Основные принципы выбора и расчёта опалубки

Выбор правильной опалубки важен при начале строительства любого сложного объекта. Это потом скажется на долговечности и эффективности сооружения, а также на сроках завершения работ. Выбор зависит от проекта, поэтому существует множество доступных вариантов. Но обязательными позициями считаются материал, несущая способность, форма и размеры, устойчивость к внешним факторам и технологичность монтажа.

Следует помнить, что бетонная опалубка всё-таки временная конструкция, которая поддерживает часть или всё сооружение до тех пор, пока оно не станет самонесущим. Именно с точки зрения прочности и надёжности осуществляют выбор материалов, пригодных для изготовления опалубки. Выбор материала зависит от объекта бетонирования (перекрытие, колонна, балка), а также способности системы удерживать массу твердеющего бетона, не допуская прогиб или сдвиг конструкции. Наиболее просты опалубки из древесины или фанеры. Поэтому традиционные деревянные конструкции широко применяются при изготовлении заливочных форм. В индивидуальном строительстве, либо при возведении нетиповых объектов деревянные опалубки - наиболее дешёвый вариант, поскольку быстро и легко собираются. Однако при строительстве типовых сооружений эффективность от применения деревянных деталей/узлов сразу падает. Причина – сравнительно низкая прочность и влагостойкость. Древесина должна быть лёгкой, хорошо (но не чрезмерно!) высушенной, иметь твёрдость, позволяющую при сборке использовать гвозди. Недопустимы структурная неоднородность и наличие большого количества сучков. В инженерных системах опалубки используются сборные варианты, изготовленные из стальных или алюминиевых каркасов. При многократном использовании металлическая опалубка оказывается экономичнее и быстрее в сборке, чем деревянная. Дополнительным преимуществом является то, что такие рамы чрезвычайно экономичны, прочны и долговечны, а также редко нуждаются в замене. Монтаж инженерной опалубки происходит быстрее и требует меньше рабочей силы, что экономит время и деньги. Слабонагруженные конструкции могут быть построены с применением многоразовых пластиковых опалубочных систем, состоящих из взаимосвязанных, легких и прочных элементов. Форму и размеры опалубки принимают по следующим критериям:

1. Жёсткость и стабильность. Опалубка должна противостоять деформациям от веса влажного бетона и других нагрузок. Следует помнить, что лишь некоторые сорта фанеры обладают незначительной (3…5%) пластичностью. У стали и алюминия этот показатель достигает 20…25 %.
2. Несущая способность по постоянным и временным силам. Первые включают суммарный вес самой опалубки и свежего бетона, вторые – статические нагрузки от рабочих и оборудования, а также динамические (ударные) усилия, возникающие при строительстве. Давление, оказываемое свежим бетоном на опалубку, зависит от плотности бетонной смеси (ρ), ускорения свободного падения (g) и высоты заливки (h). Оно рассчитывается по формуле P = ρgh. Из этого следует, что, чем легче опалубка, тем она технологичнее в обращении.
3. Безопасность работ с опалубкой. Она зависит от принятого значения коэффициента запаса прочности, который должен быть не ниже 1,8…2,0.
4. Максимальное расстояние между опорами, рассчитываемое по наибольшей распределённой нагрузке на опорные балки. В зависимости от результата вычислений определяют расход материала, для этого подсчитывают площадь опорной поверхности всей системы и добавляют к полученному значению 10…20 %.

Технологичная в обращении опалубка должна удовлетворять всем следующим требованиям:

1. Должна быть эффективно укреплена и подпираться как горизонтально, так и вертикально, чтобы сохранить свою форму.
2. Стыки в опалубке должны предотвращать утечку бетонного раствора.
3. Конструкция опалубки должна позволять удалять различные детали в желаемой последовательности без повреждения бетона.
4. Оснастка должна опираться на устойчивое, плоское основание и легко выравниваться по нему до начала процесса заливки. Наиболее распространенным методом удержания опалубки на месте во время заливки является использование универсальной стационарной опорной системы, например, лесов. И лишь тогда, когда строительные леса не могут быть использованы, вместо них можно использовать подъемное оборудование. По мере развития методов строительства использование подъемной опалубки / опалубки для тяжелого подъемного оборудования стало распространенным среди ведущих строительных компаний мира. Как правило, для подъема и опускания опалубки потребуются услуги промышленных альпинистов и гидравлические подъемные машины. Трудоёмкость монтажных работ зависит от конструкции оснастки. С точки зрения трудоёмкости установки предпочтение часто отдаётся несъёмной опалубке. Она состоит из цельных фрагментов, которые заполняются бетоном и остаются на месте после установки. Несъёмная опалубка может являться и способом армирования. При этом бетон является практически неразрушаемым материалом, что делает его идеальным выбором для крупных строительных проектов, а также для небольших, сложных и детализированных сооружений. Конструкция разъёмной опалубки должна быть достаточно эффективной, чтобы иметь возможность сохранить свою первоначальную форму. В настоящее время известно несколько видов таких систем:

• Балочная;
• Колонная;
• Скользящая;
• Кассетная;
• Подъемно-переставная;
• Гибкая:
• Горизонтальная. Последний вариант оказался наиболее широко используемым. Рекомендуется следующая последовательность установки такой опалубки:

1. Подготовка площадки. Убеждаются в том, что строительная площадка ровная и очищена от посторонних предметов.
2. Нанесение разделительного состава. Средство распыляют/раскатывают по контактным поверхностям и боковым сторонам панелей, чтобы предотвратить прилипание бетона и облегчить последующее удаление оснастки, если она – многоразового применения.
3. Сборка щитов или панелей. Следуют инструкциям производителя опалубки или требованиям действующих технических стандартов.
4. Позиционируют и фиксируют части конструкции. Начинают с углов и постепенно соединяют панели, обеспечивая их наружные и внутренние стыки без зазоров и перекосов.
5. Закрепляют и фиксируют панели, используя штифты, после чего затягивают элементы с помощью клиньев.
6. Устанавливают распорки и укрепляющие детали. В качестве распорок обычно используют диагональные опорные раскосы, но можно закреплять щиты и на настиле опалубки. Убеждаются в том, что опалубка сохраняет свою устойчивость и сможет выдерживать давление бетона.
7. Закрепляют стяжки анкерами или иными крепёжными принадлежностями, которые надёжно удержат опалубку на месте и смогут противостоять давлению бетонной смеси. Далее производят заливку бетона, дают ему застыть до заданной прочности на сжатие, которая обычно составляет 70…80% от 28-дневной прочности, после этого опалубку можно снять. Для этого осторожно удаляют стяжки и болты, удерживавшие опалубку на месте. Демонтаж ведут постепенно, аккуратно разбирая систему по частям, чтобы не повредить бетон. Компоненты опалубки многоразового применения очищают от остатков бетона и хранят в сухом месте для повторного использования в дальнейшем.

Понимание требований к нагрузке на опалубку имеет важное значение для любого строительного проекта. В качестве структурной основы для укладки бетона опалубка должна выдерживать различные внешние и внутренние силы, чтобы обеспечить стабильный и долговечный результат. Затем устанавливается фактическая прочность компонентов опалубки на изгиб, сдвиг и стрелу прогиба.

Классификация нагрузок, влияющих на прочность опалубки

Опалубка подвержена воздействию нескольких типов нагрузок, каждый из которых требует тщательного рассмотрения. Такие нагрузки подразделяются на:

• Постоянные - вес собственно опалубки, любых армирующих её конструкций и бетона;
• Временные, которые создаются во время укладки бетона (вес рабочих, оборудования, инструмента);
• Нагрузки окружающей среды, учитывающие ветер, осадки и колебания температуры;
• Гидростатические, когда давление свежезалитого бетона влияет на работоспособность опалубки. Совокупное влияние этих факторов определяет грузоподъёмность опалубки. Под ней понимают ту максимальную нагрузку, которую может безопасно выдержать опалубочная система без разрушения конструкции. Ключевыми факторами, влияющими на грузоподъёмность, являются выбор материалов, методы строительства и проектные характеристики оснастки, включающие герметичность опор и правильность установки всех компонентов. Неравномерность действия усилий учитывает так называемый коэффициент продолжительности kпн = 1,25. Он указывает на время приложения нагрузки. Атмосферостойкие панели и бетонный слой опалубки — это два материала, которые играют важную роль в расчётах грузоподъёмности, поскольку помогают управлять нагрузками во время строительства. Так, атмосферостойкие панели проектируют так, чтобы выдерживать влагу, колебания температуры и другие факторы окружающей среды. Это особенно полезно при строительстве в сложных погодных условиях, где обычные материалы могут разрушаться или деформироваться, что вызывает поломку опалубки. Наоборот, выбор в пользу атмосферостойких панелей гарантирует, что оснастка сохранит свою целостность на протяжении всего процесса строительства. Свойства бетонного опалубочного слоя обеспечивают высокое соотношение прочности и веса, что делает его пригодным для различных применений. Слой помогает эффективно распределять нагрузки по всей поверхности, смягчая локальные отказы, минимизируя деформации и формируя гладкую поверхность отверждаемого бетона.

Расчёт и распределение нагрузок

Оптимальный алгоритм действий рекомендуется следующим:

1. Начинают с определения значений постоянных и временных сил. Далее рассматривают факторы, которые могут повлиять на равномерность распределения усилий, включая расположение и длину пролётов между опорами, размеры панелей и физико-механические характеристики используемых материалов.
2. Для расчёта усилий определяют общий вес бетона, опалубки, рабочих и строительной техники, присутствующей во время укладки бетона.
3. Учитывают нагрузки от воздействия окружающей среды, принимая во внимание возможные осадки и ветер. Оптимизация внешних сил возможна за счёт применения армирования бетона. Стальная арматура может обеспечить дополнительную прочность и свести к минимуму деформацию опалубки. Ещё одним позитивным фактором для поддержания баланса и устойчивости считается правильное размещение опорных элементов. Опоры обычно располагают через равные промежутки, следя за тем, чтобы расстояние между ними было оптимальным для конкретного типа прилагаемой нагрузки. С целью учёта пути загрузки необходимо убедиться в том, что все нагрузки имеют свободный путь к основанию заливаемого бетонного фрагмента. Эта стратегия предотвращает перегрузку какой-либо отдельной точки или участка опалубки. Следование передовым методам проектирования оснастки может значительно улучшить управление нагрузками и обеспечить проекту успех.

• Опалубка — временная форма для удержания свежего бетона до его твердения и обретения несущей способности. Подробнее: виды опалубки.
• Несущая способность — способность конструкции выдерживать расчётные нагрузки без деформаций и разрушений.
• Грузоподъёмность — предельная нагрузка, которую опалубочная система выдерживает с запасом безопасности.
• Несъёмная опалубка — оснастка, остающаяся в теле сооружения после бетонирования; может усиливать конструкцию.
• Разъёмная опалубка — сборно-разборная система, демонтируемая после набора бетоном прочности; используется многократно.
• Коэффициент запаса прочности — отношение расчётной несущей способности к фактической нагрузке; для опалубки обычно 1,8–2,0.
• Стрела прогиба — максимальное отклонение элемента от прямой под действием нагрузки.
• Гидростатическое давление — давление свежего бетона на опалубку; рассчитывается по формуле P = ρgh.
• Оснастка — совокупность элементов опалубки (щиты, панели, стяжки, распорки).
• Разделительный состав — средство для предотвращения прилипания бетона к опалубке при многоразовом использовании.