Монолитное перекрытие в доме

Перед постройкой дома в первую очередь мы ломаем голову из чего сделать стены-это основной принципиальный вопрос. Выбор материала стен в самой большой степени влияет на такие конструктивы как фундамент, крыша и перекрытия. Поэтому до начала строительства необходимо определиться, какие характеристики этих элементов дома мы хотим получить в итоге, изменить их впоследствии будет практически невозможно.

Перекрытия в здании могут быть выполнены из разных материалов- деревянных лаг, сборных железобетонных плит, различных ферм, металлических профилей, деревянных двутавровых балок, клееного бруса, сборных конструкций из бетонных балок и различных легких заполнителей (газобетона, керамики, пенопласта, керамзита), ребристых и монолитных плит.

Перекрытия в одном доме могут быть разного типа, например в цокольном этаже полы по грунту, далее сборные ж/б плиты, на первом этаже монолитная плита и над вторым этажом деревянные двутавровые балки и крыша.

Любое перекрытие может опираться только на несущие стены,поэтому одним из критериев выбора типа перекрытия является величина пролета (расстояние в свету между несущими стенами).

Так, например деревянные лаги затруднительно применять на пролетах более 5,5 метров, сборные железобетонные плиты, как правило, используют до пролетов 6,3 м, редко до 9 м, двутавровые балки и деревянные фермы -до 13,5 м и более, существуют также железобетонные фермы для перекрытия крупных сооружений.

Чем больше пролет, тем больше требуется высота перекрытия (толщина плиты), это связано с внутренними растягивающими напряжениями в нижней его части и сжимающими в верхней.

 С увеличением высоты (толщины ) можно уменьшить эти напряжения и применить более тонкие сечения несущих силовых элементов (бетона, арматуры, деревянных балок).

Бетон-это строительный материал, состоящий из щебня, цемента, песка, воды и различных добавок. Проектирование монолитных бетонных конструкции- непростая задача.

  Основное предназначение перекрытия - воспринимать полезную нагрузку от всего, что находится на этаже. Ну и во вторую очередь перекрытие-это ограждающая конструкция.

То есть главная характеристика перекрытия –это его несущая способность.

Соответственно при выборе армирования и толщины бетонного перекрытия мы должны сначала определиться, какой вес на него будет воздействовать при эксплуатации, а также каким будет пролет и как расположены несущие стены (схема опирания).

Нагрузка на монолитное перекрытие может возникать от веса людей, покрытий пола, мебели, перегородок, а также не забываем про собственный вес конструкции.

Перегородки для уменьшения нагрузки на перекрытие желательно располагать в плане ближе к несущим стенам, в идеале непосредственно над ними.

Также заранее нужно определиться с расположением необходимых проемов в перекрытии (для устройства лестниц, чердачных люков, вентиляционных труб, канализации, других коммуникаций).

Суммарная же расчетная нагрузка должна еще включать немалый вес самой конструкции. Можно корректировать эти величины в зависимости от конкретных условий, расположению перегородок и т.д.

Для устройства монолитного перекрытия рекомендуется использовать бетон марки не ниже М300.

Самостоятельно рассчитать и сконструировать монолитное перекрытие можно, вооружившись СНиПами, пособиями и учебниками, но лучше доверить это ответственное занятие инженеру.

Указанный тип перекрытия сложен по входящим условиям (расположению несущих стен, колонн, выбору армирования, типа опирания). Занести все эти данные в простой online-калькулятор практически невозможно.

Все калькуляторы на строительных сайтах предоставляют упрощенный расчет, результатом которого мы получим только примерное количество и вес необходимых материалов.

 Комбинации этих входящих условий могут приводить к совершенно разным итогам расчетов, армированию, марке бетона, конструктивным решениям узлов. 

Так например, при пролете 6 метров для тяжелого бетона получим минимальную толщину плиты 20см.

На практике это значение для пролета 6 метров является избыточным, так как плита опирается жестко на 3-4 стены и работает в нескольких направлениях.

   При жестком защемлении и работе плиты в двух направлениях минимальная толщина плиты будет меньше (для 6 метрового пролета толщина от 12 до 18 см ). Можно ориентироваться на эти значения при строительстве частного дома.

Полученная минимальная толщина плиты не является итогом проектирования, далее следует учесть нагрузки и рассчитать армирование.

Полезным будет также ознакомиться со схемами армирования железобетонных заводских плит перекрытия на необходимых вам пролетах.

Следует учитывать, что сборные плиты легче за счет пустотности, но работают в худших условиях чем монолитное перекрытие, т.к. опираются свободно без упругого защемления и армируются только в одном направлении. По этой же причине рабочая арматура в них расположена снизу.

В начале находят изгибающий момент плиты, далее подсчитывают необходимую площадь сечения арматуры, исходя из ее прочностных характеристик.

Арматура для монолитных перекрытий применяется следующих классов: A300 –в качестве конструктивной, A400 и А500 –в качестве рабочей.

При расчете армирования учитывается , что рабочая арматура, противодействующая изгибаемому моменту расположена на толщину защитного слоя дальше от края плиты.  

Монолитные перекрытия чаще всего выполняются из бетона производства местных цементно-бетонных заводов (или РБУ). Для заливки бетона в проектное положение необходимо предварительно изготовить опалубку. 

Опалубка- это форма для жидкого бетона, ее можно сделать из досок, панелей ОСБ, ДСП, пенопласта, профлиста, сборных ж/б элементов и других материалов.

Профессиональная опалубка изготавливается в заводских условиях из алюминия и специальных видов влагостойкой ламинированной фанеры, которую подпирают стальные регулируемые по высоте трубы-стойки и балки из суперпрочной клееной LVL древесины.

Металлические стойки очень удобны в использовании, они состоят из двух частей, что позволяет легко и плавно регулировать их высоту.

Такая сборно-разборная опалубка используется на стройках многократно, имеет высокую стоимость, поэтому целесообразно для возведения монолитного перекрытия в частном доме взять ее в аренду у специализированных организаций, либо изготовить опалубку по месту из подручных материалов.

Вариантов изготовления опалубки сотни. В качестве стоек можно использовать трубы, металлические профили, деревянные бруски, доски и т.д. Стойки обычно ставят на расстояние 1,5-2 метра друг от друга. Если стойки устанавливаются на мягкое основание, необходимо подкладывать под них широкую опору, распределяющую нагрузку (обрезок доски, например). 

Горизонтальные элементы также могут быть изготовлены из досок, фанеры, ОСБ, ДСП, профнастила, различных щитов- из всего, что экономически оправдано на конкретном объекте. Устройство самодельной опалубки потребует большие трудозатраты, чем профессиональной, но учитывая стоимость аренды последней, бывает выгоднее изготовить ее по месту. 

Все горизонтальные элементы опалубки должны быть выставлены по уровню, для этого можно воспользоваться лазерным, гидроуровнем или оптическим нивелиром.

Чтобы опалубка не прилипала к бетону необходимо создать на ее поверхности антиадгезионный слой, для чего рекомендуется применить полиэтиленовую пленку, либо масляный состав. Это облегчит последующий демонтаж опалубки.

Полиэтилен дополнительно предотвратит попадание влаги из твердеющего бетона в деревянную опалубку. В случае использования специальной ламинированной фанеры отпадает необходимость в такой изоляции.

Опалубка должна быть достаточно крепкой, она воспринимает немалую нагрузку от веса бетона и арматуры, нередки случаи обрушения.

Доски и бруски после демонтажа опалубки можно использовать в дальнейшем строительстве, поэтому выбирать их размеры стоит учитывая этот лайфхак.  

Бетон плохо сопротивляется растягивающим напряжениям, поэтому для изготовления таких конструкций, как монолитное перекрытие необходимо применять стальную арматуру.

Основная рабочая арматура как правило располагается в нижней части плиты перекрытия, так как именно там возникают максимальные растягивающие напряжения. В консольно выступающих частях рабочая арматура соответственно будет сверху. 

Поскольку монолитная плита оказывается еще защемленной в стенах, растягивающие напряжения у краев плиты могут также возникать в верхней части. В этом случае ближе к краям плиты следует выбрать соответствующий диаметр верхней арматуры.

На практике армирование монолитной плиты осуществляют двумя сетками- нижней и верхней. Рабочие стержни располагаются перпендикулярно несущим стенам. Если несущих стен 4, соответственно рабочая арматура будет располагаться в виде сетки, ячейки этой сетки могут иметь размеры от 150х150 до 300х300 мм в зависимости от расчета и выбранного диаметра арматуры.  

Арматуру для устройства перекрытий фиксируют с помощью вязальной проволоки и крючка. Сварку для соединения арматуры применять можно только к специально для этого предназначенным ее типам. 

Между опалубкой и арматурой снизу подкладывают пластиковые опоры для создания защитного слоя бетона. Этот слой защищает арматуру от коррозии и способствует лучшему защемлению ее бетоном. Опоры могут быть изготовлены не только из ПВХ, их можно сделать заранее из раствора или другого подходящего материала.

Если длина прутков меньше, чем требуется для армирования, их можно соединять внахлест, но в разных сечениях плиты (со сдвигом).

Например перехлест арматуры диаметром 14 мм должен составлять 60-70 см

Помимо классической стальной арматуры, на рынке сейчас также представлена широкая линейка композитной арматуры. В интернете можно найти массу хвалебных отзывов и маркетинговых текстов об этом продукте. 

Применение композитной арматуры дает существенную экономию на ее транспортировке, и у нее маленькая теплопроводность -на этом ее положительные свойства заканчиваются.

Сравнивая другие технико-экономические характеристики предпочтение придется отдать стальной арматуре, особенно на таких высокоответственных конструкциях как перекрытия.

Модуль упругости у композитной арматуры в несколько раз уступает стальной, а относительное удлинение(деформация) в 10 раз больше.

Простым языком такая «резиновая» арматура позволит плите под нагрузкой прогнутся в 10 раз больше чем стальная.

Гнуть и сваривать композитную арматуру так же не получится. Неизвестны пока также на практике ее долговечность.

Несомненно есть какие-то достойные производители композитной арматуры, и она успешно применяется, но не в качестве рабочей для перекрытий.

Для замены дорогостоящей опалубки применяют различные виды профлиста. Для такой опалубки более подходит профнастил с большой высотой волны, так как он имеет наибольшую жесткость. Толщина стали при этом используется не менее 0,7 мм. 

Достоинством опалубки из профлиста можно считать простоту применения, возможность формирования ребристой плиты, т.е. расположить основную несущую арматуру в нижних волнах профнастила, а верхние волны будут формировать пустоты в плите, чем достигается экономия бетона и значительное уменьшение веса перекрытия.

Недостатки применения профнастила – трудоемкость армирования (по ровной плоскости это делать несколько проще), необходимость последующей отделки потолка листовыми материалами.

Опалубка из профнастила практически является несъемной, повторное ее применение невозможно. Сталь имеет нулевую паропроницаемость, поэтому применение в жилых помещениях такого варианта нежелательно.

Профлист также будет экранировать радиоволны- для одних это минус ( ухудшение телефонной связи и wi-fi), другие же обретут защиту от пресловутого 5G.

Также к недостаткам можно отнести невозможность перекрестного армирования рабочей арматурой. Таким образом опирание такого перекрытия по сути происходит только на 2 стенки, что уменьшает несущую способность и требует увеличения толщины монолитной плиты.

Бывают задачи, когда и так имеется только 2 стенки для опирания, в этом случае применение такой опалубки экономически может быть оправдано.

Самым удобным способом заливки бетона в опалубку перекрытия является подача его автобетононасосом. Это гидравлическая спецтехника со стрелой похожей на автовышку или кран, оснащенная насосом и трубой для перекачивания бетонной смеси на расстояние. Управляется оператором при помощи удобного пульта на радиоуправлении.  

В начале работ бетононасос устанавливается в максимально удобное для подачи бетона положение, далее в его приемный бункер разгружаются один за одним подъезжающие миксеры-бетоновозы.

Производительность самого бетононасоса очень высока –от 60 м3/ч , поэтому реальным ограничением скорости бетонирования являются расторопность бригады по укладке бетона и быстрота подачи миксеров.

Обычно для разгрузки одного миксера на монолитное перекрытие требуется 15-20 минут, это соответствует примерно 25 м3/час и 180 м/3 бетона в смену. 

Стоимость аренды автобетононасоса высока, но при больших объемах эти затраты себя оправдывают, тем более альтернатив ему не очень много.

По практике, бетононасос предоставляют в аренду минимум на полсмены (4 часа).

Если в строящемся доме предполагается устройство бетонной лестницы, целесообразно ее залить в один день с перекрытием, так как вы и так уже оплатили аренду бетононасоса, иначе придется потом вручную переносить бетон на лестницу, а возможно и замешивать его в бетономешалке. Для лестницы обычно необходимо около 2 м3 бетона, и при доставке отдельно миксером для этого объема потребуется соорудить на земле такое же приемное корыто . 

При устройстве бетонного перекрытия не всегда есть техническая возможность воспользоваться бетононасосом.

Бетон можно подавать к месту укладки миксером с транспортировочной конвейерной лентой. Такая техника применяется при возможности близко подъехать к зоне работ, так как подает бетон на небольшие расстояния ( до 17 метров в длину и 6 м по высоте).

  Существуют также стационарные бетононасосы, их целесообразно применять при больших объемах работ в промышленных масштабах.

Наиболее часто применяется способ подачи бетона автокраном с использованием специальной металлической бадьи (еще ее называют рюмкой, туфлей). Такой метод подачи удобен и при небольших объемах дешевле чем аренда бетононасоса.

Бетононасос может работать только с определенной консистенцией бетона,

называемой подвижностью или пластичностью П-4. Для достижения необходимой подвижности в бетонную смесь на заводе добавляют пластификаторы (добавки немного увеличивают стоимость,лучше заранее оплачивать бетон с нужной подвижностью, чтобы не было сюрпризов).

В готовом бетоне крупный заполнитель(щебень) должен быть равномерно распределен по объему, т.к. щебень основной компонент, воспринимающий нагрузки на сжатие, между щебнем должна находиться цементно-песчаная смесь заполняющая неровности щебня и связывающая все компоненты в монолитный камень.

На заводе бетон замешивается согласно рецептуре, все компоненты строго дозированы, добавление воды уменьшит прочность (марку) бетона и его морозостойкость, увеличит пористость. Для таких ответственных конструкций как монолитное перекрытие такое разбавление водой может стать фатальным. Все работы по бетонированию должен контролировать инженер-строитель (прораб,мастер или технадзор).  

В первые часы после распределения бетонной смеси в перекрытии происходит схватывание (начальное загустевание) цемента и оседание бетона, поэтому важно успеть завибрировать смесь для получения плотного материала, без пустот и с хорошим прилеганием к арматуре. Вибрирование бетона осуществляют глубинными вибраторами.

Время вибрации зависит от жесткости бетонной смеси.

Завершающим этапом укладки бетона является его заглаживание для придания поверхности окончательной ровности и гладкости.

В случае предварительного устройства маяков ровность поверхности придают правилом. При необходимости можно добиться такой ровности и гладкости бетона, при котором не потребуется последующая стяжка.

Часто приходится слышать и читать на форумах выражение «бетон сохнет» (после заливки), что встречается даже в статьях от строительных «экспертов». Бетон, как и раствор, не должен сохнуть, так как в нем протекают химические реакции гидратации цемента, или соединение вяжущего с водой с образованием цементного камня. То есть бетонная смесь без воды просто не наберет прочность.

В процессе набора прочности большая часть воды вступит в реакцию с цементом, а оставшаяся малая часть воды постепенно испарится позже.

После заливки монолитного перекрытия необходимо в течении двух недель осуществлять уход за бетоном, основная задача при этом- не дать ему высохнуть на солнце и замерзнуть в случае проведения работ при минусовой температуре. Для предотвращения высыхания бетон поливают водой или укрывают пленкой.

Скорость твердения бетона зависит от температуры и характеристик применяемого цемента. В зимнее время набор прочности может затянуться на месяцы. Как известно из химии, при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2-4 раза, применительно к цементу так же прогреванием можно значительно ускорить процесс твердения. 

Уже через 7 суток прочность бетона может достигать 70-75% от марочной.

После активного периода набор прочности бетона не останавливается, по данным исследований, бетон в течении нескольких лет может набирать до 150 % и более марочной прочности. Происходят процессы твердения более «медленных» компонентов цемента.

В европейских странах, в частности в Германии, монолитные перекрытия заливают по готовым заводским сборно-монолитным элементам, представляющих из себя армированные плиты, заменяющие опалубку. 

Такие элементы позволяют сэкономить драгоценный ручной труд бюргеров по армированию и на аренде опалубки.

Они могут быть изготовлены из полнотелых бетонных плит шириной до 4,5 метров, пустотелых плит или T-образных бетонных балок. Существуют дополнительные вспомогательные узлы для этих систем.

Применение пустотелых плит уменьшает вес перекрытия а также стоимость транспортировки.

Бетонные элементы из T-образных балок могут применяться даже в перекрытиях общественных автомобильных парковок с пролетами до 20 метров при использовании предварительно-напряженной арматуры.

При этом они способны воспринимать полезную распределенную нагрузку от 500 кг/м2 до 2,5 тн/м2.