Введение

Плоская горизонтальная бетонная плита – распространенный конструктивный элемент современных зданий, состоящий из плоской горизонтальной поверхности из монолитного бетона. Стальные железобетонные плиты, как правило, толщиной от 100 до 500 мм, чаще всего используются для устройства полов и потолков, в то время как более тонкие плиты из бетона могут применяться для наружного мощения. Во многих жилых и промышленных зданиях толстая бетонная плита, опирающаяся на фундамент или непосредственно на грунт, используется для возведения первого этажа. Эти плиты обычно классифицируются как опирающиеся или подвесные. Плита считается опирающейся, если она непосредственно опирается на фундамент, в противном случае плита является подвесной. Для многоэтажных зданий существует несколько распространенных конструкций плит: плитные балки с заполнителями, также известные как ребристые плиты, в основном используются в жилом и промышленном строительстве. Этот тип плиты состоит из предварительно напряженных балок и полых блоков и временно поддерживается до затвердевания, обычно в течение 21 дня. Плиты с пустотами, изготавливаемые на заводе, доставляются на строительную площадку и монтируются с помощью крана. В высотных зданиях и небоскребах тонкие сборные железобетонные плиты подвешиваются к стальному каркасу для формирования полов и потолков на каждом уровне. Монолитные плиты применяются в высотных зданиях, крупных торговых комплексах, а также в частных домах. Эти монолитные плиты заливаются непосредственно на строительной площадке с использованием опалубки и арматуры. На технических чертежах железобетонные плиты часто обозначаются аббревиатурой "ж.б. плита" или просто "ж.б.". Расчеты и чертежи обычно выполняются инженерами-конструкторами в программах автоматизированного проектирования (CAD).

Тепловая производительность

Энергоэффективность стала первостепенной задачей при строительстве новых зданий, и широкое использование бетонных плит требует внимательного изучения их тепловых характеристик для минимизации потерь энергии. Бетон обладает тепловыми свойствами, схожими с каменной кладкой: он имеет относительно высокую теплоемкость и хорошо проводит тепло. В некоторых специальных случаях эти тепловые свойства бетона применяются, например, в качестве теплоотвода на атомных электростанциях или в качестве теплового аккумулятора в промышленных морозильных камерах.

Теплопроводность

Теплопроводность бетонной плиты показывает скорость передачи тепла через твердую массу посредством теплопроводности, как правило, в отношении передачи тепла земле или от земли. Коэффициент теплопроводности, k, пропорционален плотности бетона и другим факторам. Однако данное исследование касалось полых бетонных блоков, и его результаты не подтверждены для бетонных плит. Реальное значение k значительно варьируется на практике и обычно находится в диапазоне от 0,8 до 2,0 Вт/(м·К). Это относительно высокий показатель по сравнению с другими материалами, например, теплопроводность древесины может быть всего 0,04 Вт/(м·К). Один из способов уменьшить влияние теплопроводности – применение теплоизоляции.

Тепловая масса

Второе соображение – высокая теплоемкость бетонных плит, что применимо также к стенам и полам, или везде, где бетон используется в составе теплового контура здания. Бетон обладает относительно высокой теплоемкостью, то есть ему требуется значительное время, чтобы отреагировать на изменения температуры окружающей среды. Это является недостатком при периодическом отоплении помещений и необходимости быстрого реагирования, поскольку прогрев всего здания, включая плиту, занимает больше времени. Однако высокая теплоемкость становится преимуществом в климатах с большими суточными колебаниями температуры, где плита выступает в роли регулятора, сохраняя прохладу в течение дня и тепло ночью. Как правило, бетонные плиты показывают результаты лучше, чем можно было бы ожидать, исходя из их значения R. Это позволяет не только улучшить теплоизоляцию, но и снизить вес плиты, что положительно сказывается на несущих стенах и фундаменте.

Подвесные плиты

Земляные плиты, также известные как "на грунте" или "плита на грунте", широко используются для полов первого этажа в жилых и некоторых коммерческих зданиях. Это экономичный и быстрый метод строительства для участков с непучинистым грунтом и небольшим уклоном. При проектировании земляных плит важно учитывать тип грунта, поскольку некоторые грунты, такие как глина, слишком подвижны для равномерной поддержки плиты по всей площади. Это может привести к образованию трещин и деформаций, потенциально вызывая структурные повреждения элементов, прикрепленных к полу, например, стоек стен. Помимо засыпки на пониженной стороне, эта часть плиты может опираться на бетонные сваи, уходящие в грунт. В этом случае роль засыпки как несущего элемента снижается, поскольку собственный вес плиты поддерживается сваями. Однако засыпка все равно необходима для поддержки бетона во время твердения и его арматуры. Существует два основных метода засыпки: контролируемая засыпка и уплотненная засыпка. Земляные плиты обычно армируются, чаще всего стальной арматурой. Однако в некоторых случаях, например, при строительстве бетонных дорог, допустимо использование неармированной плиты при условии ее надлежащего проектирования.

Подвесные плиты

Для подвесной плиты существует ряд конструкций, направленных на улучшение соотношения прочности к весу. Во всех случаях верхняя поверхность остается плоской, а нижняя – модулированной: гофрированная плита проектируется, когда бетон заливается в гофрированный стальной поддон, чаще называемый настилом (decking). Этот стальной поддон повышает прочность плиты и предотвращает ее прогиб под собственным весом. Гофрирование выполняется только в одном направлении. Ребристая плита обеспечивает значительно большую прочность в одном направлении. Это достигается за счет бетонных балок, воспринимающих нагрузку между опорами или колоннами, и более тонких, цельных ребер в перпендикулярном направлении. В качестве аналогии в столярном деле можно привести черновое перекрытие из лаг и балок. Ребристые плиты имеют более высокие показатели несущей способности, чем гофрированные или плоские плиты, но уступают плитам с пустотами. Плита с пустотами обеспечивает повышенную прочность в обоих направлениях за счет матрицы углубленных сегментов под плитным перекрытием. Это тот же принцип, который используется в фундаменте с пустотами. Плиты с пустотами обычно глубже ребристых плит при аналогичной прочности и тяжелее, следовательно, требуют более мощного фундамента. Однако они обеспечивают повышенную механическую прочность в двух плоскостях, что является важной характеристикой для устойчивости к вибрациям и смещениям грунта.

Неармированные плиты

Неармированные или "простые" плиты становятся редкостью и имеют ограниченное практическое применение, за исключением плит из грунта (или "глиняных плит"). Они когда-то были распространены в США, но экономическая выгода от использования армированных плит, опирающихся на грунт, стала более привлекательной для многих инженеров. Поскольку неармированный бетон относительно очень слаб на растяжение, важно учитывать влияние растягивающих напряжений, вызванных реакцией грунта, ветровым давлением, термическим расширением и образованием трещин. Одно из наиболее распространенных применений неармированных плит – это бетонные дороги.

Двусторонние плиты

Двусторонняя плита имеет армирование, воспринимающее изгибающие моменты в обоих направлениях. Это может быть применено из-за требований к эксплуатации, таких как высокие нагрузки, устойчивость к вибрациям, необходимое пространство под плитой или другие факторы. Однако важной характеристикой, определяющей необходимость применения двухсторонней плиты, является отношение двух горизонтальных пролетов. Если, где – короткий пролет, а – длинный пролет, то при проектировании необходимо учитывать изгибающие моменты в обоих направлениях. Иными словами, если осевое отношение пролетов превышает два, требуется двухсторонняя плита. Неармированная плита считается двухсторонней, если она опирается на обе горизонтальные оси.

Строительство

Бетонная плита может быть изготовлена на заводе (предварительно напряженной) или построена непосредственно на строительной площадке.

Сборные

Сборные бетонные плиты изготавливаются на заводе и транспортируются на строительную площадку, готовые к установке между стальными или бетонными балками. Они могут быть предварительно напряженными (на заводе), последующего напряжения (на месте) или ненапряженными. Пластиковые или металлические подставки с пластиковыми наконечниками используются для поддержания арматуры на расстоянии от нижней части и боковых сторон опалубки, чтобы после затвердевания бетон полностью ее окутывал. Это называется защитным слоем бетона. Для плит, опирающихся на грунт, опалубка может состоять только из боковых стенок, заглубленных в землю. Для подвесных плит опалубка имеет форму поддона, часто поддерживаемого временными подмостями до затвердевания бетона. Опалубка обычно изготавливается из деревянных досок, пластика или стали. На крупных строительных площадках пластик и сталь становятся все более популярными, поскольку они позволяют экономить трудозатраты. При небольших или малобюджетных работах, например, при укладке бетонной садовой дорожки, часто используются деревянные доски. После затвердевания бетона дерево можно удалить. Опалубка может быть и постоянной, оставаясь на месте после заливки бетона. Для больших плит или дорожек, заливаемых секциями, такая постоянная опалубка может также выполнять функцию деформационных швов внутри бетонных плит, снижая риск образования трещин из-за расширения или перемещения бетона. В некоторых случаях опалубка не требуется, например, для плит на грунте, окруженных плотным грунтом, кирпичными или блочными фундаментными стенами, где стены служат боковинами поддона, а щебень – основанием.