Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ABOUT EFFICIENCY OF HIGH-STRENGTH CONCRETE IN COMPRESSEDEL EMENTS OF HIGH-RISE BUILDINGS

Koryakina E.E. 1 no name 1
1 Rostov State University of Сivil Еngineering
International practice of construction and scientific researches in the field of buildings design shown that using of high-strength concrete in columns of high-rise buildings is expedient. A 23-storey apartment building is used as example to demonstrate the economic efficiency of application of high-strength concrete for designing reinforced concrete columns. The ground floor columns calculations for different types of concrete strength are carried out and analyzed. The economic and technical efficiency of application of high-strength concrete is presented. Four different types of columns are considered: 600 mmx600 mm (B25), 500 mmx500 mm (B80), 400 mmx400 mm (B80). It is shown that the use of high-strength concrete for the columns leads to decreasing of overall construction cost, due to reducing of cross-sectional dimensions of columns and of the expense of reinforcement as well.
value engineering
high-strength concrete
high-rise building
monolithic frame
column

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.