Содержание

Кессонные перекрытия

Кессон, в переводе с французского языка (caisson), означает ящик. Первоначально такие конструкции использовались для сооружения фундаментов мостовых опор в руслах водоёмов. Железобетонная или металлическая конструкция, снабжённая по всему периметру низа стальными ножами, устанавливается на насыпной островок. При разработке грунта под ножом кессон под действием собственного веса осаживается, при необходимости выполняется дополнительный пригруз. Кессонная полость полностью герметична, только в потолке имеются отверстие для пропуска шахтных труб, через которые закачивается сжатый воздух, и шлюзовой люк, через который доставляются рабочий персонал и происходит подъём разработанного грунта. Создаваемое в кессоне избыточное давление не даёт проникнуть в него воде, но чрезвычайно вредно для здоровья работающих людей. Существует даже такое понятие как кессонная болезнь. Поэтому в нашей стране такой метод практически не применяется уже около 50-ти лет.

В строительстве кессон — элемент членения потолков или внутренних поверхностей сводов с образованием ящикообразных углублений, получившихся между перекрёстными балками. Из-за похожей на вафли поверхности их часто называют вафельными.

Зданий без устройства перекрытий не бывает, кессонное перекрытие это вид ребристого железобетонного конструктива, в котором в нижней зоне сечения только армированные рёбра с концентрацией растянутой арматуры, а бетона нет. Рёбра располагаются в 2-х направления перпендикулярно друг другу (реже под углом) с шагом ≤ 150-ти см. Сверху рёбер укладывается плита.

Кессонные плиты перекрытия могут быть монолитными или сборными. Все балки, главные и вспомогательные, одинаковой высоты. На потолках образуются углубления квадратной, прямоугольной или ромбовидной формы, похожие на своеобразные ящики, то есть кессоны. Такая потолочная конструкция обуславливается, в основном, соображениями архитектурного замысла. Уже в древних египетских мозаиках, древнегреческих и римских фресках встречаются деревянные балки, расположенные продольно и поперечно, образуя ящики, перекрытые поверху сплошным настилом. Пространство между балками украшалось живописью или орнаментами в виде небольших скульптур. Подобные изображения присутствуют и на древних римских и греческих фресках.

Разновидности перекрытия кессонного типа

В зависимости от технологии изготовления различают:

  1. Сборно-монолитные кессонные перекрытия, состоящие из сборных пустотелых блоков размерами 20 × 20 × 60 или 30 × 30 × 80 см, расположенных в растянутых сечениях, и монолитной плиты в сжатых зонах. Блоки монтируются в виде закрытой со всех сторон геометрической фигуры и служат несъёмной опалубкой (остаются в теле бетона). Над блоками толщина монолитного бетона составляет от 5-ти до 6-ти см. В местах сопряжения с колоннами (надопорных местах) конструктив представляет собой сплошную монолитную плиту, так как в этих местах действуют растягивающие силы. Поверх блоков выполняется армирование арматурными сетками, а в надопорных зонах на блоки напускаются арматурные стержни.
  2. Монолитные кессонные железобетонные перекрытия, отличающиеся оптимальным распределением бетонной смеси. Между рёбрами нет лишнего бетона, что значительно облегчает конструктив, создавая ребристую структуру. Смесь не укладывается в растянутых зонах сечения, в которых бетонируются только ребра с арматурой, работающей на растяжение. Результат — значительная экономия материалов и возможность увеличения перекрываемых пролётов. Опалубка для кессонных перекрытий состоит из следующих комплектующих элементов:
    • телескопические стойки;
    • металлическая обрешётка;
    • пластиковые кессонообразователи, инвентарные формы с незначительной адгезией к бетону и возможностью лёгкого удаления после твердения бетона допускающего демонтаж опалубки. Небольшой вес позволяет выполнять работы по их раскладке и снятию вручную без использования грузоподъёмных механизмов.

Пластиковые формы фиксируются на прогонах обрешётки с большой точностью, структуру каналов под ребра образуют инвентарные кассеты пустотообразователей. Поверх форм размещаются арматурные сетки, после чего вся поверхность заливается бетонной смесью с доставкой автомиксерами и уплотнением. Результат — монолитная железобетонная конструкция кессонного типа высотой по высоте пластиковых форм (от 25-ти до 45-ти см). На участках опирания на колонны бетонируется сплошная железобетонная монолитная плита.

Некоторые особенности сооружения монолитных кессонных перекрытий

Работы выполняются по рабочим чертежам в соответствии с ППР и строительными нормами и правилами. Особое внимание уделяется выполнению арматурных работ и установке опалубки строго по проекту с надёжной фиксацией в предусмотренном проектом положении. Применяется опалубка следующих основных типов:

  1. Опалубочная система SKYDOME, являющаяся полностью самонесущей. Может использоваться многократно. Все опалубочные элементы изготавливаются в заводских условиях с комплексной поставкой на строительную площадку. Характеризуется минимальным количеством пиломатериалов для устройства настилов и объёмных инвентарных элементов (вкладыши), самым простым демонтажем. Из недостатков можно выделить только высокую стоимость.
  2. Комбинированные типы опалубки, в которых вкладыши укладываются на сплошной дощатый настил или фанеру. В этом случае по сравнению с 1-ым типом значительно уменьшается количество необходимых балок и стоек, но разборка более трудоёмка.
  3. Фанерная опалубка. Настил и вкладыши изготавливаются из ламинированной фанеры непосредственно на стройплощадке. Основной недостаток — продолжительность подготовительных работ перед началом установки опалубки. Такой тип оптимален для индивидуального строительства домов небольших площадей.

Разновидность — опалубка с картонными вкладышами, изготовленными на заводах. Плотные картонные элементы, обвёрнутые полиэтиленом, служащие объёмными опалубочными элементами, укладываются на месте строительства. Конструкция повторно использоваться не может и после демонтажа утилизируется.

Монтаж опалубок 1-го вида состоит из таких операций:

  • расстановка телескопических стоек в местах окончания и стыков прогонных балок. Фиксация установленных стоек в вертикальном положении при помощи входящих в комплект треног;
  • укладка прогонов в оголовки стоек при помощи вилочных захватов. Конструкцией оголовков предусмотрена стыковка прогонов по длине;
  • установка инвентарных опалубочных балок по верху несущих прогонов;
  • монтаж объёмных элементов
  • разметка бортов опалубки
  • монтаж бортовых упоров, стоек ограждения и бортовой опалубки.

Аналогично выполняются работы и для остальных типов опалубок, но инвентарные балочные конструкции устраиваются на фанерных или дощатых настилах.

Армирование выполняется объёмными каркасами, сетками и отдельными стержнями. Для продольного армирования используется периодическая, для поперечного — гладкая арматура. Обеспечение защитного бетонного слоя выполняется специальными фиксаторами. Расположение арматуры в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет выполнять монтаж каркасов в 2-е очереди. Первые каркасы устанавливаются без верхней арматуры, но с установкой хомутов, что не препятствует  монтажу каркасов 2-ой очереди с нижними и верхними продольными стержнями и расположенными по длине каркасов хомутами. Бетонирование выполняется смесями с заполнителями мелких фракций. Класс тяжёлого бетона ≥ В15, на пористых заполнителях допустим В12,5. Уплотнение выполняется игольчатыми вибраторами диаметрами ≤ 45-ти мм.

Достоинства кессонных перекрытий

  1. Сокращение сроков возведения, обусловленное отсутствием необходимости усиления фундаментов и установки дополнительных колонн.
  2. Уменьшение общей толщины конструктива, соответственно его веса и нагрузок на сооружение.
  3. Уменьшенный расход материалов.
  4. Возможность свободной планировки помещений с существенной экономией свободного пространства и увеличением длины пролётов.
  5. Увеличенная несущая способность.
  6. Выразительность архитектурных решений.

Из имеющихся недостатков можно отметить трудоёмкость возведения и нецелесообразность применения в зданиях с малыми пролётами.

Области применения кессонных перекрытий

Конструкции прекрасно зарекомендовали себя при устройстве перекрытий в сильно нагруженных инженерных сооружениях и в зданиях с большой циркуляцией людского потока (спортивных и торговых комплексах, театрах и кинотеатрах, учебных и просветительных учреждениях и т.д.). В крупных российских городах для улучшения экологии производственные мощности выносятся за пределы городской черты. Снос больших объёмных зданий не всегда целесообразен в экономическом отношении, поэтому они часто переоборудуются в различные многофункциональные центры. В производственных корпусах для функционирования мостовых кранов высота помещений составляет ≥ 10-ти м. Для обеспечения функциональности переоборудования такое высокое пространство разбивается на этажи устройством дополнительных перекрытий. Оптимальны для этого кессонные конструкции.

Следует констатировать, что при очевидных достоинствах кессонных конструктивов в сравнении с традиционными плоскими конструкциями, применение их в России пока не получило широкого применения, в отличие от многих европейских государств (Испания, Германия, Великобритания, Италия и другие).

Кессонное перекрытие: виды, особенности сооружения

Кессон в строительстве представляет собой элемент членения потолков или внутренних поверхностей с формированием углублений, которые получаются между перекрестными балками. Применение монолитной конструкции с ребристой формой уменьшает использование бетона на сооружение перекрытия и нагрузку на вертикальные несущие стены, что сокращает расходы на возведение здания. Кессонные перекрытия состоят из монолитных или сборных плит.

кесонное перекрытие

Разновидности перекрытия кессонного типа

Кессонное перекрытие — ребристая конструкция с армированными ребрами, перпендикулярно расположенными между собой. Поперечное сечение ребер определяют на основании технологических особенностей возведения перекрытий. Высота ребра определяется по двум участкам. Первый определяется в середине самого нагруженного ребра. Второй участок — место, где ребра примыкают к вертикальной опоре. На этом участке высота сплошного монолитного участка устанавливается поперечной силой.

Формула расчета кессонного перекрытия определяется исходя из нагрузок (постоянной, кратковременной или длительной) и их расчетных сочетаний.

По технологии изготовления кессонное перекрытие подразделяется на:

  • Сборно монолитные кессонные перекрытия, основу которого составляют сборные пустотелые блоки разного размера. Их монтаж осуществляется в виде закрытой геометрической фигуры. Остаются в теле бетона (служат несъемной опалубкой). В месте сопряжения с колоннами конструктив представлен в виде сплошной плиты. Над блоками проводится усиление конструкции арматурными сетками, а в надопорных зонах бетонные блоки покрываются арматурными стержнями.
  • Монолитные кессонные перекрытия из железобетона. Для них характерно оптимальное распределение смеси из бетона. Ребристая структура формируется из-за отсутствия лишней бетонной смеси, что существенно делает конструктив легче. Однопролетные железобетонные плиты при наличии сплошного сечения наиболее выгодны при длине пролета до 4,5 метров. В результате происходит экономия материалов, а количество перекрываемых пролетов увеличивается. Опалубка состоит из таких элементов, как металлическая обрешетка, телескопические стойки, пластиковые кессоннообразователи и инвентарные формы.

Пластиковые формы закрепляются с высокой точностью, структуру каналов под ребра формируют инвентарные кассеты пустотообразователей. Над формами располагают арматурные сетки, затем вся поверхность заливается смесью бетона.

Результат — образование кессонной монолитной конструкции из железобетона.

Особенности сооружения монолитных кессонных перекрытий

Конструкция состоит из монолитных каркасов, формируемых при помощи опалубки. Работа ведется строго по рабочим чертежам и согласно строительным правилам и нормам. Особое внимание уделяют установке опалубке и арматурной работе.

Опалубка применяется таких типов, как:

  • Система опалубков SKYDOME (полностью самонесущая). Предназначена для многократного использования. Для нее характерен простой демонтаж, минимальное количество пиломатериалов, а также объемных инвентарных элементов. Единственный минус — высокая стоимость.
  • Опалубки комбинированного типа. Инвентарные элементы размещаются на фанеру или сплошной дощатый настил. По сравнению с первым вариантом разборка занимает больше времени.
  • Фанерная опалубка. Процесс изготовления вкладышей и настила происходит непосредственно на строительной площадке. Такой тип больше подходит для дома с небольшой площадью.

опалубка для кессонного перекрытия

Армирование выполняется за счет объемных каркасов, сеток и отдельных стержней. Продольное армирование подразумевает применение периодической арматуры, поперечное — гладкой. Расположение арматуры в зоне 2 взаимно перпендикулярных плоскостях дает возможность проводить работы по монтажу каркасов в две очереди.

Достоинства

Основные плюсы монолитной кессонной конструкции:

  • Нет необходимости усиливать фундамент и устанавливать дополнительные колонны, что значительно уменьшает сроки возведения.
  • Сокращается общая толщина конструктива, что снижает нагрузку на конструкцию.
  • Экономия на расходуемом материале.
  • Увеличение свободного пространства и длины пролетов.
  • Увеличивается несущая способность.

Области применения

Конструкция используется в зданиях с большой проходимостью потока людей, а также при перекрытиях в нагруженных инженерных сооружениях. Также кессонный способ актуален при переоборудовании больших объемных зданий в многофункциональные центры.

Несмотря на все свои достоинства кессонное перекрытие более популярно в европейских странах, чем в России и в частности в Москве.

Кессонное перекрытие: описание и применение

Существует несколько разновидностей перекрытий, которые применяют в ходе строительства зданий и сооружений. Они имеют определенные достоинства и недостатки. Одним из эффектных разновидностей является кессонное перекрытие. Оно применяется реже, чем монолитные плиты. Но при этом у него есть масса достоинств. Что собой представляет перекрытие кессонного типа, будет рассмотрено далее.

Общее описание

Многие люди не знают, какое перекрытие называется кессонным. Это не самая распространенная разновидность потолков. Сегодня встретить проект здания с таким перекрытием тяжело. Именно это и привлекает многих строителей. Интерьер при использовании этой технологии получается оригинальным.

армирование кессонных перекрытий

Любое перекрытие является важным элементом строения. Оно отвечает за безопасность и надежность конструкции, поэтому должно соответствовать установленным требованиям. Кессонное перекрытие известно человечеству уже давно. Еще в Древнем Риме применялась подобная технология в строительстве. С тех времен потолок представленной разновидности зарекомендовал себя с положительной стороны.

В нашей стране подобные перекрытия пока применяют редко, но в постройках других стран они активно применяются. Оно состоит из балок, которые направлены друг к другу под углом (не обязательно прямым). Такой подход позволяет создать облегченную конструкцию. Она имеет оригинальный внешний вид и может применяться при обустройстве разных строений.

Смонтировать перекрытие кессонного типа можно своими руками. Сегодня для этого в продаже представлено множество специальных приспособлений и элементов конструкции. Это значительно облегчает работу мастера. Можно приобрести все необходимое в строительном магазине и выполнить монтаж своими руками.

Историческая справка

Кессонные перекрытия (фото представлены в обзоре) получили распространение в архитектуре Древнего Рима и Греции. Между пересечениями балок устанавливались настилки. Они украшались живописью или скульптурными элементами.

кессонная плита перекрытия

Раньше перекрытия представленного типа сооружали из древесины. Такие конструкции применяли также и в других странах, например в Древнем Египте. Потолки этого типа находили на фресках и древних мозаиках.

Кессонное монолитное перекрытие из железобетона стало настоящим прорывом в области архитектуры и строительства. Этот материал применяется в России с 1861 года. Чаще всего из него строили перекрытия и колонны.

Первое здание с кессонными перекрытиями из железобетона было построено в 1934 году. Это было здание Центрсоюза (архитектор Ле Корбюзье). Ребра у этого перекрытия были направлены вверх. Конструкция была выполнена по монолитной технологии.

Гораздо чаще представленную технологию применяют при строительстве в зарубежных странах. Так, например, подобные здания давно успели завоевать внимание строителей Испании, Германии, Англии, Италии и т. д. Чаще всего подобные конструкции применялись и ныне используются при возведении административных зданий.

Основные особенности

Кессонное монолитное перекрытие создается из панелей, которые монтируют на угловые несущие колонны. Подобные плиты имеют вид пересекающихся под прямым углом ребер или балок. При помощи тонкого слоя бетона они объединяются в единую систему. Так получается потолочное перекрытие, напоминающее своим внешним видом вафлю.

какое перекрытие называется кессонным

Чаще всего плита имеет квадратную форму, но может обладать и иной конфигурацией, например, куполообразной.

Стоит отметить, что обычные монолитные перекрытия предполагают крепление плит через балки. Это несущие части конструкции. Кессонные разновидности перекрытий имеют специальные ребра. Они принимают на себя функцию балок. Ребра в кессонной конструкции имеют шаг не более 1,5 м. Они формируют структуру в виде сетки. Это позволяет перераспределить нагрузку. Конструкция из-за этого становится прочнее. Это позволяет уменьшить толщину слоя монолитных плит до 5-8 см.

Чтобы обеспечить большую надежность, проводится армирование кессонных перекрытий. Плиты имеют толщину 25-45 см. Высота ребер, которые выступают над основанием, достигает 20-40 см. При этом должна сохраняться установленная строительными нормами и правилами пропорция. Высота ребра не должна быть меньше, чем 1/20 от длины пролета. Размеры кессонного перекрытия могут быть разными. Самые большие из них достигают габаритов 35х35 м.

Плиты могут опираться на несущие колонны или стены. В первом варианте нужно 4 опоры. Колонны будут удерживать конструкцию в углах.

Преимущества

У перекрытий представленного типа есть множество преимуществ. Это обеспечивает возрастающую популярность представленного типа строительных объектов. В кессонных перекрытиях основу составляют ребра. Благодаря их наличию получается снизить расход цемента в 2 раза, а арматуры – в 3 раза, по сравнению с обычным железобетонным перекрытием аналогичной прочности.

кессонное монолитное перекрытие

Такая особенность позволяет расширить возможности при проектировании толщины потолка. Также его форма может быть весьма оригинальной. Конфигурация может быть практически любой. Можно создать даже купол или арочную конструкцию.

Ныне отработана и применяется технология с расстоянием между опорами для плиты от 10 до 34 м. На стены или колонны при этом действует меньшая нагрузка. Это объясняется снижением веса перекрытия. Это, в свою очередь, приводит к сокращению суммарных нагрузок, которые действуют на фундамент.

Еще одним положительным качеством является факт, что кессонная плита перекрытия устойчива к колебаниям, вызванным землетрясением. В районах повышенной сейсмической опасности разрешено их применение при наличии пролета больше 6 м.

Ребристые разновидности конструкций отличаются большей в 2-3 раза несущей способностью. Толщина при этом может быть в 2 раза меньшей, чем при обустройстве обычных гладких перекрытий. Несущих элементов потребуется смонтировать меньше, что ускоряет процесс строительства. Материалоемкость строительства также снижается. Затраты на строительство заметно снижаются. В некоторых случаях этот показатель достигает 3 раз.

Область применения

Кессонное перекрытие применяется в разных видах строительства. Чаще всего этот тип конструкций применяют в нагруженных инженерных сооружениях. Также чаще всего их устанавливают в зданиях с большим количеством людей. Это могут быть торговые, развлекательные или спортивные комплексы, кинотеатры или театры, учебные учреждения и т. д.

какое перекрытие называется кессонным

Стоит отметить, что в крупных городах нашей страны крупные производства переносят за чертой города. От них остаются большие здания, которые порой даже нецелесообразно, с экономической точки зрения, сносить. Поэтому подобные объекты переоборудуют, превращая их в многофункциональные центры. Здесь создаются дополнительные перекрытия. Чаще всего их делают именно по кессонной технологии.

Если же требуется оборудовать производственный корпус мостовыми кранами, нужно также применять дополнительные перекрытия. Высота таких комплексов может превышать 10 м. Чтобы обеспечить его функционирование подобающим образом, создают кессонные разновидности перекрытий. Они оптимальны в подобных условиях во всех отношениях.

Область применения представленных конструкций не ограничивается промышленным строительством. В частных домах также может применяться представленная технология. Это позволяет сократить расходы, а также сделать оригинальный потолок.

Разновидности

Кессонное перекрытие по технологии изготовления бывает двух видов. Это монолитные и сборно-монолитные разновидности конструкций. Они имеют характерные отличия.

кессонные перекрытия основу составляют

Так, сборно-монолитные перекрытия состоят из пустотелых блоков сборного типа. Их размеры составляют 20х20х60 см и 30х30х80 см. Они находятся в сечениях растянутого типа, в сжатых участках монолитной плиты. Блоки в этом случае монтируют в виде закрытой со всех сторон фигуры. Кессонная опалубка перекрытий в этом случае несъемная, состоит из балок, которые остаются в теле бетона. Толщина монолитного слоя бетона над балками должна составлять 5-6 см. В местах, где конструкция соединяется с опорами, плита сплошная, т. к. на нее в этих местах действуют растягивающие нагрузки. Блок и сверху армируют.

Монолитные разновидности перекрытий представленного типа отличаются оптимальным показателем распределения цемента. Между ребрами отсутствует лишний материал. Это значительно снижает вес конструкции. Она имеет ребристую структуру. В растянутых зонах сечения смесь не укладывают. Здесь производится бетонирование только ребер. В них проходит арматура, которая увеличивает прочность при растяжении. Эта разновидность потолков позволяет значительно сэкономить на материалах. Перекрываемые пролеты при этом могут быть увеличены.

Оборудование

Прежде чем приступить к строительным работам, нужно выполнить расчет кессонного перекрытия. Его создают в соответствии с ППР по рабочим чертежам. Для выполнения работ потребуется подготовить необходимое оборудование и материалы. Количество цемента и арматуры зависит от площади помещения. Для правильного расчета применяют подготовленные чертежи.

кессонные перекрытия фото

В ходе работы потребуется болгарка, электродрель, а также насадка в виде строительного миксера. Цементный раствор можно закупить готовым или изготовить самостоятельно при помощи бетономешалки. Первый вариант проще, потому предпочтительнее. Но самостоятельно изготовить смесь будет дешевле.

Нужно подготовить набор гаечных ключей, шуруповерт и отвертки. Также пригодится стамеска и мастерок. При работе строители применяют шпатель, плоскогубцы и ножовку (в том числе и по металлу). Замер проводится при помощи рулетки и карандаша. Также нужны будут отвес и строительный уровень. Подготовив все необходимое, можно приступать к работе. Она выполняется по специальной технологии.

Подготовка опалубки

Строители рекомендуют изготавливать прямо на месте кессонные перекрытия своими руками. Опалубка должна быть специальной, съемного типа. Всего для этого подходит 3 их разновидности:

  1. Стандартная система типа Skydome. В нее входят пластиковые элементы, которые позволяют легко снять опалубку после отвердения бетона. Ее поверхности отталкивают раствор, поэтому он не прилипает к поверхностям формы. Такие опалубки многоразовые. В них входят также рейки и стойки для осуществления монтажа.
  2. Комбинированные опалубки. Для этого изготавливают временный настил из фанеры. На него впоследствии устанавливают элементы обычной опалубки.
  3. Форма изготавливается из деревянного настила, а также самодельной опалубки из фанеры. Это чаще всего одноразовая конструкция. Она может быть изготовлена даже из картона, покрытого слоем полиэтилена.

Заливка бетона

Бетон заливают в подготовленные формы в два этапа. Арматуру нужно монтировать так, чтобы она правильно располагалась внутри опалубки. Ее фиксация должна быть прочной, чтобы при заливке она не сместилась.

Далее устанавливают специальные фиксаторы. Армировку также нужно смонтировать в два захода. Сначала ее укладывают в ребрах. Верхнюю арматуру пока не укладывают. При этом применяют хомуты. Когда первая партия бетона будет залита (это позволяет сформировать ребра), можно смонтировать последующий каркас из металлической арматуры. Он имеет нижние и верхние продольные элементы, которые фиксируют хомутами.

Перекрытие должно быть достаточно прочным. Наполнитель в бетонной смеси должен быть мелкозернистым или обычным. Класс прочности должен быть не ниже В15. Можно применять пористые бетоны с классом прочности В12,5. Показатель водоцементного соотношения должно иметь индекс 0,5. Заливка производится по стандартной методике.

При помощи вибратора игольчатого типа производится уплотнение массы в опалубке. Инструмент нужно вводить в бетон вертикально или под незначительным наклоном.

Деревянный потолок

Многие современные дизайнеры сегодня берут на вооружение представленную методику. В результате создается потолок из ребер, пересекающихся между собой. Они создают сетку на потолке. Тонкий слой объединяет все элементы конструкции воедино. Для такого потолка несущие качества второстепенны. Он должен быть легким и эстетичным.

Потолок представленного типа имеет три основных элемента конструкции. Это ребра (балки), которые обеспечивают жесткость, основание и декоративные элементы. В качестве последних активно применяют бордюры, карнизы, узоры и т. д.

Кессонные потолки могут быть выполнены не только из дерева, но и из пластика. Основание чаще всего делают из ДСП, листов полиуретана, гипсокартона или фанеры. Эффектно выглядят декоративные элементы, отлитые из гипса. В ячейках хорошо выглядят точечные светильники. Ребра могут иметь разную конфигурацию. Это обеспечивает разные эффекты рассеивания светового потока. Такая конструкция выглядит интересно в разных стилях интерьера.

Кессонные перекрытия. Строительные конструкции зданий. Статьи

Перекрытие - неотъемлемая часть здания. С появлением такого материала как бетон  появились более широкие возможности в возведении зданий вообще и перекрытий в частности. Сочетание бетона и стальной арматуры позволило перекрытиям из железобетона занять прочную позицию в строительной области. Особую роль в возведении зданий играют монолитные железобетонные перекрытия. Однако помимо преимуществ у железобетона есть существенный недостаток - большой собственный вес. Что и накладывает основное ограничение на область его применения.

В данной работе рассмотрено одно из решений, позволяющее снизить влияние данного недостатка, а следовательно и расширить область применения монолитных железобетонных перекрытий в строительстве зданий.

В работе приводится описание конструктивного решения по снижению веса железобетонных перекрытий. Дается определение принятым обозначениям. Кратко приводится история развития и область применения данных решений.

Отдельная глава посвящена вопросам проектирования. Описывается  методика определения основных геометрических размеров конструкций в зависимости от пролетов, нагрузки и режима. Подробно рассмотрены вопросы расчетного обоснования принятых решений.  Так же уделено внимание конструктивным особенностям данных перекрытий с примерами различных узлов.

Подробно рассмотрены технологические особенности возведения предложенных перекрытий. Рассматриваются различные опалубочные системы, дается оценка преимуществам и недостаткам этих систем.

В конце работы дается технико-экономическое с другими конструкциями, способными решить аналогичные задачи.

Данная работа будет интересна как для студентов строительных ВУЗов так и для инженеров-практиков.

 

 1. Описание, история развития и применения.

 С изобретением железобетона в строительстве началась новая эпоха. Эффективность железобетона и его свойства, сразу же, привлекли внимание строителей. В России уже в 1861 году в Петербурге было построено первое здание Госбанка из монолитного железобетона. К началу XX века был уже накоплен значительный опыт строительства из монолитного железобетона во всем мире. Для гражданских и общественных зданий железобетон в основном использовался в колоннах и перекрытиях.

Железобетонные плоские перекрытия – наиболее распространенные конструкции, применяемые в строительстве зданий. По конструктивной схеме перекрытия подразделяют на две основные группы: балочные и безбалочные. В балочных перекрытиях балки расположены в одном или двух направлениях, работают совместно с опирающимися на них плитами перекрытий. В безбалочных перекрытиях плита опирается непосредственно на колонны. 

Преимущество балочных перекрытий заключается в относительной простоте и ясности расчетной схемы. Однако, балочные перекрытия для жилых  и общественных зданий создают целый ряд неудобств, связанных с прокладкой инженерных сетей, неровными потолками, санитарными требованиями и т.д.

В безбалочных перекрытиях данные неудобства отсутствуют. Однако при сохранении сетки вертикальных несущих конструкций как для балочной схемы собственный вес безбалочных перекрытий на много (иногда в несколько раз) больше балочных.

 Несмотря на утяжеление конструкций в результате применения сплошных перекрытий строительство зданий со сплошными перекрытиями получило широкое распространение в  нашей стране и в мире в связи с технологической простотой возведения таких перекрытий.

Основной вес монолитных конструкций приходится на бетон. Следовательно, чтобы облегчить перекрытие нужно удалить из него лишний бетон без потери несущей способности и жесткости при сохранении адекватного армирования.

Рассмотрев распределение нормальных напряжений фрагмента перекрытия в середине пролета можно заключить, что лишний бетон расположен в нейтральной зоне и зоне растягивающих напряжений. Однако для передачи напряжений из сжатой зоны в растянутую нужен бетон. Так же бетон нужен в растянутой зоне для обеспечения защитного слоя арматуры.

Принимая во внимание вышеизложенные выводы можно видоизменить плоское безбалочное перекрытие как это показано на рисунке 1.

При удалении бетона из растянутой зоны сохраняют лишь ребра шириной, необходимой для размещения арматуры растянутой зоны и обеспечения прочности панелей по наклонному сечению. При этом плиты в пролете между ребрами работают на изгиб как балки таврового сечения. Верхняя полка плиты также работает на местный изгиб между ребрами.

 

 

Рис.1.1 Внешний вид облегченного безбалочного перекрытия.

Такие плиты называются кессонными или кассетными. Термин «кессон» (по-французски «caisson», по-немецки «Kassette») в различных энциклопедиях объясняется по-разному, но везде можно четко отметить один общий признак, а именно: кессоном называется ящикообразное углубление в своде или балочном покрытии (рис. 2).

Большая немецкая энциклопедия Брокгауза (1931) добавляет: «он должен облегчать покрытие и членить его на несущие ребра».

 

 

Рис. 1.2 Фрагмент кессонного перекрытия.

 

Эта архитектурная форма получила свое начало в древнегреческом и римском искусстве, а именно от пустых пространств, являвшихся следствием взаимного пересечения продольных и поперечных балок, прикрывавшихся сверху настилкою, части которой, видимые между балками, скрашивались живописною или скульптурною орнаментацией.

Это определение можно уточнить дополнением: кессонами являются только те ритмические углубления, которые входят в систему перекрестных балок или другого сложного несущего каркаса.

Версия о происхождении кессона из деревянной конструкции имеет много сторонников и серьезно обоснована. Более раннее применение деревянных перекрытий с пересечением деревянных балок, конечно, предопределяло форму кессона. Другое доказательство находят в деревянных потолочных решетках, изображенных на египетских мозаиках и фресках. Отражение конструкции деревянного переплета можно указать в мраморных потолочных плитах Тезейона со сквозными квадратными отверстиями, закрытыми особыми пластинками, а также в безбалочных решетчатых кессонных плитах портика Кариатид в Эрехтейоне. Но, как указывает проф. Рончевский, углубления в потолочных плитах могли возникнуть и в каменотесном деле, в процессе работы над облегчением плит и оживлением их гладкой поверхности. Отметим, однако, что уменьшение веса получается здесь небольшое— на 10—15%, а высекание углублений требует значительного труда. По-видимому, декоративное значение углублений кессона в большинстве случаев играло первенствующую роль.

Примеры использования кессонов в архитектуре приведены на рис. 1.3-1.4.

 

 

Рис. 1.3. Конструкция купола Пантеона (по Дурму)

 

 

Рис. 1.4. Кессонный свод абсиды храма Венеры и Ромы в Риме

 

 В конструкции монолитного перекрытия кессонного типа бетон удален из растянутой зоны сечения, в которой сохранены лишь ребра, в которых расположена растянутая арматура. Т.е. кессонное перекрытие представляет собой ребристую конструкцию с взаимно – перпендикулярно расположенными ребрами одинаковой высоты в нижней зоне (рис.1, 2).

В результате этого удается получить значительную экономию в весе по сравнению с перекрытиями сплошного сечения, либо существенно увеличить перекрываемые пролеты.

Идея строительства монолитных железобетонных кессонных перекрытий при новом строительстве не нова. В ряде учебников и пособий по железобетонным конструкциям, например [1], описана, по сути, полная программа изготовления кессонных перекрытий с использованием монолитной технологии на строительной площадке. Отметим, что в современной нормативной литературе существуют рекомендации об устройстве подобных перекрытий [2] и [3].

В практике монолитного строительства зданий и сооружений в России, относящиеся к периоду до 1934 г. известны случаи возведения кессонных перекрытий, например, в зданиях Центросоюза (1928-1934 гг., Москва, пр. Сахарова, 39, архитектор Ле Корбюзье, перекрытия ребрами вверх), в которых вся несущая конструкция выполнена с использованием монолитной технологии.

К сожалению, в последнее время о возведении монолитных кессонных перекрытий при новом строительстве, имеющих очевидные достоинства по сравнению с плоскими перекрытиями, в практическом строительстве известны лишь единичные упоминания.

В то же время кессонные перекрытия нашли широкое применение в практике строительства ряда европейских стран, в частности, в Испании, Великобритании, Германии, Италии и других странах. Здесь при строительстве административных зданий наиболее часто применяются каркасные конструктивные системы с устройством кессонных перекрытий.

Открытие в последнее десятилетие новых технологических приемов и механизмов, необходимость учета не только экономических требований, но и социальных, архитектурных, градостроительных и др. привело к повышению роли монолитного строительства. В настоящее время применение монолитного многоэтажного безригельного каркаса является одним из самых перспективных направлений в строительстве жилья, административных зданий и других сооружений, как в России, так и за рубежом. Кроме того, развитие вычислительной техники значительно упростило расчет сложных статически неопределимых систем. Это снизило материалоемкость и повлекло за собой увеличение объемов строительства зданий и сооружений с применением монолитных каркасов с облегченными безбалочными перекрытиями.

 

Кессонные плиты перекрытия (фото)

Потолочное перекрытие является важнейшим элементом любого сооружения, отвечающим за надежность и безопасность всей конструкции. Кессонные перекрытия известны еще со времен Древнего Рима и зарекомендовали себя с хорошей стороны. Такие перекрытия находят широкое применение и сейчас, особенно за рубежом.

Кессонное перекрытие в офисе

Кессонное перекрытие — это перекрытие, состоящее из балок, направленных друг к другу под определенным углом.

Кессонные перекрытия имеют облегченную конструкцию, но это обстоятельство не ограничивает их применения. А вот преимущества и эстетичный вид создают им надлежащую рекламу. В настоящее время предлагается большой ассортимент кессонных элементов и приспособлений для их изготовления, что значительно облегчает монтаж перекрытия зданий.

Сущность кессонного перекрытия

Кессонное перекрытие представляет собой потолочное перекрытие из монолитных панелей, устанавливаемых непосредственно на угловые несущие колонны. Такая панель (плита) выполняется в виде перпендикулярно пересекающихся друг с другом ребер (балок), которые с помощью более тонкого бетонного слоя объединяются в монолитную конструкцию. Плита по виду напоминает форму вафли, поэтому ее иногда называют плитой вафельного типа. Обычно плита имеет вид квадрата, но может быть выполнена любой формы, в том числе и куполообразной.

Схема кессонного перекрытия

Схема кессонного перекрытия.

В обычных монолитных перекрытиях крепление плит осуществляется через несущие балки. В отличие от них кессонные перекрытия включают в свой состав ребра, которые исполняют роль несущих балок. Ребра выполнены с шагом не более 150 см и образуют сетчатую структуру, что обеспечивает перераспределение нагрузки и достаточную ее прочность. В результате на общее бетонное основание плиты не приходится больших нагрузок, и оно служит в основном для создания единой монолитной конструкции, что позволяет уменьшить толщину слоя до 5-8 см.

Для увеличения надежности кессонного перекрытия плиты армируются. Плиты выпускаются общей толщиной от 25 до 45 см, при этом высота ребер, выступающих над основанием, составляет 20-40 см. В соответствии с принятыми нормами строительства высота ребра должна быть не менее 1/20 от длины пролета. Размеры плит выполняются по заказу и могут достигать 35х35 м.

Плита кессонного перекрытия может устанавливаться на стену или несущие колонны. В последнем случае достаточно четырех колонн, удерживающих конструкцию по углам. У плит такого крепления угловые квадраты сетки ребер заполняются бетоном полностью, т.е. на уровне верхней кромки ребра. Эти участки крепления плиты дополнительно армируются.

Вернуться к оглавлению

Преимущества кессонного перекрытия

Кессонные перекрытия имеют ряд преимуществ, обеспечивающих их широкое применение в европейских странах, особенно для промышленного строительства. К таким преимуществам можно отнести следующие. Ребристые плиты позволяют уменьшить расход бетона более чем на 50%, а арматуры — в 3 раза по сравнению с обычными балочными железобетонными конструкциями при аналогичной прочности.

Таблица сравнения сплошных монолитных и монолитных кессонных перекрытий

Таблица сравнения сплошных монолитных и монолитных кессонных перекрытий.

Проектировщик сооружения расширяет свои возможности в варьировании толщины перекрытия и его формы. Принципиально возможно обеспечить любую заданную криволинейную форму вплоть до куполообразного и арочного типа. Отработана технология перекрытия стен или колонн с расстояниями между ними от 10 до 34 м. Уменьшение веса плит значительно снижает осевые нагрузки на стены или колонны, что, соответственно, ослабляет общую нагрузку на фундамент.

Признана высокая стойкость кессонных перекрытий к сейсмическим колебаниям. В сейсмоопасных зонах разрешается их применение при пролете более 6 м.

Если сравнивать с аналогичными по весу балочными монолитными плитами, то несущая способность ребристых конструкций в 2-3 раза выше. Можно смело устанавливать общую толщину перекрытия в 2-2,2 раза меньше, чем принято для обычных систем. Время строительства зданий с учетом меньшего числа монтируемых несущих элементов и за счет быстрого монтажа кессонов значительно сокращается. В целом можно добиться уменьшения затрат на строительно-монтажные работы более чем в 3 раза.

Вернуться к оглавлению

Изготовление кессонных перекрытий

Вернуться к оглавлению

Необходимый инструмент

При изготовлении и монтаже кессонного покрытия потребуется следующий инструмент:

Инструменты для укладки балок перекрытий

Инструменты для укладки балок перекрытий.

  • болгарка;
  • электродрель;
  • миксер строительный;
  • набор ключей гаечных;
  • отвертка;
  • шуруповерт;
  • стамеска;
  • мастерок;
  • шпатель;
  • плоскогубцы;
  • ножовка;
  • ножовка по металлу;
  • рулетка;
  • линейка метровая;
  • отвес;
  • уровень.

Кессонные перекрытия лучше изготавливать прямо на месте строительства. Для этого используются специальные съемные опалубки, которые можно подразделить на три основных типа. Первый тип основан на применение стандартной системы типа «SKYDOME», в которую входят пластиковые элементы опалубки, а также стойки и рейки для ее монтажа. Второй (комбинированный) тип подразумевает изготовление временного деревянного (фанерного) настила, на который устанавливаются элементы стандартной опалубки. Наконец, третий вид представляет собой вариант из деревянного настила и самодельной фанерной опалубки. В этом случае иногда используется одноразовая конструкция, когда элементы выполнены из плотного картона с покрытием полиэтиленовой пленкой.

Схема расположения продольной арматуры в поперечном сечении балки перекрытия

Схема расположения продольной арматуры в поперечном сечении балки перекрытия.

Заливка бетоном производится в два этапа, при этом арматура монтируется в порядке, обеспечивающем правильное ее расположение и фиксацию, исключающие смещение при заливке массы. В процессе изготовления устанавливаются специальные фиксаторы. Армирующие элементы также устанавливаются в два этапа. Вначале монтируются элементы в ребрах без верхней арматуры, но с хомутами. После заливки первой массы бетона (формирование ребер), монтируется армирующий каркас второй очереди с нижней и верхней продольной арматурой и с хомутами.

Перекрытие формируется из бетонной смеси с обычным или мелкозернистым наполнителем классом прочности не ниже В15 или пористых бетонов с классом прочности В12,5. Зернистость заполнителя определяется геометрическими параметрами ребер. По подвижности раствор должен соответствовать 8-10 см, а водоцементное отношение должно быть равно 0,5. Сам процесс заливки ничем не отличается от процесса изготовления стандартных бетонных конструкций.

Следует произвести уплотнение бетонной массы с помощью вибратора игольчатого типа диаметром не более 40 мм, который вводится в раствор вертикально или с небольшим наклоном.

В настоящее время в продаже предлагаются разборные опалубки, которые обеспечат необходимое качество и надежность плит. С их помощью можно сформировать кессонные потолки, создающие оригинальный дизайн. Такие опалубки имеют объемные пластиковые элементы размерами 74х80 см и глубиной от 20 до 40 см. Боковые грани объемных деталей имеют наклон в 18°, а их полный объем находится в пределах от 82 до 137 дм³. Такая конструкция ячейки обеспечивает объем воздушной части в диапазоне от 48 до 51% от всего объема плиты. Они имеют небольшой вес, легко переносятся и монтируются. В качестве армирующего элемента для основания предлагается арматурная сетка.

Вернуться к оглавлению

Кессонный потолок

Многие варианты современных дизайнов включают кессонные потолки. По аналогии с такими же перекрытиями, потолки состоят из пересекающихся ребер, создающих сетчатую конструкцию, и тонкого слоя, объединяющего все в единое целое. Кессонный потолок должен иметь легкий вес и привлекательный вид — несущие свойства для такого элемента совсем необязательны.

Схема кессонного потолка

Схема кессонного потолка.

Конструктивно они имеют три группы элементов — ребра (балки), обеспечивающие жесткость; легкое основание, объединяющее систему; декорирующие детали. В качестве декорирующих деталей находят применение карнизы, бордюры, узорчатые розетки.

Чаще всего кессонные потолки выполняются из дерева или пластика (обычно полиуретана). Основание может выполняться из ДСП, фанеры, пластмассовых листов, гипсокартона. Декорирующие элементы прекрасно смотрятся, если их отлить из гипса. Внутри ячеек кессонного потолка прекрасно впишутся встроенные светильники. Создавая разную конфигурацию ребрам, можно обеспечить разное световое рассеивание.

Кессонные перекрытия находят свою ячейку в строительной индустрии. Использование такой конструкции позволяет значительно снизить расходы на строительство.

Разработана новая экономичная система кессоных перекрытий :: Статьи

Испанская компания Holedeck представила новую систему кессоных перекрытий, которая благодаря технологическим отверстиям позволяет использовать на 55% меньше бетона по сравнению со стандартной железобетонной плитой.

Система кессоных перекрытий Holedeck

В новой системе для опалубки используются сборные матрицы на основе полипропилена. По слова разработчиков, при соблюдении условий эксплуатации такие детали выдержат до 50 циклов работ. После демонтажа конструкций, перекрытие может открыто использоваться, позволяя экономить также и на отделочных работах.

Технологически отверстия дают возможность разместить часть коммуникаций (например, электричество и вентиляцию) в самой структуре перекрытия. Высота всей конструкции составляет 45 см при размерах модульных ячеек 80х80 см. Кроме стандартной двунаправленной системы, доступны треугольные модули, однонаправленные и системы с двойным или тройным шагом модуля.

В общей брошюре (.pdf, 2.7 МБ), посвященной продукту, авторы также утверждают, что при использовании системы Holedeck можно уменьшить строительный объем здания на 20%. Более подробную информацию для проектировщиков можно посмотреть здесь (.pdf, 4,8 МБ), а рекомендации конструктором доступны тут (.pdf, 4,9 МБ).

В 2015 году система была удостоена Награды за Инновации от Совета по высотным зданиям и городской среды обитания (CTBUH). Занимаясь разными аспектами высотного строительства, организация известна во многом благодаря созданному ей списку 100 высочайших в мире сооружений. Кроме того, совет ведет единую базу небоскребов мира, а также еще можно выбирает лучшие высотные здания мира. Про лауреатов этого года мы рассказывали здесь.

Система кессоных перекрытий Holedeck Система кессоных перекрытий Holedeck Система кессоных перекрытий Holedeck Система кессоных перекрытий Holedeck Система кессоных перекрытий Holedeck

Кессон (архитектура) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Кессон.

Кессо́ны (фр. caisson «ящик» от итал. cassetta «ящичек») — углубления прямоугольной или другой формы в своде, куполе, потолочном перекрытии или на внутренней поверхности арки.

Возникновение кессонов как архитектурного элемента зданий и сооружений связано с конструктивными особенностями простейшей стоечно-балочной строительной системы. При пересечении продольных и поперечных деревянных балок плоского перекрытия образовывались углубления прямоугольной формы. Древние греки называли такие конструктивные углубления калимматии или калиммы (от егип. kalymmatos «покрывало, покров»).

С развитием художественных функций в архитектуре углубления между балками стали декорировать. В Древнем Египте их закрывали плитками из терракоты. Древние греки использовали для этого плитки из терракоты или мрамора. Позже кессоны стали украшать лепниной, росписью.

В древнеримской архитектуре, имитировавшей древнегреческую стоечно-балочную конструкцию в камне или бетоне, углубления различной формы в каменных сводах, куполах, арках приобрели собственное практическое значение: они позволяли уменьшить массивность перекрытий без снижения их несущей способности.[1] В эпоху Возрождения кессонированные перекрытия делались из дерева или камня и часто использовались как элемент художественного оформления интерьеров дворцов. В Италии в период Ренессанса художники расписывали кессоны сюжетами, как правило, на мифологические темы.

В современной архитектуре кессоны могут как иметь чисто эстетическое значение, так и совмещать конструктивную и декоративную функции, а также использоваться для улучшения акустики помещения, создания различных визуальных эффектов (например, визуально увеличивать высоту потолка или свода), служить нишами для установки светильников.