Основные аспекты применения постнапряжения

     Конструкции монолитных зданий в США уже много лет выполняются методом постнапряженного бетона (post-tensioning). Технология натяжения арматуры на бетон позволяет создавать высокоэффективные строительные системы, с помощью которых в США было построено большое количество зданий гражданского и промышленного назначения общей площадью около 250 млн. кв. м 

     С начала 1980-х годов компания General Technologies, Inc. занимается проектированием и изготовлением систем предварительного напряжения с последующим обеспечением сцепления напрягаемой арматуры и бетона и без сцепления. Кроме того, GTI разрабатывает и производит вспомогательные материалы и оборудование для post-tensioning. Основная цель компании – постоянное повышение качества и надежности производимой продукции.

     В то же время, адаптируя создаваемые  материалы и оборудование к индивидуальным потребностям заказчиков, GTI помогает своим клиентам повышать эффективность  их работы. Заказчики строительных работ, проектировщики и строители  смогли на практике оценить выгоды, которые можно получить, используя  технологию постнапряжения, а именно:

•высокую  степень универсальности и отличные эстетические характеристики архитектурного проекта;

•высокую  степень прочности и огнеупорности  конструкций и долгий срок службы;

•выполнение работ в минимальные сроки  в соответствии с графиками;

•долговечность  проекта и минимальные требования к обслуживанию.

Эффективность системы в первую очередь зависит  от того, применяются ли материалы  высокой прочности, которые позволяют  использовать новые строительные технологии, да и эффективность использования  самих материалов будет значительно  выше, чем обычных. Способность постнапряженного бетона воспринимать дополнительные нагрузки с помощью изменения степени натяжения стальных тросов и их положения в теле бетона позволяет проектировщикам добиться высокой гибкости объемно-планировочных решений.

     Совместная  работа специальных постнапрягаемых тросов, выполненных из стали высокой прочности и

бетона, позволяет элементам конструкции  лучше протиивостоять сжимающим и растягивающим усилиям. 
 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

   Постнапряженные системы с успехом применяются для строительства широкого спектра сооружений, включая:

• офисные здания и жилые многоквартирные дома, отели, многофункциональные комплексы, театры, торговые центры, промышленные здания, школы, казино, библиотеки;
• гаражи и автостоянки в коммерческих центрах, аэропортах, многофункциональных комплексах – встроенные, подземные, надземные, стоящие отдельно;
• мостовые сооружения: балочные мосты с монолитными прогонами коробчатого сечения, железобетонные из многосекционных балок, вантовые, сегменты мостов, мостовые настилы;
• незаглубленные фундаментные плиты («slab-on-ground») для жилых зданий и промышленных сооружений, выполненных из легких и тяжелых металлоконструкций, спортивных площадок, дорожных покрытий;
• емкости для хранения: водяные резервуары (напольного, настенного и кровельного крепления, отстойники, автоклавы и силосные башни);
• стадионы, трибуны;
• распределительные плиты, балки и другие элементы строительных конструкций.

 
 

   ПОСТНАПРЯЖЕНИЕ

   Суть  технологии преднапряжения с натяжением на бетон в построечных условиях (постнапряжение) заключается в том, что напрягаемая арматура – GTI Post-Tensioned Tendons натягивается после бетонирования и набора бетоном достаточной прочности. В результате напрягаемая арматура (трос) лучше воспринимает нагрузки, которые оказывают на нее внешние силы в течение всего срока службы сооружения.

     Постнапряжение может осуществляться как со сцеплением напрягаемой арматуры с бетоном, так и без сцепления – в зависимости от типа сооружения. 

ПОСТНАПРЯЖЕНИЕ  БЕЗ СЦЕПЛЕНИЯ  С БЕТОНОМ

     Преднапряжение без сцепления с бетоном с успехом применяется для строительства зданий и гаражных комплексов. Напрягаемая стальная арматура, не имеющая сцепления с бетоном, может свободно перемещаться в нем. Передача усилий на бетон осуществляется при помощи устанавливаемых на концы специальных анкеров. Для того чтобы не допустить сцепления с бетоном и предотвратить коррозию, напрягаемую арматуру заключают в пластиковую оболочку. Последняя покрыта специальным слоем полимера, уменьшающего трение, которое возникает между арматурой и пластиковой оболочкой. На рис. 2 изображено анкерное устройство – GTI Zero Void® Anchorage, которое используется для постнапряжения без сцепления с бетоном. 
 

ПОСТНАПРЯЖЕНИЕ  СО СЦЕПЛЕНИЕМ С БЕТОНОМ 

     Такой метод широко применяется при  строительстве мостов и гражданских  зданий. Постнапряженная арматура (трос) помещается внутрь полимерной трубы, а сцепление с бетоном достигается инъецированием цементного раствора, который помогает распределять усилия вдоль напрягаемого элемента, одновременно обеспечивая антикоррозийную защиту арматуры. На рис. 1 представлены полимерные трубы различных диаметров, изготовляемые компанией GTI.

     

     Рис1. Полимерные трубы для постнапряжения со сцеплением с бетоном 

     Постнапряжение со сцеплением с бетоном используется для обеспечения дополнительной защиты тросов на случай возникновения пожаров, взрывов и т.д. Если арматура сцеплена с бетоном, степень натяжения не будет зависеть от анкерных креплений, даже если концы троса будут обрезаны. Трос, сцепляясь с бетоном, способен выдерживать усилия в случае обрыва по длине. Это особенно важно в случаях, когда необходимо вскрывать плиту или когда существует вероятность террористической угрозы, в результате которой часть конструкции может быть повреждена.

     На  фото изображена конструкция с применением  постнапряженной арматуры со сцеплением с бетоном (одиночный трос). Постнапряженные системы одиночных тросов

 The GTI Zero Void® Bonded Monostrand System предоставляют ряд преимуществ для пользователей.

                  Рис2  

     Эти системы позволяют передавать усилия напряжений по тросам, инъецированному  раствору и полимерным трубам на бетон, одновременно обеспечивая антикоррозийную  и противопожарную защиту.

     

     Рис.3  

     Таким образом, проектировщики получают возможность  делать перекрытия тоньше, чего нельзя добиться при использовании большинства  других систем.

     Еще одним преимуществом систем постнапряжения GTI является то, что они предотвращают вероятность случайных обрывов постнапряженных тросов. На рис. 3 изображена система постнапряжения со сцеплением с бетоном GTI ZeroVoid® Bonded Monostrand Anchorage.  

ОСНОВНЫЕ  ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ ПОСТНАПРЯЖЕНИЯ 

     Системы постнапряжения позволяют добиться многих преимуществ. Основными из них являются:

• значительное сокращение расхода материалов (бетона и арматуры);
• улучшение структурной целостности конструкции засчет использования непрерывных арматурных тросов;
• повышение качества контроля над образованием трещин, прогибов и деформаций за счет постоянной нагрузки на тросы;
• снижение общей высоты сооружений, сокращение нагрузок на фундамент и увеличение длины пролетов благодаря снижению толщины перекрытий, что выгодно отличает эти сооружения от традиционных конструкций, выполненных из железобетона;
• устранение проблемы ненадежности соединений сборных элементов благодаря выполнению монолитных соединений между плитами перекрытий, балками и колоннами;
• снижение общего количества деформаций и сбалансированность вертикальных нагрузок благодаря использованию профилирования тросов;
• уменьшение общего веса сооружений, что чрезвычайно важно для зон повышенной сейсмической активности.

 
 

СИСТЕМЫ МЕЖЭТАЖНЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ 

     Системы межэтажных перекрытий зависят от функционального  назначения здания и расположения колонн. Обычно для выполнения бетонных межэтажных перекрытий используют балочные и безбалочные системы. Безбалочная система – это плоская плита с капителями или без них. Балочная система – это сочетание балок, работающих в одном направлении, и опирающейся на них плиты, работающей в противоположном направлении. Безбалочные перекрытия используют при строительстве жилых (гостиниц, квартирных домов и т.д.) и офисных зданий. При этом длина пролетов может изменяться

от 6 до 12 м, а стандартная нагрузка достигает 10 кН/м2. Толщина плиты зависит от длины пролета и расчетных нагрузок.

       Преимущества использования систем безбалочных

перекрытий:

• низкие затраты на опалубку;
• гибкость расположения колонн;
• гибкость конфигурации подпотолочного оборудования;
• наибольшая эффективность при условии, что пролет имеет форму квадрата или подобную квадрату;
• легко представить схему работы перекрытия.

 

   Система балочных перекрытий обычно используется при строительстве большепролетных сооружений – гаражей или офисных зданий. Обычно при этом длина пролетов балок составляет 20 м, длина пролета варьируется от 5,5 до 9,5 м. Для США расчетная нагрузка на автостоянки составляет 2,5 кН/м2, для офисных зданий она может достигать 10 кН/м2. Размеры конструкционных элементов зависят от длины пролетов и расчетных нагрузок.

   Преимущества  использования балочной системы:

• оптимальное решение для строительства автостоянок;
• эффективное решение для сооружений с малыми пролетами в одном направлении и большими пролетами в другом;
• обычно балки укладывают в продольном, а плиты в перпендикулярном направлении.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ  ПРЕИМУЩЕСТВА 

     Применение  технологии постнапряжения позволяет сократить расход материалов и повысить эффективность их использования при строительстве сооружений. Преимущества системы постнапряжения по сравнению с прочими технологиями (например, по сравнению с использованием металлоконструкций, ненапряженного

железобетона, сборных конструкций заводского изготовления) включают:

• ускорение процесса формирования перекрытий.

Это становится возможным благодаря  использованию стандартных конструкционных  элементов для постнапряжения, минимальной загруженности конструкции арматурой, использованию бетона высокой прочности и быстрому снятию опалубки по завершении постнапряжения;

• снижение веса перекрытий, так как значение отношения длины пролета к высоте этажа для постнапряженных элементов будет больше, чем для ненапряженных элементов;
• уменьшение высоты этажей. Значение отношения длины пролета к высоте этажа для постнапряженных элементов будет больше, чем для ненапряженных, поэтому общая высота этажа может быть снижена при неизменности высоты внутренних помещений;
• сокращение затрат, связанных с формированием и обслуживанием оболочечных конструкций, необходимых при создании больших пролетов в традиционном армировании;
• снижение высоты отдельных этажей приводит к уменьшению высоты всего здания в целом;
• увеличение пролетов между колоннами. Облегченный вес и структурная целостность постнапряженных систем позволяют формировать пролеты большей длины;
• уменьшение фундамента. Сокращение веса постнапряженного сооружения позволяет уменьшить фундамент;
• повышение гибкости объемно-планировочных решений. Увеличение длины пролетов между колоннами и отсутствие балок позволяют повысить универсальность
• конфигурации помещений, что является важным преимуществом как с точки зрения жильцов, так и в плане прокладки инженерных систем.