Могильовцева І.М. Разумова О.В.
Сучасні технології в сфері будівництва дозволяють не тільки збільшити надійність будівель, але і зробити їх значно привабливіше. Застосовуючи різноманітні архітектурно-планувальні рішення і нові технології в будівництві, архітектори мають можливість для самовираження і створення індивідуальних проектів, докорінно відрізняються від попередніх.
Зараз у багатьох країнах набув поширення такий вид монолітних залізобетонних конструкцій як трубобетонні, його використання дозволяє збільшити стійкість будівель в кілька разів.
аналіз публікацій
У перших спорудах з використанням трубобетонних застосовувалося многотрубний армування, при якому несучим елементом був пакет з трубобетонних стержнів малого діаметра. Прикладом використання многотрубний пакетів є арочний міст прольотом 9 м в східному передмісті Парижа, побудований в 1931 р (рис. 2). Дві арки цього моста складаються кожна з шести труб діаметром 60 × 3,5 мм, заповнених бетоном.
Мал. 1. Приклад будівлі з застосуванням трубобетонних
Мал. 2. Міст в передмісті Парижа
У 1936 році під керівництвом академіка Г. П. Передерія був споруджений міст прольотом 101 м через р. Нева в Санкт-Петербурзі, в якому застосована відома схема безраскосной ферми. Великогабаритний пакет з 40 труб діаметром 140 × 5 мм використаний в якості верхнього параболічного пояса прогонової будови. Труби виготовлені з маловуглецевої стали марки Ст5. Згодом система пакетного трубобетонних не застосовувалася через складність виготовлення.
Мал. 3. Загальний вигляд мосту через р. Нева
Мал. 4. Поперечний перетин арки моста
мета статті
Вивчити історію виникнення трубобетонних конструкцій. Розглянути конструкційні та будівельно-технічні властивості трубобетонні, а також показати можливість його застосування в самих різних областях будівництва.
Початком широкого розвитку трубобетонних конструкцій слід вважати появу монотрубной системи. У 1940-х роках проф. В. А. Росновскій запропонував використовувати як конструктивний елемент мостів одну тонкостенную сталеву трубу, заповнену бетоном, і в ряді проектів показав її переваги в порівнянні зі звичайними рішеннями. Їм були запропоновані різні конструкції мостів із застосуванням такого рішення, а згодом по одному з цих пропозицій був побудований залізничний міст через р. Ісеть поблизу м Каменськ-Уральський.
Мал. 5. Загальний вигляд мосту р. Ісеть поблизу м Каменськ-Уральський
Мал. 6. Схема конструкції моста р. Ісеть
Виготовлення трубобетонних. При виготовленні трубобетонних використовуються круглі циліндричні, а також призматичні (квадратні або прямокутні) труби. У деяких випадках усередині бетонного ядра встановлюється арматура: гнучка - у вигляді стрижнів або жорстка - куточки, двутаври і ін. У нашій країні такі конструкції використовують для паль, що представляють собою металеві циліндричні оболонки діаметром 1 600 мм з армованим бетонним ядром. Армування ядра дозволяє зменшити діаметр оболонки і, отже, поперечний габарит конструкції, що має велике значення.
Мал. 7. Армування бетонного ядра: а - гнучкою арматурою; б - жорсткої арматурою у вигляді труби; в - те ж, куточком; г - теж, двотавр
Мал. 8. Приклади армування бетонного ядра: а - трубобетонних сердечник неармований; б - те ж, з високоміцної арматурою; в - жорсткий рамний вузол, колона з перекриттям
Технологія заповнення труб бетоном. При широкому застосуванні трубобетонних конструкцій необхідний індустріальний і високопродуктивний спосіб заповнення труб бетоном, що забезпечує високу міцність і однорідність бетонного ядра.Существуют три способи ущільнення бетону в трубах: глибинним вібрацією, штикуванням і зовнішнім вібрацією.
Найбільш ефективним і універсальним є зовнішнє вібрація, здійснюване за допомогою вібростола з вертикальним і гармонійними коливаннями. При цьому способі труби, міцно прикріплені квібростолу в вертикальному положенні, вібрують разом з ним. Бетон подається зверху через завантажувальні воронки в вібруючу трубу, заповнює її і одночасно ущільнюється.
Існує також ін'єкційний спосіб заповнення труби бетоном. При використанні даного способу бетон подається від низу до верху по трубі через отвір в її бічній грані.
Мал. 9. Схема заповнення труби бетоном ін'єкційним способом
переваги трубобетонних
Якщо говорити про конкретні показники, то дана технологія:дозволяє в 1,5 - 2 рази знизити витрату бетону;
в 1,8 - 3 рази знижує масу конструкції;
вдвічі економить витрати праці в зв'язку з відсутністю арматурних, зварювальних робіт і робіт з монтажу опалубки;
в порівнянні зі сталевими конструкціями застосування трубобетонних колон дозволяє в 1,5 - 2 рази скоротити витрату металу при однаковій масі конструкцій;
трубобетонні конструкції володіють всіма достоїнствами металевих конструкцій в плані монтажу, відрізняючись при цьому більш високу вогнестійкість;
конструкційні властивості трубобетонних дозволяють застосовувати його в самих різних областях будівництва;
конструкції з трубобетонних працюють більш гнучко, в порівнянні зі звичайними армованими опорами, і витримують значно більші навантаження;
у відкритій опалубці бетон завжди має усадку, в твердій оболонці, навпаки, відбувається його розпирання;
метал, працюючи в зв'язці з бетоном в закритій конструкції, забезпечує набагато більш високий коефіцієнт стійкості, ніж в конструкціях з армованим відкритим бетоном;
в трубобетонних тріщин практично не буває.
недоліки трубобетонних
До недоліків можна віднести наступні моменти:відносно висока вартість сталевих труб великого діаметра;
знижена, у порівнянні зі звичайним залізобетоном, корозійна стійкість, що веде до додаткових витрат на її забезпечення;
можливість розшарування бетонної суміші при заповненні труб невеликого діаметра;
відсутність надійних варіантів стиків трубобетонних колон з несучими конструкціями перекриттів будівель;
можливість відшаровування бетонного ядра від оболонки внаслідок несприятливого впливу усадки бетону;
можливість розриву металевої оболонки під дією внутрішнього тиску парів зв'язаної води, що звільняється при сильному нагріванні під час пожежі;
складність забезпечення спільної роботи бетонного ядра і зовнішньої сталевої оболонки при експлуатаційних навантаженнях.
Будівництво із застосуванням трубобетонних каркасів. У світі накопичено достатній досвід будівництва висотних споруд із застосуванням трубобетонних і монолітних конструкцій у сейсмонебезпечних зонах. Як приклад можна згадати Японію чи Китай, де, незважаючи на розташування великих міст в зонах високої сейсмічності, зводяться хмарочоси, які неодноразово витримували потужні удари підземної стихії. У Китаї жодне з 80-поверхових будівель (!) Не постраждало під час землетрусів.
У кількох нових міських хмарочосах Китаї, зокрема, в 610-метровій вежі в Гуанчжоу, в якості несучих конструкцій передбачено використання трубобетонних.
Комбіновані сталезалізобетонні несучі конструкції застосовані і в 508- метровій мегабашне в Тайпей, столиці Тайваню. Як колон там використані зварні металеві короби перетином 2,4 × 3,0 метра, заповнені бетоном. Кожна з колон розрахована на навантаження 38 тисяч тонн.
Мал. 10. Телевежа в Гуанчжоу, Китай
Мал. 11. Висотна будівля Taipei 101 в Тайвані, Китай: а - загальний вигляд; б - план поверху
Україна. Логічно і економічно доцільно в країні, де море рудними родовищами і металопрокатний завод, вести будівництво із застосуванням металоконструкцій, особливо з огляду на той факт, що експорт металопродукції зменшується, і збільшення внутрішнього споживання вітчизняної продукції для підтримки загального обсягу виробництва стає все більш актуальним. Потрібно пам'ятати, що в Україні за останні десятиліття значно скорочений обсяг цегляного і каркасно-панельного домобудування. Панельне житлове будівництво (найшвидший і найдешевший вид будівництва протягом останніх 40 років) зведено «нанівець» за рахунок зменшення кількості домобудівних комбінатів з 84 за радянських часів до 8 виробничих комбінатів сьогодні. Збільшення ж монолітно-каркасного домобудівництва вимагає значних капіталовкладень на опалубку, воно залежить від погодних умов, характеризується значною матеріаломісткістю і, як наслідок, - досить високою вартістю і значними термінами будівництва.
Металокаркасних ж будівництво в трубобетонних варіанті має всі переваги традиційного житлового будівництва, але економічніше і швидше, як мінімум в два рази. На погляд будівництво на основі трубобетонних має стати на потік замість панельного домобудування. При цьому нам не потрібно заново, як за радянських часів, нести витрати і створювати 84 нових домобудівних комбінату - за цією технологією такі комбінати просто непотрібні. Виробництво організується безпосередньо на будівельному майданчику, а про швидкість будівництва вже згадувалося.
Економічність і швидкість - не головний «козир» трубобетонні, у багатьох випадках важливіше його надстійкості, здатність витримувати тривалі граничні навантаження (згадаємо трагедії з обваленнями російського аквапарку і торгового центру, скільки загинуло людей!) Крім того, земля в містах дорожчає, будівництва «ростуть »вгору, а будувати висотки із застосуванням трубобетонних, як показала світова практика, і дешевше (доступність), і швидше (не порушується ритм життя міста), і надійніше (будуємо щось на століття): в трубобетонних, як ні в якій іншій сталеви ції, ідеально поєднуються властивості металу, як обойми, працювати на вигин і розтягування і здатність бетону працювати на стиск.
Що стосується застосування трубобетонних сучасними дніпропетровськими забудовниками, то в цій області успішно працює компанія «Созидатель», яка звела за цією технологією будівлі, АЖК «Аркадієвська вежа» і АЖК «Дніпровський» (рис. 12 - 14).
Мал. 12. АЖК «Аркадієвська вежа»
Мал. 13. АЖК «Дніпровський»
Мал. 14. Зведення АЖК «Дніпровський» з використанням трубобетонних каркаса
У ПГАСА ведеться активна робота по вивченню трубобетонних конструкцій. Застосування цієї конструктивної системи використовується для розробки і виконання дипломних проектів на різних кафедрах академії (рис. 15, 16).
Широке застосування трубобетонних конструкцій стримується відсутністю нормативних документів щодо їх проектування і розрахунку. Незважаючи на досить ґрунтовні дослідження в цій області, треба визнати, що до цих пір немає надійної і прийнятною для практичного використання розрахункової моделі трубобетонних перетину в граничному стані, адекватно відображає його специфічні особливості.
Використання саме цієї конструктивної системи дає величезні можливості архітекторам для розробки самих незвичайних будівель і споруд, практично без обмежень, дозволяючи втілити в життя найсміливіші об'ємно-планувальні рішення.
Трубобетонні конструкції економічні. Їх застосування зменшує вагу споруди в 2 - 3 рази, трудовитрати - в 4 - 5 разів, вартість у 2 - 3 рази в порівнянні з залізобетонними. У порівнянні з металевими конструкціями при незначному збільшенні ваги досягається істотне зменшення вартості (до 40%) і витрати стали (в 2-3 рази).
Прекрасні конструкційні та будівельно-технічні властивості трубобетонних дозволяють застосовувати його в самих різних областях будівництва: мостобудуванні, будівництві метро, промислових, житлових і громадських будівель різної поверховості.
Тому можна зробити висновок, що подальші дослідження в цій галузі необхідні, корисні і перспективні.
Використана література
Кикин А. Конструкції зі сталевих труб, заповнених бетоном / А. І. Кикин, Р. С. Санжаровский, В. А. Труллі // М. Стройиздат, 1974 г. - 144 с.
Кикин А. Конструкції з сталевих труб, заполненнихбетоном. / А. І. Кикин, Р. С. Санжаровский, В. А.Трулль. М. Стройиздат, - +1974.
Лукша Л. Міцність трубобетонних / Л. К. Лукша. - Мінськ. Вища школа, 1977. - 96 с.
Шуллер В. Конструкції висотних будівель / В. Шуллер. - М. Стройиздат, 1979. - 248 с.