Монолитная железобетонная плита

Монолитная железобетонная плита — это строительная конструкция, представляющая собой сплошное плоское или ребристое перекрытие, выполненное из бетона, армированного стальной арматурой, непосредственно на строительной площадке (в опалубке). Относится к классу несущих элементов зданий и сооружений, обеспечивающих распределение вертикальных и горизонтальных нагрузок на фундамент или колонны. Основные характеристики: высокая несущая способность, жёсткость, водонепроницаемость и возможность создания пролётов больших размеров без промежуточных опор.

История и развитие

Монолитное железобетонное строительство начало развиваться в конце XIX века. Первые патенты на железобетонные конструкции были получены в 1850-х годах (Жозеф Монье, Франция), однако массовое применение монолитных плит началось в 1900-х годах с развитием технологии бетонирования и арматурных работ. В 1930-х годах в СССР монолитная плита стала основным типом перекрытий в промышленном строительстве, а с 1950-х — в жилом и гражданском, благодаря возможности возведения зданий сложной конфигурации.

В 1960–1970-х годах в связи с развитием сборного железобетона (панельное домостроение) доля монолитных конструкций снизилась, однако с 1990-х годов вновь возросла из-за требований к сейсмостойкости, архитектурной выразительности и индивидуальности проектов. В современной России монолитная плита широко применяется в высотном строительстве, подземных сооружениях и фундаментах.

Классификация

Монолитные железобетонные плиты классифицируются по нескольким признакам.

По конструктивному типу

• Сплошная (безбалочная) плита — плоская конструкция постоянной толщины, опирающаяся на колонны или стены. Применяется в жилых и офисных зданиях с пролётами до 6–9 м.
• Ребристая плита — имеет систему продольных и поперечных рёбер (балок) для увеличения жёсткости. Используется при больших пролётах (10–18 м) и значительных нагрузках (промышленные цеха, склады).
• Кессонная (вафельная) плита — с квадратными или прямоугольными углублениями (кессонами) между рёбрами. Обеспечивает высокую несущую способность при относительно малом весе.
• Пустотная (канальная) плита — содержит продольные пустоты (каналы) для снижения массы и улучшения тепло- и звукоизоляции. Чаще выполняется сборной, но возможна и монолитная технология с несъёмной опалубкой.

По назначению

• Фундаментная плита — опорная конструкция, распределяющая нагрузку от здания на грунт. Бывает плоской, ребристой или коробчатой.
• Перекрытие — горизонтальный элемент, разделяющий этажи. Может быть междуэтажным, чердачным, цокольным.
• Покрытие — верхняя плита здания (крыша), часто с уклоном для водоотвода.
• Стеновая плита — вертикальный несущий элемент (в монолитно-каркасных зданиях).

По способу опирания

• На колонны — плита опирается на капители или непосредственно на колонны (безбалочные перекрытия).
• На стены — опирание по контуру или по двум сторонам.
• На грунт — фундаментные плиты, укладываемые на подготовленное основание.

Устройство и технология изготовления

Монолитная железобетонная плита изготавливается непосредственно на строительной площадке в несколько этапов.

Опалубка

Для формирования плиты устанавливается опалубка — временная форма, в которую укладывается бетон. Опалубка может быть:

• Съёмная (щитовая, рамная, телескопическая) — многократного использования, из фанеры, металла или пластика.
• Несъёмная — из пенополистирола, фибролита или профнастила, остающаяся частью конструкции.

Армирование

В опалубку укладывается арматурный каркас, состоящий из стальных стержней (обычно класса A400, A500) диаметром 8–32 мм. Арматура связывается вязальной проволокой или сваривается. Схема армирования включает:

• Рабочую арматуру — нижнюю (растянутую) и верхнюю (сжатую) сетки.
• Распределительную арматуру — для равномерного распределения нагрузок.
• Поперечную арматуру (хомуты) — для восприятия касательных напряжений.

Толщина защитного слоя бетона до арматуры — не менее 20–30 мм (в зависимости от условий эксплуатации).

Бетонирование

Бетонная смесь (обычно класса B15–B40, марки M200–M500) подаётся в опалубку бетононасосом или краном с бадьёй. Укладка производится непрерывно или с перерывами (с образованием рабочих швов). После укладки бетон уплотняется вибраторами (глубинными или поверхностными) для удаления воздуха и обеспечения однородности.

Уход и распалубка

После бетонирования плиту укрывают плёнкой или влажной тканью для предотвращения быстрого высыхания. В жаркую погоду поверхность увлажняют. Распалубка (снятие опалубки) производится после достижения бетоном проектной прочности (обычно 50–70% через 3–7 суток, полная прочность — 28 суток).

Характеристики и параметры

Основные параметры монолитной железобетонной плиты:

• Толщина — от 120 мм (для перекрытий малых пролётов) до 500 мм и более (для фундаментных плит и плит с большими нагрузками).
• Пролёт — расстояние между опорами, достигает 12–18 м для ребристых плит.
• Класс бетона — определяет прочность на сжатие (B15–B40).
• Класс арматуры — предел текучести (A400–A600).
• Армирование — процент армирования (отношение площади сечения арматуры к площади сечения бетона) обычно 0,5–2,5%.
• Несущая способность — рассчитывается по предельным состояниям (первая группа — прочность, вторая — деформации).

Применение

Монолитные железобетонные плиты применяются в различных типах зданий и сооружений:

• Жилые здания — монолитные перекрытия в многоэтажных домах, коттеджах (фундаментные плиты).
• Общественные здания — торговые центры, офисы, спортивные комплексы (безбалочные и ребристые плиты).
• Промышленные объекты — цеха, склады, ангары (ребристые и кессонные плиты).
• Транспортная инфраструктура — мосты, путепроводы, эстакады, дорожные плиты.
• Гидротехнические сооружения — плотины, дамбы, набережные.
• Подземные сооружения — паркинги, тоннели, фундаменты высотных зданий.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая несущая способность — возможность воспринимать большие нагрузки (до 10–20 кН/м² и более).
• Жёсткость и монолитность — отсутствие швов, высокая сейсмостойкость.
• Свобода планировки — возможность создавать пролёты без промежуточных опор.
• Водонепроницаемость — при правильном бетонировании и гидроизоляции.
• Долговечность — срок службы до 100–150 лет при нормальной эксплуатации.

Недостатки

• Трудоёмкость — значительные затраты на опалубку, арматурные и бетонные работы.
• Длительность строительства — время на твердение бетона (28 суток до полной прочности).
• Зависимость от погоды — сложность бетонирования при отрицательных температурах (требуется прогрев бетона).
• Вес — большая масса (до 500–600 кг/м² для сплошной плиты толщиной 200 мм), что увеличивает нагрузку на фундамент.
• Сложность ремонта — при повреждении арматуры или бетона требуется усиление или замена участка.

Интересные факты

• Самая толстая монолитная железобетонная плита в мире — фундаментная плита небоскрёба «Бурдж-Халифа» (Дубай, ОАЭ) толщиной 3,7 метра, выполненная из бетона класса B50.
• В СССР в 1970-х годах была разработана технология «скользящей опалубки» для монолитных плит, позволяющая бетонировать перекрытия без перерывов на высоте до 30 этажей.
• Монолитная плита может быть выполнена с использованием фибробетона (с добавлением стальных или полимерных волокон), что повышает трещиностойкость без традиционного армирования.

Источники

• СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» (актуализированная редакция — СП 63.13330.2018).
• СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
• Байков В. Н., Сигалов Э. Е. «Железобетонные конструкции: Общий курс». — М.: Стройиздат, 1991.
• «Технология монолитного бетонирования» / под ред. А. А. Афанасьева. — М.: АСВ, 2015.
• ГОСТ 26633-2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия».