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).
A concrete slab is a common structural element of modern buildings, consisting of a flat, horizontal surface made of cast concrete. Steel reinforced slabs, typically between 100 and 500 mm thick, are most often used to construct floors and ceilings, while thinner mud slabs may be used for exterior paving
In many domestic and industrial buildings, a thick concrete slab supported on foundations or directly on the subsoil, is used to construct the ground floor. These slabs are generally classified as ground bearing or suspended. A slab is ground bearing if it rests directly on the foundation, otherwise the slab is suspended. For multi story buildings, there are several common slab designs :
Beam and block, also referred to as rib and block, is mostly used in residential and industrial applications. This slab type is made up of pre stressed beams and hollow blocks and are temporarily propped until set, typically after 21 days. A hollow core slab which is precast and installed on site with a crane
In high rise buildings and skyscrapers, thinner, pre cast concrete slabs are slung between the steel frames to form the floors and ceilings on each level. Cast in situ slabs are used in high rise buildings and large shopping complexes as well as houses. These in situ slabs are cast on site using shutters and reinforced steel. On technical drawings, reinforced concrete slabs are often abbreviated to "r. c. c. slab" or simply "r. c.". Calculations and drawings are often done by structural engineers in CAD software.
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.
A corrugated slab is designed when the concrete is poured into a corrugated steel tray, more commonly called decking. This steel tray improves strength of the slab, and prevents the slab from bending under its own weight. The corrugations run in one direction only. A ribbed slab gives considerably more strength in one direction. This is achieved with concrete beams bearing load between piers or columns, and thinner, integral ribs in the perpendicular direction. An analogy in carpentry would be a subfloor of bearers and joists. Ribbed slabs have higher load ratings than corrugated or flat slabs, but are inferior to waffle slabs. A waffle slab gives added strength in both directions using a matrix of recessed segments beneath the slab. This is the same principle used in the ground bearing version, the waffle slab foundation. Waffle slabs are usually deeper than ribbed slabs of equivalent strength, and are heavier hence require stronger foundations. However, they provide increased mechanical strength in two dimensions, a characteristic important for vibration resistance and soil movement.
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.