бетона и приведет к неравномерному расширению. В некоторых случаях участок с естественным уклоном можно выровнять, просто удалив почву с участка, расположенного в гору. Если участок имеет более высокий класс, он может быть кандидатом для метода «выемки и насыпи», когда почва с возвышенности удаляется, а нижняя земля засыпается насыпью .

Помимо заполнения стороны спуска, эта область плиты может поддерживаться бетонными опорами, которые уходят в землю. В этом случае заполняющий материал имеет меньшее значение с точки зрения конструкции, поскольку собственный вес плиты поддерживается опорами. Однако заполнитель по-прежнему необходим для поддержки затвердевающего бетона и его арматуры.

Существует два распространенных метода наполнения - контролируемое наполнение и рулонное наполнение .

  • Контролируемое наполнение : наполнитель уплотняется в несколько слоев с помощью виброплиты или валика. Песок заполняет участки глубиной примерно до 800 мм, а глиной можно заполнить участки глубиной до 400 мм. Однако глина гораздо более реактивна, чем песок, поэтому ее следует использовать экономно и осторожно. Глина должна быть влажной во время уплотнения для ее гомогенизации.
  • Рулонная насыпь: насыпь многократно уплотняется экскаватором, но этот метод уплотнения менее эффективен, чем вибратор или каток. Таким образом, правила максимальной глубины обычно строже.

Для получения необходимой прочности необходимо правильное выдерживание грунтового бетона. Поскольку эти плиты неизбежно заливаются на месте (а не сборными, как некоторые подвесные плиты), может быть трудно контролировать условия для оптимизации процесса отверждения. Обычно этому способствует мембрана, пластиковая (временная) или жидкая (постоянная).

Плиты, несущие грунт, обычно дополняются некоторой формой арматуры, часто стальной арматурой . Однако в некоторых случаях, например, на бетонных дорогах, допустимо использование неармированной плиты, если она спроектирована надлежащим образом (см. Ниже) .

Подвесные плиты

Для подвесной плиты существует ряд конструкций, позволяющих улучшить соотношение прочности и веса. Во всех случаях верхняя поверхность остается плоской, а нижняя сторона модулируется:

  • Гофрированные плиты предназначен , когда бетон заливают в гофрированной стальной лоток, чаще называют настилов. Этот стальной лоток повышает прочность плиты и предотвращает ее изгиб под собственным весом. Гофры идут только в одном направлении.
  • Ребристая плита дает значительно больше силы в одном направлении. Это достигается с помощью бетонных балок, несущих нагрузку между опорами или колоннами, и более тонких составных ребер в перпендикулярном направлении. Аналогия в столярных работах - черновой пол из несущих элементов и балок. Ребристые плиты имеют более высокую нагрузочную способность, чем гофрированные или плоские плиты, но уступают вафельным плитам.
  • Вафельные плиты придают дополнительную прочность в обоих направлениях с использованием матрицы из углубленных участков под плитой. Тот же принцип, что и в грунтовой версии - фундаменте из вафельных плит . Вафельные плиты обычно глубже, чем ребристые плиты эквивалентной прочности, и они тяжелее, поэтому требуют более прочного фундамента. Однако они обеспечивают повышенную механическую прочность в двух измерениях, что важно для устойчивости к вибрации и движению почвы.
Открытая нижняя сторона вафельной плиты многоэтажного дома.

Неармированные плиты

Неармированные или «простые» плиты становятся редкостью и имеют ограниченное практическое применение, за одним исключением - глиняная плита (см. Ниже) . Когда-то они были обычным явлением в США, но экономическая ценность армированных фундаментных плит стала более привлекательной для многих инженеров. Без армирования вся нагрузка на эти плиты поддерживается прочностью бетона, которая становится жизненно важным фактором. В результате любое напряжение, вызванное нагрузкой, статической или динамической, должно находиться в пределах прочности бетона на изгиб, чтобы предотвратить растрескивание. Поскольку неармированный бетон относительно очень слаб при растяжении, важно учитывать эффекты растягивающего напряжения, вызванного реактивным грунтом, подъемом ветра, тепловым расширением и растрескиванием. Одно из наиболее распространенных применений неармированных плит - бетонные дороги.

Грязевые плиты

Грязевые плиты, также известные как " крысиные" плиты , тоньше, чем более распространенные подвесные или грунтовые плиты (обычно от 50 до 150 мм), и обычно не содержат армирования. Это делает их экономичными и простыми в установке для временных или малоиспользуемых целей, таких как черновые полы, пространства для обхода, дорожки, мощение и выравнивание поверхностей. Как правило, их можно использовать для любого применения, где требуется ровная чистая поверхность. Это включает использование в качестве основания или «вспомогательной плиты» для более крупной структурной плиты. На неровных или крутых поверхностях эта подготовительная мера необходима, чтобы обеспечить ровную поверхность для установки арматуры и гидроизоляционных мембран. В этом случае глиняная плита также предотвращает погружение пластиковых стульев в мягкий верхний слой почвы, что может вызвать растрескивание из-за неполного покрытия стали. Иногда глиняная плита может заменить крупный заполнитель . Грязевые плиты обычно имеют умеренно шероховатую поверхность, обработанную теркой .

Основание и арматура подготовлены для заливки глиняной плиты

Оси опоры

Односторонние плиты

В одну сторону плиты имеет момент-сопротивление арматуры только в его короткой оси, и используется , когда момент в длинной оси можно пренебречь. К таким конструкциям относятся профнастилы и ребристые плиты. Неармированные плиты также могут считаться односторонними, если они поддерживаются только с двух противоположных сторон (т. Е. Поддерживаются по одной оси). Односторонняя армированная плита может быть прочнее двухсторонней неармированной плиты, в зависимости от типа нагрузки.

Расчет требований к армированию односторонней плиты может быть чрезвычайно утомительным и трудоемким, и никогда нельзя быть полностью уверенным в лучшем проекте. Даже незначительные изменения в проекте могут потребовать пересчета требований к армированию. При проектировании несущей конструкции односторонних плит необходимо учитывать множество факторов, в том числе:

  • Расчет нагрузки
  • Расчет изгибающего момента
  • Допустимая глубина изгиба и прогиба
  • Тип и распространение арматурной стали

Двусторонние плиты

Двухсторонняя горбыль имеет момент сопротивления арматуры в обоих направлениях. Это может быть реализовано из-за требований приложения, таких как большая нагрузка, устойчивость к вибрации, зазор под плитой или другие факторы. Однако важной характеристикой, определяющей требования к двухсторонней плите, является соотношение двух горизонтальных длин. Если где - короткий размер, а - длинный, то при проектировании следует учитывать момент в обоих направлениях. Другими словами, если осевое отношение больше двух, требуется двусторонняя плита.

Неармированная плита является двусторонней, если она поддерживается по обеим горизонтальным осям.

Строительство

Бетонная плита может быть изготовлена ​​из заводского изготовления ( сборного железобетона ) или построена на месте.

Сборные

Сборные бетонные плиты строятся на заводе и доставляются на площадку, готовые к установке между стальными или бетонными балками. Они могут быть предварительно напряженными (на заводе), пост-напряженными (на месте) или без напряжений. Очень важно, чтобы несущая конструкция стены имела правильные размеры, иначе плиты могут не поместиться.

На месте

Бетонные плиты на строительной площадке строятся с помощью опалубки - типа бокса, в который заливается мокрый бетон. Если плита должна быть армирована , арматурные стержни или металлические стержни помещаются в опалубку до заливки бетона. Металлические или пластиковые стержневые стулья с пластиковыми наконечниками используются для удержания стержней на расстоянии от дна и боковых сторон опалубки. опалубка, так что когда бетон схватывается, он полностью покрывает арматуру. Эта концепция известна как бетонное покрытие . Для фундаментной плиты опалубка может состоять только из вдавленных в землю боковых стен. Для подвесной плиты опалубка имеет форму лотка, часто поддерживаемого временными подмостками до схватывания бетона.

Опалубка обычно изготавливается из деревянных досок, пластика или стали. На коммерческих строительных площадках все большую популярность приобретают пластик и сталь, поскольку они экономят рабочую силу. На малобюджетных или небольших работах, например, при укладке бетонной садовой дорожки, очень часто используются деревянные доски. После схватывания бетона древесину можно удалить или оставить там навсегда.

В некоторых случаях опалубка не требуется - например, фундаментная плита, окруженная кирпичными или блочными фундаментными стенами, где стены действуют как стороны лотка, а твердый стержень (щебень) - как основание.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки