В статье анализируется опыт применения плоских потолков с пролетами до 8 м в качестве однопролетных систем. Чтобы сделать конструкцию еще более экономичной и эффективной, плиты строятся с использованием новой технологии, позволяющей заменить до 35% твердого бетона внутри железобетонного потолка пустотелыми сердечниками из переработанного пластика, тем самым снижая общий вес здания.

Фото 1. To make the construction even more economical and effective, the slabs are constructed using the patented hollow core technology of Heinze Cobiax Deutschland GmbH instead of solid concrete. Source: W. Markgraf GmbH & Co KG

Новый отель IntercityHotel Hannover Ost высотой 55 м будет построен на Андреас-Гермес-Плац, недалеко от Центрального железнодорожного вокзала, к 2020 году. Это 15-этажное высотное здание с пятиугольной планировкой будет иметь фасад с изменяющими цвет глиняными элементами, а также застекленный фасад – от первого до второго этажа. Пятиугольное здание, которое имеет только один прямой угол в плане этажа, включает плоские потолки с пролетами до 8 м в качестве однопролетных систем (фото 1а).

Чтобы сделать конструкцию более экономичной и эффективной, плиты строятся с использованием технологии, разработанной и запатентованной компанией Heinze Cobiax Deutschland GmbH. Эта система позволяет заменить до 35% твердого бетона внутри железобетонного потолка пустотелыми сердечниками из переработанного пластика, уменьшив, таким образом, вес на эти самые 35%. Также можно уменьшить толщину потолка с 32 до 30 см при той же ширине пролета с помощью модулей. Это приведет к дальнейшему снижению нагрузки, и общее сокращение фундамента составит 15000 кН, что не только уменьшит требуемое количество пробуренных свай примерно на 10, но и упрощает конструкцию системы перехватчиков для верхних этажей. Всего в этом проекте будет использовано 38 176 полых сердечников Cobiax (фото 1).

Проект является чрезвычайно сложным с точки зрения планирования, определения размеров и конструкции. «Основная проблема для отелей заключается в том, что требования к различным этажам могут в некоторых случаях значительно отличаться друг от друга, что приводит к разным поэтажным планам», – объясняет дипл.-инж. Кай-Уве Обердик из LSM Ingenieure fr Tragwerksplanung из Ганновера, который отвечает за проект в столице Нижней Саксонии. Это также относится и к новому IntercityHotel: стойка регистрации, ресторан отеля и бар расположены на первом этаже, а конференц-залы – на втором. «Только с 4-го этажа начинаются гостиничные номера, отсюда планы этажей остаются неизменными», – продолжает Обердик. – Это означает, что во многих местах на 13-м этаже, например, где могут быть установлены опоры, они будут мешать нижним этажам, скажем, в зоне бара и ресторана, которые должны быть полностью свободны от опор» (фото 4).

По этой причине внутренние железобетонные колонны вообще не использовались. А железобетонные плиты устанавливались от несущей внешней стены до внутреннего сердечника, так что были созданы однопролетные плиты с пролетом около 8 м. Однако при использовании обычного метода строительства из железобетона толщина плиты должна составлять не менее 32 см из-за риска деформации, что увеличивает нагрузку на фундамент с 15 верхними этажами. «Для здания был использован фундамент из ввинченных свай, в котором вся нагрузка с вышеперечисленных этажей распределяется на сваях», – объясняет Обердик. – С твердыми бетонными плитами пришлось бы использовать очень большое количество свай, так что мы решили искать более легкие и более экономичные альтернативы».

Экономия материала и веса благодаря полому потолку

После того как использование легкого бетона было отклонено из-за различных проблем, в том числе из-за низкого модуля упругости и ограничений на использование крепежных элементов, было решено обратиться к экологически чистой технологии пустотелых конструкций Cobiax. По сравнению с твердым железобетоном такие конструкции уменьшают вес потолков. Основной элемент этой системы состоит из полых сердечников из переработанного пластика весом всего около 400 г, которые заменяют до 35% твердого бетона внутри армированного бетонного потолка – там, где не требуется бетон повышенной несущей способности. «Это не только экономит материал и вес, но и делает возможным более тонкие потолки зданий и большие пролеты до 20 м», – объясняет дипл.-инж. Фолькмар Ваннингер, генеральный директор Heinze Cobiax Deutschland GmbH (фото 2).

Фото 2. The system makes it possible to replace up to 35 percent of the solid concrete inside a reinforced concrete ceiling with hollow cores made of recycled plastic – and at the same time save 35 percent in weight. Source: W. Markgraf GmbH & Co KG

В принципе, система Cobiax позволяет передавать нагрузку в двух направлениях, полностью сохраняя статические характеристики и внешний вид полой плиты. «Сэкономленный материал обычно также снижает стоимость всей несущей конструкции здания», – продолжает Ваннингер. «Кроме того, меньший объем бетона также уменьшает выбросы экологически токсичных загрязняющих веществ. Например, CO2 можно снизить на 20%. Пустотелые плиты не только снижают нагрузку на потолки, но и оптимизируют фундамент. Это был фактор, который сыграл существенную роль в пользу нашего решения для проекта InterCityHotel», – заключает Обердик.

Уменьшенная толщина потолка и меньшее количество установленных свай

Система Cobiax состоит из линейных крепежных элементов длиной 250 см, выполненных из арматурной стали, в которые встроены полые сердечники. «Модули, установленные между верхней и нижней системами армирования, доступны в версиях Eco-Line и Slim-Line. Последние предназначены для потолков толщиной от 20 до 45 см и будут использоваться для проекта в Ганновере», – рассказывает Ваннингер. Полое ядро и оставшиеся сплошные области взяты из плана компоновки, который был подготовлен Cobiax с учетом статики потолка. Бетонирование в области полого сердечника выполняется в два слоя, что позволяет их устанавливать в бетонную плиту без плавучести. В общей сложности 5476 модулей Cobiax с полой сердцевиной будут использоваться с первого по 15-й этаж IntercityHotel, что приведет к общей экономии 403 м3 бетона и сокращению примерно 85 тонн выбросов CO2. В дополнение к снижению веса за счет меньшего количества бетона толщина плиты может быть уменьшена с 32 до 30 см. «Снижение нагрузки, вызванное этими двумя факторами, касается не только этажности, но и фундамента, и составило около 15000 кН», – объясняет Обердик. – Таким образом, мы экономим около десяти 18-метровых свай».

Фото 3. As it is also possible to reduce the ceiling thickness from 32 to 30 cm with the same span width by using the modules, this results in a further load reduction. The total reduction for the foundation thus amounts to 15,000 kN, which not only reduced the number of drilled piles required by around 10, but also simplifies the construction of an interceptor system. Source: W. Markgraf GmbH & Co KG

В то же время перехват внешней стены на 3-м этаже был облегчен. Это было необходимо из-за особой конструкции здания: стена от первого этажа до 2-го этажа откидывается на 80 см со стороны здания с главным входом, поэтому в основном она поднимается только до 3-го этажа. На этажах выше внешняя стена поддерживается только боковыми секциями стены и должна выдерживать нагрузку на потолок на ширине пролета около 16 м. По этой причине система перехватчиков должна была быть установлена над входной зоной от 3-го до 15-го этажа. Основным компонентом этой системы является настенная балка, расположенная на 15-м этаже, которая принимает на себя с нагрузки с 12 этажей, так что между окнами образуются элементы натяжения. «Массивный потолок толщиной 32 см принес бы значительно большую нагрузку на эту систему, чем в настоящее время, когда применяется Cobiax. Это облегчило установку статической системы, требуемой заказчиком и архитектором», – говорит Oberdieck. – Даже при снижении веса, достигнутом системой Cobiax, нам пришлось использовать бетон классов прочности C40/50 в некоторых нижних стенах, потому что сжимающие напряжения в опорах этой большой широкопролетной фермы были очень высокими. Кроме того, у решения Cobiax есть еще одно преимущество: за счет уменьшения толщины потолка на 2 см высота здания может быть уменьшена на 30 см» (фото 3).

Строительство корпуса завершено до 3-го верхнего этажа

Система полых потолков привлекла внимание руководителей проектов дополнительными свойствами. «Например, для нас было важно, чтобы мы могли использовать дюбели для крепления чего-либо, и, в частности, было легко сделать пробои», – объясняет Обердик. Так как IntercityHotel имеет 17 гостиничных номеров с мокрыми комнатами на этаже, необходимо сделать пробои, т.е. отверстия для установки стоков. «Это можно сделать, пропуская пустотелые жилы в нужных местах и закрывая отверстия, как в обычной бетонной конструкции», – говорит Ваннингер. Контроль температуры компонентов также можно легко комбинировать с технологией Cobiax».

Фото 4. The hollow core and the remaining solid areas are taken from a layout plan, which was prepared by Cobiax taking into account the ceiling statics of the structural engineer. Source: Heinze Cobiax Deutschland GmbH

Менеджеры проекта остались очень довольны системой пустотных плит: «В дополнение к простоте обработки нам было необходимо уменьшить общую высоту и добиться экономии веса на 20 процентов для фундамента и опорных балок», – добавляет Oberdieck. – Точки приложения нагрузки на углах и в сердечнике также были сняты. Все это положительно сказалось на проверках на сдвиг».

Статья предоставлена компанией Heinze Cobiax Deutschland GmbH