Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,858

ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА В СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Корякина Е.Е. 1 Аксенов В.Н. 1
1 Ростовский государственный строительный университет
Анализ отечественных и зарубежных исследований в области проектирования из высокопрочного бетона показал, что использование бетонов высоких классов прочности позволяет существенно повысить прочностные характеристики сжатых элементов, значительно уменьшить размеры сечения и вес таких конструкций. На примере 23-этажного жилого здания в городе Ростове-на-Дону была показана эффективность применения высокопрочных бетонов для проектирования железобетонных колонн. Представлены и проанализированы результаты расчета колонн первых этажей из бетона разных классов прочности, выявлена технико-экономическая эффективность их применения. Колонны были представлены в четырех вариациях: 600х600 В25; 600х600 В80; 500х500 В80; 400х400 В80. Результаты расчета показали, что применение бетона класса В80 существенно снижает стоимость элементов в целом, за счет уменьшения размеров поперечного сечения колонн, а также снижения расхода арматуры.
технико-экономическая эффективность
высокопрочный бетон
высотные здания
монолитный каркас
колонны
1. Аксенов В.Н., Маилян Д.Р., Мкртчян А.М. Железобетонные колонны из высокопрочного бетона: Монография. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2012. – 167 с.
2. Аксёнов В.Н., Маилян Д.Р. Работа железобетонных колонн из высокопрочного бетона // Бетон и железобетон. – 2008. – № 6. – С. 5–8.
3. ЮВТКОМ. Производство и доставка бетона [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://betonexpert.ru/ (дата обращения: 15.12.2015).
4. Мкртчян А.М., Аксенов В.Н. Отличия расчёта колонн из высокопрочного бетона по нормам // «Инженерный вестник Дона». – 2013. – № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2131.3.
5. СП 63.13330.2012.Бетонныеижелезобетонныеконструкции. Основныеположения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
6. Comite Euro-International du beton. Code-modele CEB-FIP pour les structures en beton (version de reference) // Bulletin d`information № 124/125. – Paris, 1978.
7. Uppal I.Y., Kemp K.O. The effect of longitudional gradients of com-pressive stress upon the failure of concrete. – Magasine of Concrete Research. – 1971. – Vol. 23. – № 74.

Одним из ведущих направлений в строительной области считается исследование новых и совершенствование уже известных строительных материалов и конструкций. Целью таких изысканий является возможность снижения стоимости материалов и строительства в целом, уменьшения затрат труда. Тогда одним из путей дальнейшего развития строительного производства становится применение высокопрочного бетона в качестве основного строительного материала для конструкций. Использование бетонов высоких классов прочности экономически целесообразно в первую очередь в конструкциях, работающих на сжатие [1].

Сжатые железобетонные элементы, например железобетонные колонны, составляют практически четверть от общего объёма строительных конструкций, поэтому вопросы проектирования таких конструкций из высокопрочных бетонов весьма актуальны.

Анализ отечественных и зарубежных исследований в этой области показал, что использование бетонов высоких классов позволяет существенно повысить прочностные характеристики сжатых элементов, значительно уменьшить размеры сечения и вес таких конструкций, а также количество используемой арматуры и, как следствие, снизить затраты на строительство в целом [2, 4]. Учитывая, что при строительстве высотных зданий из монолитного железобетона наиболее армированными конструкциями являются колонны первых этажей, перспективным направлением исследований будет являться выявление критериев эффективного применения высокопрочных бетонов, а также анализ экономической эффективности таких конструкций. В настоящее время практически во всех европейских нормах прочность бетона на сжатие по-прежнему остаётся основной классификационной характеристикой. В соответствии с требованиями европейских норм [6] к высокопрочным бетонам относят бетоны, имеющие прочность на сжатие более Rcub = 60 МПа (fck = 50 МПа), приготовленные по традиционным технологиям на портландцементном вяжущем и качественных рядовых заполнителях. В японских нормах [7] установлены три группы бетонов, исходя из значения их нормативного сопротивления сжатию: обычные конструкционные бетоны (18..36 МПа), высокопрочные бетоны «1» (36..60 МПа), высокопрочные бетоны «2» (более 60 МПа). В России предусмотрен максимальный класс бетона В100 в соответствии с СП 63.13330.2012 [5].

kor1.tif

Рис. 1. Армирование колонн 1 и 2 этажей по осям 6, 7. Сечение 600х600, бетон В25

kor2.tif

Рис. 2. Армирование колонн 1 и 2 этажей по осям 6, 7. Сечение 600х600, бетон В80

Для оценки экономической эффективности применения высокопрочных бетонов в строительстве высотных зданий был проведен расчет многоэтажного жилого дома в городе Ростове-на-Дону по улице Стадионная. Расчет был выполнен в программном комплексе ЛИРА-САПР 2013. В расчете учтены все эксплуатационные нагрузки и воздействия на здание: постоянные нагрузки от собственного веса каркаса, вес ограждающих конструкций, полов и т.п., полезные нагрузки на перекрытиях, снеговая нагрузка на покрытии, а также ветровое воздействие как сумма статической и динамической составляющих. Расчет армирования выполнен в соответствии с требованиями СП 63.13330.2012 [5]. Для наглядности результатов в данной статье рассмотрено армирование только колонн первого и второго этажей.

На первом этапе расчета колонны были приняты по аналогии с другими подобными проектами: сечение колонн первых этажей 600х600 мм, класс бетона для всех конструкций В25, класс рабочей арматуры А400. На рис. 1 приведена суммарная площадь армирования сечения колонн, то есть сумма площадей всей арматуры в углах и у граней колонн. Для каждой колонны представлены 4 значения As,tot: в уровне низа и верха первого, а затем второго этажей.

Для наглядной картины эффективности применения высокопрочных бетонов пересчитаем нашу схему с учетом замены бетона В25 на бетон В80. Сечение колонн оставим без изменений. Результаты отображены на рис. 2.

Из представленных выше рисунков можно отметить существенное снижение расхода арматуры – до 75 %. Кроме того, следует отметить, что армирование колонн на рис. 2 подобрано из конструктивных требований, а не требуется по расчету. С целью снижения расхода бетона был выполнен третий этап расчетов – сечение колонн уменьшено до 500х500 мм. Результаты расчета представлены на рис. 3.

kor3.tif

Рис. 3. Армирование колонн 1 и 2 этажей по осям 6, 7. Сечение 500х500, бетон В80

Из рис. 3 мы видим, что арматура в колоннах принята скорее по конструктивным требованиям, чем по расчету, поэтому на четвертом этапе расчета еще раз уменьшим сечение колонн – до 400х400 мм. Далее пересчитаем нашу схему с новыми данными. Результаты отображены на рис. 4.

kor4.tif

Рис. 4. Армирование колонн 1 и 2 этажей по осям 6, 7. Сечение 400х400, бетон В80

Для определения экономической эффективности принятых решений данные расчетов сведены в таблицу. В ней проанализирован суммарный расход материалов (бетона и арматуры) на строительство колонн 1 и 2 этажей. Стоимость бетона принята по данным завода-изготовителя товарного бетона [3]. Стоимость 1 т арматуры А400 принята актуальной на момент написания статьи – 25 т.р.

К определению эффективности применения высокопрочного бетона

Класс бетона

Сечение колонны, мм

Суммарная площадь арматуры, см2

Масса арматуры, кг

Объём бетона, м3

Цена 1 м3 бетона, тыс. руб

Суммарная

стоимость материалов, тыс. руб

Экономия на стоимости материалов, %

1–2 этажи

В25

600 х 600

1055,5

5965,7

28,5

3,55

250,3

В80

600 х 600

277,2

1566,7

28,5

6,3

218,8

12,6

В80

500 х 500

176,9

1000,0

19,8

6,3

149,7

40,2

В80

400х400

195,9

1107,2

12,7

6,3

107,7

57,0

Рассмотрев и проанализировав результаты, по приведенным в таблице данным следует сделать вывод о том, что несмотря на существенный рост стоимости бетона, при замене класса В25 на бетон класса В80 экономический эффект достигается за счёт уменьшения размеров поперечного сечения колонн и снижения расхода арматуры. Так, уменьшив размеры поперечного сечения колонн с 600х600 мм до 400х400 мм и заменив бетон В25 на В80, затраты на материалы для изготовления колонн первых этажей здания удалось снизилить на 57 %. Отсюда следует вывод, что применение высокопрочного бетона в колоннах экономически эффективно при строительстве высотных зданий.


Библиографическая ссылка

Корякина Е.Е., Аксенов В.Н. ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА В СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 2-1. – С. 23-26;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35565 (дата обращения: 20.10.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252