Нагрузка на пол

Как определить размеры и спроектировать пол на грунте

1. Назначение пола

1.1 Различные требования к бетонным полам

1.2 Общие требования к бетонным полам

2. Функции полов

2.1 Система укладки бетона позволяет легко спроектировать долговечные полы

2.2 Проектирование высококачественных бетонных полов

2.3 Нагрузки

2.4 Колёсные нагрузки

2.5 Таблица статических нагрузок

2.6 Сосредоточенные нагрузки

2.7 Принципы определения размеров полов на грунтах

2.8 Как пользоваться диаграммами

3. Грунтовые условия

2.1 Условия строительных площадок и усиливающие слои

2.2 Данные о материалах оснований для полов

3.3 Усиливающий слой. Теплоизоляция

4. Типы полов

4.1 Три типа высококачественных бетонных полов на грунтах

4.2 Пол 50

4.3 Пол 100

4.4 Пол 200

5. Примеры расчётов

5.1 Пример 1

5.2 Пример 2

5.3 Пример 3

6. Расчёт прочности

6.1 Пол 50 ОА, (без армирования) на грунте

6.2 Пол 100 ОА, (армирование по центру) на грунте

7. Примеры проектирования

7.1 Что надо знать о промышленных бетонных полах

7.2 Общие сведения

7.3 Бетонные смеси

1. Назначение пола

1.1 Различные требования к бетонным полам

В зависимости от типа сооружения к полам предъявляются различные требования.

Для правильного выбора конструкции пола следует придерживаться следующих правил:

Правило 1

Подрядчик выполнит то, что вы ему закажете, но не более, так как он получает оплату только за то, что указано в Технических требованиях.

Правило 2

Надо определить, что важнее: долговечность полов и меньшая стоимость эксплуатации или меньшие единовременные затраты при строительстве. Следует помнить, что заниженные требования к качеству могут привести к высокой стоимости содержания полов, а также к перерывам в выпуске продукции.

Так, для обычных полов затраты на ремонт могут оказаться в 2-3 раза выше начальных затрат, что обуславливает нашу рекомендацию о выгодности строительства долговечных полов, т.к. суммарные затраты окажутся в конечном счёте меньше.

Правило 3

1.2 Общие требования к бетонным полам

Назначение полов

	Тип объекта
Характеристики	Промыш- ленность, лаборатории, мастерские	Магазины и склады, гаражи, стоянки, подвалы	Хранилища, выставки. Полы под нагрузку	Дороги, покрытия на открытых пространствах, набережные	Взлетные полосы, стартовые площадки для ракет, базы
Износостойкость	М-НН	L-H	L-M	H-HH	H-HH
Прочность швов		L-H		H-HH
Прочность на удар	(X)	O		(X)	(X)
Морозостойкость		L-H		HH
Устойчивость к воздействию агрессивных сред		L-M		M-Н	M-Н
Устойчивость к перепадам температур	(X)	O	O	O	(X)
Возможность отвода воды f	(X)	(X)	(X)	X	X
Требования к неровностям и уклонам f		M-H
Плоскостность поверхности		M
Трещиностойкость		M
Распределение сосредоточенных нагрузок		L-H
Возможность крепления к полу		L-M
Окраска	(X)	(X)

L = низкие требования (износостойкость – класс D)

М = средний уровень требований (износостойкость – класс С, допуски 3 А)

Н = высокие требования (износостойкость – класс В, допуски 3В)

НН = высший уровень требований

X = обязательно

(Х) = обязательно в отдельных случаях

О = не обязательно

f = в зависимости от основания

2 Функции полов

2.1 Система укладки бетона позволяет легко спроектировать долговечные полы

Общие важнейшие факторы, влияющие на определение размеров и технологию строительства полов, следующие:

a) Толщина бетонных полов должна быть минимально допустимой с учётом положения в грунте капилляропрерывающей прослойки. Пол должен иметь уплотнённую подсыпку, допускающую его минимальную просадку.

b) Пол должен иметь прочные швы на стадии укладки и упругие связи, в частности, в так называемых «изоляционных» швах у стационарных элементов подвижных конструкций.

c) Швы значительно влияют на стоимость содержания полов, при использовании Treform или Combiform швы перестают быть их слабейшим местом.

d) Бетонная смесь для полов должна быть насыщена щебнем и иметь малое содержание воды, что достигается благодаря вакуумированию. Это позволит избежать образования трещин и обеспечит высокую износостойкость. Выравнивание и вибрирование поверхности секционной виброрейкой BT-90 Feniks-Grupp повысит ровность готового пола. Повторная механизированная обработка поверхности повысит качество верхнего слоя. При высшем уровне требований применяется упрочняющий материал Topping Т6000. Смесь наносится на поверхность до механизированной затирки и нанесения специального состава, образующего на поверхности плёнку для ухода за свежеуложенным бетоном.

ТРЕБОВАНИЯ

2.2 Проектирование высококачественных бетонных полов

Правильно выбранные требования способствуют долговечности полов и снижению затрат на их содержание. В противном случае затраты на эксплуатацию или ремонт значительно возрастают.

Для достижения высокого качества пола надо правильно выбрать материал и технологию выполнения работ.

2.3 Нагрузки

Два вида нагрузок обычно определяют толщину полов:

Колёсная

от вилочного погрузчика, грузовых автомобилей и т.п.

Сосредоточенная

от системы стоек. Ноги стойки размещены на расстоянии 30 – 40 см или 3 – 4 м.

2.4 Колёсные нагрузки.

Нагрузки от погрузчиков рассматриваются в одном случае как статические (погрузчик, стоящий на месте), а в другом учитывается динамическая нагрузка от погрузчика в движении.

Почти всегда нагрузка от передних колес автопогрузчика значительно выше, чем от задних, поэтому в расчёт принимаются максимальные значения нагрузки.

Динамические нагрузки обычно специально не рассчитываются, а учитываются повышающим коэффициентом, равным 1.4, к статической колёсной нагрузке, учитывающим также ударные воздействия на полы.

Обратите внимание! Без обрезинивания стальных ободов колёс нагрузка на поверхность может достичь 5-9 МПа. Это происходит из-за малой площади контакта с поверхностью пола. Следует проконсультироваться с производственниками с целью уточнения точных расчётных величин для предупреждения сколов и других повреждений полов.

Автопогрузчики с грузоподъёмностью до 6000 кг, обычно имеют одиночные колёса, расположенные на расстоянии 1200 мм друг от друга. В больших грузовых автомобилях это расстояние может быть больше.

См. таблицу ниже.

Рис. 1

ТР – Центр тяжести

2.5 Таблица статических нагрузок

Уравновешенные вилочные автопогрузчики с двигателем внутреннего сгорания.

Давление в колёсах (пневматиках) р=0,8 МПа

Уравновешенные вилочные электропогрузчики

Давление в колёсах (пневматиках) р=1,0 МПа

Обратите внимание, что эти таблицы составлены на основе данных для вилочных автопогрузчиков CLARK и KALMAR LMV. Следует учесть возможность других показателей для иных типов машин. Положение центра тяжести см. рис.1.

2.6 Сосредоточенные нагрузки

Рис.2

Если расстояние между опорами превышает 2 м, то их надо рассматривать как отдельно стоящие, без учёта влияния друг на друга.

2.7 Принципы определения размеров полов на грунтах

Рис.3

Рис.4

Изгибающий момент от контактных нагрузок для неармированных полов типа 50 рассчитывается по теории упругости.

Для неармированных полов из бетона класса Вр 4,5. прочность на растяжение при изгибе уменьшится до величины предельного напряжения fch=2,0МПа (после вычитания растягивающей силы после усадки).

Для армированных полов допускается перераспределение напряжений и изгибающие моменты рассчитываются по теории предельных состояний.

2.8 Как пользоваться диаграммами

Рис.5

Внешние края и углы пола типа 50 могут выдержать сосредоточенную нагрузку равную 0.5 FR, т.е. половину рассчитанного по диаграмме значения, если не делались другие расчёты.

В данном издании содержатся основные диаграммы для вычисления изгибающего момента плит на упругом основании, подверженных действию сосредоточенных или линейных нагрузок.

Края полов с армированием (другого) типа могут выдержать нагрузку 0.75 FR.

3 Грунтовые условия

3.1 Условия строительных площадок и усиливающие слои

Учитывают:

• состояние местных грунтов, в частности, плотность и влажность,
• необходимость подстилающей теплоизоляции,
• укладку труб, нагревательного провода и т.п.,
• необходимость устройства анкеров в полу.

По условиям производства работ можно выделить четыре группы строительных площадок:

Рис. 6

Во всех случаях, следует стремиться выбирать минимальную толщину плит, но с учётом возможности прокладки труб и установки анкеров, а также концентрации нагрузки.

Капилляропрерывающий и усиливающий слои должны быть тонкими, т.е. около 200 мм. На несвязных грунтах толщину усиливающего слоя следует увеличить.

3.2 Данные о материалах оснований для полов

Модули упругости Ek для длительных нагрузок

3.3 Усиливающие слои. Теплоизоляция.

Выбор толщины слоя, уплотнение

Надо стремиться получить наибольшие значения модуля упругости Еekv.

Необходимо выполнить следующие условия:

• На плотном грунте усиливающий слой должен быть толщиной 150 мм.
• С точки зрения экономии лучше увеличить толщину пола, чем организовывать толстый усиливающий слой основания.

Расчёт Еekv

Выбор соответствующего варианта производится по рис. 7, 8. Для каждого варианта рассчитывается свой Еekv.

Нормальный вариант

Рис.7

Ео = Модуль упругости усиливающего слоя

Еu = Модуль упругости грунта е = 2.72

С теплоизоляцией

Рис.8

Ео = Модуль упругости теплоизоляционной плиты

Еи = Модуль упругости грунта и усиливающего слоя е = 2.72

4 Типы полов

4.1 Три типа высококачественых полов на грунтах

Число обозначает приблизительную величину контактной нагрузки в кН.

Пол 50

с большим количеством швов под нагрузки около 50 кН.

Толщина пола 100-150 мм; пол рассчитан под сравнительно лёгкие нагрузки, не армированный, с организованными швами, в частности, через шпунтовые соединения.

Технология его устройства не позволяет избежать образования швов сжатия. В полах 50 шов устраивается с одной стороны Treform. Для предотвращения образования трещин с противоположной стороны Treform, необходимо установить анкер. В этом случае трещины образуются по организованной линии шва. Кроме армирования анкером другого армирования не предусмотрено.

Полы 50 можно укладывать на открытом воздухе. В таком случае пол делается из бетонной смеси с воздухововлекающими добавками. Расстояние между швами сжатия уменьшается до 5 м. Если толщину пола увеличить до 200 мм, то такой пол может выдерживать более высокие нагрузки.

Пол 100

под нагрузки около 100 кН.

Предусмотрено сквозное центральное армирование или фибробетон. Пол предназначен под разнообразные нагрузки. В зависимости от плотности основания толщина пола выбирается 100-150 мм. Швы Treform или Combiform организуются на расстоянии 20 или менее метров. В полах из фибробетона швы организуют пропилом. Размеры определяются по инструкции CBI (Шведский Институт Бетона и Цемента)

Пол 200

без швов, под нагрузки около 200 кН.

Толщина пола 120-200 мм; двойное армирование. Дополнительное армирование необходимо для предотвращения распространения трещин.

4.2 ПОЛ 50

Область применения:

• Небольшие магазины
• Гаражи
• Подвалы
• Дороги и открытые площадки
• Склады

Рис.9

1. Мембрана скольжения

2. Бетонный маяк

3. Treform 80 или 120 (иногда Treform 160 при толщине пола 200 мм на открытом воздухе). Если расстояние между рельс-формами до 6 м (до 5 м на открытом воздухе) одна сторона формы смазывается; другая – закрепляется фиксирующим анкером. Для изоляции полов от колонн и других аналогичных препятствий устраивают изоляционный шов при помощи специальных Treform.

4. Марка бетона – по проекту.

5. Вибрирование секционной виброрейкой BT 90, механическое заглаживание и затирка; возможно применение гранолитного упрочняющего бетонного материала Topping, окраска по проекту.

Проектирование пола 50 из неармированного бетона Вр 3.5

Рис.10

Для квадратной поверхности нагружения а х а расчёт ведётся следующим образом:

Для спаренных колёс F/2 с радиусом контакта r2 на расстоянии s необходимо перейти к нагрузкам F с использованием эквивалента

Рис.11

4.3 ПОЛ 100

Область применения:

• Большие промышленные здания
• Типографии
• Дорожные покрытия
• Хранилища с высокими стеллажами
• Полы с теплоизоляцией
• Полы в закрытых помещениях
• Полы на террасах
• Бетонные площадки дворов

Рис.12

Ks — Арматурные стержни

Nps — Сетка заводско- го изготовления

1. Мембрана скольжения

2. Бетонный маяк

3. Treform 80 или 120 на расстоянии друг от друга до 20 м в обоих направлениях.

4. Бетон по проекту.

Армирование для толщины:

t=80: #d5 s 150 Nps соответствует Шведскому стандарту по ВВК 94 # d8 s 200 Ks 500 (1)

t=100: #d6 s 150 Nps 500 соответствует по BBK 94 # d10 s 200 Ks 500 (1) См.рис.12.

t=120: #d7 s Nps 500 соответствует по BBK 94 # d10 s 150 Ks 500(1) См.рис.12.

t=150:# d7 s 150 Nps 500 соответствует по BBK 94 # d10 s 125 Ks 500(1)

Другой вариант: Армирование стальной фиброй, проектируется для конкретного случая по согласованию с производителем фибры (2).

5. Вибрирование и выравнивание поверхности секционной виброрейкой BT 90, механизированное заглаживание и затирка. Возможно применение гранолитного упрочняющего материала Т6000; цвет по проекту.

Пол 100, усиленный по центру арматурой для повышения трещиностойкости.

Степень армирования по Шведскому стандарту ВВК94

Такое армирование необходимо для повышения трещиностойкости при больших расстояниях между швами – до 20 м. При меньших расстояниях, до 12 м, возможно армирование сеткой меньших размеров, но тогда FR рассчитывается для каждого конкретного случая.

Рис.13

Для груза квадратной формы а х а расчет ведется следующим образом:

Для спаренных колёс F/2 с радиусом контакта r2 на расстоянии s необходимо перейти к нагрузкам F с использованием эквивалента:

Рис.14

4.4 ПОЛ 100

Область применения

• Цеха тяжёлой промышленности
• Хранилища с высокими стеллажами
• Бункеры
• Причалы
• Аэродромы

Рис.15

1. Мембрана скольжения

2. Treform. Специальный изоляционный шов вокруг препятствий

3. Двойные стержни Ks500 d12 s 150L=1000

4. Бетон по проекту.

Армирование:

t=120: по низу d8 s 175 Nps 500; по верху d7 s 175 Nps 500 См. рис.15.

t=150: по низу d8 s 150 Nps 500; по верху d8 s 150 Nps 500 См. рис.15.

t=200: по низу # d12 s 150 Ks; по верху # d10 s 150 Ks 500

5. Вибрирование бетонной смеси глубинными вибраторами Wacker Neuson IRFU-55, выравнивание поверхности виброрейкой секционной BT-90, механизированное заглаживание и затирка двухроторным вертолетом WACKER NEUSON CRT-36. Возможно нанесение на поверхность гранолитного упрочняющего материала Topping; цвет по проекту.

Проектирование пола 200 с двойным армированием

Рис. 16

Для груза квадратной формы а х а рассчитывается следующим образом

Для спаренных колёс F/2 с радиусом контакта r2 на расстоянии s необходимо перейти к нагрузкам F с использованием эквивалента:

Рис. 17

5 Примеры расчетов

5.1 Пример 1

Предположим, что не изолированный промышленный пол будет уложен на плотный осадочный грунт. Пол будет подвержен осевой нагрузке 80 кН с двумя площадками нагружения r2 120 мм на расстоянии s=1000 мм.

Осевое давление рассчитывается с учётом степени уплотнения:

Толщина пола устанавливается для нормального положения капилляро-прерывающего и усиливающего слоёв.

1. Выбор основания. Толщина слоя выбрана 200 мм.

2. Расчёт Еekv.

В соответствии с типом пола Еu =10 МПа, тогда:

3. Выбор толщины t

Осевая нагрузка пересчитывается распределённая на эквивалентную сосредоточенную нагрузку F=80 kН, что даёт:

Проверим t=100

По диаграмме получается FR = 148 кН > 80

При r0 = r2 = 120 мм из диаграммы следует FR =83 кН > 80/2

Рис. 18

Считывание по диаграмме. Пример 1.

Выбирается ПОЛ 100, толщина 100 мм и армирование по Шведскому стандарту ВВК 94.

Расстояние между швами сжатия ≤20м

5.2 Пример 2

Пол в складском помещении предназначен под высокие стеллажи. Пол не изолированный, грунт плотный, связный.

Стойки стеллажей размещены по сетке 1,8 х 2,5 м. Площадь опорных поверхностей 200х200 мм при максимальной нагрузке 150 кН.

1. Выбор типа пола и основания. Выбран ПОЛ 200.

Выбран капилляропрерывающий слой толщиной 150 мм из уплотнённого мелкодроблёного щебня.

2. Расчёт Eekv.

Согласно пункту 2 примера Еu=30 МПа

3. Выбор толщины t.

Радиус ro для опор стеллажей будет:

Проверим t=120. См. рис. 19.

По диаграмме

при ro=127 мм FR=190 кН > 150

при ro=495 мм FR=300 кН = 2 • 150

Рис. 19

Считывание по диаграмме. Пример 2.

Выбирается ПОЛ 200, толщина 120 мм и армирование по Шведскому стандарту ВВК 94, т.е. по низу d8 s175, по верху d7 s175 Nps500.

5.3 Пример 3

Теплоизолированный пол укладывается с расчётом движения вилочного электропогрузчика грузоподъёмностью 1500 кг. Пол включает теплоизолирующие плиты толщиной 100 мм из вспученного полистирола плотностью 50 кг/м3 Модуль упругости подготовленного основания считаем равным 20МПа.

Расстояние между колёсами S = 1 м. Обода колёс обрезинены.

1. Выбор основания.

Под теплоизолирующие плиты укладывается капилляропрерывающий слой толщиной 150 мм из дроблёного камня. Поверх него укладывается слой гравия толщиной 50 мм. На теплоизолирующие плиты укладывается слой тощего бетона В 12.5 толщиной 40 мм в для их защиты и в качестве поверхности для укладки арматуры.

Рис.20

2. Расчёт Eekv:

Eo определяется по таблице 3.2.

Eo= 0,1Е =0,1 • 50 = 5 МПа

3. Выбор типа пола и его толщины t

Это ранее подробно описано с исходными данными для осевой нагрузки 3900 кг = 39 кН на два колеса. С учётом коэффициента уплотнения, равного 1.4, нагрузка на колесо будет:

1.4 • 39/2 = 27 кН

Предположим, что давление в колесе составляет 1,0 МПа. Проверим пол тип 100.

Зная давление в колёсах и площади их контакта, по соответствующим формулам получаем:

соответствующий нагрузке F/2 = 27 кН

Также проверяем двойную нагрузку 54 кН, действующую при расстоянии между колёсами 1 м:

Проверим толщину пола t=100 мм по диаграмме на рис.21.

Эти предполагаемые данные переносим на диаграмму:

Рис. 21

Считывание по диаграмме. Пример 3.

Из диаграммы получаем:

при ro=93 мм FR=37 кН > 27

при ro=319 мм FR=139 кН > 54

Выбирается ПОЛ 100, толщина 100 мм и армирование по Шведскому стандарту ВВК 94. Так как расчетная нагрузка в два раза меньше допустимой, то при расстоянии между швами до 12 м армирование можно уменьшить.

6 Расчет прочности

6.1 ПОЛ 50 ОА (без армирования) на грунте

Описание.

Рис.22

Плита сооружается на грунте разной степени плотности с различными укрепляющими и изоляционными материалами.

Между основанием плиты и грунтом или укрепляющим или изолирующим материалом прокладывается мембрана, которая уменьшает трение между слоями и предотвращает впитывание в основание воды из укладываемой бетонной смеси.

Предусмотрена изоляция полов от колонн и других аналогичных препятствий изоляционным швом при помощи специальных Treform. Пол выполняется без арматуры со швами сжатия на расстоянии до 6 м друг от друга (на улице до 5 м). Поперечные швы делаются аналогично продольным с использованием Treform 80 или 120 (160).

Бетон для пола, проверяемый на прочность при растяжении, это бетон с вакуумной обработкой класса Вр 3.5 МПа, что соответствует классу прочности на сжатие В25. Заполнители более крупные по размеру, чем для бетона, используемого в других целях.

Расчетные методы, критерии определения размеров, ссылки

Прочность пола рассчитывается в соответствии с методикой «Бетонные покрытия», разработанной A. Лосбергом (1), Техническим Университетом Халмера г. Гётеборг, (Швеция), Институтом технических конструкций, Бетонные конструкции (2), и рекомендациями 1:89 (3) Института цемента и бетона.

Действие сосредоточенных нагрузок рассчитывается в соответствии с теорией упругости грунтов и грунтовых оснований. Эффекты усадки и температурных изменений оцениваются напряжениями в 1.0 МПа. Расчет производится в соответствии со Шведским стандартом ВВК94 (4).

Снижение прочности бетона в результате усталости под нагрузкой учтено следующими показателями: для холодных складов n = 104, а для нагреваемых помещений n = 105. Запас прочности включает значения Eekv=1,10 или 50 Мпа для оснований полов (с учетом теплоизоляции).

Этот так называемый эквивалентный модуль упругости, который определяется для выбранного варианта конструкции полов по методу, описанному в Шведских строительных стандартах. Полученные величины затем интерполируются по вышеприведенным диаграммам. В диаграммах представлены комбинации FR – ro, допускаемые для полов разной толщины t на соответствующих основаниях. Если нагрузка представлена двумя сосредоточенными силами F/2 на расстоянии s, то она пересчитывается на нагрузку F с радиусом контакта ro, что соответствует эквивалентному действию нагрузки.

Расчёты

Прочность бетона на растяжение при изгибе под влиянием сосредоточенной нагрузки принимается 2.0 МПа.

При контроле усталости значение σ1 принимается:

Для холодных помещений σ1 = 0

Для тёплых помещений: σ1 = 0,5 • 0,7 = 0,35 МПа = 0,12 • fct

При n = 104 и σ1 =0 получаем:

σ2 = 0,7 • fct = 0,7 •4.5/1.5= 2.1 МПа

При n = 105 и σ1 =0,12 fct получаем

σ2 = 0,67 • fct = 0,67•4.5/1.5=2.0 МПа

С учётом этих значений для определения величины сосредоточенной нагрузки используется σ2 = 2.0 МПа.

На участках, где сосредоточенна максимальная нагрузка на пол, значение F можно увеличить на 10%.

Рассматривая случай 1 нагрузки по табл.1 в публикации Лосберга, получим:

где:

6.2 ПОЛ 100 ОА (армирование по центру) на грунте

Рис.23

Плиты укладываются на грунтовые основания различной плотности и при необходимости включающие усиливающий и изоляционный слои. Мембрана скольжения между основанием и плитой снижает трение между ними и предотвращает впитывание в основание воды из укладываемой бетонной смеси. Предусмотрена изоляция полов от колонн и других аналогичных препятствий изоляционным швом при помощи специальных Treform. Для устройства швов используется Treform 80 – 120.

Бетон следует брать марки В20 с наполнителем более крупным, чем предусмотрен для других целей.

Методы расчета, критерии выбора размеров, запись

Прочность пола рассчитывается в соответствии с методикой «Бетонные покрытия», разработанной A.Лосбергом, Техническим Университетом Халмера г. Гётеборг, (Швеция), Институтом технических конструкций, Бетонные конструкции, и рекомендациями 1:89 Института цемента и бетона.

Влияние сосредоточенных нагрузок рассчитывается в соответствии с теорией упругости грунтов и грунтовых оснований, изложенной в указанных публикациях. Определение размеров пола осуществляется по теории, учитывающей точку начала текучести без учета влияния усадки и температурных воздействий, воспринимаемых арматурой до этой точки. Растягивающие воздействия считаются исключёнными на стадии текучести. Определение размеров пола осуществляется в соответствии со Шведским строительным стандартом ВКК94.

Диаграмма допустимых комбинаций F – ro относится к полам толщиной 80, 120 и 150 мм при основаниях с Eekv = 1, 5, 10, 25 или 50 МПа. Эти так называемые эквивалентные модули упругости рассчитываются для указанных полов в соответствии с методом, описанным в Шведских строительных нормах 1980г.

Промежуточные значения устанавливаются путём интерполяции между кривыми. Если сосреточенная нагрузка разделена на две опоры на расстоянии S, то значения пересчитываются для нагрузки F с эквивалентным радиусом контакта ro.

Расчёты

По диаграмме 3 в публикации Ласберга для одиночной нагрузки рассчитывается:

Для значения

несущая способность точки текучести сечения пола, рассчитываемая в соответствии со стандартом ВКК94, устанавливается: t=80 мм с армированием Ks500 # d8 с 200

Расчётное значение принимается равным 3/F®

Для t=100 мм армирование Ks500 # d10 с 200

Расчётное значение принимается равным 5.2/F®

Для t=120 мм армирование Ks500 # d10 c 150

Расчётное значение принимается равным 7.5/F®

7 Примеры проектирования

7.1 Что надо знать о промышленных бетонных полах

В промышленных зданиях полы представляют собой их важнейшую часть. Следовательно, для достижения их высокого качества должны быть установлены определённые требования к материалам, оборудованию, порядку ведения работ. Основными требованиями к бетону являются: прочность, износостойкость, долговечность. Если эти требования принимаются в расчёт при проектировании, то высокое качество пола обеспечивается без дополнительных мер. Вместе с тем, подрядчик должен иметь соответствующий проект с учётом всех особенностей полов.

При проектировании пола можно руководствоваться следующими положениями:

— Наибольшая стоимость ремонтных работ обусловлена плохим качеством швов.

— Полосы бетонирования не должны располагаться поперёк направления движения транспорта по готовому покрытию.

— Если содержание цемента превышает 400 кг/м3, то износостойкость при этом не увеличивается, так как резко возрастает усадка.

— Вакуумирование обеспечивает повышение прочности на сжатие в верхних слоях бетонных полов не менее, чем на 10 МПа.

— В бетоне класса В20 после вакуумного обезвоживания содержание воды такое же, как в бетоне класса В30-40.

— Отделка поверхности секционной виброрейкой BT90 Feniks-Grupp, включая механизированное заглаживание затирочными машинам Wacker Neuson CRT-36, увеличивает износостойкость до 500%, что снижает пылеобразование.

— Лучший путь получения высококачественных полов – это разработка качественных проектов.

7.2 Бетонные смеси

Данные рекомендации действительны для полов 50-150.

Приводимые данные должны найти отражение в проектах.

Материалы

Заполнитель: Смеси приведённой ниже гранулометрии.

Максимальный размер частиц не более 1/4 толщины пола

Рис. 24

Цемент: Стандартный Портланд около 300 кг/м3

Осадка конуса 8 -10 см. (действительно и для сталифибробетона)

Содержание вовлеченного воздуха 4-5% для наружных бетонных поверхностей.

Никаких других добавок

Зимой подогрев укладываемой бетонной смеси до 25 °C.

Предварительные испытания бетона: Производитель должен проводить дополнительные тестирования не менее, чем на трёх строительных площадках в год.

Приготовленная на месте бетонная смесь и сталефибробетон должны подвергаться предварительному тестированию перед каждым выполнением работ на конкретном объекте. Предварительное тестирование осуществляется согласно Шведским стандартам SS 137213 на трёх кубиках с размерами ребра 150 мм в 7–суточном возрасте методом Trevac-meter test.

РЕГЛАМЕНТ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Вибрирование: виброрейкой секционной BT-90 Feniks-Grupp

Вакуумирование: обезвоживание: 1-3 мин. на 10 мм толщины бетона при температуре 10-30°С

Механизированное

заглаживание: затирочной машиной Wacker Neuson CRT-36 не менее одного раза, вне помещений, в гаражах, парковках и т.д. – два раза.

Перед механизированной затиркой проводится проверка и подгонка ровности поверхности до заданного класса допусков.

Класс ровности:

3А, т.е.

Выпуклости:

L= 0.25 м допуск ±2 мм

L= 2.0 м допуск ±5 мм

Уклоны:

L= 2-6 м допуск ±8 мм

L= 6.1-18 м допуск ±12 мм

L=

Уровень относительно второй точки:

допуск ±20мм

Класс ровности:

3B, т.е.

Выпуклости

L= 0.25 м допуск ±1.2 мм

L= 2.0 м допуск ±3 мм

Уклоны

L= 2-6 м допуск ±8 мм

L= 6.1-18 м допуск ±12 мм

L=

Уровень во второй точке

допуск ±20 мм

Специальные допуски по необходимости

Механизированная затирка – не менее двух раз, не делается на открытых автостоянках и т.п.

Износостойкость

Класс С, т.е. заглаживание за один проход, затирка за два прохода

Класс В, т.е. заглаживание за один проход, затирка за два основных прохода и один дополнительный, предварительные испытания по методу SS 137241

Класс А, т.е. одно заглаживание и четыре затирки, плюс нанесение Topping и дополнительная затирка

Цвет: по проекту

Состав для образования защитного покрытия.

Для выполнения расчета плиты пола, являющейся бесконечной гибкой плитой на упругом основании, следует соблюдать требования действующих норм и правил. Основным нормативным документом для проектирования полов является СНиП 2.03.13-88 «Полы». Кроме того, для расчета бетонных плит полов используются нормативный документ «Полы. Технические требования и правила проектирования, устройства, приемки, эксплуатации и ремонта» (в развитие СНиП 2.03.13-88 «Полы») и СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия», разработанный ЦНИИПромзданий; для расчета фибробетонных конструкций — свод правил СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции»; для учета некоторых дополнительных нюансов — СНиП 2.05.08-85 «Аэродромы». Близкие результаты расчета конструкций полов дают документы ACI 360R-06 «Проектирование плит на грунтовом основании» (комитет № 360 Американского института бетона ACI) и TR34 «Бетонные промышленные полы. Руководство по проектированию и устройству» (Британское общество производителей бетонных конструкций CS).

В последнее время для расчета плит полов необоснованно применяют компьютерные программы для расчета фундаментных плит, не учитывающие значимые при расчете пола исходные параметры. Это служит причиной применения в строительстве ошибочных решений, приводящих к разрушению пола при эксплуатации или значительному перерасходу средств на создание пола с излишним запасом прочности.

Часто в технических заданиях на проектирование полов в качестве расчетного параметра необоснованно приводится значение «нормативной эквивалентной равномерно-распределенной нагрузки». Так, согласно требованиям п. 2.3 нормативного документа «Полы. Технические требования и правила проектирования, устройства, приемки, эксплуатации и ремонта», «…собственный вес пола, а также нагрузки, равномерно-распределенные по площади, при расчете не учитываются…». То есть практически любое значение этой нагрузки — 5, 10 или 20 т/м2 — никак не влияет на параметры конструкции плиты пола.

Примером истинной равномерно-распределенной нагрузки величиной 5 т/м2 является слой песка толщиной около 3,2 м, насыпанного по всей площади пола. При данном характере нагружения в конструкции пола не возникает изгибающих моментов, и его толщина принимается конструктивно, например 120 мм (пол из неармированного бетона класса В22,5).

Условно в качестве равномерно-распределенной нагрузки величиной 5 т/м2 можно рассматривать нагрузку, создаваемую 5-тонным погрузчиком, габариты осей колес которого составляют приблизительно 1×1 м, складированные в 5-ярусные штабеля паллеты размером 0,8×1,2 м, весом 1 т каждая или рулоны бумаги, установленные в четыре уровня хранения. Во всех этих случаях величина условной равномерно-распределенной нагрузки одинакова, но конструкция пола будет разной по причине того, что величина и характер приложения сосредоточенных нагрузок различаются.

Только исходные данные о сосредоточенных нагрузках могут служить законным основанием для проектирования плиты пола по грунту. Согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», при составлении задания на проектирование пола, на который действуют нагрузки от оборудования и складируемых материалов, необходимо учитывать данные о местах расположения и величине нагрузок, габаритах опор оборудования. Замена фактически действующих сосредоточенных нагрузок на эквивалентные равномерно-распределенные может быть осуществлена только при проектировании конструкций междуэтажных перекрытий. Для полов, опирающихся на грунт, такая замена недопустима. В СНиПе 2.03.13-88 «Полы» и прочих используемых при расчете полов нормативных документах прописаны такие же требования к содержанию технических заданий. Так, п. 2.3. норматива «Полы. Технические требования и правила проектирования, устройства, приемки, эксплуатации и ремонта» гласит: «…на схеме нагрузок в плане должна быть указана их наибольшая величина, размеры и форма следов опирания на пол и наименьшие расстояния между этими следами…»

Требования нормативных документов основаны на том, что при расчете полов решаются только две основные задачи с точки зрения теории упругости:

• задача № 1 — «О расчете круглой плиты неограниченных размеров при нагрузке распределенной по малой площади» для нагрузок, удаленных от краев;
• задача № 2 — «О расчете прямоугольной плиты при нагрузке, близкой к сосредоточенной» для нагрузок у краевых и угловых участков плиты.

К проектированию полов задача о равномерной нагрузке, распределенной по всей площади плиты, не имеет никакого отношения и решается только для плит конечного размера и жесткости. Таким образом, техническое задание, содержащее даже упоминание об использовании в расчетах значения эквивалентной равномерно-распределенной нагрузки, является некорректным с точки зрения основания для проектирования.

Однако возникает резонный вопрос: почему же при обсуждении проектов складских комплексов фактически встречается параметр «допустимая нагрузка до 5 (6) т/м2»? При массовом строительстве складских комплексов в последние годы возникла необходимость каким-то образом классифицировать склады по параметрам, отражающим их инвестиционную привлекательность, а также для удобства общения девелоперов, арендаторов, покупателей и строителей складов. Так появилась классификация складов на типы А, В, С и т. п., которая предполагает различный уровень допустимых нагрузок на полы. Определение «склад класса А» предполагает значение равномерно-распределенной нагрузки, как правило, 5 или 6 т/м2, что позволяет инвесторам, проектировщикам и арендаторам иметь единое представление о параметрах склада — возможности размещения на полу стандартных сборно-разборных стеллажей с 5-ярусным хранением грузов на европаллетах полной массой до 1 т. Как правило, на складе используются фронтальные стеллажи с общепринятыми расстояниями между вертикальными стойками 1,05×2,75 м. Связью с предполагаемыми параметрами склада и ограничивается функциональность условного показателя «равномерно-распределенной нагрузки», способствующего пониманию сути пожеланий инвесторов, заказчиков и арендаторов, но бесполезного и недопустимого для инженерного расчета конструкции плиты пола.

Рассмотрим алгоритм приведения величины реально действующих сосредоточенных нагрузок на пол к значению условного показателя равномерно-распределенной нагрузки.

Пусть высота склада в свету (т. е. расстояние от поверхности пола до нижней поверхности балки покрытия) равна 12 м, а вес одной единицы груза (паллеты) — 1 т. Для предварительных расчетов плиты пола этих данных вполне достаточно. Определим количество ярусов хранения. При стандартной упаковке высота паллеты составляет 1,6—1,8 м. Добавив к ней зазоры и высоту балок рамы стеллажа, получим, что высота одного яруса примерно равна 2 м. Исходя из этого рассчитываем максимально возможное количество ярусов хранения: 12:2 = 6.

Предполагается, что хранение будет осуществляться на стандартных фронтальных стеллажах с размерами между осями стоек (в плане) 2,75х1,05 м, что допускает хранение до трех европаллет размером 0,8х1,2 м в каждой стеллажной ячейке.

Рассматриваемый вариант сбора нагрузок на опору стойки стеллажа предполагает напольное хранение грузов первого яруса. Размещение таких грузов на балке, передающей дополнительную нагрузку на стойки стеллажа, однозначно неприемлемо, поскольку приводит к дополнительным расходам за счет увеличения общего количества балок и роста (до 20%) нагрузок на стойки стеллажа. Поэтому в большинстве случаев используется напольное хранение грузов 1-го яруса. В случае использования узкопроходной техники, перемещающейся по направляющим упорам (без индукционного управления), параллельно балкам основной конструкции стеллажа с креплением к полу применяется установка опорных балок (прямоугольных стальных профилей размером более высоты направляющего упора) для укладки паллет нижнего яруса. В результате на стойки стеллажа оказывается косвенное, не очень большое воздействие, поскольку нагрузка распределена по относительно большой площади.

Средний вес паллеты 0,8 т

Параметр нагрузки	Количество ярусов хранения
	Всего	На раме	Всего	На раме	Всего	На раме	Всего	На раме
	6	6	6	5	7	7	7	6
Сосредоточенная нагрузка, т	7,2		6		8,4		7,2
Равномерно-распределенная нагрузка, т/м2	5		5		5,82		5,82

Средний вес паллеты 0,9 т

Параметр нагрузки	Количество ярусов хранения
	Всего	На раме	Всего	На раме	Всего	На раме	Всего	На раме
	6	6	6	5	7	7	7	6
Сосредоточенная нагрузка, т	8,1		6,75		9,45		8,1
Равномерно-распределенная нагрузка, т/м2	5,61		5,61		6,55		6,55

Средний вес паллеты 1 т

Параметр нагрузки	Количество ярусов хранения
	Всего	На раме	Всего	На раме	Всего	На раме	Всего	На раме
	5	5	5	4	6	6	6	5
Сосредоточенная нагрузка, т	7,5		6		9		7,5
Равномерно-распределенная нагрузка, т/м2	5,195		5,195		6,23		6,23

На основании исходных данных получаем формулу для расчета нагрузки на среднюю одиночную стойку стеллажа с учетом напольного хранения грузов первого яруса:

P=(Pпал*M*N1)/2

(1)

где Р — рассчитываемая нагрузка на одиночную стойку стеллажа;
Рпал — усредненный вес паллеты, т;
М — количество паллет на одном ярусе хранения (в случае применения стандартных стеллажей размером в плане 1,05×2,75 м оно равно 3);
Ni — количество ярусов хранения на раме стеллажа.

Подставляя в формулу (1) предварительно заданные исходные данные, получаем:

P=(1т*3*5)/2=7,5т

Таким образом, нагрузка на одиночную стойку стеллажа при шестиярусном хранении и напольном хранении грузов первого яруса составляет 7,5 т.

В случая хранения всех паллет на раме стеллажа (без напольного хранения) получаем:

P=(Pпал*M*N)/2

(2)

где N — общее количество ярусов хранения.

Подставляя исходные данные, получаем, что:

P=(1т*3*6)/2=9т

Для приведения данного сочетания нагрузок к эквивалентной равномерно-распределенной необходимо произвести деление нагрузки, действующей в пределах нагруженной стеллажной ячейки, на условно принятую грузовую площадь, определенную габаритными размерами стоек стеллажа:

Pэкв=(Рпал*М*N)/S

(3)

где S — грузовая площадь
(2,75*1,05=2,8875 м2)

Итого получаем:

Pэкв=(1т*6*3)/2,8875 м2=6,23 т/м2

В результате мы привели реально действующие нагрузки от грузов, расположенных на стеллажах, к условному значению равномерно-распределенной нагрузки. Таким образом, при одинаковом значении равномерно-распределенной нагрузки (6,23 т/м2) мы имеем различные величины нагрузок на стойки стеллажей (7,5 и 9 т), различающиеся по значению почти на 20%, что подтверждает недопустимость использования равномерно-распределенной нагрузки как расчетного параметра при проектировании полов.

Здесь приводятся таблицы ориентировочного соотношения между различными видами нагрузок при разном весе единиц грузов (паллет) при использовании стандартных фронтальных стеллажей размером в плане 2,75х1,05 м.

Вопрос о качестве и прочности бетона неизменно возникает в процессе его выбора и покупки. По мере развития технологий создавался весьма обширный ассортимент марок этого строительного материала.

Каждый вид бетона предназначен под конкретные условия его использования. Есть более универсальные растворы или для специальных задач.

Критерии

Определяющим показателем при покупке бетонной смеси являются условия и задачи ее использования. Для бетонных растворов существует два классифицирующих обозначения – марка и класс. Они информируют покупателя о свойствах строительного материала. Первая – это значение средней прочности, а второй — гарантировано обеспеченная прочность, которая обозначает, что свойства бетонных изделий обеспечиваются в 95 и больше случаях из 100.

Марка и класс определяется значениями:

• стойкости к сжатию (проектная, марочная);
• морозоустойчивости, воздействия высоких температур, влагонепроницаемости.

Марка

Этот индекс обозначается в цифровом значении и буквой М. Существует обширный перечень марок бетона марок от 50 до 1000, наиболее часто используется около десятка. Для свойств бетона определяющими условиями являются количество и качество цементной смеси в составе порошка. Марка зависит от расчетной прочности на сжатие — это значение в кгс/см2 на момент затвердевания раствора (на 28 день).

Чем больше цифра в индексе, тем бетон прочнее. Это значит, что он имеет больше цемента лучшего качества. Такой бетон дороже. Поэтому основная задача при выборе – найти баланс между ценой и требуемыми свойствами при возведении конкретного сооружения.

С раствором высокой прочности труднее работать – смесь быстрее сохнет, а это чревато последствиями при медленной работе: доставлять раствор и работать с ним нужно быстрее.

Класс

Класс обозначается буквой В и цифровым индексом после него. Список классов бетона тоже достаточно внушительный – от 3,5 до 80 (всего 21), это зависит от его разделения по прочности на нагрузку, возникающую от сжатия, но наиболее популярными стали тоже около десятка позиций (В15; В20; В25; В30; В40 и т. д.) Цифра означает показатель МПа (мегапаскали).

Каждый класс можно приравнять к конкретной марке и наоборот. В большинстве случаев в проектных документах указывают именно его, а не марку бетона, а в заказах на приобретении смеси – наоборот.

Соотношение маркировки

Лучше всего эти показатели отобразить таблицей:

Табл. Соотношения марка-класс

Класс бетона (цифровое значение тут — МПа)	Средняя прочность кгс/кв.см	Ближайшая марка
В5	65	М75
В7,5	98	М100
В10	131	М150
В12,5	164	М150
В15	196	М200
В20	262	М250
В25	327	М350
В30	393	М400
В35	458	М450
В40	523	М500
В45	589	М600
В50	654	М700
В55	720	М700
В60	785	М800

Условия, виды прочности

Основным свойством, характеризующим бетон, является его прочность. Она измеряется в МПа (мегапаскали) или кгс/см2. Прочность зависит от таких составляющих:

• качество и состав смеси. Чем выше качество и составляющая цемента, тем прочнее бетон;
• условия перемешивания. Недостаточно продолжительное перемешивание снижает качество;
• количество воды. Чем больше воды содержится в перемешиваемом растворе, тем меньшей будет его прочность;
• форма и фракция зерен. При неправильной форме зерен и большей их шероховатости сцепление лучше, соответственно бетон крепче;
• способ и порядок укладки;
• способ трамбовки. Утрамбованный вибраторами бетон лучше;
• твердость растет с возрастом.

Хорошую прочность бетону обеспечивает также влажная среда.

Классификация

Есть такие виды прочности:

• проектная, когда допускается полная нагрузка на бетон, предусмотренная нормативными документами (за умолчанием — после 28 дней);
• нормированная — показатель, определяемый в ГОСТах или ТУ;
• требуемая — минимально допустимое значение для использования, устанавливаемое лабораториями предприятий;
• фактическая — среднее значение по результатам испытаний;
• отпускная, когда разрешена отгрузка изделия потребителю;
• распалубочная, когда возможна выемка бетона из форм.

Непосредственно к качеству и марке бетона относятся прочности:

• на сжатие;
• на изгиб;
• на осевое растяжение;
• передаточная.

Их рассмотрим подробнее.

Прочность на сжатие

Бетон подобен природному камню: он имеет лучшую сопротивляемость сжатию, чем растяжению. Критерием прочности для бетона является предел его выдержки при сжатии. Это наиболее значимый показатель качества раствора. Например, бетон класса В15, марки М200 имеет среднюю стойкость сжатию 15 МПа или 200 кгс/м2, В25 – 25 МПа или 250 кгс/м2 и так далее.

Для определения этого показателя создают кубы-образцы, их помещают под лабораторный пресс. Постепенно увеличивают давление, и как только образец треснул – на экране прибора фиксируется значение этой характеристики.

Определяющим условием для присвоения класса бетона становится расчетный показатель по прочности на сжатие. Бетонная смесь высыхает и затвердевает долго – 28 дней. Вообще, этот процесс может длиться несколько лет, но именно на 28 день раствор приобретает свои основные качества. По окончанию этого срока смесь достигает показателя, определяемого ее маркой (прочность проектная или расчетная).

Прочность на сжатие — это характеристика механических свойств бетона, устойчивости к нагрузкам. Это показатель границы сопротивления затвердевшего раствора к механическому воздействию сжатия в кгс/м2. Смесь М800 имеет наибольшую прочность, М15 – наименьшую.

Прочность на изгиб

Этот показатель увеличивается с ростом числового индекса марки. Показатели растяжения и изгиба намного меньше, чем нагрузочная способность бетона. Для молодого бетона это отношение составляет около 1/20, для более старого – 1/8. Прочность на изгиб учитывают на проектных стадиях строительства.

Определяют ее следующим способом. Делают заливку из бетона в форме бруса с размерами, например, 120x15x15 см. После окончательного затвердевания его кладут на подпорки, расположенные на расстоянии 1 м, а в центр помещают нагрузку, которую постепенно увеличивают до момента разрушения образца. Размер испытуемой балки и расстояния между подпорками могут быть разными.

Показатель прочности на изгиб высчитывают формулой:

Rизг = 0,1PL/bh2,

где L – расстояние подпорок (1 м в нашем случае); Р – вес нагрузки + вес образца, Н; b, h – ширина и высота сечения бруса (0,15 м). Эта прочность обозначается Btb и цифрой от 0,4 до 8.

Осевое растяжение

Осевое растяжение при проектировании несущих конструкций, как правило, не учитывается. Она необходима для определения способности материала не растрескиваться при перепадах температуры и колебаниях влажности. Растяжение определяется как некоторая составляющая от прочности на изгиб.

Этот показатель наиболее сложно определить. Одним из способов является растягивание образцов балок на специальном растягивающем оборудовании. Бетон разрушается от двух противоположных растягивающих сил. Стойкость к осевому растяжению является важной для бетона, используемого для резервуаров, дорожного покрытия, там, где трещины от такого типа нагрузки недопустимы.

Мелкозернистые составы имеют лучшую стойкость, чем крупнозернистые (при той же прочности сжатия). По этому показателю классы бетона обозначаются Bt в диапазоне от 0,4 до 6, цифры обозначают показатель МПа.

Передаточная прочность

Это значение являет собой нормируемый показатель прочности бетона напряженных элементов во время передачи на него натяжения армирующих деталей. Передаточная прочность предусматривается нормативными документами и техническими условиями для конкретного вида изделий.

В большинстве случаев она назначается не меньше 70% проектной марки и зависит от свойств арматуры. Рекомендуемая величина этого показателя не менее 15 или 20 Мпа для различных видов армирования. Вкратце это тот показатель, обозначающий уровень, когда армировочные пруты не проскальзывают при снятии с кондукторов.

Популярные виды бетона

Есть бетоны обычные или тяжелые (М25—М800) и легкие (М10—М200). Рассмотрим их подробнее.

Легкие

От М5 до М35 применяются для ненесущих конструкций – они не особо прочные. М50 и М75 подходят для подготовительных работ перед заливкой бетона. М100-М150 – для малоэтажного строительства, конструктива, перемычек.

М200-М300 используются для большинства строительных задач. М200 отвечает классу В15, его прочность 196 кгс/м2 или 15 МПа. М250 (В20) имеет среднюю прочность 262 кгс/см2 или выдерживает давление 20 МПа, как и вышеуказанная марка набирает 70% прочности после 28 дней, а остальные 30% на протяжении полугода. Это легкие бетоны. Стяжки, полы, отмостки, фундаменты, лестницы, подпорки, бордюры – наиболее часто изготавливают именно из него. Замерзает при минусовых температурах и теряет до 5% своей стойкости при размораживании.

Легкие бетоны можно проверить, ударив по ним молотком или проведя острым предметом – на поверхности останутся достаточно отчетливые следы.

Обычные

М350 (класс В25) – кубический метр этого бетона способен выдержать нагрузку в 25 МПа, он отвечает М250. М400 (класс В30) – выдерживает нагрузку 30 МПа. Эти марки и выше используются для многоэтажных зданий, несущих, монолитных конструкций, чаш бассейнов. Наиболее часто используется для дорожного покрытия, плит перекрытий, так как водонепроницаемый (класс W8), морозостойкий (F200).

Марки от М350 (классы от В25) и больше относятся к более прочным бетонам, они имеют высокую плотность и лучшие показатели стойкости к морозам и влажности, но намного тяжелее.