Сборно-монолитные системы перекрытий. Введение. Монолитные ос

Востребованность сборных перекрытий в частном и жилом строительстве объясняется возможностью их самостоятельного монтажа при минимальном задействовании подъемной техники. Готовые системы, включающие надежные балки и легкмие и теплые прогоны и блоки, заливаемые впоследствии монолитной стяжкой бетона, представлены такими известными брендами как Ytong, Teriva и Марко.

Виды и особенности конструкций

Стандартная схема сборно-монолитного перекрытия включает железобетонные или стальные балки, используемые в качестве основных несущих элементов и выбираемых в зависимости от длины пролета, пустотные или пористые блоки-вкладыши, выполняющие роль несъемной опалубки и облегчающие вес системы, и армированный слой бетона толщиной до 50 мм. Эта строительная технология стала применяться относительно недавно, одновременно с ростом популярности домов из газосиликата и пеноблоков. Характерные параметры: высокие несущие способности (в ряде случаев – не уступающие , верхний предел составляет 1300 кг/м2), низкий вес и хорошие тепло- и звукоизолирующие свойства.

В зависимости от материала основы такие конструкции разделяются на полистиролбетонные, газосиликатные и керамзитобетонные, в ряде случаев используются обычный вибропрессованный бетон. Все перечисленные разновидности блоков пригодны к ручной укладке, потребность в крановом оборудовании иногда возникает при монтаже особо длинных балок, чаще всего их просто поднимают наверх и устанавливают силами 2-3 человек (ориентировочный вес 1 м.п. ж/б опоры составляет 14 кг). На шаг влияют габариты форм-вкладышей, в среднем он равняется 60 см, из-за этого сборно-монолитные системы называют часторебристыми.

К преимуществам и особенностям данного типа перекрытий также относят:

Низкий вес: 1 м2 в высохшем состоянии весит не более 370 кг. Это помогает снизить нагрузку на фундамент и стены в сравнении с монолитными плитами на 25 % как минимум.
Обеспечение хорошего уровня защиты от шума и теплопотерь, характеристики позволяют использовать эти сборные конструкции для разделения разнотемпературных зон.
Возможность установки на труднодоступных участках и на стенах со сложными выступами и эркерами, обработки элементов непосредственно на стройплощадке.
Герметичность: заливаемый бетонный раствор заполняет все щели между балками и блоками.
Отсутствие потребности по втором слое стяжки, перекрытия пригодны к незамедлительному монтажу напольных стройматериалов.
Использование внутренних пустот (в наличии не у всех видов) для прокладки коммуникаций.

По аналогии с вариантами, собираемыми из многопустотных ж/б плит стандартного размера, сборно-монолитная разновидность представляет собой систему на основе унифицированных элементов, характеристики у разных производителей отличаются. К наиболее востребованным брендам относят:

1. Итонг, представленные системами с ж/б продольными балками и опирающимися на них Т-образными газобетонными блоками и стальными с вкладкой обычных прямоугольных изделий стандартного размера. По простоте монтажа и надежности лидирует первый вариант, по стоимости – с незначительным отрывом второй. Системы Ytong обеспечивают несущую способность не менее 450 кг/м2 при удельном весе не более 50 кг/м2, максимальная длина составляет 9 м.

2. Облегченные конструкции Марко с треугольным решетчатым каркасом и блоками-вкладышами из полистирол- или керамзитобетона. Могут иметь полностью скрытую арматуру или с выступающими прутьями для закладки в стены. Высота опор – на выбор 15 или 20 см, максимальная длина достигает 12 м. Отличительной чертой является возможность установки доборных элементов по всей плоскости с целью увеличения несущих способностей до 1000 кг/м3. Итоговая толщина при этом составляет 200, 250, 300 или 350 мм.

3. Польские Teriva – до 24 см в высоту, с весом от 180 до 260 кг/м3 (без учета заливаемой стяжки) и несущими способностями в пределах 400-900 кг/м2. Они без проблем поднимаются и собираются вручную, прочностные характеристики позволяют использовать их при строительстве жилых и общественных домов без ограничений этажности.

Схема монтажа, нюансы технологии

Сборно-монолитная система перекрытий укладывается на армопояс или устойчивые кирпичные или бетонные стены с заходом на эти конструкции не менее 20 мм. На этапе подготовки основание очищается от мусора и при необходимости выравнивается. Дальнейшая установка проводится в следующей последовательности:

1. Формирование каркаса путем размещения балок с заданным шагом с обязательным закреплением на цементный состав и размещением временных деревянных подпор. Их число зависит от длины пролета: на конструкции в пределах 4,5 м требуется одна подкладка, до 6 – не менее 2, свыше 6 – от 3. Рекомендуемая толщина фиксируемого раствора – около 10 мм.

2. Монтаж основы – укладка блоков на балки сборно-монолитного часторебристого перекрытия. Они являются поперечными, их размещают равномерно с минимальными зазорами между соседними изделиями. Для упрощения установки их поднимают с рабочих помостов, расположенных на 50-60 см ниже балок или перпендикулярно им сверху. В процессе избегают подпирания элементов вертикальными опорами и хождения по собранной системе.

3. Укрепление венцов, при необходимости – закладка распределительного и перегородочных ребер. Первое располагаются поперек основных балок, вторые – параллельно им.

4. Закладка армосетки из металлических прутьев толщиной от 5 мм, связанных между собой с помощью проволоки или сварных заготовок с обязательным нахлестом не менее 15 см с аналогичным способом соединения.

5. Приготовление и заливка мелкофракционной бетонной смеси с классом прочности не менее В20. Максимальной размер частиц наполнителя ограничен 10 мм, раствор должен быть пластичным. На этом этапе избегают перегрузки или деформации блоков в процессе распределения бетона, тележки двигают по размещенному сверху дощатому настилу. Он завершается выравниванием и уплотнением состава, для исключения растрескивания стяжки обеспечивается соответствующий влажностной уход, продолжающийся не менее 3 дней.

6. Снятие временных боковых подпорок: не ранее чем через 72 ч, по правилам – при достижении бетоном 80% своей марочной прочности. Помимо обеспечения влажной среды на начальном этапе гидратации к важным требованиям технологии относят поддержку температуры окружающего воздуха от +10 °C и выше, при падении ее до +5 подпорки не убирают стандартные 28 суток.

Завершающая стадия во многом совпадает с заливкой монолитной плиты, для улучшения прочностных характеристик и обеспечения гладкой поверхности рекомендуется использовать вибратор. В целом процесс считается менее трудоемким. Итоговые затраты зависят от изготовителя, цена 1 м2 варьируется от 3500 до 4600 рублей.

Стоимость готовых систем и отдельных элементов

Наименование изделия, краткое описание	Производитель	Ед. измерения	Цена, рубли
Железобетонные балки перекрытий 200-10 В25 с максимальной длиной до 7 м	Ytong	п.м.	от 960
Т-образные газоблоки размером 600×250×200 мм		шт.	от 170
Стальные балки, до 9 м с несущей способностью до 500 кг/м2		п.м.	1090
Прямоугольные блоки Ytong 625×250×200 мм		м3	4600
Комплект перекрытия полистиролбетон (пролет до 12 м)	Марко	м2	1585
Комплект газобетон 150 (до 7м)			1200
То же, газобетон 200 (до 8м)			1390
То же, газобетон 250 (до 9м)			1570
Комплект Марко Стандарт			1440
Ж/б балки от 1,8 до 8,6 м	Teriva	шт.	от 720 до 5460
Бетонные блоки Т-600 В			от 95
То же, Т-450 К (керамзитобетон)			170
T-600 L/01 (полистирол)			660
T-600 L/02 (полистирол)			730
T-600 L/03 (полистирол)			880
T-450 L (полистирол)			710
Перекрытия в уложенном состоянии СМП-Р1	ЗАОКСК-Бетон	м2	1380

ТЕНДЕНЦИИ В СТРУКТУРНОМ ПОСТРОЕНИИ ОС

Как уже отмечалось выше, для удовлетворения требований, предъявляемых к современной ОС, большое значение имеет ее структурное построение. Операционные системы прошли длительный путь развития от монолитных систем к хорошо структурированным модульным системам, способным к развитию, расширению и легкому переносу на новые платформы.

В общем случае "структура" монолитной системы представляет собой отсутствие структуры (рисунок 38). ОС написана как набор процедур, каждая из которых может вызывать другие, когда ей это нужно. При использовании этой техники каждая процедура системы имеет хорошо определенный интерфейс в терминах параметров и результатов, и каждая вольна вызвать любую другую для выполнения некоторой нужной для нее полезной работы.

Риcунок 38 - Монолитная структура ОС

Для построения монолитной системы необходимо скомпилировать все отдельные процедуры, а затем связать их вместе в единый объектный файл с помощью компоновщика (примерами могут служить ранние версии ядра UNIX или Novell NetWare). Каждая процедура видит любую другую процедуру (в отличие от структуры, содержащей модули, в которой большая часть информации является локальной для модуля, и процедуры модуля можно вызвать только через специально определенные точки входа).

Однако даже такие монолитные системы могут быть немного структурированными. При обращении к системным вызовам, поддерживаемым ОС, параметры помещаются в строго определенные места, такие, как регистры или стек, а затем выполняется специальная команда прерывания, известная как вызов ядра или вызов супервизора. Эта команда переключает машину из режима пользователя в режим ядра, называемый также режимом супервизора, и передает управление ОС. Затем ОС проверяет параметры вызова для того, чтобы определить, какой системный вызов должен быть выполнен. После этого ОС индексирует таблицу, содержащую ссылки на процедуры, и вызывает соответствующую процедуру. Такая организация ОС предполагает следующую структуру:

1. Главная программа, которая вызывает требуемые сервисные процедуры.

2. Набор сервисных процедур, реализующих системные вызовы.

3. Набор утилит, обслуживающих сервисные процедуры.

В этой модели для каждого системного вызова имеется одна сервисная процедура. Утилиты выполняют функции, которые нужны нескольким сервисным процедурам. Это деление процедур на три слоя показано на рисунке 39.

Рисунок 39 - Простая структуризация монолитной ОС

МНОГОУРОВНЕВЫЕ СИСТЕМЫ

Обобщением предыдущего подхода является организация ОС как иерархии уровней. Уровни образуются группами функций операционной системы - файловая система, управление процессами и устройствами и т.п. Каждый уровень может взаимодействовать только со своим непосредственным соседом - выше- или нижележащим уровнем. Прикладные программы или модули самой операционной системы передают запросы вверх и вниз по этим уровням.

Первой системой, построенной таким образом была простая пакетная система THE, которую построил Дейкстра и его студенты в 1968 году.

Система имела 6 уровней. Уровень 0 занимался распределением времени процессора, переключая процессы по прерыванию или по истечении времени. Уровень 1 управлял памятью - распределял оперативную память и пространство на магнитном барабане для тех частей процессов (страниц), для которых не было места в ОП, то есть слой 1 выполнял функции виртуальной памяти. Слой 2 управлял связью между консолью оператора и процессами. С помощью этого уровня каждый процесс имел свою собственную консоль оператора. Уровень 3 управлял устройствами ввода-вывода и буферизовал потоки информации к ним и от них. С помощью уровня 3 каждый процесс вместо того, чтобы работать с конкретными устройствами, с их разнообразными особенностями, обращался к абстрактным устройствам ввода-вывода, обладающим удобными для пользователя характеристиками. На уровне 4 работали пользовательские программы, которым не надо было заботиться ни о процессах, ни о памяти, ни о консоли, ни об управлении устройствами ввода-вывода. Процесс системного оператора размещался на уровне 5.

В системе THE многоуровневая схема служила, в основном, целям разработки, так как все части системы компоновались затем в общий объектный модуль.

Дальнейшее обобщение многоуровневой концепции было сделано в ОС MULTICS. В системе MULTICS каждый уровень (называемый кольцом) является более привилегированным, чем вышележащий. Когда процедура верхнего уровня хочет вызвать процедуру нижележащего, она должна выполнить соответствующий системный вызов, то есть команду TRAP (прерывание), параметры которой тщательно проверяются перед тем, как выполняется вызов. Хотя ОС в MULTICS является частью адресного пространства каждого пользовательского процесса, аппаратура обеспечивает защиту данных на уровне сегментов памяти, разрешая, например, доступ к одним сегментам только для записи, а к другим - для чтения или выполнения. Преимущество подхода MULTICS заключается в том, что он может быть расширен и на структуру пользовательских подсистем. Например, профессор может написать программу для тестирования и оценки студенческих программ и запустить эту программу на уровне n, в то время как студенческие программы будут работать на уровне n+1, так что они не смогут изменить свои оценки.

Многоуровневый подход был также использован при реализации различных вариантов ОС UNIX.

Хотя такой структурный подход на практике обычно работал неплохо, сегодня он все больше воспринимается монолитным. В системах, имеющих многоуровневую структуру было нелегко удалить один слой и заменить его другим в силу множественности и размытости интерфейсов между слоями. Добавление новых функций и изменение существующих требовало хорошего знания операционной системы и массы времени. Когда стало ясно, что операционные системы живут долго и должны иметь возможности развития и расширения, монолитный подход стал давать трещину, и на смену ему пришла модель клиент-сервер и тесно связанная с ней концепция микроядра.

Чтобы уменьшить расходы на монтаж разделяющих конструкций между этажами, современные технологии предлагают частному застройщику использовать сборно-монолитные перекрытия. В процессе их установки кран применяется лишь для подъема и кладки блоков на стену или ригель, а последующие операции выполняются в ручном режиме. Блочные изделия играют роль несъемной опалубки, в которую заливают бетонную смесь, получая прочную монолитную плиту.

Система представляет собой комплекс из облегченных железобетонных балок (они служат каркасом) и пустотелых керамических блоков, заполняющих пространство между соседними балками. При бетонировании смесью заливают нижнюю часть каркаса, после ее застывания сборные перекрытия становятся монолитными. Их положительные свойства таковы:

герметичность;
высокий уровень защиты помещений от шума;
низкая теплопроводность;
готовность к облицовке без изготовления второго слоя стяжки – прямо на перекрытия настилают линолеум, клеят кафель и плитку, монтируют ламинат, паркет;
уменьшение удельного веса по сравнению с обычной железобетонной монолитной плитой в среднем на 35 % (230-350 кг/м2);
возможность установки на малодоступных участках – это важно, если реконструируется здание без демонтажа кровли;
удобство состыковки со стенами сложной формы (имеющими колонны, выступы) – можно купить блоки с выемками или доработать элементы перекрытия прямо на стройплощадке;
в пустоты легко укладываются сантехнические и электрические коммуникации.

Хотя монтаж сборно-монолитных конструкций трудоемок, экономический эффект от применения новой технологии довольно значителен за счет, того что снижается стоимость легких балок и блоков, затраты на их транспортировку и установку.

Монтаж сборно-монолитного часторебристого перекрытия можно выполнить с помощью стандартных элементов, выпускаемых промышленностью.

Железобетонные балки сечением 20х20 см, длиной от 3 до 6 м.
Несущие прогоны — облегченные фермы с нижним бетонированным поясом (его сечение 5,5 х 12). В зависимости от несущей способности стержней нижнего пояса, фермы делятся на 2 типа — под суммарную расчетную нагрузку 1300 кг/м2 и 900 кг/м2. Выпускаются прогоны в трех размерных вариантах: длиной 2,86 м (вес 50 кг); 4,36 м (74 кг); 5,86 м (100 кг). Нужное изделие выбирают по размеру пролета и перекрытия (3, 4,5 или 6 м).
Блоки. Их чаще всего производят из керамзитобетона или из полистиролбетона.

Монтаж сборных перекрывающих конструкций по шагам

Для работы понадобится минимальный комплект инструментов и вспомогательных материалов: молоток, кувалда, перфоратор, строительный уровень, рулетка, вязальная проволока, вибратор. Чтобы соорудить сборно монолитные перекрытия своими руками, нужно выполнить ряд последовательных операций.

1. Стены очищают от мусора, укладывают на них с помощью цементного раствора каркасную основу из железобетонных балок, размещая под них временные опоры. Если длина перекрытия 4,5 м, под балку ставят одну подпорку, для 6-метровой балки их нужно не менее двух. Допускается укладка блоков прямо на каменную кладку стены.

2. На каркасе размещают полые бетонные блоки (опалубку), а между ними — продольные прогоны. При этом блочные элементы располагают поперечными рядами, не допуская односторонней перегрузки прогонов и соблюдая минимальные интервалы между соседними блоками.

3. Поверх опалубки настилают армирующую сетку. В блоках имеются Т-образные пазы, которые можно дополнительно армировать стекловолоконными хлыстами.

4. Полосы сетки укладывают с нахлестом не менее 15 см (согласно регламенту СНиП для индивидуального строительства), крепят их вязальной проволокой к верхней части прогонов.

5. Верх конструкции заливают тяжелым бетоном классом не ниже М250 (марка от В154), приготовленным с добавлением мелкозернистого песка. Состав бетонной смеси должен соответствовать ГОСТ 27006-86.

6. В период застывания монолитную плиту регулярно увлажняют во избежание пересыхания и растрескивания. Когда бетон полностью затвердеет (примерно через 72 часа), балочные подпорки убирают.

Самостоятельно изготавливая сборные конструкции, следует обязательно уплотнять бетон (вручную или с помощью виброинструмента), чтобы добиться максимального сцепления раствора с балками и прогонами. Для заливки можно использовать пенобетон: он быстро застывает и набирает прочность, обладает низкой влагопроницаемостью.

Наименьший вес имеют сборные конструкции из полистирольных блоков, имеющих в нижней части пустоты, остающиеся и после заполнения бетоном. Верхняя монолитная часть вместе с армпоясом работает на сжатие и принимает на себя рабочую нагрузку.

Стоимость сборно монолитных перекрытий

При выборе варианта перекрытия учитывают его несущую способность, размеры перекрываемой площади и конфигурацию стен. Чтобы покупка была выгодной, изучают систему скидок от поставщика и стоимость доставки. В таблице приведены цены на системы популярных марок и комплектующие для их сборки в Москве и столичном регионе.

В монолитных , или макроядерных , операционных системах ядро, состоящее из множества управляющих модулей и структур данных, не разделено на центральную часть и периферийные (по отношению к этой центральной части) модули. Ядро получается монолитным, неделимым. В этом смысле макроядерные операционные системы являются прямой противоположностью микроядерным . В монолитной операционной системе, несмотря на ее возможную сильную структуризацию, очень трудно удалить один из уровней многоуровневой модульной структуры. Добавление новых функций и изменение существующих для монолитных операционных систем требует очень хорошего знания всей архитектуры операционной системы и чрезвычайно больших усилий. Очень плодотворным оказался подход, основанный на модели клиент-сервер. Эта модель предполагает наличие программного компонента - потребителя какого-либо сервиса, или клиента, и программного компонента - поставщика этого сервиса, или сервера.

Взаимодействие между клиентом и сервером стандартизируется, так что сервер может обслуживать клиентов, реализованных различными способами и, возможно, разными разработчиками. При этом главным требованием является то, чтобы использовался единообразный интерфейс. Инициатором обмена обычно является клиент, который посылает запрос на обслуживание серверу, находящемуся в состоянии ожидания запроса. Один и тот же программный компонент может быть клиентом по отношению к одному виду услуг и сервером для другого вида услуг. Модель клиент-сервер является скорее удобным концептуальным средством ясного представления функций того или иного программного элемента в той или иной ситуации, нежели технологией. Эта модель успешно применяется не только при построении операционных систем, но и на всех уровнях программного обеспечения, и имеет в некоторых случаях более узкий, специфический смысл, сохраняя, естественно, при этом все свои общие черты. Микроядерные операционные системы в полной мере используют модель клиент-сервер.

При поддержке монолитных операционных систем возникает ряд проблем, связанных с тем, что все компоненты макроядра работают в едином адресном пространстве. Во-первых, это опасность возникновения конфликта между различными частями ядра, во-вторых, сложность подключения к ядру новых драйверов. Преимущество микроядерной архитектуры перед макроядерной заключается в том, что каждый компонент системы представляет собой самостоятельный процесс, запуск или остановка которого не отражается на работоспособности остальных процессов.

Микроядерные операционные системы нынче разрабатываются чаще монолитных. Однако следует заметить, что использование технологии клиент-сервер - это еще не гарантия того, что операционная система станет микроядерной. В качестве подтверждения этому можно привести пример с операционными системами класса Windows NT, которые построены на идеологии клиент-сервер, но которые тем не менее трудно назвать микроядерными. Их «микроядро» имеет уже достаточно большой размер, приставка «микро» здесь вызывает улыбку. Хотя по своей архитектуре супервизорная часть этих систем без каких-либо условностей может быть отнесена к системам, построенным на базе модели клиент-сервер. Причем для последних версий операционных систем с общим названием NT (New Technology) еще более заметным является отход от микроядерной архитектуры, но сохранение принципа клиент-сервер во взаимодействиях между модулями управляющей (супервизорной) части. Для того чтобы согласиться с таким высказыванием, достаточно сравнить операционную систему QNX и операционные системы Windows NT/2000/ХР.

Важнейшие технологические процессы капитального строительства

Возведение монолитных ж/б плит перекрытий и наружных стен

Глава 13 Практика достоверного определения полной восстановительной стоимости

В общем виде операционная система монолитного типа представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызывать другие. Процедуры ОС компилируются, а затем компонуются в единый объектный файл, специального формата, отличающегося от пользовательских приложений.

Однако, организация механизма реализации системных вызовов в такой ОС предполагает всё таки следующую структуру:

1. Главная программа, которая осуществляет обработку системных прерываний;

2. Набор служебных процедур, реализующие системные вызовы;

3. Набор утилит, обслуживающие служебные процедуры.

В ОС программа, которая инициирует и прекращает процессы обработки системных прерываний называется супервизором (supervisor). Спервизор - управляющая резидентная программа в составе операционной системы, координирующая распределение и использование ресурсов вычислительной системы.

В операционной системе может быть несколько супервизоров. Например, С. ввода-вывода контролирует состояние средств ввода-вывода, инициирует и прекращает процессы ввода-вывода. С. основной памяти осуществляет учет и динамическое распределение области оперативной памяти, в которую загружаются программы пользователей и некоторые системные программы. С. страниц организует страничный обмен виртуальной памяти.

В современных ВС в основном речь идёт о модульных ОС с монолитным ядром и в качестве примеров приводятся большинство UNIX-систем Linux; реализуемых на традиционных ядрах, ядро MS-DOS, ядро KolibriOS.

В качестве примера монолитной ОС можно привести ОС MS-DOS, в качестве ядра можно рассматривать два модуля msdos.sys Базовый модуль DOS, файл MSDOS.SYS и io.sys, Модуль расширения BIOS, к ним с системными вызовами обращались командный интерпретатор command.com, системные утилиты и приложения.

Недостатки:

1. Монолитные ядра требуют перекомпиляции при любом изменении состава оборудования.

2. «Разбухание» кода монолитных ядер делает их малопригодными для систем, ограниченных по объёму ОЗУ, например, встраиваемых системах, микроконтроллерах и т. д.

Альтернативой монолитным ядрам считаются архитектуры, основанные на микроядрах.

Альтернативой монолитным ОС выступает архитектура модульной ОС.

Модульные ОС структурно состоят из модулей, каждый из которых реализует определённый набор функций. Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

1. Ядро - модули, выполняющие основные функции ОС;

2. Модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.

Модули ядра выполняют такие базовые функции как управление процессами, памятью, устройствами ввода вывода, обработка прерываний.

Вспомогательные модули как правило подразделяются на следующие:

· утилиты – программы, решающие задачи сопровождения ВС (сжатие дисков, архивация);

· системные обрабатывающие программы (редакторы, отладчики, компиляторы и пр.)

· программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.

· библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений (библиотека математических функций, функций ввода-вывода).

Как и обычные пользовательские приложения, для выполнения своих задач вспомогательные модули, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов. Вспомогательные модули являются транзитными загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера.

Модульное ядро - современная, усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем компьютеров.

Модульность реализуется за счёт механизма подгрузки модулей поддерживающих то или иное аппаратное обеспечение (например, драйверов). При этом не требуются полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппаратного обеспечения компьютера.