- Фундаментные балки монолитные – устройство, монтаж и типы укладки при строительстве зданий
- Содержание:
- Функции железобетонных фундаментных балок
- Преимущества железобетонных фундаментных балок
- Нормативная документация и правила маркировки
- Классификация сборных и монолитных железобетонных балок для фундамента по различным характеристикам
- Основные правила монтажа железобетонных балок
- Вопросы-ответы
- Сборно-монолитные перекрытия — основные преимущества и недостатки сборно-монолитных перекрытий
- Балки МАРКО – Официальный сайт перекрытий МАРКО
- Балки несъёмной опалубки — главный элемент сборно-монолитного перекрытия МАРКО
- Балки МАРКО-АТЛАНТ
- Балки МАРКО-УНИВЕРСАЛ
- Балки МАРКО-ПРОФИЛЬ
- Балки МАРКО-СТАНДАРТ
- Балки МАРКО-ЭКО
- Для тех кто дочитал эту страницу до конца отметим еще раз возможности, которые открывает использование балок МАРКО и перекрытий на их основе. Итак — с балками МАРКО Вы сможете:
- -получить перекрытие с большими пролетами, сложной формой, эркерами, выступами, проемами любой конфигурации;
- -использовать для устройства перекрытий блоки, которые Вы выбрали для стен своего дома;
- -вести монтаж в труднодоступных местах без использования грузоподъемной техники;
- -обеспечить для перекрытий высокие характеристики по тепло и звукоизоляции;
- -снизить стоимость устройства перекрытий и сроки их монтажа;
- -оптимизировать перекрытия по несущей способности;
- -уменьшить вес перекрытий.
- железобетонные и монолитные виды, размеры и способы монтажа
- железобетонные и монолитные виды, размеры и способы монтажа
- Этапы устройства основания
- Как выбирать
- Плюсы и минусы
- Фундаменты и фундаментные балки промышленных зданий.
- Выбор размера и маркировка
- Виды рандбалок
- Эксплуатационные характеристики балок
- Виды фундаментных балок
- Материалы для сборного железобетонного фундамента
- Фундаментные балки — особенности и сфера их применения
- Типоразмеры балок
- Область применения фундаментных балок
- Ошибки при усилении
- Назначение
- Преимущества железобетонных фундаментных балок
- Технология строительства цельной плиты
- Балочный монолитный участок
- Монолитное управление лучом в средней инфракрасной фотонной интегральной схеме с поверхностным излучением
- Монолитный направляющий луч для высокомощных квантовых каскадных лазеров среднего ИК-диапазона
- Монолитное разрешение | монолитная плита | Монолитный фундамент | монолитный фундамент | Преимущества и недостатки монолитного плитного фундамента
- СЕЙСМИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ БАЛКА-КОЛОННА СБОРНОБЕТОННОГО МОНОЛИТНОГО БЕТОНА UHPC
- Монолитная плита I Определение монолита I Монолитное основание I Монолитная плита Фундамент Конструкция фундамента из монолитной плиты L Что такое монолитная плита L Как сформировать монолитную плиту
- Лазерная оптика: монолитные афокальные расширители луча обеспечивают гибкие возможности
Фундаментные балки монолитные – устройство, монтаж и типы укладки при строительстве зданий
Содержание:
- Функции железобетонных фундаментных балок
- Преимущества железобетонных фундаментных балок
- Нормативная документация и правила маркировки
- Классификация сборных и монолитных железобетонных балок для фундамента по различным характеристикам
- Основные правила монтажа железобетонных балок
- Вопросы-ответы
Железобетонные фундаментные балки – изделия, выполняющие функции основания для внешних и внутренних стен зданий ЖБ-балки для фундамента востребованы при строительстве объектов производственного, сельскохозяйственного, общественного, коммерческого назначения. Изделия серии 1.115.1-1 применяются при сооружении жилых строений.
Функции железобетонных фундаментных балок
ЖБ-балка выполняет две основные функции:
- Является несущим изделием для внешних и внутренних стен. При нарушении целостности отмостки ФБ препятствуют потерям тепла из строительного объекта.
- Отделяет стеновые конструкции от грунта и тем самым предотвращает попадание грунтовой влаги в стеновые материалы и сохраняет их эксплуатационные характеристики.
Железобетонные балки используются в качестве оснований самонесущих кирпичных, блочных, панельных стен, стен с навесными панелями. Эти изделия применяются в качестве оснований как для сплошных стен, так и для стеновых конструкций с проемами.
Преимущества железобетонных фундаментных балок
Положительные характеристики ЖБ-балок:
- высокие прочностные параметры;
- устойчивость к влаге;
- стойкость к перепадам температур, низким температурам;
- возможность использования в районах с повышенной сейсмоактивностью.
По сравнению с ленточным фундаментом, сборные и монолитные ЖБ-балки обеспечивают сокращение сроков строительства. К минусам можно отнести большую массу железобетонных изделий, требующую применения тяжелой строительной техники.
Нормативная документация и правила маркировки
Изготовление железобетонных фундаментных балок регламентирует несколько нормативных документов:
- ГОСТ 28737-2016 – «Технические условия». Регламентируют размеры, форму сечений, длину фундаментных балок, правила маркировки, складирования, транспортировки, контроля качественных параметров.
- Серия 1.015.1-1.95. Содержит указания по проектированию и применению ЖБИ для сооружения производственных и с/х объектов.
- Серия 1.115.1-1. Содержит чертежи ФБ, применяемых при возведении жилых крупноблочных, крупнопанельных, кирпичных зданий.
В соответствии с ГОСТом 28736-23016 маркировка фундаментных балок содержит группы букв и цифр, разделенные между собой дефисами. В первой группе указывают цифру и буквы, определяющие тип ФБ:
- 1БФ – сборные для стен с шагом колонн до 6 м, при ширине 0,2 м. Форма сечения – трапециевидная. Ширина верхней грани поперечного сечения – 0,2 м, нижней – 0,16 м, высота – 0,3 м.
- 2БФ – то же при ширине 0,3 м. Форма сечения – тавр. Ширина основания поперечного сечения–0,16 м, верхней части – 0,3 м. Высота – 0,3 м. Длина – 1,45-5,95 м.
- 3БФ – то же, 0,4 м. Сечение тавровое. Ширина основания – 0,2 м, верхней грани – 0,4 м, высота – 0,3 м. Длина – 1,45-5,95 м.
- 4БФ – то же, 0,52 м. Нижнее основание тавра – 0,2 м, верхнее – 0,52 м. Высота – 0,3 м, длина – 1,45-5,95 м.
- 5БФ – сборная с шагом колонн 12 м, при ширине 0,32 м. Форма поперечного сечения – трапеция с нижним основанием 0,24 м, верхним – 0,32 м. Высота – 0,3 м. Длина – 10,3-11,95 м.
- 6БФ – то же, 0,4 м. Форма сечения – трапеция с нижней частью 0,24 м, верхней – 0,4 м. Высота – 0,6 м, длина – 10,3-11,95 м.
- 1БФМ, 2БФМ, 3БФМ, 4БФМ – монолитные при шаге колонн 6 м, при ширине 0,2 м, 0,3 м, 0,4 м и 0,52 м соответственно.
- 5БФМ, 6БФМ – монолитные с шагом колонн 12 м, при ширине 0,3 м, 0,4 м соответственно.
Во второй группе, проставляемой после дефиса, указывают номер ЖБИ по несущей характеристике и класс напрягаемой арматурной стали (для ФБ с предварительно напряженной арматурой).
Третья группа – необязательная, содержит дополнительные параметры, указывающие на специальные условия эксплуатации продукции.
Классификация сборных и монолитных железобетонных балок для фундамента по различным характеристикам
Типы железобетонных фундаментных балок по конструкции:
- сборные для стен с дистанцией между колоннами до 6 м;
- сборные с шагом колонн 12 м;
- монолитные с интервалом между колоннами до 6 м;
- монолитные с дистанцией между колоннами 12 м.
ЖБ-балки по месту установки разделяют на:
- пристенные – выполняют функции опор несущих стеновых конструкций;
- связные – предназначены для укладки между колоннами;
- рядовые – размещают между пристенными и связными ЖБИ;
- санитарно-технические – востребованы в специальных случаях.
По состоянию арматуры балки для фундамента разделяют на изделия с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой.
Основные правила монтажа железобетонных балок
Основные этапы укладки ЖБ-балок:
- Подготовительные мероприятия. Включают подготовку оснований под укладку балок, разметку, осмотр изделий на предмет соответствия их внешнего вида требованиям нормативов. Перед подъемом ЖБИ все опорные поверхности очищают от грязи, льда и снега.
- Подъем. Строповка ЖБИ осуществляется только в местах, специально предназначенных для этой цели. Подъем осуществляется в 2 этапа. Первый – пробный, заключается в подъеме ЖБИ над землей на высоту 0,2-0,3 м для проверки прочности строп. Второй – перемещение строительного элемента на отведенное для него место.
- Установка и коррекция положения балки.
Вопросы-ответы
Каковы правила транспортировки фундаментных балок?
Перевозить ФБ допускается штабелями высотой до 2,0 м. Высота штабеля может превосходить ширину не более чем в 2 раза. Для обеспечения устойчивости при складировании востребованы специальные кондукторы. Между ФБ и штабелями предусматривают прокладки.
Можно ли использовать ЖБ-балки в строительных конструкциях с ленточным остеклением?
Да, это допускается. В этом случае обычно выкладывается кирпичный цоколь по всей длине ФБ.
В каких случаях применение ФБ наиболее эффективно?
Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам ЖБ-балки востребованы:
- в регионах с высокой сейсмоактивностью;
- на рыхлых грунтах;
- в регионах с суровым климатом;
- на участках с высоким расположением грунтовых вод и грунтами с повышенной кислотностью.
Сборно-монолитные перекрытия — основные преимущества и недостатки сборно-монолитных перекрытий
Какое перекрытие лучше для двухэтажного дома из газобетона или другого каменного материала? Как правило, застройщики выбирают железобетонную плиту – монолитную или пустотную, заводского изготовления. Но есть и третий вариант, со своими преимуществами, – сборно-монолитное перекрытие. Каковы его плюсы и технология монтажа?
Вначале несколько слов о перекрытии как таковом. Это горизонтальный элемент здания, разделяющий смежные этажи либо отделяющий этаж от подвала, цоколя или чердака. Перекрытие воспринимает нагрузки (постоянные и временные), передавая их на другие конструкции дома, а также связывает между собой несущие стены, обеспечивая жесткость и устойчивость всего здания.
Каким должно быть перекрытие?- Достаточно прочным, чтобы выдерживать собственный вес и нагрузки – как равномерно распределённые, так и точечные. Согласно нормам*, перекрытия в жилых зданиях должны выдерживать распределённую нагрузку не менее 150 кг/м2 (с учётом снеговой нагрузки, например, для Московской области, речь идёт о 210 кг/м2).
- Жёстким: способным сопротивляться прогибу под воздействием нагрузок. В случае междуэтажных перекрытий прогиб не должен превышать 1/250 пролёта.
- Устойчивым, не зыбким. Не должно быть колебаний, когда люди ходят по перекрытию или перемещают мебель. Их не будет, если собственный вес перекрытия – не менее 150 кг/ м2.
- Препятствующим распространению воздушного шума.
- Теплозащитным, когда перекрытие отделяет тёплое помещение от холодного подвала или чердака.
- Огнестойким в соответствии с противопожарными требованиями.
Качественные, проверенные временем сборно-монолитные конструкции представлены продукцией YTONG (Xella Россия). Это разновидность часторебристых железобетонных перекрытий, которые сооружаются на стройплощадке.
Основные элементы такого перекрытия:
- Металлическая балка. Она представляет собой конструкцию заводского изготовления – профиль из оцинкованной стали, к которому приварен треугольный арматурный каркас. На объекте каркас заливают бетоном, тем самым формируя железобетонную балку.
- Несъёмная опалубка из стандартных газобетонных блоков, укладываемых в пространство между балок. Элементы опалубки прочно соединяются друг с другом монолитным бетоном.
- Монолитная бетонная плита толщиной не менее 50 мм.
- Отличное сочетание цены и качества. Это самые бюджетные железобетонные перекрытия. Сборно-монолитные конструкции могут быть дешевле обычных монолитных на 30%. Это достигается в том числе за счёт снижения стоимости работ, поскольку монтаж ведётся очень быстро.
- Высокая скорость возведения, что особенно актуально для тех, кто строит дом своими силами. Балки приходят на объект полностью готовыми к монтажу, под конкретные размеры и конфигурацию перекрываемого проёма. Газобетонные блоки для перекрытий также стандартные. Если под монолитное перекрытие нужно выстраивать съёмную опалубку вместе со вспомогательными материалами, то в сборно-монолитном опалубкой служат блоки и стены, на которые опирается перекрытие.
Кроме того, для монтажа сборно-монолитного перекрытия, как правило, не нужен кран или другие грузоподъёмные механизмы, все работы ведутся вручную (на финальном этапе необходим бетононасос). Вес балки – около 6 кг/ пог.м. Бригада из четырёх человек сооружает сборно-монолитное перекрытие площадью 100 м2 в среднем за 3 дня – от установки балок до бетонирования.
- Возможность монтажа на объектах, где затруднён заезд тяжёлой техники на участок. В этом преимущество сборно-монолитных перекрытий над готовыми пустотными железобетонными плитами. Такие плиты нужно подвозить к стройплощадке и устанавливать на стены с помощью крана. Притом доставить плиты для обустройства больших пролётов проблематично в силу очень большого веса конструкций, необходимых для этого.
В случае газобетонных стен под пустотные плиты придётся выполнять армопояс в кладке по периметру перекрытия: он будет распределять нагрузку от конструкции. К тому же плиты требуется дорабатывать, например, создавать на них монолитные участки с закладными деталями, к которым будет крепиться монолитная межэтажная лестница. Наконец, максимальный диаметр монтажных отверстий под каналы для коммуникаций не может превышать 100 мм. Сборно-монолитные перекрытия лишены всех этих недостатков.
- Полезная несущая способность – 450 кг/м2. Это более чем в два раза превышает требования строительных норм для перекрытий. Сборно-монолитные конструкции жёсткие и устойчивые. Они хорошо защищают от воздушного шума и отвечают требованиям пожарной безопасности.
- Возможность перекрыть безопорные пролёты длиной до 9 м.
- Возможность обустроить проёмы даже сложной формы (с эркерами, выступами и т.п.), а также балконы, консоли и другие элементы.
- Сборно-монолитные – самые лёгкие из железобетонных перекрытий. Их собственный вес – 280 кг/м2.
- Если работы по бетонированию выполнены качественно, то можно не делать бетонную стяжку поверх перекрытия, достаточно лишь тонкослойного наливного пола. Конечно, при условии, что не нужно «прятать» в полу коммуникации, иначе понадобится стяжка. Для сравнения: поверх пустотных плит всегда устраивают стяжку толщиной не менее 30 мм. А это дополнительные работы, затраты денег и времени.
- Удобство доставки: на одной грузовой машине можно привезти балки и блоки в количестве, достаточном для перекрытия пролётов площадью до 200 м2. Кроме того, можно включить блоки для перекрытия и стен в одну доставку.
Отметим ещё несколько особенностей сборно-монолитных перекрытий. Такие конструкции очень удобны для самостройщиков и тех, кто строит дом с помощью бригады, но без детального проекта. Вы обращаетесь в компанию, которая продаёт готовые балки для перекрытий такого типа. Компания, зная размеры и конфигурацию проёма, который нужно перекрыть, сама разрабатывает монтажную схему: количество и размеры балок, карту их установки. Остаётся только смонтировать конструкцию.
Кроме того, монтаж сборно-монолитного перекрытия довольно простой, благодаря чему исключаются многие ошибки, которые можно допустить при устройстве классического монолитного перекрытия.
Ещё нюанс. Сборно-монолитные конструкции часто используют при реконструкции зданий, когда нужно заменить ветхое перекрытие. Удобство в том, что балки и блоки можно поднимать вручную, имеющаяся коробка здания не мешает этому. К тому же расход бетона для такого перекрытия меньше, чем для обычного монолитного, что упрощает бетонирование даже при наличии готовой коробки дома и затруднениях в подаче бетононасоса.
Получить расчет стоимости и купить сборно-монолитные перекрытия можно у официальных дистрибьютеров YTONG
Конструктивные особенностиКак уже говорилось, балка состоит из оцинкованного профиля (полки), 120 х 40 мм, к которому приварен треугольный арматурный каркас.
Верхнее продольное армирование делают из прутка диаметром 8 мм, а нижнее – из двух прутков диаметром 12 мм. Но есть нюанс. Когда необходимо выполнить длинный безопорный пролёт, то балку усиливают за счёт дополнительного армирования. Снизу в каркасе предусматривают третью продольную арматуру расчётного диаметра, например, 25 мм для балки длиной 9 м. Верхнее и нижнее армирование объединяют в единую конструкцию поперечной диагональной арматурой диаметром 5 мм.
Для заполнения перекрытия можно использовать газобетонные блоки любой марки по плотности – D400, D500. Притом плотность газобетона мало влияет на несущую способность перекрытия, ведь блоки выполняют функцию несъёмной опалубки, а за восприятие нагрузки отвечает железобетонная плита.
Стандартный размер применяемых блоков – 625 х 200 х 250 мм. Блок с каждого торца должен опираться на оцинкованный профиль на величину не менее 40 мм. Исходя из этого, шаг между балками должен быть 725 мм.
Может возникнуть вопрос: безопасна ли конструкция, где блоки зажаты между балок? Не вывалятся ли они? Конечно, нет. Подобные перекрытия активно применялись ещё в советское время, и тогда блоки просто зажимались между балками. Но за счёт бетонирования они соединялись в монолитное единое целое, и никаких проблем с перекрытиями не было. В современных балках предусмотрены полки для удержания блоков, так что надёжность конструкции ещё выше.
Обратите внимание: несмотря на заполнение газобетоном – материалом с хорошими теплозащитными свойствами – сборно-монолитные перекрытия требуется утеплять, если они отделяют тёплые помещения от улицы.
Монтаж балокРассмотрим наиболее распространённую ситуацию – монтаж такого перекрытия в доме из газобетона.
Работы начинают с монтажа балок. Их укладывают на несущие стены, при этом каждая балка должна заходить на кладку на расстояние не менее 150 мм. Чтобы добиться точного расстояния между балками, в пролёт между ними по периметру стен укладывают блоки (по одному в каждый пролёт).
Для сооружения проёмов в перекрытии, балконов, консолей и других архитектурных элементов можно стыковать балки друг с другом под прямым углом. Балки связывают в единое целое за счёт Г-образных арматурных прутов. Нижний ряд арматуры соединяют прутами диаметром 12 мм, верхний – прутами диаметром 8 мм. Для дополнительной усиливающей арматуры используют пруты того же диаметра, что и у неё. По периметру проёма сооружают опалубку из фанеры, древесины, пенополистирола или других материалов. Опалубка не позволит бетону попасть в проём.
Под балками обязательно устанавливают временные опоры, обычно телескопические стойки и профильные трубы. Какой-либо зазор между опорами и балками недопустим, иначе впоследствии возможен прогиб перекрытия. Шаг опор под одной балкой – не более 1,6 м. Опоры монтируют до укладки блоков на балки.
Подготовка к бетонированиюДалее предусматривают армирующий монолитный пояс по всему периметру перекрытия, в его плоскости. Он позволяет надёжно связать перекрытие с несущими стенами, а также придать пространственную жёсткость всему зданию и предотвратить появление трещин в нём. К арматурным выпускам на торцах балок крепят каркас из четырёх продольных прутов диаметром от 8 до 12 мм. Арматуру связывают друг с другом металлической проволокой диаметром 6 мм, расстояние между хомутами – 200 мм. Армирующий пояс будет бетонироваться одновременно со всем перекрытием.
Затем сооружают опалубку по периметру перекрытия. Её выполняют из газобетонных блоков толщиной 100-150 мм. Их фиксируют к стенам также, как стеновые блоки – с помощью тонкошовного клея. С внутренней стороны к блокам приклеивают плиты теплоизоляции из пенополистирола – обычного или экструдированного. Стандартная толщина плит – 50 мм. Они служат терморазрывом – препятствуют промерзанию здания через перекрытие.
Между балками укладывают газобетонные блоки, плотно стыкуя их друг с другом. Поверх блоков и армопояса раскатывают сварную арматурную сетку с ячейками 100 х 100 мм, диаметр её проволоки 5 мм. Сетка будет находиться примерно посередине бетонной плиты (на высоте 20-25 мм), поскольку она опирается на верхний арматурный пояс балок, а он возвышается над блоками. При необходимости под сетку кладут пластиковые фиксаторы, которые предотвращают её провисание и тем самым гарантируют равномерный слой раствора под ней при бетонировании. Сетку можно просто укладывать, а можно для большей надёжности крепить к арматурному поясу вязальной проволокой.
БетонированиеДальше заливают тяжёлый бетон с классом по прочности на сжатие не ниже В20. Заливка ведётся бетононасосом.
Уплотняют и выравнивают бетон виброрейкой – электрической или бензиновой. Некоторые строители применяют глубинные вибраторы для бетона. Однако специалисты не рекомендуют делать это, поскольку есть опасность, что под давлением, создаваемым вибратором, газобетон «выдавит» за пределы армопояса по периметру перекрытия.
Бетон обретает марочную прочность через 28 суток после заливки. Однако демонтировать опоры и продолжить строительство здания можно по достижении бетоном 70% прочности. Летом это происходит примерно через неделю. Но нужно быть уверенным, что это произошло. Поэтому прочность измеряют специальным прибором, и только на основании его показаний приступают к дальнейшим работам. Ну или ждут 28 суток.
Со стороны нижнего этажа перекрытие можно легко отделать тем или иным материалом. Например, оштукатурить толстым слоем по сетке из стекловолокна.
Можно ли прокладывать инженерные коммуникации в сборно-монолитном перекрытии?Когда перекрытие полностью готово, можно прокладывать коммуникации, выполняя штробы в блоках со стороны нижнего этажа. Другой вариант – проводить коммуникации в толще цементно-песчаной стяжки, сооружаемой поверх плиты перекрытия. Некоторые строители прокладывают систему тёплого пола и канализацию, в монолитной части перекрытия. То есть закладывают их ещё до бетонирования, зачастую подрезая для этого блоки. Тем самым экономят на стяжке.
Но это не лучшее решение, поскольку оно может привести к снижению несущей способности перекрытия. Например, при устройстве тёплого пола толщина всей плиты уменьшается на величину диаметра труб – как правило, 16 мм. Кроме того, трубы фиксируют к арматурной сетке, и она может деформироваться под весом такого перекрытия. Наконец, если случится авария тёплого пола, пострадает всё перекрытие. Поэтому коммуникации в стяжке предпочтительнее.
Полную информацию о технологии возведения дома из газобетона можно получить на бесплатном курсе по строительству из YTONG
*СНиП 2. 01.07-85 «Нагрузки и воздействия»
Балки МАРКО – Официальный сайт перекрытий МАРКО
Балки несъёмной опалубки — главный элемент сборно-монолитного перекрытия МАРКО
ВИДЕО НА YOUTUB
Назад
Далее
Совершенствование сборно-монолитных перекрытий обусловлено главным образом внесением изменений в конструкцию балок несъёмной опалубки. Широко используемая в большинстве стран Евросоюза балка представляет собой бетонный брусок, весом 12-17 кг/м.п. со свободным (частично) треугольным арматурным каркасом. В Европе такой каркас чаще называют решетчатой фермой. Своим появлением ферма обязана Францу Фильцмозеру, который в 1962 года получил в Австрии патент. Спустя год здесь же появился станок для производства каркасов, который до настоящего времени остается техническим стандартом для машин подобного типа. Высокая производительность оборудования позволила резко расширить сферу использования сборно-монолитных перекрытий. С момента создания прошло более полувека, но в конструкции бетонной балки ничего не изменилось. Менялись только блоки, которые используются в опалубке для заполнения межбалочного пространства.
Вес погонного метра бетонной балки с предварительно напряженной арматурой увеличивается до 18-30 кг.
В странах бывшего соцлагеря балку в 1989 году начала производить Польша. Под торговой маркой TERIVA перекрытия с бетонной балкой здесь до настоящего времени используются очень широко. Под собственной торговой маркой ДАХ польские перекрытия TERIVA скопировала белорусская фирма АИСТ. Еще одна копия с сохранением торговой марки спустя некоторое время появилась на Украине. Более «основательно» подошли к копированию в Молдове. Здесь без всякого упоминания о польской ТЕРИВЕ появился полный ее аналог под брендом Radial Plus. Несколько лет назад этот аналог успешно перебазировался в Россию и обосновался в Тульской области. В 2014 году компания РАРИТЕТ без каких-либо изменений запустила производство перекрытий TERIVA в С.Петербурге. Спустя почти пятьдесят лет после создания перекрытия TERIVA появились и в России.
На примере бетонной балки, которая используется пятьдесят лет без изменений, неискушенный застройщик может сделать вывод о том, что технический прогресс в строительной отрасли остановился. И это при условии, что опытные строители отмечают у бетонных балок для сборно-монолитных перекрытий немало проблемных мест. К ним в первую очередь они относят: относительно высокий вес балки, наличие холодного шва между «старым» бетоном балки и «новым» бетоном, который заливается на строительной площадке, отсутствие возможности стыковки балок между собой, избыточную «хрупкость» бетонного бруска при транспортировке и складировании.
Специалисты нашей компании с остановкой прогресса в технологии перекрытий не согласились. В результате за шесть лет разработали и защитили патентами пять новых типов балок для перекрытий. С появлением в 2012 году первого патента начался отсчет российской технологии перекрытий МАРКО. Ниже в обратном хронологическом порядке мы расскажем о всех балках, которые в то или иное время использовались в перекрытиях МАРКО.
Важно отметить, что производство бетонных балок ТЕРИВА в России в настоящее время прекращено и в С.Петербурге, и в Тульской области. Обусловлено это в первую очередь началом массового производства нашей компанией современных балок МАРКО-АТЛАНТ, о преимуществах которых вы узнаете ниже.
Балки МАРКО-АТЛАНТ
Несъемная опалубка сборно-монолитных перекрытий не участвует в формирование несущей способности перекрытий. Этот постулат существует более ста лет. На его основе сформировались и применяются до сих пор модели оценки прочности перекрытий, в которых места для опалубки не нашлось. В результате прочность готового перекрытия оценивается без учета прочности основания балки. Имеющее место повышение прочности, как говорят специалисты, идет в запас.
Ситуация не изменилась и после того, как специалисты компании заменили тяжелый бетонный брусок балки СТАНДАРТ на легкий тонкостенный стальной профиль (информацию о балках с тонкостенным профилем смотрите ниже).
Прочно связанный с бетоном стальной профиль, площадь поперечного сечения которого равна 319 мм2, конструкторы-строители при оценке несущей способности перекрытия по-прежнему считают всего лишь формообразующим элементом.
В тоже время уже более тридцати лет известны перекрытия, в которых тонкостенная несъемная стальная опалубка включена в силовую конструкцию перекрытия. Речь идет о так называемых сталебетонных перекрытиях на основе профилированного листа. На стенках профлиста этих перекрытий при его изготовлении выполняются специальные выштамповки. В основополагающей работе показано, что профлист с выштамповками повышает прочность готового перекрытия почти в три раза.
Аналогичную по назначению, но существенно отличающуюся по результату работу, специалисты нашей компании провели для стального профиля УНИВЕРСАЛ. На дне профиля появились специальные выштамповки, высота которых 4,5 мм. Но не только они. На внутренних стенках профиля, контактирующих напрямую с бетоном, нам удалось при изготовлении выполнить перфорацию специальной формы, напоминающую всем известную терку для овощей.
Назвать полученную перфорацию «терочной» показалось несолидным. Поэтому пришлось ввести в обращение новый для России технический термин — перфорация с отбортовкой. Это термин использован в патенте, который Федеральный институт промышленной собственности зарегистрировал в 2016 году.
В результате на стенках профиля появились элементы, назначение которых в значительной мере аналогично назначению рифлений на арматуре периодического профиля. Таким образом, гладкий профиль УНИВЕРСАЛ, не участвующий в работе перекрытия, превратился в «рифленый» профиль АТЛАНТ, который своим участием существенно усилил конструкцию перекрытия МАРКО.
Важно еще раз отметить, что площадь поперечного сечения профиля АТЛАНТ равна 319 мм2 и практически совпадает с площадью поперечного сечения одной стальной рифленой арматуры диаметром 20 мм ( 314 мм2) или четырех арматур диаметром 10 мм.
Фактически в армировании балки сборно-монолитного перекрытия к двум имеющимся стержням продольной рабочей арматуры диаметром 10 мм (общая площадь поперечного сечения 157 мм2) прибавились еще два таких же стержня. За счет «работающего» профиля коэффициент армирования бетона балки перекрытия увеличился в два раза.
Перфорация и выштамповки обеспечили обновленному российскому профилю гарантированное сцепление с бетоном готового перекрытия. В результате стальной высокопрочный профиль АТЛАНТ принял на себя значительную часть нагрузок, действующие на перекрытие. С этого момента профиль превратился в рифленую внешнюю арматуру в составе перекрытия МАРКО, которая работает точно также, как работает в перекрытии обычная стержневая рифленая арматура, расположенная внутри бетона. У этой внешней арматуры есть одна особенность — она сцепляется не только с бетоном балки перекрытия, но и бетоном монолитного пояса по периметру перекрытия. С этого момента монолитный пояс стал пятым элементом перекрытия МАРКО наряду с балками несъемной опалубки, блоками, арматурной сеткой и скрепляющим бетоном.
Таким образом, в перекрытиях МАРКО-АТЛАНТ используется два типа арматуры — внутренняя и внешняя. Причем вторая выполняет и традиционную для сборно-монолитных перекрытий функцию несъемной опалубки. Графические элементы, демонстрирующие сцепление профиля с бетоном перекрытия, вошли в новый товарный знак перекрытия АТЛАНТ, заявка на регистрацию которого подана в ФИПС в августе 2018 года.
Включение профиля в несущую конструкцию готового перекрытия позволило:
- уменьшить диаметр рабочей арматуры каркаса;
- уменьшить общую толщину перекрытия и его собственный вес;
- снизить стоимость готового перекрытия.
Последнее обстоятельство позволило во многих проектах составить серьезную конкуренцию перекрытиям на основе пустотных плит, которые до настоящего времени считались самым экономичным вариантом устройства перекрытий. Привлекают застройщиков и сроки поставки перекрытий АТЛАНТ на объекты. Даже в разгар строительного сезона срок поставки перекрытия с момента оформления заказа не превышает пяти рабочих дней. В Подмосковье этот срок снижен до двух дней. Плиты перекрытия в летнее время приходится ждать 4-5 недель.
Для оформления заказа на перекрытия МАРКО-АТЛАНТ необходимо заполнить Форму заказа перекрытий. .
Балки МАРКО-УНИВЕРСАЛ
Новаторская разработка профиля АТЛАНТ обеспечила включения его в силовую конструкцию перекрытия. Несколькими годами ранее такая же новаторская разработка профиля УНИВЕРСАЛ существенно изменила конструкцию перекрытия как таковую.
И вот почему. Форма поперечного сечения бетонной балки СТАНДАРТ и тонкостенной стальной балки ПРОФИЛЬ предполагает использование для заполнения межбалочного пространства блоков специальной Т-образной формы. Иными словами, эти балки и блоки для них конструктивно жестко связаны. В Европе производство блоков из самых различных материалов (керамзитобетон, пескобетон, теплая керамика, пенопласт и др.) превратилось в отдельный бизнес. В России каждая компания, предлагающая бетонные балки, производит блоки только для себя.
Неразрывная конструктивная связь балок СТАНДАРТ и ПРОФИЛЬ с блоками специальной Т-образной формы существенно ограничивала распространение перекрытий МАРКО по территории России. Возить Т-образные блоки на значительные расстояния накладно, налаживать производство блоков в каждом регионе еще накладнее. У производителей газобетона, которые предлагают сборно-монолитные перекрытия с бетонными балками, блоки буквально выпиливаются вручную из серийных стеновых блоков. Такая трудоемкая технология изготовления пазов на блоках приводит к значительному их удорожанию.
Разработанная специалистами нашей компании форма поперечного сечения профиля УНИВЕРСАЛ позволяет использовать для перекрытий стандартные (типовые, заводские) стеновые или перегородочные блоки из газобетона, керамзитобетона, теплой керамики и других строительных материалов. Отпала необходимость в дорогих специальные Т-образных блоках. В результате стоимость перекрытий снизилась, одновременно повысилась их доступность.
Характерный пример в этом плане — перекрытия МАРКО-ГАЗОБЕТОН. Сегодня газобетон производят почти семьдесят заводов, блоки из газобетона продаются на каждом строительном рынке страны.
Заводы предлагают блоки с размерами от 50 до 600 мм. Такая широкая размерная номенклатура позволяет без проблем обеспечить в любом городе России необходимую проектную толщину перекрытий и перекрыть пролеты до 12 м.
Известные газобетонные заводы быстро оценили все преимущества новой балки. К ним в первую очередь следует отнести питерский АЭРОК, московские BONOLIT и YOTONG. Специалисты завода BONOLIT приняли участие в проведении испытаний перекрытий МАРКО на огнестойкость. Плита для проведения испытаний была укомплектована блоками BONOLIT.
Самые высокие в России показатели по огнестойкости перекрытий (120 мин) были получены с блоками завода из подмосковной Старой Купавны. Следует подчеркнуть, что после двухчасового огневого воздействия при температуре 1000 градусов ни один газобетонный блок BONOLIT даже не треснул.
Большинство заводов по производству теплой керамики предлагают покупателям перегородочные блоки толщиной от 8 до 12 см. Из этих блоков легко набрать необходимую проектную толщину керамического перекрытия.
Именно такие блоки легли в основу перекрытия МАРКО-КЕРАМИКА. У застройщиков, отдающих предпочтение тому или иному строительному материалу, появилась возможность использовать этот материал не только для стен, но и для перекрытий. Доступность стандартных блоков позволяет снизить стоимость перекрытий.
Балки УНИВЕРСАЛ и АТЛАНТ легко стыкуются под углом друг к другу. Это позволяет формировать на базе перекрытий балконы, консоли, а также включать в перекрытия проемы различной формы. Характерный пример — дом Лотос в Подмосковье, в котором использованы перекрытия МАРКО с балками УНИВЕРСАЛ.
Застройщикам важно понимать, что стыковку балок под углом обеспечивают только профильные (включающие стальной тонкостенный профиль) перекрытия МАРКО. Стыковка под углом бетонных балок невозможна.
Конструкция профиля УНИВЕРСАЛ и балок на его основе защищена патентом РФ
Балки МАРКО-ПРОФИЛЬ
Появление облегченной балки МАРКО-ПРОФИЛЬ обусловлено стремлением наших специалистов снизить вес бетонных балок СТАНДАРТ, который значительно усложнял их монтаж на объектах реконструкции. Короткое видео демонстрирует трудности, с которыми сталкивались рабочие при монтаже бетонных балок в закрытом помещении. Особенно усложняется монтаж бетонных балок, если их длина увеличивается до 8-10 м, а вес до 150-170 кг.
Решить задачу кардинального снижения веса балок удалось в 2012 году. Бетонный брусок в балке СТАНДАРТ специалисты компании заменили аналогичным по размерам поперечного сечения С-образным тонкостенным стальным профилем. Погонный вес балки при этом уменьшился с 15 до 5 кг. Трудоемкость монтажа балок значительно снизилась. Новизну технического решения подтвердил патент РФ.
Практика использования новой балки открыла целый ряд положительных особенностей конструкции. К ним в первую очередь следует отнести возможность стыковки балок под углом. По сути стыковка балок ПРОФИЛЬ во многом аналогична устройству стыков в конструкциях из легких стальных тонкостенных конструкциях (ЛСТК). Незначительно усложняет этот процесс только необходимость дополнительного армирования места стыка.
Используя стыковку балок архитекторы, конструкторы и обычные застройщики могут достаточно легко выполнить в перекрытии консоли, балконы, проемы любой формы.
Балки можно собирать непосредственно на строительном объекте. В некоторых случаях только за счет такой возможности конструктору удается решить поставленные архитектором задачи. На картинке справа на основе профильных балок выполнен козырек с консольным вылетом почти три метра.
На основе балок ПРОФИЛЬ специалистам компании удалось в процессе реконструкции деревянного перекрытия в московской квартире реализовать пролет 11.9 м. Работа эта была проведена без отселения жильцов квартиры, расположенной этажом ниже. Для этого была разработана специальная фиксирующая система, к которой балки подвешивались на время бетонирования.
Технологический процесс замены деревянных и ослабленных перекрытий значительно упростился. Ушли в прошлое тяжелые стальные балки, которые приходилось затаскивать в помещение отдельными частями, а затем стыковать эти части на месте.
Балки МАРКО-СТАНДАРТ
МАРКО-СТАНДАРТ стало первым отечественным сборно-монолитным перекрытием, которое нашло свое место в строительстве. Бетонные балки этого перекрытия производятся с 2008 года до настоящего времени и уже стали классикой отечественной сборно-монолитной технологии. На картинке первая модель балки, выполненная в программе SolidWorks.
Для изготовления балок были спроектированы и изготовлены три обогреваемых вибростенда, которые позволяли производить в сутки до 500 м.п балок. Балки СТАНДАРТ в 2011 году вошли в состав сборно-монолитного перекрытия ИТОНГ. Только в 2016 году ИТОНГ начал предлагать покупателям наряду с бетонными балки и облегченные балки УНИВЕРСАЛ.
С использованием балок СТАНДАРТ реализованы перекрытия с пролетами до 10 м.
Несъёмная опалубка перекрытия СТАНДАРТ комплектовалась легкими блоками из полистиролбетона, которые позволили значительно снизить собственный вес перекрытия и в результате увеличить допустимую полезную нагрузку. При необходимости увеличения толщины перекрытия опалубка комплектовалась доборными плитами из полистиролбетона или пенопласта.
Перекрытиями с бетонными балками укомплектованы в России тысячи объектов. Несмотря на относительно высокий вес балок СТАНДАРТ они поставлялись за тысячи километров от Москвы. Техническая необходимость часто заставляла потребителей не считаться с высокими транспортными издержками. Самая дальняя поставка из известных — Омск.
После появления облегченных балок нового поколения мы начали явственнее говорить о врожденных недостатках бетонных балок. К ним в первую очередь следует отнести высокий по сравнению с тонкостенными профильными балками вес. Последний значительно ограничивает возможности использования перекрытий СТАНДАРТ внутри закрытых помещений. В этом видео проведено наглядное сравнение трудоемкости монтажа бетонных и профильных балок. «Ручной» монтаж — главное конкурентное преимущество сборно-монолитных перекрытий в их сравнении с пустотными плитами и монолитом.
Как ни прискорбно, но бетонные балки вынуждены будут в ближайшее время уступить место на рынке перекрытий облегченным балкам нового поколения. Аргументы для их дальнейшего использования исчерпаны. В памяти благодарных потомков они навсегда останутся классикой мирового и отечественного сборно-монолитного строительства.
Балки МАРКО-ЭКО
Сотрудники нашей компании постоянно проводят эксперименты по совершенствованию балок несъемной опалубки для перекрытий МАРКО. В одной из таких экспериментальных балок тяжелый бетонный элемент был заменен деревянным бруском с размерами поперечного сечения 120х40 мм. При этом исходили из того, что дерево в России широко распространенный экологически чистый материал Отсюда и название новой балки МАРКО-ЭКО. Балками с деревянным основанием были укомплектованы несколько объектов. Результаты экспериментального использования балок МАРКО-ЭКО позволяют сделать следующие выводы:
- рабочая арматура в балке расположены достаточно высоко от нижнего основания перекрытия, что приводит к снижению его прочностных характеристик;
- пролеты более 6 м реализовать на основе деревянной балки достаточно сложно, в силу отсутствия пиломатериала большей длины;
- балки с деревянным основанием вызывают много вопросов по части огнестойкости.
Деревянное основание для балок удобно использовать частным застройщика, которые решили смонтировать перекрытие самостоятельно. Это позволит достаточно значимо снизить расходы на устройство перекрытия.
Для тех кто дочитал эту страницу до конца отметим еще раз возможности, которые открывает использование балок МАРКО и перекрытий на их основе. Итак — с балками МАРКО Вы сможете:
-получить перекрытие с большими пролетами, сложной формой, эркерами, выступами, проемами любой конфигурации;
-использовать для устройства перекрытий блоки, которые Вы выбрали для стен своего дома;
-вести монтаж в труднодоступных местах без использования грузоподъемной техники;
-обеспечить для перекрытий высокие характеристики по тепло и звукоизоляции;
-снизить стоимость устройства перекрытий и сроки их монтажа;
-оптимизировать перекрытия по несущей способности;
-уменьшить вес перекрытий.
железобетонные и монолитные виды, размеры и способы монтажа
При обустройстве фундаментных оснований для современных строений проектом предусматривается использование усиливающих элементов. Один из них – фундаментная балка (ФБ), способная выдерживать значительные нагрузки от стен возводимого здания. Применение таких элементов позволяет защитить пористые стеновые материалы (кирпичные, например) от контакта с грунтом.
Содержание
- Определение фундаментной балки и ее основные характеристики
- Размеры балок
- Предназначение ФБ
- Технологии изготовления балок
- Технология монтажа фундаментных балок
Определение фундаментной балки и ее основные характеристики
Балки фундаментныеБалка фундаментная железобетонная – строительная конструкция, являющаяся несущим элементом для внутренних и наружных стен возводимых строений. Кроме того, она отделяет их от грунта – выполняет функцию гидроизоляционной защиты.
Основные характеристики:
- возможность удерживать тепло;
- морозостойкость;
- устойчивость к воздействию внешних нагрузок.
Эти показатели существенно продлевают сроки эксплуатации возводимых конструкций. Способность выдерживать значительные нагрузки со стороны стен и перегородок позволяет использовать ФБ при обустройстве подвалов и фундаментов.
Размеры балок
По своим конструктивным характеристикам фундаментные балки различаются размерами: длиной основания, его высотой и шириной. Длина балок от 430 до 595 см. Ширина фундаментных изделий высчитывается по уровню боковых плоскостей – от 20 до 52 см. Высота всех разновидностей опорных плит составляет 45 см, за исключением отдельных марок: для ФБ 6-40 и ФБ 6-45, например, высота 30 см.
Предназначение ФБ
Железобетонные опорные балки широко применяются при возведении промышленных и сельскохозяйственных объектов. При их использовании отпадает необходимость в обустройстве дорогостоящего монолитного фундамента, используемого при строительстве жилых зданий. Армированные балки востребованы в следующих ситуациях:
- обустройство самонесущих конструкций блочного или панельного типа;
- возведение кирпичных стен с навесными панелями;
- при сооружении сплошных простенков и фасадов с дверными и оконными проемами.
По месту установки строительные конструкции делятся на опорные, монтируемые под наружные стены, связывающие и обычные балки. Как альтернатива ленточному фундаменту сборные конструкции характеризуются простотой монтажа и низкой стоимостью.
Технологии изготовления балок
Изготовление монолитной фундаментной балкиПо особенностям технологий изготовления ФБ делятся на следующие виды:
- сборные;
- монолитные;
- комбинированные (сборно-монолитные).
Сборные ФБ широко применяются при возведении каркасных строений и облегченных конструкций. В отдельных случаях, когда предполагаемая нагрузка на фундамент превышает средний показатель, имеет смысл заливать ФБ на месте – применять монолитные балки.
Работы по их обустройству проводятся в полном соответствии требованиям нормативов по заливке монолитных фундаментных оснований из бетона. Они включают в себя следующие этапы:
- подготовка опалубки;
- сварка и закладка арматурного каркаса;
- загрузка в опалубку бетонного раствора.
Перед заливкой монолитной ФБ согласно проектной документации наружу выводятся связующие элементы в виде стержней заданного размера и толщины. Они обеспечивают связку с элементами фундамента, если это предусмотрено проектом. Однако чаще всего такой жесткой связи монолитной ФБ с колоннами и фундаментом не предусматривается. Балочную опору в этом случае допускается делать не сплошной, а с технологическими разрывами. Такая возможность особо востребована при возведении стен на основе сэндвич панелей. Величина разрыва составляет незначительную величину (не более 50 мм). Образующийся зазор не бетонируется, а заполняется минеральной ватой, обеспечивающей нужный уровень теплоизоляции.
К преимуществам готовых монолитных ФБ относят простоту и высокую скорость монтажа. Для их укладки используются специальные петли, отливаемые на заводах по производству ж/б изделий, благодаря которым фундаментные балки допускается размещать в уступе стакана под колонну. При этом жесткое сочленение с фундаментной основой строения совсем не обязательно. И все же в ряде случаев для повышения устойчивости конструкции применяется метод обвязки ФБ хомутами (комбинированный способ).
При любом варианте фиксации балочной опоры для стен возводимого объекта необходим строгий контроль совпадения ее осевой линии и существующей разметки. От точности соблюдения этого требования и надежности самой балки зависит прочность и устойчивость всего строящегося здания.
ФБ по типу подбираются таким образом, чтобы по показателю допустимой нагрузки в точности соответствовать материалу, из которого изготовлены стены. Не будет ошибкой, если этот параметр у выбранных в качестве опоры железобетонных изделий имеет большее значение. Однако это приведет к неоправданному перерасходу средств, так как объемы затраченных материалов и их стоимость существенно увеличиваются. С другой стороны, снижение несущей способности опорной конструкции приведет к ухудшению устойчивости сооружения.
Технология монтажа фундаментных балок
Перед началом монтажных работ на все элементы строительных конструкций подготавливаются технологические карты (ТК). Монолитная фундаментная балка не является исключением. Только после оформления всех необходимых формальностей приступают непосредственно к монтажу.
- Производится разбивка осей здания согласно прилагаемым чертежам.
- Выемка грунта.
- Подготовка основания, а сразу вслед за этим – обустройство фундамента.
К монтажу ФБ приступают только после полной готовности последнего.
железобетонные и монолитные виды, размеры и способы монтажа
Этапы устройства основания
При разметке участка желательно использовать геодезическое оборудование
После того, как будут закончены работы над проектом будущего здания, следует приступать непосредственно к строительным работам. Прежде всего, производится перенесение проектных чертежей на местность.
Участок строительства разбивается с помощью осевых линий – тонкой проволоки или шпагата, натянутых на колышки.
Эти колышки устанавливаются таким образом, чтобы осевые линии, пересекаясь между собой, образовывали периметр будущего здания. Затем производятся земляные работы. Их характер и объём полностью зависят от типа запроектированного фундамента.
Для равномерного распределения веса здания на опоры, необходимо максимально точно рассчитать на местности точки заложения оснований под столбы.
Ниже рассмотрим особенности устройства монолитных фундаментов для колонн, производимых по различным технологиям.
Столбчатое монолитное основание
Для устройства столбчатого монолитного фундамента достаточно выкопать яму нужной глубины под заливку монолитного стакана, либо для установки готового «стакана». На дне также сооружается песчано-гравийная подушка. Перед заливкой монолитного столбчатого фундамента вымеряется точка установки колонны и сооружается опалубка.
Внутрь нее помещается каркас с закладной или с выступающими вверх штырями для крепления будущей опоры. Конструктивно столбчатое основание может быть исполнено как в виде монолитной плиты, так и в виде ступенчатой пирамиды из двух-трёх уступов. В последнем случае каждая ступень заливается по отдельности, начиная с самой нижней.
Посмотрите видео, как производится установка колонны в стакан.
Ленточное монолитное основание
В этом случае выкапывается траншея по всему периметру постройки, а также там, где будут проходить внутренние несущие стены. В точках монтажа колонн делаются расширения или углубления в грунте, если проектом предусматривается установка или заливка в этих местах бетонных «стаканов».
Конструкция ленточного основания под колонны
В случае если общая масса строящегося здания не такая уж и большая, можно обойтись без подобного усиления конструкции. Достаточно будет в точках монтажа несущих опор лишь усилить каркас с помощью более толстой арматуры, выпуска вертикальных стержней или установки металлических пластин – «закладных».
По всему периметру траншеи, на дно засыпается подушка из крупного песка, гравия или щебня, а затем укладывается объёмный каркас. Он собирается и монтируется таким образом, чтобы возвышаться над уровнем траншеи на определённую высоту (не менее 30-40 см), необходимую для защиты стен здания от потоков талой и дождевой воды. Выступающая часть каркаса забирается в опалубку.
Сплошное монолитное основание
Для заливки сплошной железобетонной плиты необходимо снять верхний слой почвы на всей площади будущей постройки. Затем площадка выравнивается в горизонтальной плоскости и засыпается щебнем, песком или гравием. Поверх песчано-гравийной подушки укладывается объёмный каркас, в точках монтажа опор также делается усиление каркаса, выпускаются стержни (анкерные болты) либо монтируется металлическая закладная пластина.
Рекомендуем посмотреть видео о том, как производится монтаж колонны на готовое основание.
Свайные монолитные основания
По типу устройства такие основания могут быть нескольких типов, но к монолитным фундаментам под колонны можно отнести, пожалуй, только буронабивную технологию. В местах монтажа будущих колонн с помощью бура делается отверстие, куда устанавливается опалубка.
Устанавливать закладные, анкера или выпуски арматуры под будущую колонну лучше до заливки монолита. В этом случае возможно скрепить данные детали с каркасом, что делает связь колонны с основанием более прочной. Кроме того, это отнимет гораздо меньше сил и времени.
Поскольку от правильного выбора фундамента зависит надёжность здания и долговечность его эксплуатации, подходить к расчётам нужно очень ответственно. Наилучшим вариантом будет обратиться к специалистам, которые смогут составить проект с учётом всех мельчайших нюансов.
Как выбирать
Ж/б балки отлично подходят для заложения основания дома
Фундаментная балка выбирается согласно составленному чертежу проекта: чем массивнее будущее сооружение, тем крепче и устойчивее понадобится материал. Цена также зависит от характеристик продукта.
Стандартная длина изделий зависит от шага колонн конструкции, который кратен шести метрам – это обычно 6 или 12 м. В первом случае длина будет равна 4,95 м, а во втором – 10,7 м.
Толщина изделия зависит от стенного материала. Это 38 см либо 51 см для блочных стен; 25, 38 или 51 см пригодятся для кирпичных; для панельных же стен подойдут ЖБИ толщиной 200, 240, 300, 400 мм. К размеру необходимо также прибавить запас веса на опирание с обеих сторон. Размер сечения также выбирается исходя из нагрузки. Для распространенных материалов существует коэффициент максимальной нагрузки.
Ее можно узнать у производителя или воспользоваться таблицами их серии, в которых указана рекомендуемая маркировка для различных стен. Расчет нагрузки очень важен для составления расчетной части проекта и выполнения чертежей.
Рекомендуем посмотреть видео, как производится проверка выдержки на нагрузку в заводских условиях.
Плюсы и минусы
Каркас из железобетона имеет позитивные и негативные свойства:
Качество | Параметр | Характеристика |
Плюсы | Долговечность | Сооружения эксплуатируются много десятков лет |
Несущие характеристики | Хорошие показатели | |
Качество исполнения | Высокое — элементы изготовляются на промышленной основе | |
Длина пролетов | Достигает 600 см | |
Живучесть построек | При повреждении некоторых элементов, остальная часть здания не разрушается | |
Минусы | Тщательное проектирование | Перед строительством следует провести качественные исследования состояния почвы, так как конструкция строений жесткая и неподвижная |
Вес элементов | Большой |
Фундаменты и фундаментные балки промышленных зданий.
Колонны каркаса, как правило, опирают на отдельные железобетонные фундаменты с подколонниками стаканного типа, а стены — на фундаментные балки. Ленточные фундаменты под ряды колонн или сплошные под здания (за исключением фундаментных плит в универсальных зданиях) устраивают редко — на слабых или просадочных грунтах и при больших ударных воздействиях на грунт технологических агрегатов.
Фундаменты небольших и средних размеров (когда масса блока не превышает 6 т). а также облегченные фундаменты ребристой и пустотелой конструкции целесообразно монтировать из сборных (составных) блоков.
Унифицированные монолитные фундаменты, имеющие ступенчатую конструкцию с подколонником и стаканом для заделки колонн, предназначены для колонн прямоугольного сечения и двухветвевых.
Сборные фундаменты могут состоять из одного блока (подколонника со стаканом) или из подколонника и одной плиты. Подколонник устанавливают на плиту по цементно-песчаному слою.
В последнее время широкое распространение получают свайные фундаменты. Железобетонные сваи имеют квадратное или круглое сечение (полые). Головы сваи связывают монолитным или сборным железобетонным ростверком, который одновременно служит подколонником.
Размеры стакана в плане делают больше сечений колонн: поверху на 150 и понизу на 100 мм. Зазоры между стенками стакана и поверхностью колонны, а также низом колонны и дном стакана заполняют бетоном на мелком гравии.
Стены каркасных зданий опирают на железобетонные фундаментные балки, укладываемые между подколенниками фундаментов на бетонные столбики.
Балки имеют тавровое и трапециевидное сечение
По фундаментным балкам для гидроизоляции стен укладывают один-два слоя рулонного материала на мастике. Допускается выполнять гидроизоляцию из цементно-песчаного раствора (1:2) толщиной 30 мм. Для предохранения балок от деформации при пучении грунтов снизу с их боков делают подсыпку из шлака, крупнозернистого песка или кирпичного щебня.
В отапливаемых зданиях при расположении рабочих мест около наружных стен необходимо утеплять пристенную зону пола цеха на ширину до 2 м (например, шлаком). По периметру здания устраивают отмостку из асфальта или бетона шириной 0.9-1.5 м с уклоном от стены не менее 1:2.
Несущие стены в бескаркасных зданиях или с неполным каркасом опирают на фундаменты, выполняемые, как и в гражданских зданиях, из сборных элементов.
Железобетонные колонны промышленных зданий.
В зданиях без мостовых кранов устраивают колонны без консолей, а в зданиях с мостовыми кранами — колонны с консолями, на которые опирают подкрановые балки. По расположению в плане различают колонны крайних и средних рядов: первые устанавливают также в рядах, примыкающих к продольным температурным швам.
Железобетонные колонны могут иметь прямоугольное и двутавровое сечения, а также быть двухветвевыми. По сравнению с колоннами прямоугольного сечения двухветвевые колонны имеют повышенную жесткость, но они более трудоемки в изготовлении. Применяют их в здании с высотой более 10.8 м.
В зданиях, оборудованных более чем двумя мостовыми кранами в пролете, по условиям безопасности обслуживающего персонала предусматривают сквозные проходные галереи вдоль подкрановых путей. В этих случаях применяют двухветвевые колонны с лазами, расположенными в уровне верха подкрановых балок.
Ветви колонн сквозного сечения связаны распорками через 1.5-3.0 м по высоте.
В железобетонных колоннах предусматривают стальные закладные элементы, с помощью которых крепят стропильные конструкции, подкрановые балки, стеновые панели (в колоннах крайних рядов) и вертикальные связи. В У1естах опирания стропильных конструкций и подкрановых балок укладывают стальные листы: крепят их анкерными болтами. При
безанкерном креплении стропильных конструкций к колоннам в головки их заделывают стальные пластины.
Для повышения устойчивости зданий в продольном направлении предусматривают систему вертикальных связей между колоннами и в покрытиях. В зданиях без мостовых кранов и с подвесным транспортом межколонные связи ставят только при высоте помещений более 9.6 м. В целях снижения усилий в элементах каркаса от температурных и других воздействий вертикальные связи располагают в середине температурных блоков в каждом ряду колонн.
Рядовые колонны соединяют с связевыми колоннами распорками, размещаемыми по верху колонн, а в зданиях с мостовыми кранами — подкрановыми балками. Связи выполняют из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок на сварке.
Выбор размера и маркировка
Длина фундаментных балок должна подбираться в зависимости от расстояния между опорами фундамента. При расчетах необходимо учитывать запас на площадь поверхности ступени опорного столба. Площадь сечения и его тип следует выбирать от величины нагрузки на балку. При использовании типовых серийных изделий, можно использовать расчетную таблицу ГОСТа 28737–90, в которой приведены максимальные значения нагрузок для тех или иных фундаментных балок. Если же вы хотите использовать балки определенной длины, встанет необходимость выполнить расчет, или же, запросить его у завода изготовителя.
Маркировка выглядит следующим образом: «xБФхx», где «х» — это номера, а БФ — аббревиатура — балки фундаментные. Впереди стоящая цифра (от 1 до 6) означает тип и площадь сечения, а две последние — ее длину в дециметрах. Кроме этих обозначений, может указываться вид арматуры и марка ее стали, а также свойства бетона: устойчивость к агрессивным средам и влагостойкость.
Виды рандбалок
Рандбалки выпускаются на заводах железобетонных изделий в соответствии с ГОСТ №28-737-90, который регламентирует технические условия их отливки, размеры и форму. Для их отливки применяется тяжёлый армированный железобетон марки прочности от М-250 до М-400 (В-20…В-30). По своим особенностям фундаментные балки классифицируются по нескольким показателям:
- Размер и форма.
- Область применения.
- Тип армирования.
В строительной документации данные ж/б детали обозначаются как БФ – «балки фундаментные железобетонные». По размеру и форме они подразделяются на 6 классов, от БФ-1 до БФ-6.
Фундаментные балки
Классификация рандбалок согласно ГОСТ № 28-737-90
Маркировка | Сечение | Высота детали | Длина детали |
БФ-1 | Трапецевидное. Ширина: низ – 16 см, верх – 20 см. | 30 см | 145 – 595 см |
БФ-2 | Тавровое. Низ – 16 см, верх – 30 см. | 30 см | 145 – 595 см |
БФ-3 | Тавровое. Низ – 20 см, верх – 40 см. | 30 см | 145 – 595 см |
БФ-4 | Тавровое. Низ – 20 см, верх – 52 см. | 30 см | 145 – 595 см |
БФ-5 | Трапецевидное. Низ – 24 см, верх – 32 см. | 30 см | 1030 – 1195 см |
БФ-6 | Трапеция. Низ – 24 см, верх – 40 см. | 60 см | 1030 – 1195 см |
В конструкции здания фундаментная балка используется в качестве несущего основания для стен. По области применения они могут быть:
- Пристенные. Монтируются по периметру здания и применяются в качестве опоры для наружных стен.
- Связные. Обеспечивают жёсткую связь между опорными столбами фундамента.
- Рядовые. Устанавливаются между связевыми и пристенными рандбалками для придания большей прочности всей сборной конструкции.
- Ребристые. Данный вид рандбалок используют для проводки сантехнических коммуникаций.
В зависимости от типа армирования фундаментные балки делятся на 2 категории.
- С напряжённым армированием. Напряжённое армирование позволяет увеличить сопротивление ж/б детали растягивающим и изгибающим деформациям. Таким образом, рандбалка может выдерживать большие нагрузки и использоваться в качестве несущей опоры. Предварительное напряжение арматуры производится методом растягивания или нагрева стальных прутов и обязательно выполняется при отливке несущих балок длиной более 6 м.
- С обычным армированием. В данном случае отливка ж/б деталей производится без предварительного напряжения арматуры. Такие детали применяются в качестве опоры для конструкций с относительно небольшой массой. Ненапряжённое армирование применяется для рандбалок длиной не более 6 м.
Эксплуатационные характеристики балок
Рабочие характеристики балок зависят от качеств бетона и арматуры, используемых в процессе изготовления подобной продукции. Цена фундаментных балок зависит от размера и типа конструкции изделия.
Морозостойкость и теплостойкость балки определяется маркой бетона и типом конструкции. Ведь толщина изделия зависит от последнего критерия.
Прочность и жесткость конструкции определяется по данным, изложенным в ГОСТ 13015.0-83, где содержатся все рабочие характеристики типовых железобетонных конструкций. Причем прочность изделия определяется тремя показателями – передаточным, отпускным и возрастным. И все они зависят от прочности бетона на сжатие.
Размеры фундаментных балок
Стандартные габариты балок для фундамента определяются по типу изделия. То есть, каждая единица сортамента имеет свои типоразмеры. Причем размеры железобетонных конструкций определяет все тот же ГОСТ на фундаментные балки — 28737-90.
Так, для балок типа 1БФ характерны:
- Габариты сечения: 200х160х300 миллиметров (верхняя грань, нижняя грань, высота изделия).
- Длина изделия: 10 типоразмеров от 1,45 до 6 метров.
Для балок типа 2БФ характерны немного иные показатели:
- Габариты сечения: 300х160х300 миллиметров (верхняя грань, нижняя грань, высота изделия). Толщина верхней перекладины тавровой балки равна 10 сантиметрам.
- Длина изделия: 11 типоразмеров от 1,45 до 6 метров.
У балок типа 3БФ:
- Габариты сечения: 400х200х300 миллиметров (верхняя грань, нижняя грань, высота изделия). Толщина верхней перекладины тавровой балки стандартна — 10 сантиметров.
- Длина изделия: 11 типоразмеров от 1,45 до 6 метров.
Изделия типа 4БФ ограничиваются следующим размерным рядом:
- Габариты сечения: 520х200х300 миллиметров (верхняя грань, нижняя грань, высота изделия). Верхняя перекладина тавровой балки — 100 миллиметров (по толщине).
- Длина изделия: 11 типоразмеров от 1,45 до 6 метров.
Для балок типа 5БФ характерны:
- Габариты сечения: 320х240х300 миллиметров (верхняя грань, нижняя грань, высота изделия).
- Длина изделия: 5 типоразмеров от 10,3 до 12 метров.
Изделия 6БФ имеют такие размеры:
- Габариты сечения: 400х240х600 миллиметров (верхняя грань, нижняя грань, высота изделия).
- Длина изделия: 5 типоразмеров от 10,3 до 12 метров.
Указанные размеры имеют все фундаментные балки (фб). Отклонения от указанных габаритов допускаются в пределах, указанных в ГОСТ 28737-90 – не более 12 миллиметров по линейным размерам или не более 20 миллиметров по длине изделия.
При этом минимальное отклонение равно 5 миллиметрам. То есть точность размеров фундаментных балок достаточно условна: ведь при застывании фундамент дает практически неконтролируемую усадку.
Виды фундаментных балок
При использовании элементов для жилых и промышленных зданий руководствуются двумя нормативными документами:
- ГОСТ 28737-90 содержит основную информацию относительно размеров конструкций, форм их сечения, маркировки, материалов, требований приемки, методов контроля качества и условий хранения и перевозки;
- серия 1. 115.1-1.95 — указания к применению и рабочие чертежи балок для промышленных и сельских объектов;
- серия 1.115.1-1 — маркировка, применение, рабочие чертежи и требования к изготовлению элементов для жилых зданий.
Совет! Чаще всего заводы изготавливают балки по ГОСТу 28737-90 для промышленных зданий. Не стоит этого пугаться. Такие балки можно использовать и для жилых объектов.
Типы сечений фундаментных балок.
Согласно ГОСТ 28737-90 и сериям фундаментные балки под стены могут иметь типы сечений, представленные в таблице.
Маркировка | Описание сечения | Высота | Возможная длина |
1БФ | трапеция с нижней гранью 160 мм и верхней 200 мм | 300 мм | 1,45 м — 5,95 м |
2БФ | тавровое сечение с основанием шириной 160 мм, ширина верхней части составляет 300 мм | 300 мм | 1,45 м — 5,95 м |
3БФ | тавровое сечение с опорной частью шириной 200 мм, верхняя грань — 400 мм | 300 мм | 1,45 м — 5,95 м |
4БФ | тавр с основанием 200 мм и верхней частью 520 мм | 300 мм | 1,45 м — 5,95 м |
5БФ | трапеция с нижней частью 240 мм и верхней 320 мм | 300 мм | 10,3 м — 11,95 м |
6БФ | трапеция с нижней частью 240 мм и верхней 400 мм | 600 мм | 10,3 м — 11,95 м |
По ширине отклонение может составлять до 6 мм, а по высоте до 8 мм. Такие результаты не являются браком.
Материалы для сборного железобетонного фундамента
Само определение фундамент (основание) дома — уже обязывает отнестись к этой конструкции с особым вниманием. Нельзя ошибиться в выборе материалов для строительства такого сооружения, а потому в этой главе будут рассмотрены основные характеристики материалов, из которых состоит сборный железобетонный ленточный фундамент
Плиты фундаментные железобетонные
Железобетонные фундаментные плиты предназначены для распределения нагрузки от стен сооружения на грунтовое основание фундамента.
Бетонные плиты ФЛ для фундамента
Бетонные плиты для фундамента изготавливают из тяжелого бетона плотностью равной 2200–2500 кг/м3, и используются для возведения подземной части фундамента как на сухих, так и на водонасыщенных грунтах с допустимой температурой воздуха до – 40°С (см. таблицу).
Фундаментные плиты: прочность на сжатие — таблица
Железобетонные плиты ленточных фундаментов: ГОСТ 13580 85, в зависимости от толщины и массы опирающихся на них стен делятся на четыре группы.
Каждая из этих групп обозначена в буквенно–цифровой маркировке изделия:
- Наименование изделия — ФЛ и ширина плиты в дециметрах.
- Длина фундаментной плиты в дециметрах.
- Цифра, указывающая номер группы согласно несущей способности изделия.
- Буква, обозначающая значение проницаемости бетона.
Параметр, обозначающий проницаемость бетона, обычно указывается для железобетонных плит, используемых в условиях воздействия агрессивных факторов:
- Н — низкая проницаемость.
- П — пониженная проницаемость.
- О — особо низкая проницаемость.
Приведем пример: плита железобетонная под фундамент, длиной 2380 мм и стандартной шириной 1600 мм, при толщине несущих стен 160 мм, обозначается следующей маркировкой — ФЛ16.24–2. Та же плита, но с показателем проницаемости бетона выглядит вот так — ФЛ16.24–2–Н (низкая проницаемость).
Фундамент из железобетонных плит параметры
Фундаментные блоки для сборных фундаментов
Фундаментные блоки ФБС для сборного фундамента
Фундаментные железобетонные блоки ФБС при устройстве основания зданий работают в одной связке с железобетонными фундаментными плитами, но плиты выполняют только роль основания (подушки), а фундаментные блоки выполняют функцию несущих стен подземной и цокольной части здания. А еще могут применяться для строительства ограждающих конструкций промышленных зданий и сооружений.
Применение технологии сборных железобетонных фундаментов при строительстве здания, помогает значительно ускорить процесс производства строительно–монтажных работ в сравнении с традиционными монолитными фундаментами.
Сборные ленточные фундаменты: технология
Правда, конечная цена такого сооружения будет выше цены готового монолитного фундамента, но если сравнить время монтажа готовых укрупненных элементов сборного фундамента, и общее время заливки и набора проектной прочности монолитного фундамента, то сборный вариант выглядит намного лучше по всем этим показателям.
Для индивидуального строительства обычно применяются блоки ФБС следующих модификаций:
- из тяжелого бетона;
- из силикатного бетона;
- из керамзитобетона.
Средняя плотность любого типа фундаментных блоков должна быть 1800 кг/м3 и выше (см. таблицу).
Блоки фундаментные из тяжелого бетона параметры
Фундаментные блоки изготавливаются согласно строительных норм и требований ГОСТа 13579 78, и по своей конструкции делятся на три категории:
- Фундаментный блок сплошной (ФБС).
- Сплошные фундаментные блоки с отверстиями для прокладки коммуникаций и вырезами под укладку перемычек (ФБВ).
- Фундаментный блок пустотный (ФБП).
Маркируются ФБС аналогично фундаментным плитам (ФЛ). Например, длина блока 2380 мм, стандартная ширина 400 мм, типовая высота 580 мм, сплошной — ФБС24.4.6–Т.
Подробнее о ленточных железобетонных фундаментах Вы можете узнать из этого видео:
Фундаментные балки — особенности и сфера их применения
Производство фундаментных балок
Сборные фундаментные конструкции являются широко распространённой технологией при строительстве промышленных объектов, складов и общественных зданий. Использование готовых бетонных деталей позволяют в разы сократить трудозатраты при устройстве несущих оснований. Фундаментные балки, они же рандбалки – одна из деталей сборного или комбинированного сборно-монолитного столбчатого фундамента.
Фундаментные балки что это
Фундаментные балки – это железобетонные конструкции, которые с успехом применяются в строительстве. Основная их задача – разделять материал стен от фундамента. По внешнему виду это длинный брусок, имеющий тавровое сечение, то есть верхняя часть плоская широкая, а книзу образуется сужающее трапециевидное основание.
Совет эксперта! Фундаментные балки представляют собой очень прочные изделия, которые способны справляться с нагрузкой стен, высота которых достигает до 25 метров. По этой причине современное строительство и возведение фундамента лучше осуществлять при помощи этой конструкции.
Этот вид ЖБИ изделия применяется при обустройстве столбчатого, свайного и подобного фундамента. Благодаря этому есть возможность значительно снизить стоимость всей постройки дома.
Экономия достигается за счет того, что ленточный фундамент заложить на подобную глубину будет дорогостоящим решением.
Таким образом фундаментные балки являются объединяющим звеном между опорными стенами и несущей конструкцией.
Рис. Внешний вид фундаментных балок
Основной параметр БФ – сечение. От этого параметра напрямую зависит то, какую нагрузку изделие сможет брать на себя и выдерживать продолжительное время. При этом учитывается ширина будущей стены. Для производства фундаментных балок используется ГОСТ 28737-90. Плюс к этому удовлетворяется ГОСТ 13015.0. Сюда включается:
- Прочность бетона.
- Морозостойкость.
- Тип арматурной стали.
- Закладные элементы.
- Степень защиты от коррозии.
- Наличие защитного бетонного слоя.
Применение в строительстве
Рандбалки с тавровым сечением
Рандбалки применяются при строительстве фундаментных оснований в качестве несущих деталей. Как правило, область их применения – фундаменты больших по объёму зданий. Использование готовых конструкционных деталей в данном случае позволяет сократить затраты сил и времени на монолитную заливку.
Кроме того, монтаж сборного фундамента балочного типа несёт немалые финансовые выгоды: ведь себестоимость ленточного или плитного фундамента для большого промышленного цеха, ангара или склада может превысить стоимость несущих стен и кровли.
Вместе с тем, балочные конструкции имеют ограничения по выдерживаемой нагрузке. Связано это с особенностью их установки: фундаментные балки опираются на несущие столбы только своими краями, в то время как их центральная часть находится на весу.
Рандбалки
Согласно строительным нормативам, фундамент из рандбалок может использоваться в качестве опоры для
стен из облегчённых бетонных плит, заполненных пенополистиролом или керамзитом, высотой не более 25 м, либо из кирпича высотой до 15 м при толщине стены 25 см («в кирпич»).
При монолитной заливке стен или большей толщине кирпичной кладки нагрузка на балку значительно возрастает. В результате допустимая высота стен сокращается прямо пропорционально их массе.
Согласно ГОСТу, фундаментные балки предназначаются «для возведения стен промышленных зданий и построек сельскохозяйственного назначения». Но, несмотря на это, применение рандбалок вполне допустимо и в малоэтажном жилом строительстве.
При использовании в строительстве фундамента из бетонных балок необходимо правильно рассчитать массу здания и на основе этого составить проект. Вес постройки должен быть равномерно распределён на несущее основание: это поможет избежать неравномерной осадки фундамента, и, как следствие, его возможной деформации и разрушения.
Где купить в Москве
Строительная осуществляет поставку строительных свай следующих сечений: 30х30, 35х35. С вашей стороны необходимо предварительно получить консультацию у менеджера компании, который ответит на все интересующие вас вопросы. Все наши изделия соответствуют ГОСТу и имеют конкурентноспособную цену. Основная специализация компании Богатырь — забивка свай.
Совет эксперта! На наших складах хранятся партии строительных свай, что позволяет нам за короткий промежуток времени осуществлять поставку изделий по указанному адресу. Буквально на следующий день на территории Москвы и Московском области вы сможете получить свой заказ, а сваи будут поставлены непосредственно на объект.
Плюсы и минусы рандбалок
Бетонные фундаментные балки имеют ряд особенностей, влияющих на их технические и эксплуатационные качества. Среди основных плюсов можно указать:
- Жёсткость.
- Морозостойкость.
- Стойкость к агрессивным воздействиям внешней среды.
- Устойчивость к повышенной влажности.
Рандбалки для устройства фундамента
Благодаря этим качествам, фундаментные основания из ж/б балок рекомендуется использовать в следующих случаях:
- При строительстве зданий на слабых грунтах, когда существует опасность значительных просадок основания.
- Когда строительство производится в регионах с минимальными зимними температурами, превышающими -40°С.
- При заложении фундамента на грунтах с высоким уровнем подпочвенных вод, а также с высокими показателями кислотности.
- При возведении зданий в районах с повышенной сейсмической активностью, достигающей 9 баллов.
Самый главный минус данной технологии– монтаж фундаментных балок невозможен без привлечения подъёмного крана.
Перевозка рандбалок
Типоразмеры балок
Габаритные размеры и геометрическая форма опор определяется Государственным стандартом, который определяет 6 видов изделий этой категории. Чтобы монтаж железобетонных изделий этого вида был легким и дал ожидаемые результаты, типоразмер выбирают с учетом конструкции здания.
1БФ. Серия с трапециевидным сечением, верхнее основание которого – 20 см, а нижнее – 16 см. Существует 6 типоразмеров этой серии с длиной 1,45-6,0 метров. Высота всех изделий 30 см.
2 БФ. Изделия с Т-образным сечением. Ширина верхней площадки – 30 см., величина нижней грани – 16 см, высота — 30 см. Толщина верхней перекладины – 10 см. Серия включает 6 типоразмеров с длиной изделий 1,45-6,0 метров.
3 БФ. Увеличенная версия конструкций типа 2БФ с величиной верхнего основания 40 см. Толщина перекладины остается стандартной – 10 см, как и высота изделия – 30 см. Размер нижней грани также увеличен и составляет 20 см.
4 БФ. Серия крупногабаритных тавровых конструкций для фундаментов. Величина верхней грани – 52 см, нижней – 20 см. Толщина перекладины и высота балки стандартные и составляют 10 и 30 см соответственно. В диапазоне длин изделий от 1,45 до 6,0 метров – 11 типоразмеров.
5 БФ. Универсальные усредненные модели стандартной высоты (30 см) с верхней гранью 32 см, и увеличенной нижней гранью 24 см. Существует 5 типоразмеров железобетонных опорных конструкций этой серии с длиной 10,3-12,0 метров.
6 БФ. Особая серия фундаментных опор с увеличенной вдвое высотой (60 см). Соотношение верхней и нижней граней – 40х24 см. Используются 5 типоразмеров балок серии с длиной 10,3-12,0 метров.
Схема установки балок различных типов
Стандарт допускает отклонение от указанных линейных размеров до 1,2 см и изменения по длине – до 2 см.
Вне зависимости от геометрии сечения опоры, на ней имеются скосы, благодаря которым на этапе производства железобетонное изделие легче вынуть из формы.
Выбор длины моделей определяется:
- глубиной фундамента,
- шагом колонн,
- размерами подколонников.
Область применения фундаментных балок
Фундаментные балки из железобетона используются для обустройства оснований для стен объектов с обособленно расположенными фундаментами.
В большинстве случаев такой технологией пользуются при возведении зданий промышленного назначения, сооружений для сельского хозяйства и общественных построек.
Основной задачей балки является создание опорной площадки для стен и соединение отдельно расположенных элементов в единую конструкцию.
Что это
Монолитная фундаментная балка считается конструкцией из железобетона, является основанием объекта и выполняет две главных функции:
- является элементом с несущими способностями для немонолитных
- стен и внутренних перегородок;
- отделяет стройматериалы, из которых возведены стены, от грунтовой поверхности, исполняет роль гидроизоляционного слоя.
Застройщик сам может оценить показатели морозостойкости и теплопроводности, так как балки представляют собой прочный материал, способный эксплуатироваться длительный период.
Кроме того, балки выдерживают нагрузочные воздействия стен, поэтому нашли себе широкое применение в обустройстве подвальных помещений и фундаментных оснований.
Области применения
Фундаментная балка – это несущий элемент, выдерживающий большие нагрузки. Применение таких элементов помогает защищать стеновые материалы с пористой структурой от контактирования с поверхностью почвы, препятствуя проникновению в них воды.
Фундаментная балка используется для монтажа под наружные стенки и межкомнатные перегородки, возведенные из панелей либо штучных стройматериалов. С применением такого элемента увеличивается скорость строительства объекта, улучшается показатель жесткости всей конструкции.
Строительство основания по железобетонным опорам данного типа облегчает монтажные работы при укладке подземных коммуникационных линий.
Плюсы и минусы использования
Применение фундаментных сборных железобетонных балок при возведении сооружения дает существенные преимущества:
- балки воспринимают на себя всю нагрузку от объекта;
- если отмостка дает просадку, то балочные конструкции, заложенные в основании, препятствуют потерям тепловой энергии;
- когда в проектном решении предусмотрена установка навесных стеновых панелей, на фундаментные железобетонные балки несущие усилия действовать не будут, но за счет их установки существенно продлится эксплуатационный период нижних участков панелей;
- монтаж балок сокращает трудозатраты, необходимые для строительства основания;
- балки отличаются прочностью, устойчивостью к температурным перепадам и воздействию влаги, противостоят образованию коррозии;
- их применение оправдано для строительства промышленных зданий и других сооружений в сейсмически активных регионах.
Недостатков для таких конструкций не выявлено, если не считать тот факт, что для монтажа балок требуется специальная строительная техника.
Классификация
Используя в строительстве объектов различного предназначения железобетонные балки, рекомендуется придерживаться требований следующих нормативных документов:
- ГОСТа 28737 90, содержащего основные сведения, касающиеся размеров элементов, типов сечений, маркировки, применяемых материалов, особенностей приемки, вариантов контроля качественных характеристик, условий при хранении и транспортировке;
- серии 1.115.1-1.95 – определяющей указания по использованию и содержащей рабочие варианты чертежей балок под промышленные и сельскохозяйственные объекты;
- серии 1.115.1-1 – поясняющей особенности маркировки и применения фундаментных железобетонных балок данной серии для возведения жилых домов. Здесь же содержатся и чертежи соответствующих элементов.
В большинстве случаев на заводах изготавливаются балки, соответствующие требованиям ГОСТа 28737. 90, как изделия для промышленных объектов. Не следует пугаться этой монолитной серии – ее широко применяют при строительстве жилых домов.
По маркировке
Чтобы по вашему заказу завод правильно изготовил железобетонные балки, необходимо не только указать размеры и сечение элементов, но и их точное обозначение, которое выглядит таким образом:
ХБФ ХХ
Первая позиция цифровая от единицы до шестерки. Ей обозначается вариант сечения балки. Число из двух знаков, идущее после буквенной группы, определяет округленное значение длины балки, выраженной в дециметрах. После тире проставляется класс стального сплава. Завершает маркировку показатель влагонепроницаемости бетона и устойчивость его к воздействиям химических сред.
Во время заказа типовых балок нет необходимости определять марку стали, просто правильно определитесь с длиной и типоразмером изделий.
По использованию
Изделия, устанавливаемые в разных местах, делятся на несколько типов:
- пристенные – используются в качестве опор несущих стен;
- связные – устанавливаются между колоннами;
- рядовые – их располагают между связными и пристенными балками;
- санитарно-технические либо ребристые модели, толщина которых составляет двадцать два сантиметра – применяются в определенных случаях.
По армированию
ГОСТом определены следующие варианты армирования фундаментных балок:
- предварительное напряженное армирование для фундаментных балок длиной 6 м;
- для изделий, не превышающих шестиметровую длину, армирование выполняется решением изготовителя.
Как правило, на заводах отливаются балки с предварительно напряженным стальным каркасом класса A III. Определив размеры изделий и их сечение, необходимо точно указать маркировку. Это особенно важно для изделий, использующихся в цокольной части.
Типы сечений балок
В соответствии с существующими ГОСТами и сериями ФБ имеют различные типы сечений:
Маркировка | сечение | Значение высоты, см | Длина, м |
1БФ | форма трапеции, нижняя грань 16 см, верхняя 20 см | 30 | 1.45 – 5.95 |
2БФ | тавровая форма, сечение основания шириной 16 см, ширина верхней части 30 см | 30 | 1.45 – 5.95 |
3БФ | тавровое сечение, опорная часть 20 см, верхняя грань — 40 см | 30 | 1. 45 – 5.95 |
4БФ | тавр с основанием 20 см и верхней частью 52 см | 30 | 1.45 – 5.95 |
5БФ | трапеция, нижняя часть 24 см, верхняя 32 см | 30 | 10.3 – 11.95 |
6БФ | трапеция, нижняя часть 24 см, верхняя 40 см | 60 | 10.3 – 11.95 |
Разрешенные отклонения:
- в ширину – до 6 мм;
- в высоту – до 8 мм;
- по длине фундаментные балки могут быть 12 м.
Изделия с такими размерами браком не являются.
Выбор сечения фундаментной балки зависит от того, какая предполагается нагрузка от запланированного к строительству сооружения.
Правила монтажа
Рассмотрим, как монтируют фундаментные балки для одноэтажного производственного здания.
Завезенный на строительную площадку материал тщательно осматривается на целостность.
Монтажные работы начинают после окончания подготовительных мероприятий, связанных с обустройством фундаментного основания, его разделением под укладку балок, подвозом и складированием элементов из железобетона и других материалов, проверки их качественного состояния, разметки в соответствии с проектным решением.
Точная установка балок обеспечивается выполнением необходимых разбивочных мероприятий и постоянным контролем за соблюдением технологий.
Узлы фундаментных балок, монтируемых по периметру сооружения, разбиваются от главных осей замерами расстояний, параллельно им разбиваются оси установки.
Расположение разметочных линий фиксируется рисками, грани бетонных столбов, определенных в качестве опор под фундаментные балки, окрашиваются.
Установка
До начала подъема все опорные поверхности очищаются от мусора и снега, к балкам цепляются стропы. Подъем осуществляется исключительно в тех местах, которые определены рабочими чертежами.
Запрещается выполнять строповку фундаментных балок в точках, которые для подобных целей не предназначены, или за арматурными выпусками. Изменить место подъема разрешает организация, составлявшая чертежи.
Поднимают балку двумя этапами:
- изделие из железобетона приподнимают на двадцать пять – тридцать сантиметров от уровня земли, чтобы проверить надежность фиксации строп;
- после этого балка перемещается и устанавливается на отведенное для нее место.
Подъем должен происходить плавно, без расшатываний, рывков и иных резких движений. Балка устанавливается на фундаментные подушки опорных элементов сооружения или бетонируется в стаканы основания в момент бетонирования колонн.
Уложенную балку располагают таким образом, чтобы верх ее находился над поверхностью почвы, но несколько ниже, чем пол помещения.
Под устройство дополнительного теплоизоляционного слоя готовится траншея, глубина которой равна уровню точки промерзания земли (около семидесяти сантиметров).
Траншея засыпается шлаком или иными сыпучими материалами, отличающимися низким показателем тепловой проводимости. По засыпке устраивается заготовка под черновые полы.
Рекомендации
Для чего нужны железобетонные балки, мы выяснили. Теперь разберемся с особенностями сборной технологии:
- использование моделей планок, подготовленных по ГОСТам, рекомендуется с самого начала учесть в проектном решении нетипичного сооружения;
- большая масса фундаментной балки и ее размеры увеличивают финансовые расходы на строительство, так как приходится арендовать грузоподъемную технику.
Ошибки при усилении
В процессе армирования бетонных конструкций имеют место нарушения технологии армирования, вызывающие снижение прочности бетонных изделий
Выполняя работы, обратите внимание на следующие моменты:
- Не допускается применять вместо рабочей арматуры трубы изделия из алюминия, отходы промышленного производства, проволоку и некондиционный металл произвольной конфигурации. Применение указанных материалов, не обладающих необходимыми эксплуатационными характеристиками, вызовет деформацию бетона и его растрескивание.
- Запрещается нагревать участки загибов автогеном, применять болгарку, надпиливая деформируемые участки. Это вызывает ослабление стержней и приведет к непоправимым последствиям под воздействием усилий. Все операции по загибу прутков производятся без искусственного нагрева.
- Прутки усиления класса А-III сгибаются на угол не более 90 градусов с применением специальной оправки, радиус которой равен 5-кратному размеру сечения арматуры. Выполнение загиба на развернутый угол (180 градусов) уменьшает прочность конструкции на 10 процентов.
Назначение
Классическое применение железобетонных балок (или рандбалок) осуществляется при строительстве промышленных, сельскохозяйственных объектов и зданий общественного пользования. Они служат опорой наружных и внутренних стен зданий. При современных технологиях на стадии разработки проекта здания возможно применение фундаментных балок при строительстве жилых помещений. Использование рандбалок является альтернативой монолитной конструкции фундамента, представляет собой сборную технологию при укладке основания постройки.
Балки предназначаются для:
- самонесущих стен блочного и панельного типа;
- самонесущих стен из кирпича;
- стен с навесными панелями;
- сплошных стен;
- стен с дверными и оконными проемами.
По месту назначения в строительстве ФБ делятся на четыре группы:
- пристенные, их монтируют возле наружных стен;
- связные, устанавливаются между колоннами, формирующими планировку здания;
- рядовые балки используют для скрепления пристенных и связных балок;
- санитарно-технические ребристые изделия, предназначенные для санитарно-технических нужд.
Достоинствами этих железобетонных конструкций по сравнению с монолитной технологией являются:
- сокращение сроков возведения строения;
- облегчение проведения подземных коммуникаций внутри здания.
Сегодня благодаря особым характеристикам применение фундаментных конструкций играет важную роль. Их стоимость, согласно расчетам, составляет около 2,5% от общей себестоимости здания.
Широкое применение сборной конструкции фундамента – простой и недорогой способ укладки по сравнению с ленточным фундаментом. Конструкции должны быть надежно закреплены. Классически используется стаканный тип фундамента, когда отдельные элементы опираются на ступени сбоку. Если высота ступени и балки не совпадают, то для этого предусмотрена установка кирпичных или бетонных столбиков.
При использовании столбчатых фундаментов допустимо производить опирание сверху. Столбики называют опорными подушками. При большом основании здания возможно создание в его верхней части специальных ниш, в которые монтируются стандартные рандбалки. Модели урезанных балок используют в отдельных ячейках зданий и присоединяют к температурному поперечному шву.
При строительстве каркасных конструкций применение фундаментных балок целесообразно для монтажа наружных стен. Изделия укладываются на обрез фундамента, покрытый раствором бетона. В целях предотвращения излишней влажности, как правило, поверх железобетонных конструкций наносится раствор песка с цементом.
Монтаж фундаментных конструкций осуществляется только с применением грузоподьёмной техники, так как их вес колеблется от 800 кг до 2230 кг. Согласно нормам ГОСТ балки изготовляются с отверстиями, предусмотренными для подъёма и их монтажа. Таким образом, с помощью строповочных отверстий или специальных заводских монтажных петель и специальных захватных устройств балка крепится к лебедке крана и укладывается на предназначенное место. Балки монтируют на столбы или сваи, в исключительных случаях – на песчано-гравийную подсыпку.
Преимущества железобетонных фундаментных балок
Положительные характеристики ЖБ-балок:
- высокие прочностные параметры;
- устойчивость к влаге;
- стойкость к перепадам температур, низким температурам;
- возможность использования в районах с повышенной сейсмоактивностью.
По сравнению с ленточным фундаментом, сборные и монолитные ЖБ-балки обеспечивают сокращение сроков строительства. К минусам можно отнести большую массу железобетонных изделий, требующую применения тяжелой строительной техники.
Технология строительства цельной плиты
Технологический процесс сооружения монолитной плиты включает подготовительные мероприятия и основные операции. Разберем главные этапы работ.
Подготовительные работы
Готовясь забетонировать фундамент ЖБ монолитной плитой, следует выполнить ряд подготовительных мероприятий:
До начала заливки бетонной плиты необходимо провести подготовительные работы
- Изучить характер грунта.
- Определить уровень водоносных слоев.
- Рассчитать нагрузочную способность основания.
- Очистить стройплощадку от мусора и растительности.
- Выполнить земляные работы.
- Разровнять поверхность почвы.
- Выполнить разметку.
- Постелить геотекстильную ткань.
- Уложить дренажные трубы.
- Сформировать песчано-щебеночную подушку.
Технология предусматривает также возможность укладки инженерных сетей при сооружении фундаментной плиты.
Рабочий процесс монтажа фундамента
Завершив подготовку, выполняйте основные операции по монтажу плиты:
- Смонтируйте щитовую опалубку.
- Постелите гидроизоляционный материал.
- Уложите листовой теплоизолятор.
- Соберите силовой каркас, для которого вяжется армирующая сетка.
- Подготовьте бетонный раствор в необходимом объеме.
- Произведите заливку фундамента в один прием.
- Осуществите вибрационную трамбовку бетона.
- Выровняйте поверхность бетонной плиты.
Обратите внимание на важные моменты:
- для сборки арматурной решетки используйте вязальную проволоку;
- во время твердения бетона поддерживайте постоянную влажность;
- на залитый бетон постелите полиэтиленовую пленку, предотвращающую потерю влаги.
К демонтажу опалубки приступайте через месяц после начала бетонирования.
Балочный монолитный участок
Последний тип монолитных участков – балочный. Когда участок слишком большой или слишком нагружен, и плиты перекрытия не справляются с его весом, можно сделать независимый от плит перекрытия монолитный участок балочного типа, который точно так же как и плиты перекрытия опирается на две несущие стены.
В балочном участке есть два варианта расположения: с плитой сверху и с плитой снизу. Если это междуэтажное перекрытие, то плиту лучше расположить сверху, на низ зашить конструкцией потолка. А если этаж последний, то плиту рациональней сделать снизу. Выбирать конструкцию нужно по ситуации.
Почему в монолитном участке нужны балки? Казалось бы, он одинаковой длины с плитой перекрытия, на него действует та же нагрузка (несколько больше только собственный вес из-за отсутствия пустот как в плитах). Почему бы не сделать его в виде плоской плиты такой же толщины, как соседние сборные плиты? Секрет в том, что плиты заводского изготовления армируются предварительно напряженной арматурой, и их несущая способность намного больше, чем у плит без предварительного напряжения – таких, как монолитный участок. Конечно, если расстояние между несущими стенами небольшое (метра три), то можно рассчитать и плоский монолитный участок. Но нужно очень тщательно выполнить расчет, особенно по второй группе предельных состояний (на трещиностойкость и прогибы).
Как рассчитать балочный монолитный участок?
Прежде всего, нужно собрать нагрузки – точно так же, как описано для монолитного участка, опирающегося на две сборные плиты. Задавшись габаритами плиты и балок, нужно посчитать их собственный вес, если вы планируете считать вручную. Затем расчет проходит в два этапа:
1) выполняется расчет плиты, опирающейся по краям на балки. Эта плита считается не как шарнирно опирающаяся, а как защемленная (т.к. связь с балками у нее жесткая), поэтому следует обратить внимание, что формула нахождения моментов и поперечных сил для этой плиты будет отличаться от формулы для шарнирно опирающегося плоского монолитного участка. Расчетная длина плиты равна расстоянию между балками в свету плюс 2/3 ширины балки. Плиту нужно рассчитать по первому и второму предельному состоянию. Также необходимо учесть, что из-за защемления в плите нужна как нижняя (пролетная), так и верхняя (надопорная) арматура. Считать плиту можно по тому плану, который приведен в расчете плоского монолитного участка выше. В ней так же условно вырезается 1 метр, и расчет ведется для этой плиты метровой ширины, опирающейся по двум сторонам на балки.
2) выполнить расчет балки, на которую опирается плита. Балки в монолитном участке располагаются по краям и опираются на две стены. На каждую балку приходится нагрузка от половины плиты монолитного участка. Но собирать нагрузки повторно не нужно. При расчете плиты мы получили реакции на опоре, которые и будут равны нагрузке на балку. Также необходимо учесть крутящий момент от того, что плита опирается на балку лишь с одной стороны. Рассчитывается балка по тому же алгоритму, который описан выше. Опирание у балки – шарнирное.
Армирование балочного монолитного участка
Когда расчет выполнен, следует законструировать балочный монолитный участок. Балки в нем армируются нижней рабочей арматурой (количество стержней – по расчету), верхней продольной арматурой и поперечной арматурой в виде плоских сварных каркасов или вязаных открытых хомутов. Если выбирается вариант армирования в виде плоских сварных каркасов, и если позволяет сварочное оборудование (сварка должна быть только контактной, ручная дуговая запрещена), то можно объединить нижнюю и верхнюю продольную с поперечной в один плоский каркас, как это показано на рисунке.
Плита армируется двумя сетками – нижней и верхней.
Главное – выдержать защитные слои бетона до рабочей арматуры, не менее 25 мм.
Ниже на рисунке показаны два балочных монолитных участка одинаковой ширины, но разной длины. Первый участок имеет длину (расстояние в свету между несущими стенами) 3,4 м, а второй – 6,0 м. Как видите, высота балок при этом очень отличается – 310 мм для первого и 530 мм для второго. Эти размеры получились по результатам расчета по второму предельному состоянию – чтобы прогиб балок не превышал максимально допустимый. Обратите внимание на важность расчета по второму предельному состоянию.
Балки этого монолитного участка армируются плоскими каркасами КР-1 (нижняя рабочая арматура – десятка), которые объединены в пространственные каркасы с помощью установки стержней диаметром 8 мм вверху и внизу.
Плита армируется двумя сетками из гладкой шестерки. Стержни верхней сетки нужно завести до края участка, нижние достаточно завести на 50 мм.
Каркас сваривается контактной сваркой. Если оборудование не позволяет сваривать стержни разных диаметров, можно сварить весь каркас из шестерки, а при установке арматуры просто подвязать внизу рабочую десятку (для данного каркаса).
Этот балочный монолитный участок значительно массивнее из-за приличной длины в 6 метров. Высота балок у него 530 мм, ширина тоже больше – 200 мм. Армируется он по тому же принципу, что и первый участок. Только арматура в нем большего диаметра – 16 вместо 10 мм.
Если нет возможности сделать сварные каркасы, можно пойти классическим путем устройства вязаной арматуры: два стержня внизу, два вверху – и все это обвязывается хомутами из гладкой шестерки с нужным шагом. Хомуты желательно делать открытыми вверху, хотя замкнутые тоже допускается.
Вообще, балочные монолитные участки крупногабаритные, массивные и сложные в исполнении. Их делают редко, но если возникла такая необходимость, то они послужат надежно и долговечно.
Содержание:
Виды монолитных участков в сборном перекрытии.
Монолитный участок между двумя сборными плитами.
Как рассчитать монолитный участок, опирающийся на две плиты?
Монолитный участок между сборной плитой и стеной.
Балочный монолитный участок.
Монолитные участки по металлическим балкам с плитой сверху.
Монолитные участки по металлическим балкам с плитой снизу.
Расчет монолитных участков по металлическим балкам.
Монолитное управление лучом в средней инфракрасной фотонной интегральной схеме с поверхностным излучением
Abstract
Средняя инфракрасная (2,5 < λ < 25 мкм) спектральная область используется для многих целей, таких как химическое/биологическое зондирование, бесплатно космическая связь и осветительные приборы/противозащитные средства. Однако по сравнению с оптическими системами ближнего инфракрасного диапазона технология компонентов среднего инфракрасного диапазона все еще довольно сырая, а изолированные компоненты демонстрируют ограниченную функциональность. В этой рукописи мы делаем значительный шаг вперед в технологии среднего инфракрасного диапазона, разрабатывая платформу, которая может сочетать функции нескольких оптических элементов среднего инфракрасного диапазона, включая встроенный источник света. В одном устройстве мы демонстрируем настройку в широком диапазоне длин волн (240 нм) и управление лучом (17,9 нм).градусов) в среднем инфракрасном диапазоне со значительно уменьшенной расходимостью луча (до 0,5 градуса). Архитектура также настроена так, чтобы ее можно было производить и тестировать в масштабе пластины, не требуя для функционирования сколов граней или специального зеркального покрытия.
Введение
Одной из отличительных черт современной оптоэлектроники является возможность интеграции нескольких компонентов в один кусок полупроводника, обычно из кремния или фосфида индия 1, 2 . Фотонная интегральная схема (PIC) представляет собой эволюцию электронных интегральных схем и позволяет изготавливать лазеры, модуляторы, детекторы и фильтры в масштабе пластины. Этот процесс позволяет избежать необходимости использования внешних оптических компонентов и кропотливого выравнивания, что позволяет создавать недорогие, компактные, надежные и энергоэффективные сложные оптические системы. Технология PIC ближнего инфракрасного диапазона изначально использовалась в приложениях связи с высокой пропускной способностью, что привело к развитию передовых методов выращивания и изготовления 3 . Технология PIC в настоящее время развилась до такой степени, что теперь она настраивается для конкретных функций.
Недавней разработкой, которая привлекла значительное внимание, является использование технологии PIC для полностью электронного управления лучом 4, 5 . Оптомеханические системы, используемые для рулевых балок (например, карданные опоры), имеют тенденцию быть громоздкими, с ограниченной скоростью и чувствительными к изменениям температуры и механическим ударам. Управляемые системы на основе PIC – (ST-PIC), с другой стороны, используют длину волны, фазу или реконфигурируемый резонатор для формирования и управления лучом, что можно сделать очень быстро, без каких-либо движущихся частей. Приложения для управления лучом включают в себя связь в свободном пространстве, LIDAR/пространственное картографирование, визуализацию и освещение.
Технология PIC также адаптируется для расширения спектрального охвата. Это включает в себя разработку интегрированных оптических технологий для использования в среднем инфракрасном диапазоне. Ключевым компонентом для реализации PIC среднего инфракрасного диапазона была разработка межподдиапазонных излучателей на основе полупроводниковых сверхрешеток, которые впервые были задуманы в 1970-х годах 6 . Технология межподдиапазонных излучателей в виде квантово-каскадного лазера (ККЛ) в настоящее время обеспечивает как высокую эффективность (53 %), так и высокую выходную мощность непрерывной волны (> 5 Вт при комнатной температуре) для дискретных устройств 7, 8 . Следующим технологическим шагом является интеграция этого гибкого излучателя среднего инфракрасного диапазона с другими пассивными и активными компонентами. Уже были некоторые предварительные демонстрации мультиплексирования на кристалле для широкополосного спектрального охвата и функциональных возможностей лаборатории на кристалле 9, 10 .
В этой статье мы демонстрируем управляемый PIC среднего инфракрасного диапазона (MIST-PIC) для приложений направленной энергии. Изменение длины волны, расходимость луча и управление лучом управляются комбинацией активных и пассивных компонентов. Резонатор полностью автономен, свет излучается с поверхности. В результате скалывание не требуется, а проверку и тестирование устройств можно проводить в масштабе пластины, что значительно снижает производственные затраты.
Концепция начинается с электрически настраиваемой выборочной решетки с распределенной обратной связью (SGDFB) QCL. Это двухсекционный активный резонатор, который управляет выходной длиной волны с помощью оптического эффекта Вернье 11 . Ширина волновода в этой области аналогична длине волны устройства в свободном пространстве, что помогает поддерживать качество луча. Лазер SGDFB сочетается с решетчатым выходом, который дифрагирует направленное в плоскости лазерное излучение вне плоскости и уменьшает расходимость луча в одном или двух измерениях путем преобразования размера излучающей апертуры 12 . Поскольку дифрагированный выходной угол решетки связан с входной длиной волны, управление лучом осуществляется путем настройки лазера SGDFB.
Результаты
Исследование линейного решетчатого ответвителя
Первый тип исследованного решетчатого ответвителя представляет собой линейную решетку, встроенную в пассивный волновод шириной 10 мкм (рис. 1а). Эта конструкция имеет простую геометрию, которая связывает направленный свет со свободным пространством и преобразует расходимость луча в плоскости y-z (вдоль θ). Решетчатый ответвитель соединяется с лазером SGDFB через линейный конус с шириной волновода от 5 до 10 мкм (длина 50 мкм), за которым следует небольшая прокладка и линейный конус с шириной оболочки верхнего волновода от 10 до 0 мкм (180 мкм). длина мкм). Целью конуса является постепенное преобразование моды волновода, чтобы уменьшить отражения при переходе света между активной частью устройства и областью вывода решетки. На практике минимальная ширина конуса составляла 2 мкм, что ограничивалось используемым методом изготовления (см. Методы). После сужения полностью снимается оболочка волновода, обнажающая дифракционную решетку. Задняя часть лазера SGDFB излучает в поглощающее окончание, которое представляет собой пассивную 30-градусную дугу (w = 5 мкм, r = 500 мкм), соединенную с линейным конусом, ширина которого изменяется от 5 до 30 мкм на длине 200 мкм. . Хотя для ясности на схеме показан ребристый волновод, реальное устройство было изготовлено с двухканальным волноводом. Вид сверху изготовленного конуса оболочки и области решетки показан на рис. 1b.
Рисунок 1Монолитная архитектура управления лучом среднего инфракрасного диапазона с линейной решеткой. ( a) Схема лазера SGDFB, интегрированного с линейной решетчатой развязкой. ( b ) Оптическое микроскопическое изображение области, соединяющей сужение волновода с выходной развязкой линейной решетки.
Изображение в натуральную величину
Структура волновода устройства такая же, как в исх. 6, и основан на 30-ступенчатом квантово-каскадном лазере с максимальной длиной волны излучения 4,85 мкм. Слой решетки GaInAs толщиной 300 нм расположен на 100 нм выше излучающей области ККЛ для сильной связи решетки с основной поперечной модой волновода. Для лазера SGDFB решетка обратной связи покрыта InP и имеет расчетный коэффициент связи (с помощью метода матрицы переноса) >80 см −1 . Для вывода решетки решетка покрыта слоем SiO 2 толщиной 1 мкм. Поперечное сечение решетчатого ответвителя показано на рис. 2а. Глубина составляет ~400 нм, а вытравленная часть занимает ~40% периода решетки. Двумерное моделирование распространения света внутри области решетки для этой геометрии в конечной разности во временной области (FDTD) показано на рис. 2b. Предполагается, что источником входного сигнала является основная поперечная мода волновода с воздушной оболочкой. Согласно моделированию, коэффициент дифракционных потерь, который представляет собой коэффициент ослабления мощности, дифрагированной из волновода на единицу длины, составляет 41 см −1 . Для области решетки длиной 500 мкм около 87% света дифрагирует из волновода.
Рисунок 2Геометрия решетки и моделирование. ( a ) Изображение поперечного сечения, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, решетчатого ответвителя, покрытого SiO 2 . ( b ) Моделирование 2D FDTD вектора Пойнтинга в направлении y для направленного света, распространяющегося через решетчатую развязку длиной 500 мкм.
Увеличить
Лазеры SGDFB с линейными решетчатыми выходами были испытаны в импульсном режиме. На рис. 3а показана зависимость угла поворота от длины волны для типичного устройства. Длина волны лазера SGDFB регулируется изменением относительной плотности тока, Дж 1 –J 2 , в двух секциях устройства. Длина волны регулируется в пределах 248 нм, при этом настройка каждого нм требует изменения плотности тока на 13 А/см 2 . Для периода решетки разветвителя Λ, равного 1,35 мкм, экспериментальная скорость управления составляет 50,94 градуса на микрон длины волны. Благодаря возможности настройки в широком диапазоне длин волн это устройство демонстрирует монолитный диапазон рулевого управления в 12,6 градусов. Это значительно выше, чем в предыдущем отчете об управлении на основе длины волны со встроенным источником в ближнем инфракрасном диапазоне, который продемонстрировал <4 степени управления 9.0009 13 .
Рис. 3Настройка и управление для лазеров SGDFB с линейными выходными решетками. ( a ) Угол поворота и относительная плотность тока в секциях SGDFB в зависимости от длины волны излучения. ( b ) Сравнение экспериментальных и смоделированных спектров дальнего поля в тета-направлении.
Полноразмерное изображение
Измеренное дальнее поле вдоль тета-оси хорошо соответствует моделированию. На рис. 3b измеренное поле в дальней зоне накладывается на смоделированную кривую, основанную на моделировании FDTD на рис. 2b. Ось θ обеих кривых смещена к нулю для простоты сравнения. Форма и ширина линии почти идентичны, а полная ширина на половине максимума (FWHM) расходится всего в 0,55 градуса. Это значительно меньше, чем краевое излучение лазера SGDFB, ширина которого на полувысоте составляет 46 градусов. Однако из-за малой ширины этих лазеров (10 мкм) боковая расходимость пучка на полувысоте составляет ~30 градусов.
Исследование ответвителя с конической решеткой
Второй исследованный выходной ответвитель с решеткой представляет собой коническую решетку, показанную на рис. 4a. Этот тип решетки размещается в несвязанной области волновода, где входной пучок расширяется за счет дифракции. Решетка имеет форму дуг окружности, предназначенных для согласования с фазовым фронтом входного луча. Преимущество этого метода заключается в том, что он обеспечивает компактные средства для бокового расширения выходной апертуры, что значительно уменьшает расходимость выходного луча. Начало дуги должно располагаться вблизи конца конуса оболочки волновода, который в данном случае простирается на 90 мкм от конца 10 мкм волновода. Дополнительной особенностью этой архитектуры является включение решетчатого нагревателя, который представляет собой просто два металлических контакта с каждой стороны решетки. Этот нагреватель можно использовать для регулировки угла выхода для заданной длины волны входного луча. На рис. 4б показан вид сверху изготовленного конуса оболочки, области решетки и контактов нагревателя.
Рисунок 4Монолитная архитектура управления лучом среднего инфракрасного диапазона с конической решеткой. ( a ) Схема лазера SGDFB, интегрированного с выходной муфтой с конической решеткой. ( b ) Конус волновода изображения оптического микроскопа, выходная муфта конической решетки и контактные площадки нагревателя решетки.
Изображение в полный размер
Результаты испытаний конической решетки с периодом 1,25 мкм показаны на рис. 5. Как и в предыдущем лазере SGDFB, диапазон перестройки длины волны составляет 240 нм. Однако при меньшем периоде решетки (Λ = 1,25 мкм) диапазон углов управления значительно расширяется до 17,9 градусов со скоростью управления 77 градусов на микрон длины волны. Набор сканов дальнего поля вдоль тета-оси (ϕ = 0) для различных входных длин волн показан на рис. 5b.
Рисунок 5Настройка и управление для лазеров SGDFB с коническими решетчатыми ответвителями ( a ) Угол поворота и относительная плотность тока в секциях SGDFB в зависимости от длины волны излучения. ( b ) Набор сканов дальнего поля вдоль тета-оси (ϕ = 0) для различных входных длин волн. ( c ) Двумерное сканирование в дальней зоне выходного луча конической решетки при λ = 4,83 мкм. ( d ) Сравнение экспериментальных и рассчитанных углов выхода решетки для различных входных длин волн и периодов решетки. Экспериментальные данные (символы) и аппроксимируются сплошными линиями по приведенной формуле. Закрытые символы = линейные решетки. Открытые символы = конические решетки.
Полноразмерное изображение
Двумерное измерение дальнего поля было выполнено для этого устройства, а также для выходной длины волны λ = 4,83 мкм, что показано на рис. 5c. Пятно почти симметричное, с полушириной в фи-направлении ~5 градусов. Продемонстрированная расходимость луча значительно меньше, чем у краевого излучателя шириной 10 мкм (~30 градусов), что указывает на значительное расплывание луча в области решетки. В будущем расходимость можно уменьшить еще больше, позволив лучу еще больше расшириться перед входом в область решетки. Однако даже в текущей конфигурации луч значительно легче коллимировать, чем стандартный краевой излучатель.
В общей сложности были протестированы четыре различных периода выходной связи решетки (Λ = 1,25, 1,35, 1,5 и 1,9 мкм) в двух различных конфигурациях (линейная и коническая решетка) для изучения поведения рулевого управления при разных выходных углах. На рисунке 5d показано сравнение экспериментальных углов поворота с теоретической подгонкой, основанной на простой теории дифракции. Единственная подходящая переменная — n eff , которая является эффективным индексом распространяющейся моды в области решетки. Для всех линейных решеток n eff соответствует 3,07; для конических решеток n eff соответствовало 3,09. Область с наибольшей крутизной наблюдается в области с наименьшей лямбдой, которую можно использовать для максимизации управления для заданного диапазона настройки длины волны.
Лазеры SGDFB с коническими решетчатыми выходными ответвителями также были испытаны в непрерывном режиме. На рисунке 6а показана зависимость угла поворота от длины волны для устройства с Λ = 1,5 мкм. Длина волны регулируется в пределах 212 нм, при этом для настройки каждого нм требуется 8,16 А/см 9 .0009 2 изменение плотности тока. С этим периодом решетки выходной решетки экспериментальная скорость управления составляет 40,25 градуса на микрон длины волны, что почти идентично линейной выходной решетке с тем же периодом. В режиме CW этот прибор показывает монолитный диапазон поворота руля в 8,4 градуса.
Рисунок 6Характеристики настройки, управления и модуляции для лазеров SGDFB с коническими решетчатыми выходными ответвителями. ( a ) Угол поворота и относительная плотность тока в секциях SGDFB в зависимости от длины волны излучения. ( b ) Измеренная амплитуда угла поворота рулевого колеса в зависимости от частоты модуляции. Линии, соединяющие данные, служат ориентиром для глаз.
Полноразмерное изображение
Для многих приложений освещения/контрмер скорость, с которой можно направлять луч, является критическим фактором производительности системы. Хотя полный диапазон рулевого управления обычно требует регулировки двух токовых входов, значительную часть этого диапазона можно получить, модулируя один токовый вход. При подаче постоянного тока на секцию 1 SGDFB (участок, расположенный дальше от решетчатого вывода), модуляция 88 мА в секции 2 способна сместить луч на 5,2 градуса. При стабильном смещении выше порогового на секцию 2 подавался дополнительный ток в виде прямоугольной волны с переменной частотой. Амплитуда рулевого управления была измерена как функция частоты и представлена на рис. 5b. Хотя упаковка еще не оптимизирована по скорости, показано, что полоса пропускания 3 дБ механизма управления (и настройки) составляет ~7,75 кГц, что достаточно для многих приложений обработки изображений.
Исследование нагревателя решетки
Еще одна функция, встроенная в коническое устройство решетки, — это нагреватель решетки, который можно использовать для точной настройки угла поворота рулевого колеса. Это чрезвычайно важно в ситуациях, когда существует некоторая зависимость пропускания атмосферы от длины волны. Набор сканирований в дальней зоне вдоль тета-оси (ϕ = 0) для различных значений тока нагревателя I ч показан на рис. 7a. При значениях тока до 100 мА показано, что нагреватель образует мост между двумя кривыми на разных длинах волн, которые находятся на расстоянии примерно 1 градус (или 20 нм) друг от друга. Кривая настройки мощности нагревателя с учетом приложенного напряжения представлена на рис. 7б. Линейная аппроксимация измеренных спектров в дальней зоне дает наклон -1 градус на ватт приложенной мощности. Это должно обеспечить достаточную компенсацию, чтобы избежать пиков поглощения воды высокой плотности в среднем инфракрасном диапазоне, которые обычно имеют ширину менее 5 нм.
Рисунок 7Характеристики настройки решетчатого нагревателя. ( a ) Набор сканов дальнего поля вдоль тета-оси (ϕ = 0) для различных значений тока нагревателя, I h , и входных длин волн. ( b ) Изменение угла поворота рулевого колеса в зависимости от подводимой мощности к нагревателю решетки.
Полноразмерное изображение
Обсуждение
Хотя продемонстрированное управление лучом уже является беспрецедентным для ST-PIC с управляемой длиной волны и встроенным источником, существует значительный потенциал для улучшения настройки (и управления) с этой архитектурой на основе QCL. Полоса усиления этих лазеров чрезвычайно широка, и аналогичный лазерный сердечник был продемонстрирован ранее с более чем вдвое большим диапазоном настройки с использованием усовершенствованной конструкции SGDFB 9.0009 14 . Кроме того, за счет использования гетерогенных принципов проектирования QCL выходная длина волны может дополнительно регулироваться в пределах многих микрон 8, 15 .
Другим потенциальным улучшением является интеграция оптического усилителя на основе QCL. Как было показано ранее, комбинация источника SGDFB со встроенным усилителем может значительно улучшить выходную мощность. Краевое излучение в несколько ватт уже было продемонстрировано 16 .
В заключение, экспериментально продемонстрирована платформа MIST-PIC, которая позволяет настраивать широкий диапазон длин волн, улучшать качество луча и управлять лучом с высокой скоростью. Гетеродин с диапазоном перестройки длины волны 248 нм вблизи длины волны 4,85 мкм был интегрирован со структурами преобразования мод, чтобы подавать мощность в пассивную область, содержащую решетчатую развязку. Был продемонстрирован диапазон поворота до 12,6 градусов при расходимости луча 0,5 × 6 градусов. Управление лучом с помощью этого механизма очень быстрое, достигая полосы пропускания 3 дБ 7,75 кГц для модуляции прямоугольной волны с одним током. Точная регулировка угла выхода также реализована с помощью дополнительного нагревателя решетки, который можно использовать для максимального пропускания через атмосферу под определенными углами. Общая архитектура является модульной и представляет собой первый шаг к реализации дополнительных функций MIST-PIC, таких как двумерное управление лучом и выходная мощность в несколько ватт.
Методы
Рост и изготовление
Рост пластины начался с n-легированного слоя размером 1 мкм (N d = 2 × 10 16 см в ядре CL -3 900P буферного слоя) для излучения при λ = 4,85 мкм. Слой InP толщиной 100 нм и слой GaInAs с согласованной решеткой толщиной 300 нм (оба с N d = 2 × 10 16 см -3 ) были выращены поверх, чтобы обеспечить тесно связанную решетку для образца решетки. Эти слои были выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии с газовым источником. Дифракционные решетки определялись в слое решетки с помощью электронно-лучевой литографии и плазменного травления. Решетки SGDFB и выходных решеток определяются в одном кадре, чтобы свести к минимуму ошибки выравнивания.
Конструкция и принцип действия лазера SGDFB описаны в ref. 6. Для выборки решеток в секциях SGDFB использовался период решетки 785 нм с 18 периодами решетки на период выборки. Каждая секция состоит из 12 повторяющихся импульсов решетки с интервалом 170,9 и 158,8 мкм для первой и второй секций лазера SGDFB соответственно. Выходы решетки определялись как однородные линейные и криволинейные участки решетки длиной 500 мкм. и период решетки 1,25, 1,35, 1,5 или 1,9мкм. После формирования рисунка верхняя оболочка волновода InP и верхние слои были выращены с использованием металлоорганического химического осаждения из паровой фазы при низком давлении. Толщина плакирующего слоя составляет 3 мкм, n-легирование варьируется от 2 до 20 × 10 16 см −3 . Покрывающий слой имеет толщину 1 мкм с n-легированием 2 × 10 19 см −3 .
Области электрической изоляции были затем сформированы с использованием фотолитографии и жидкостного травления. Эти области были определены между секциями лазера SGDFB для независимого управления смещением и на каждом конце лазера SGDFB, чтобы минимизировать утечку тока утечки в секции пассивного волновода. Изолирующий канал, используемый для лазера SGDFB, имеет ширину 100 мкм и глубину 2 мкм и обеспечивает электрическую изоляцию >1 кОм с минимальным оптическим отражением.
Определение волновода началось с областей вокруг выходных разветвителей решетки и включает боковые сужения оболочки волновода, используемые для преобразования мод и передачи энергии. Плазменное травление использовалось для стравливания покровного и покрывающего слоев вплоть до вершины решетки в этой области. После переопределения области вокруг решеток был использован дополнительный этап влажного травления, чтобы выборочно удалить остальную часть InP вокруг и между элементами решетки.
После тщательного совмещения с конусами волновода с использованием фотолитографии были определены лазер SGDFB, поглощающее окончание и двухканальные волноводы с конусностью расширения мод. Для вытравливания каналов через эпитаксиальные слои в подложку использовалось плазменное травление. Следуя определению волновода, слой SiO 9 толщиной 1 мкм0055 2 был нанесен в качестве электроизоляции. Для формирования верхнего контакта были открыты окна сверху лазерного волновода SGDFB и по обе стороны конических решетчатых ответвителей. Ti/Au использовался в качестве металла верхнего контакта, и эти области были покрыты гальванопокрытием до общей толщины металла 2,7 мкм.
После этого подложка была утончена до 200 мкм и отполирована. Формирование нижнего контакта включало в себя определение эмиссионных окон, совмещенных с выводами решетки, чтобы обеспечить прямое излучение подложки и минимизировать отражения, которые могут вызвать искажение лазерного рисунка в дальней зоне. Металл нижнего контакта состоит из нескольких слоев AuGe/Ni/Au.
Тестирование устройств
Все устройства были электрически проверены перед разделением и упаковкой кристаллов, что привело к эффективной упаковке и отличным результатам испытаний. Матрицы приклеивались эпилейным слоем к медным подложкам индиевым припоем. Чтобы обеспечить беспрепятственное излучение решетчатого ответвителя, этим областям позволили выйти за пределы медной подложки. Это не влечет за собой штрафных санкций для пассивных решетчатых структур и фактически позволяет работать с меньшей мощностью решетчатого нагревателя.
Для работы в импульсном режиме секции SGDFB приводились в действие двумя синхронизированными импульсами длительностью 100 нс с частотой повторения 100 кГц. Затем к двум секциям независимо прикладывали дополнительное смещение постоянного тока для настройки длины волны выходного излучения лазера. Для работы в непрерывном режиме для смещения секций SGDFB использовались два независимых драйвера постоянного тока. При необходимости для управления нагревателем решетки использовался третий драйвер постоянного тока. Лазерные субмаунты устанавливались на предметный столик с регулируемой температурой и выдерживались при температуре 293 K.
9Выходная длина волны SGDFB-лазера 0004 была измерена с использованием вакуумного ИК-Фурье (Bruker IFS 66v/S) с фотодетектором HgCdTe и разрешением 0,125 см -1 , чтобы обеспечить одномодовую работу для измерений управления. Картины дальнего поля были получены с помощью управляемого компьютером двухосевого гониометра и детектора на основе теллурида ртути-кадмия (MCT).Для эксперимента по модуляции рулевого управления использовался драйвер с низким уровнем шума (Wavelength Electronics QCL2000LAB) для создания модулированного тока, который управлялся аналоговым прямоугольным входом от генератора сигналов Agilent (33521B). Амплитуда управления измерялась путем анализа разделения пиков при сканировании дальнего поля, выполненном на каждой частоте модуляции.
Доступность данных
Наборы данных, созданные в ходе и/или проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Ссылки
Донг П., Чен Ю.-К., Дуань Г.-Х. и Нейлсон, Д. Т. Кремниевые фотонные устройства и интегральные схемы. Нанофотоника 3 , 215, doi:10.1515/nanoph-2013-0023 (2014).
КАС Статья Google ученый
Колдрен, Л. А. и др. . Высокопроизводительные фотонные ИС на основе InP — учебное пособие. Дж. из Lightwave Tech. 29 , 554, doi:10.1109/JLT.2010.2100807 (2011).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Razeghi, M. Задача MOCVD: обзор GaInAsP-InP и GaInAsP-GaAs для фотонных и электронных устройств, второе издание (Тейлор и Фрэнсис/CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 2010 г.).
Heck, MJR Высокоинтегрированные оптические фазированные решетки: фотонные интегральные схемы для формирования оптического луча и управления лучом. Нанофотоника 6 , 93, doi:10.1515/nanoph-2015-0152 (2017).
КАС Статья Google ученый
Куросака Ю. и др. . Встроенные фотонно-кристаллические лазеры с управлением лучом. Нац. Фотоника 4 , 447, doi:10.1038/nphoton.2010.118 (2010).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Казаринов Р.Ф., Сурис Р.А. Возможность усиления электромагнитных волн в полупроводнике со сверхрешеткой. Сов. физ. Полуконд. 5 , 707 (1971).
Google ученый
Бай Ю., Сливкен С., Кубоя С., Дарвиш С. Р. и Разеги М. Квантовые каскадные лазеры, излучающие больше света, чем тепла. Нац. Фотоника 4 , 99, doi:10. 1038/NPHOTON.2009.263 (2010).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Bai, Y., Bandyopadhyay, N., Tsao, S., Slivken, S. & Razeghi, M. Квантовые каскадные лазеры при комнатной температуре с эффективностью настенной розетки 27%. Заявл. физ. лат. 98 , 181102, doi: 10.1063/1.3586773 (2011).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Zhou, W., Bandyopadhyay, N., Wu, D., McClintock, R. & Razeghi, M. Монолитные, широко перестраиваемые квантовые каскадные лазеры на основе гетерогенной конструкции активной области. Науч. Респ. 6 , 25213, doi:10.1038/srep25213 (2016).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый
Шварц, Б. и др. . Монолитно интегрированная лаборатория среднего ИК-диапазона на кристалле с использованием плазмоники и квантовых каскадных структур. Нац. коммун. 5 , 4085, doi: 10.1038/ncomms5085 (2014).
КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый
Сливкен, С. и др. . Квантовые каскадные лазеры с выборочной решеткой и распределенной обратной связью с широкими возможностями настройки и непрерывной работой при комнатной температуре. Заяв. физ. лат. 100 , 261112, doi:10.1063/1.4732801 (2012).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Maisons, G., Carras, M., Garcia, M., Simozrag, B. & Marcadet, X. Направленное одномодовое квантово-каскадное лазерное излучение с использованием металлической решетки второго порядка. Заявл. физ. лат. 98 , 012101, doi: 10.1063/1.3535610 (2011).
Артикул Google ученый
Халм, Дж. К. и др. . Полностью интегрированный гибридный кремниевый двумерный лучевой сканер. Опц. Эксп. 23 , 5861, doi:10.1364/OE.23.005861 (2015).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Сливкен С., Бандиопадхьяй Н., Бай Ю., Лу К.Ю. и Разеги М. Расширенная электрическая настройка квантовых каскадных лазеров с цифровыми составными решетками. Заяв. физ. лат. 103 , 231110, doi: 10.1063/1.4841635 (2013).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Bandyopadhyay, N., Chen, M., Sengupta, S., Slivken, S. & Razeghi, M. Сверхширокополосный квантово-каскадный лазер, перестраиваемый на 760 см −1 , со сбалансированным усилением. Опц. Эксп. 23 , 21159, doi:10.1364/OE.23.021159 (2015).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Сливкен, С., Сенгупта, С. и Разеги, М. Мощный непрерывный режим работы широко перестраиваемого квантового каскадного лазера со встроенным усилителем. Заяв. физ. лат. 107 , 251101, дои: 10.1063/1.4938005 (2015).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Ссылки на скачивание
Благодарности
Эта работа частично поддерживается Национальным научным фондом (гранты ECCS-1505409 и ECCS-1607838) и Командованием ВВС ВМС (гранты N68335-15-C-0072 и N68936-15- С-0051). Публикуемый материал отражает позицию автора (авторов), а не обязательно Национального научного фонда или ВМФ. Авторы хотели бы признать поддержку, интерес и поощрение всех вовлеченных руководителей программ.
Author information
Authors and Affiliations
Center for Quantum Devices, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Northwestern University, Evanston, IL, 60208, USA
Steven Slivken, Donghai Wu & Manijeh Razeghi
Авторы
- Steven Slivken
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Donghai Wu
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Manijeh Razeghi
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Вклады
С.С. разработал структуру QCL, выполнил обработку и тестирование устройства и проанализировал результаты. Д.В. выполнили восстановление InP для заглубленных дифракционных решеток. М.Р. руководил проектом. С. С. и М. Р. подготовили рукопись.
Автор, ответственный за переписку
Маниже Разеги.
Заявление об этике
Конкурирующие интересы
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.
Дополнительная информация
Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Права и разрешения
Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, обмен, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете автора(ов) оригинала и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Перепечатка и разрешения
Об этой статье
Эту статью цитирует
Перестраиваемый лазер среднего инфракрасного излучения с поверхностным излучением, высокой выходной мощностью и стабильным выходным лучом
- Стивен Сливкен
- Дунхай Ву
- Маниже Разеги
Научные отчеты (2019)
Комментарии
Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.
Монолитный направляющий луч для высокомощных квантовых каскадных лазеров среднего ИК-диапазона
Главная
Агентство:
Министерство обороны
Филиал:
Военно-морской флот
Программа | Фаза | Год:
СБИР | ОБА | 2018
Запрос:
DoD 2018.2 SBIR Запрос
Номер темы:
N182-109
ПРИМЕЧАНИЕ. Заявки и темы, перечисленные на этот сайт является копиями различных предложений агентства SBIR и не обязательно самые свежие и актуальные. По этой причине вам следует использовать ссылку агентства, указанную ниже, которая приведет вас непосредственно к соответствующий сервер агентства, где вы можете прочитать официальную версию этого ходатайства и скачать соответствующие формы и правила.
Официальная ссылка на это обращение: https://www.acq.osd.mil/osbp/sbir/solicitations/index.shtml
Дата выпуска:
20 апреля 2018 г.
Дата открытия:
22 мая 2018 г.
20 июня 2018 г.
Дата закрытия:
20 июня 2018 г.
Описание:
ОБЛАСТЬ ТЕХНОЛОГИИ: Воздушная платформа
ЦЕЛЬ: Разработать двумерный направляющий луч, монолитно интегрированный с каскадным лазером среднего инфракрасного диапазона (QCL) или массивом QCL на единой общей полупроводниковой подложке без каких-либо механически движущихся компонентов.
ОПИСАНИЕ: Система инфракрасного противодействия (IRCM) обычно состоит из двух отдельных оптических систем. Во-первых, это оптический излучатель, который в настоящее время в основном основан на QCL. Вторая система представляет собой механическое карданное крепление, которое используется для направления оптической энергии на удаленную цель. Размер и вес типичного карданного подвеса более чем в 100 раз больше, чем у светоизлучателей. Кроме того, из-за механической природы подвеса среднее время направления лазерных лучей через подвес составляет порядка секунд. Это на много порядков больше, чем время управления лучом, которым можно управлять с помощью электронных средств без каких-либо механических движущихся элементов. В отличие от типичного карданного узла, монолитный механизм рулевого управления с электронным управлением без механических движущихся частей значительно более прочен и надежен по своей конструкции. Это связано с тем, что QCL или массив QCL плюс рулевое устройство как единый монолитный интегрированный блок не подвержен ударам, вибрациям и резким перепадам температуры. Это резко контрастирует со многими другими гибридными конструкциями, разработанными другими в Министерстве обороны, которые имеют неотъемлемый недостаток — ненадежность в условиях военной эксплуатации. Следовательно, устранение необходимости в механическом подвесе или другой гибридной интеграции QCL с внешним устройством управления лучом (используя либо стыковое соединение, либо оптоволоконное соединение в системе IRCM следующего поколения) значительно улучшит размер, вес, производительность и надежность. системы, по крайней мере, в 10-50 раз. Таким образом, это откроет беспрецедентную возможность интеграции системы IRCM со все более компактными пилотируемыми или беспилотными летательными аппаратами в будущем, которые в противном случае не смогли бы разместить полезную нагрузку. Компактные, электрически управляемые двумерные (2-D) устройства управления лучом, основанные на гибридной интеграции лазерных излучателей и волноводной фазовой решетки, были продемонстрированы в ближнем инфракрасном диапазоне [1, 2]. Другие гибридные немеханические устройства управления лучом, основанные на гибридной интеграции лазерных излучателей через стыковое соединение фазовращателей, волноводных чипов и оптики, были испытаны с некоторыми успехами в лабораторных условиях. Однако гибридное оптическое стыковое соединение лазерной матрицы с микросхемами фазовращателя/пассивного волновода с несколькими входами и выходами по своей сути ненадежно по своей конструкции, поскольку требуемое чрезвычайно точное оптическое выравнивание микросхем необходимо для правильной работы всей оптической сборки. Он очень чувствителен к колебаниям температуры, ударам и вибрациям. Другими словами, даже если такая конструкция хорошо зарекомендовала себя в лаборатории, ее нельзя будет перевести на возможное развертывание в полевых условиях, поскольку продукт не будет соответствовать требованиям MIL-STD-810. Таким образом, целью этого проекта является разработка двумерного устройства управления лучом, которое может быть монолитно интегрировано с QCL среднего ИК-диапазона или массивом QCL на единой общей полупроводниковой платформе без механически движущихся компонентов и гибридной интеграции любого типа. Интегрированное устройство должно будет излучать непрерывную волну (CW) при комнатной температуре выходной мощностью > 1 Вт на длине волны ~ 4,6 микрона с качеством луча, близким к дифракционному (M2 < 1,5). Углы управления выходным излучением при электронном и немеханическом управлении должны быть не менее ±10 и ±25 градусов по горизонтали и вертикали от нормали к поверхности, перпендикулярной поверхности излучения устройства. Схема управления лучом может быть основана на оптической фазированной решетке внутри фотонной интегральной схемы, в которой можно независимо управлять относительной фазой каждого волновода решетки. Помимо подхода с фазированной решеткой, также будут рассмотрены другие конструкции и подходы, если конструкции будут считаться монолитными по своей природе и способными соответствовать спецификациям, указанным в этом разделе SBIR.
ЭТАП I: разработать и провести проверку концепции, чтобы продемонстрировать жизнеспособную и технологическую конструкцию двумерного устройства управления лучом, которое можно монолитно интегрировать с QCL среднего инфракрасного диапазона или массивом QCL на единой общей полупроводниковой платформе. без механически движущихся компонентов и гибридной интеграции каких-либо оптических элементов. Убедитесь, что интегрированное устройство излучает непрерывную волну (CW) при комнатной температуре выходной мощностью > 1 Вт на длине волны ~ 4,6 микрона с качеством луча, близким к дифракционному (M2 < 1,5). Убедитесь, что углы направления выходного излучения с помощью электронного и немеханического управления составляют не менее ±10 и ±25 градусов по горизонтали и вертикали от нормали к поверхности, перпендикулярной поверхности излучения устройства. Предложите жизнеспособный путь проектирования на этапе II для дальнейшего увеличения диапазона угла поворота рулевого колеса в рамках результатов этапа I.
ЭТАП II: Изготовить и продемонстрировать прототип устройства управления, которое способно излучать непрерывную мощность при комнатной температуре > 1 Вт на длине волны ~ 4,6 мкм с качеством луча, близким к дифракционному (M2 < 1,5), и углами управления выходным излучением при не менее ±10 и ±25 градусов по горизонтали и вертикали от нормали к поверхности, перпендикулярной поверхности излучения устройства.
ЭТАП III: Полная разработка и перевод высокопроизводительного монолитного устройства управления лучом для мощных квантовых каскадных лазеров среднего ИК-диапазона для приложений Министерства обороны в областях направленного инфракрасного противодействия (DIRCM), усовершенствованных химических датчиков, а также обнаружения света и определения дальности. (ЛИДАР). У Министерства обороны есть потребность в усовершенствованном, компактном, высокопроизводительном средневолновом инфракрасном (MWIR) QCL, монолитно интегрированном с устройством управления лучом для DIRCM текущего и будущего поколения, LIDAR и обнаружения химических / взрывчатых веществ. Коммерческий сектор также может извлечь выгоду из этой важной, революционной разработки технологий в области обнаружения токсичных газов, мониторинга окружающей среды, а также неинвазивного мониторинга и зондирования состояния здоровья.
ССЫЛКИ:
1: Hulme, J.C. et al. (2015). «Полностью интегрированный гибридный кремниевый двумерный лучевой сканер». Оптика Экспресс, 2015, Том 23, Выпуск 5, с. 586 https://doi:10.1364/OE.2005861
2: Van Acoleyen, K., Bogaerts, W., et al. «Внешнее управление лучом с помощью одномерной оптической фазированной решетки на кремнии на изоляторе», Optics Letters, 2009, Vol. 34, выпуск 9, стр. 1477-147 https://doi.org/10.1364/OL.3001477
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Монолитный направляющий элемент; Средний инфракрасный; квантовые каскадные лазеры; Высокая мощность; подвес; Инфракрасное противодействие
КОНТАКТЫ:
KK Law
(760) 939-0239
Чандрайка (Джон) Сугрим
(904) 16 504 790-55
Монолитное разрешение | монолитная плита | Монолитный фундамент | монолитный фундамент | Преимущества и недостатки монолитного плитного фундамента
Содержание поста
Монолитное определениеМонолитное строительство представляет собой процесс, при котором используется однородная смесь, конструкция монолитно построен . Это конструкция, построенная из единого материала, собранная и выкопанная.
Обе монолитные плиты , стены , лестницы, вместе с дверью и оконными проемами отлиты по монолитному методу . Процедура на месте с использованием специально изготовленной, более простой в использовании модульной опалубки , изготовленной из алюминия , пластикового композита с меньшими трудозатратами и машинами.
Боковая и гравитационная нагрузка система сопротивления в этой системе содержит железобетонные стены и железобетонные плиты . Основные вертикальные конструктивные элементы представляют собой железобетонные конструктивные стены с двойной функцией , выдерживающие как гравитационные, так и боковые нагрузки . ( Стандартный размер кирпича )
Монолитный фундамент Монолитный фундамент
A монолитный фундамент дает всего одну заливку , так что фундамент построен для замены нижних колонтитулов заливкой подошвы из бетонного пола с более толстыми секциями под элементами конструкции и с обеих сторон периметр .
Он значительно более гладкий, чем , и снижает себестоимость , поскольку плита отливается вместе сразу. Дом монолитный фундамент очень прост. Вполне вероятно, что все это можно сделать за один день.
Монолитная конструкция имеет толщину всего 12 дюймов (1 фут). Благодаря благоприятному подкреплению, это основа для стоимости, цены, и дизайна предпочтения. Точно так же считается, что это выражение тоже.
Что такое монолитная плита?
Монолитные плиты представляют собой базовые конструкции, построенные с помощью одной бетонной заливки, обычно содержащей Бетонная плита толщиной 4 дюйма с утолщенными i внутренними секциями под несущими стенами и всегда утолщенными по краям периметра .
Монолитная плитаВ строительстве из бетонных плит, монолитная плита — это словосочетание, используемое для определения бетонных структурных компонентов , таких как фундаменты, плиты, фундаменты, балки, опоры, и колонны , которые заливаются одновременно .
Монолитная цементная плита не просто применима к бетонной отливке на земле, но также соответствует подвесной плите . Использование подпорных материалов делает заливку бетонных плит монолитной с бетонными балками и колоннами , при этом подвесная бетонная плита находится над уровнем земли .
Строительство Монолитной плиты значительно быстрее и трудозатрат низкие, так как в этой плите бетон заливается сразу весь. Монолитная конструкция имеет решающее значение для минимизации толщины стены, минимизации ширины основания и минимизации сейсмического воздействия . ( МДФ )
При использовании в подходящих условиях монолитная плита может быть такой же прочной, как плиты «Ствол-стена» . Мы использовали опалубку в монолитной раме , что обеспечивает правильную ориентацию , гладкая поверхность и качественная работа. Это увеличивает скорость строительства по сравнению с традиционными подходами за счет использования опалубки .
Подробнее: Что такое плавучий фундамент | Пригодность плавающего фундамента
Монолитный фундамент Для плиты Монолитный плитный фундамент
Монолитный означает одинарная заливка , что подчеркивает основное отличие от этого типа основа – это залитая все за один раз. Тот факт, что он заливается за один раз, делает его более быстрым, что позволяет снизить трудозатраты .
Залитая бетонная плита имеет толщину снаружи, чтобы поддерживать несущие стены, и вокруг внешней стороны нет нижних колонтитулов .
Монолитные фундаменты идеально подходят для плоской поверхности. Если земная поверхность не ровный, то количество заполняющей грязи используется для выравнивания земли; со временем это может привести к трудностям с растрескиванием , если грунт не будет должным образом уплотнен.
Как правило, бетонная поверхность заливается монолитно или отдельно от основания . Чтобы избежать растрескивания из-за оседания, выбирают арматуру или волокнистую сетку . Он получает меньше времени и труда на строительство, чем обычная основа . ( Водопропускная труба)
Под линией промерзания пол фундамента должен простираться ниже.
Преимущества монолитного плитного фундамента
У монолитной плиты есть несколько преимуществ,
1.
Скорость строительстваМонолитные плиты очень просты в строительстве. Добавьте периферийную траншею и распределите гравий , пока вы не уплотните почву (или не удалите верхний слой почвы ).
В самой узкой части (например, в середине дома) бетон должен быть толщиной 4 дюйма и в основном выдерживать несколько дней до полного высыхания. Это значительно быстрее , чем любой другой метод строительства фундамента .
2.
УстойчивостьС точки зрения простоты , монолитно-плитный фундамент прослужит почти 50 лет при правильном строительстве. Из-за отсутствия сложных компонентов , нет ничего плохого в самой плите.
В бетоне нет швов , и если помощь и анкерные болты правильно установлены, у вас есть прочный фундамент , который может выдержать большой вес.
3.
Плохое обслуживаниеЧтобы поддерживать его в приличной форме , вам не нужно делать ничего из месяца в месяц до тех пор, пока вы регулярно проводите осмотр, чтобы убедиться, что нет пробелов в фундамент .
4.
ЭнергоэффективныйНет пространства между землей и домом для монолитных плитных фундаментов, что означает, что вам не придется тратить слишком много энергии согревая воздух под ним в вашем доме . Даже для подвала или подполья есть постоянная трата энергии.
Это говорит о том, что монолитное плитное основание не только дешевле в краткосрочной перспективе, но и в долгосрочной перспективе сэкономит ваши деньги.
Недостатки монолитно-плитного фундамента
Монолитно-плитный фундамент имеет ряд недостатков,
1.
Нет доступаПодполье или подвал дает доступ к полу, что гарантирует, что в этом конкретном пространстве можно установить сантехнику и электрическую панель и электропроводку.
Точно так же, если что-то пойдет не так с монолитным плитным основанием , вы не сможете добиться исправления трудности.
2.
Дорогой ремонтВ то время как с монолитными плитными фундаментами дела редко выходят из строя, когда они трещина , это может быть очень дорого .
В основном вам нужно использовать методы , которые могут стоить тысяч долларов , такие как бурение грунтом или бурение базы.
3.
Плохая погодаДом только что поднят на 6 дюймов или около того от уровня земли l с бетонными плиточными перекрытиями , гарантируя, что остальная часть здания
8 уязвима для затопления 8 . это значительное уязвимость в определенных частях мира.4.
Вторичная цена домаМонолитная плита может в некоторых случаях снизить стоимость вашего дома. Если у вас есть старое монолитное плитное основание, потенциальный потребитель обнаружит, что может потребоваться проведение дорогостоящего ремонта .
Если вы продолжите разрабатывать его самостоятельно, потребитель может быть не уверен в результатах.
Как сформировать монолитную плиту? Формование монолитной плиты
Удовлетворительное планирование и укрепление бетона являются важными критериями для возведения монолитной плиты .
1.
ПочваЭто, безусловно, удобный вариант , где бетон смешивается в настоящее время и поддерживается достаточным количеством стали, чтобы он не расслаивался. Разве что затяжка стыка, нет швов или холодных стыков . Использование сборных фундаментов не предусмотрено.
Необходимо уплотнить почву под плитой и не включать органические вещества . Если верхний слой почвы соскреб , то он, как правило, адекватно цементирует ненарушенный грунт под ними.
Имеет значение для дренажа грунтового колодца . Крайне важно учитывать потоки воды, и должны быть подготовлены адекватные перенаправления так, чтобы они не подрезали плиту.
2.
Траншеи по периметруУтолщенный периметр монолитной плиты образован траншеей вдоль окружности плиты. Траншея может просто потребовать, чтобы она была глубиной в фут и шириной 90 587 футов в теплую погоду.
Траншея должна быть глубиной 2 фута в регионах, где проникающие морозы и могут быть изолированы, чтобы предотвратить морозное пучение под плитой.
3.
ГравийПлотный гравий рассыпается под плитой и в траншеях на глубину от 3,5 дюйма от до 4 или более дюймов.
Хорошо дренируемый гравий с заполнителями в диапазоне от 0,38 дюймов до 0,75 дюймов является превосходным выбором.
4.
АрмированиеАрмирование имеет размеры около 6 дюймов на 6 дюймов. быть закреплена рядом с промежуточным звеном готовой плиты .
К усиливают утолщенный периметр , обычно указываются 4 арматуры . Там, в самой нижней части траншеи, 2 последовательных баров могут быть размещены рядом друг с другом, начиная с одного бара в верхней части.
Арматура должна быть уложена в траншеи и многократно перевязана.
5.
БетонВ большинстве случаев бетон определяется как 3000 psi , а также как минимум толщиной 4 дюйма.
Минимум 6 дюймов над нижележащим полом должен быть в конце плиты. Земля, которая его окружает, должна уклон от плиты.
6. Анкерные болты
Анкерные болты с 0,5-дюймовыми болтами , самые нижние плиты стен формации крепятся к плите . На концах, которые расположены в бетоне, когда он уже влажный, эти болты обычно имеют J-образную или L-образную форму.
Разные стороны анкерных болтов имеют резьбу таким образом, что верхняя сторона 9Настенную пластину 0587 можно затянуть с помощью гаек . Обычно анкерные болты располагаются на расстоянии 6 футов от промежуточного элемента.
Какие проблемы с монолитным фундаментом?
Несмотря на удобство и простоту устройства монолитного фундамента , могут возникнуть проблемы, которые могут повредить фундамент. Фундамент может нуждаться в дорогостоящем ремонте , что указывает на то, что было бы неплохо пойти с обычный фундамент .
Типичными трудностями обнаруженными при монолитном фундаменте являются трещины в различных хозяйственных районах поддерживаемых фундаментом.
Трещины фундамента являются огромным районом концерна . Когда фундамент трескается, фундамент можно изолировать в местах холодных стыков (стена встречается с плитой) . Маленькие отверстия облегчают проникновение воды, влаги и насекомых в дом.
Трудности с повышением влажности почвы или неправильное строительство могут повредить фундамент. Это может привести к тому, что столешницы , полы, и стены в доме станут неровными. Движение в фундаменте может привести к дверям и окнам , которые застревают и ломаются в стенах из гипсокартона .
Когда следует избегать монолитного плитного фундамента под строительство
Подрядчики должны избегать использования монолитных плит фундаментов (монополярных) в следующих ситуациях,
- Домашние площадки с уклоном могут привести к дорогостоящим расходам из-за требуемого количества бетона .
- Домашние участки с несколькими заполненными грязью отверстиями под домом приводят к растрескиванию бетона.
- Строительная компания не может построить монолитный плитный фундамент в зона затопления в соответствии с положениями кодекса.
Надлежащая подготовка площадки для фундамента из монолитной плиты
Почва под плитой не должна содержать органических веществ. Почва должна быть уплотнена (удаление верхнего слоя почвы) и хорошо дренирована .
Применение Кодекса определяет тип и расположение арматуры в этом типе фундамента . Чаще всего используется плита монолитная четырехстержневая. Арматурный стержень представляет собой два металлических стержня , которые легко изгибаются и располагаются бок о бок внахлест , в траншеях и соединены проволокой.
Канавка вдоль периферии плиты создает утолщенный край. Строительные нормы Чиновники указывают глубину и ширину траншеи. Эта траншея может быть шириной 1 фут и глубиной 1 фут в теплую погоду или 1 фут в ширину и 2 фута в глубину в средах , которые испытывают морозное пучение.
Подробнее: What Is Well Foundation | Строительство фундамента колодца
Монолитное строительство
- Монолитная строительная система с алюминиевой опалубкой представляет собой быстрое и устойчивое к стихийным бедствиям строительство, постоянное развитие, которое производит экономичное и быстрое массовое и быстрое 0588 жилых объектов.
- Монолитная архитектура представляет собой механизм , посредством которого плиты и стены позиционируются одновременно.
- В этой конкретной системе свежая цементная смесь помещается в легкий алюминий , создавая устройство с арматурными стержнями, необходимыми для необходимой прочности .
- Процедура относительно проста, так как стены и плиты отливаются за один раз. желательно многоэтажное здание строительство, позволяющее быстрое повсеместное строительство.
- Благодаря более эффективному использованию времени, ресурсов, и строительных материалов , таких как цемент и сталь, эта технология дает более быстрые альтернативы быстро растущему дефициту жилья в городских районах .
- Когда мы выбираем массовое размещение , это обеспечивает быстрое развитие с оптимизированными затратами и временем, особенно для экономически более слабые районы и малообеспеченные классы , которые многочисленны без домов.
- Это очень полезная технология, которая одновременно упрощает бетонирование всех элементов , таких как крыша , стены и т. д., в результате чего получается чрезвычайно прочная монолитная конструкция .
- Техника включает необученный и полуквалифицированный (ручной) труд и поэтому не требует затрат строительная техника для утилизации.
- Таким образом, рентабельны, Модульные конструкции в жилых домах застройки дают новые возможности для повторного использования опалубки, делая технологию относительно рентабельной.
- Материал опалубки ( либо алюминий, либо HDPE ) безвреден для окружающей среды и позволяет отказаться от использования важной древесины из природных ресурсов. Это приводит к устройству эко-сейф .
- Эта система обеспечивает выдающееся управление качеством всей структуры в соответствии с BIS и различными международными стандартами.
- Плитка , блоки, штукатурка и не требуются.
- Надстройка и расходы на фундамент могут быть уменьшены без ущерба для прочности благодаря снижению собственной нагрузки примерно на 50 %.
- Коробчатое поведение почти создает чрезвычайно сильную структурную прочность , что делает его устойчивым к землетрясениям и ветру или циклонам по отношению к вертикальным и горизонтальным силам.
- Великолепная обработанная поверхность устраняет дорогостоящую штукатурку , а укрепляет поверхность , которая является относительно полностью водонепроницаемой.
- Благодаря уменьшенной толщине стенки, более Ковровое пространство доступно для предусмотренной зоны цоколя .
- Монолитная бетонная конструкция приводит к точной подготовке и гарантированному регламенту однородности.
Когда лучше монолитный плитный фундамент?
В некоторые погодные условия хорошим выбором будет монолитный плитный фундамент. В основном это страны с влажным и умеренным климатом.
1.
Влажный климатВ влажном климате монолитная плита выдерживает влажность двумя основными способами.
Во-первых , это материал, который не подвергается коррозии после намокания; в отличие от , опоры и балочные фундаменты созданы из дерева, которое относительно плохо переносит влагу .
Во-вторых , так как нет отверстия между землей и домом, влага не может попасть. Это не просто уменьшает повреждение конструкции , а также повреждение из-за плесени (которая часто встречается в подпольях).
Подробнее: Самый прочный фундамент для дома
2.
Мягкий климатдома (на самом деле это под мандат некоторыми из строительных норм ). Однако, если вы не живете в районе, где часто зависает , нет аналога императив для подвала.
Как упоминалось выше, в мягком климате можно установить монолитный плитный фундамент для повышения общей энергоэффективности. В очень жаркую или пустынную погоду лучше всего подойдет подвальное помещение , в холодном климате это может быть подвал, но в погоду попадающие между этими двумя (например, большинство Соединенных Штатов ).
Часто задаваемые вопросы
Монолитный фундамент?
Монолитная плита Фундаменты представляют собой базовые конструкции, построенные с помощью одной бетонной заливки, обычно содержащие бетонную плиту толщиной 4 дюйма с утолщенными внутренними секциями под несущими стенами и всегда утолщенными по краям периметра.
Чем монолитная плита лучше?
Да, монолитная плита является хорошим выбором , потому что она значительно более гладкая и снижает себестоимость производства, поскольку плита отливается сразу. Его строительство происходит значительно быстрее, а трудозатраты низки.
Каковы преимущества монолитного плитного фундамента
? Фундамент из монолитных плит имеет следующие преимущества:
1. Монолитные плиты очень просты в изготовлении.
2. Если говорить о простоте, то монолитно-плитный фундамент прослужит почти 50 лет при правильной конструкции.
3. Чтобы поддерживать его в приличном состоянии, вам не нужно ничего делать ежемесячно, если вы регулярно проводите осмотр
4. В самой узкой части (например, в середине дома) бетон должен иметь толщину 4 дюйма и полностью высыхать в основном в течение нескольких дней.
Какой толщины должна быть монолитная плита?
Монолитная плита имеет толщину от 12 дюймов до 12 дюймов (1 фут) до 18 дюймов. Это базовые конструкции, сооруженные с помощью одной бетонной заливки, обычно содержащие бетонную плиту толщиной 4 дюйма с утолщенными внутренними секциями под несущими стенами и всегда утолщенными по краям периметра.
Монолитный фундамент
A монолитный фундамент дает всего одну заливку , так что фундамент построен для замены нижних колонтитулов на заливку подошвы из бетонного пола с более толстыми конструкционными секциями 8058 9058 члены и обе стороны периметра .
Монолит Значение
Структура, построенная из одного большого каменного блока.
Вам также может понравиться
- Фонд What Is Well | Строительство фундамента | Типы фундамента колодца
- Фундамент ростверка | Виды ростверкового фундамента | Стальной ростверк | Фундамент ростверка
- Плотный фундамент | Основание плота | Типы плотного фундамента
- Что такое кессонный фундамент | Типы кессонных фундаментов
Изображение предоставлено: Изображение1 Изображение2 Изображение3 Изображение4 Изображение5
СЕЙСМИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ БАЛКА-КОЛОННА СБОРНОБЕТОННОГО МОНОЛИТНОГО БЕТОНА UHPC
[1] | JGJ 1−2014, 装配式混凝土结构技术规程[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2014. JGJ 1−2014, Технические условия на сборную бетонную конструкцию [S]. Пекин: China Construction Industry Press, 2014. (на китайском языке) . |
[2] | 聂成才, 刘克, 张守钊.钢筋套筒灌浆连接应用技术规程[M]. Источник: 中国建筑工业出版社, 2015. Не Чэнцай, Ли Кэ, Чжан Шоужао. Техническая спецификация на применение цементного соединения арматурной муфты [M]. Пекин: China Construction Industry Press, 2015. (на китайском языке) . |
[3] | 刘洪涛, 闫秋实, 杜修力.钢筋混凝土框架梁柱节点灌浆套筒连接抗震性能研究[J].建筑结构学报, 2017, 38(9): 54 − 61. Лю Хунтао, Ян Цюши, Ду Сюли. Исследование сейсмических характеристик соединений балки-колонны железобетонной рамы, соединенных залитыми раствором втулками [J]. Журнал строительных конструкций, 2017, 38(9)): 54 − 61. (на китайском языке) |
[4] | 赵勇, 时林, 田春雨, 等.装配整体式混凝土框架梁柱组合体抗震性能试验研究[J/OL].建筑结构学报: 1 − 14. [2020-04-26]. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.0523. Чжао Юн, Ши Линь, Тянь Чунью и др. Экспериментальное исследование сейсмических характеристик узла балки-колонны в монолитном сборном железобетонном каркасе [J]. Журнал строительных конструкций: 1 − 14. [2020-04-26]. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.0523 |
[5] | GB 50010-2010, 混凝土结构设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2011. GB 50010−2010, Нормы проектирования бетонных конструкций [S]. Пекин: China Architecture & Building Press, 2011 г. (на китайском языке) |
[6] | Юань Дж., Грейбил Б. Связывание арматуры в сверхвысококачественном бетоне [J]. Структурный журнал ACI, 2015, 112(6): 851 − 810. |
[7] | Graybeal B. Проектирование и изготовление сборных соединений UHPC [R]. США: Федеральное управление автомобильных дорог, 2014 г. . |
[8] | Shafieifar M, Farzad M, Azizinamini A. Альтернативное соединение ABC с использованием UHPC [R]. США, Майами, Флорида: Международный университет Флориды, 2017. . |
[9] | Aarup B, Jensen B C. Связующие свойства высокопрочного фибробетона [J]. Специальное издание, 1998, 180: 459 — 472. |
[10] | Maya L F, Zanuy C, Albajar L, et al. Экспериментальная оценка соединений сборных железобетонных каркасов с использованием сверхвысококачественного фибробетона [J]. Строительство и строительные материалы, 2013, 48: 173 − 186. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2013.07.002 |
[11] | 安明喆, 张盟.变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能试验研究[J].中国铁道科学, 2007, 2(2): 50 − 54. doi: 10.3321/j.issn:1001-4632.2007.02.020 Ан Минчжэ, Чжан Мэн. Экспериментальное исследование способности сцепления между деформированными стержнями и реакционноспособным порошковым бетоном [J]. China Railway Science, 2007, 2(2): 50 − 54. (на китайском языке) doi: 10.3321/j.issn:1001-4632. 2007.02.020 |
[12] | 邓宗才, 袁常兴.高强钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的试验研究[J].土木工程学报, 2014, 47(3): 69 − 78. Дэн Цзунцай, Юань Чансин. Экспериментальное исследование способности сцепления между высокопрочной арматурой и реакционноспособным порошковым бетоном [J]. China Civil Engineering Journal, 2014, 47(3): 69 − 78. (на китайском языке) |
[13] | 方志, 陈潇, 张门哲, 等.活性粉末混凝土中带肋钢筋搭接性能试验研究[J].土木工程学报, 2019(3): 20 − 28. Фан Чжи, Чэнь Сяо, Чжан Мэнжэ и др. Экспериментальное исследование способности сцепления между высокопрочной арматурой и реакционноспособным порошковым бетоном [J]. Journal of Civil Engineering, 2019(3): 20 − 28. (на китайском языке) |
[14] | Ма Ф, Дэн М, Фан Х и др. Исследование поведения внахлестку деформированных стальных стержней после текучести в сверхвысококачественном бетоне [J]. Строительство и строительные материалы, 2020, 262: 120611. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120611 |
[15] | 冯军骁, 郑七振, 龙莉波, 等.超高性能混凝土连接的预制梁受弯性能试验研究[J].工业建筑, 2017, 47(8): 59 − 65. Фэн Цзюняо, Чжэн Цичжэнь, Лун Либо и др. Экспериментальные исследования поведения на изгиб сборной железобетонной балки со сверхвысокими характеристиками [J]. Промышленные здания, 2017, 47(8): 59 − 65. (на китайском языке) |
[16] | 郑七振, 陈威钢, 龙莉波, 等. UHPC连接的节点预制-构件预制装配式框架抗震性能试验研究[J].上海理工大学学报, 2019, 41(6): 584 − 590. Чжэн Цичжэнь, Чен Вейган, Лонг Либо и др. Экспериментальное исследование сейсмических характеристик сборных железобетонных каркасов со сборными узлами-сборными элементами, соединенными UHPC [J]. Журнал Шанхайского технологического университета, 2019 г., 41(6): 584 − 590. (на китайском языке) |
[17] | АКИ 318-19 и АКИ 318R-19, Требования строительных норм и правил для конструкционного бетона и комментарии [S]. Мичиган, Фармингтон-Хиллз: ACI (Американский институт бетона), 2019 г. |
[18] | 梁兴文, 王照耀, 于婧, 等.超高性能混凝土有腹筋梁受剪性能及受剪承载力研究[J].土木工程学报, 2018, 51(10): 56 − 67. Лян Синвэнь, Ван Чжаояо, Ю Цзин и др. Исследование поведения при сдвиге и несущей способности балок UHPC со скобами [J]. China Civil Engineering Journal, 2018, 51(10): 56 − 67. (на китайском языке) |
[19] | 王德弘, 郑文忠, 鞠彦忠, 等.钢纤维活性粉末混凝土梁柱中节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报, 2019, 40(3): 161 − 171. Ван Дэхун, Чжэн Вэньчжун, Цзюй Яньчжун и др. Экспериментальное исследование сейсмического поведения внутреннего соединения балки и колонны RPC, армированного стальным волокном [J]. Журнал строительных конструкций, 2019, 40(3): 161 − 171. (на китайском языке) |
[20] | Alkaysi M, El-Tawil S. Факторы, влияющие на развитие сцепления между сверхвысококачественным бетоном (UHPC) и арматурой из стальных стержней [J]. Строительство и строительные материалы, 2017, 144: 412 − 422. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.091 |
[21] | Alaee P, Li B. Высокопрочные бетонные внутренние соединения балки-колонны с арматурой из высокопрочной стали [J]. Journal of Structural Engineering, 2017, 143(7): 04017038. doi: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541Х.0001773 |
[22] | Гобара А., Азиз Т. С., Бидда А. Сейсмическая реабилитация железобетонных соединений балки-колонны [J]. Спектры землетрясений, 1996, 12(4): 761 − 780. doi: 10.1193/1.1585909 |
[23] | 汤浩, 王健.钢筋直径与活性粉末混凝土粘结性能的关系[J].北京建筑工程学院学报, 2012, 3(3): 6 − 9. Тан Хао, Ван Цзянь. Взаимосвязь диаметра стержня и характеристик сцепления реактивного порошкового бетона [J]. Журнал Пекинского университета строительства и архитектуры, 2012, 3(3): 6 − 9. (на китайском) |
[24] | Ван З. , Ван Дж., Лю Дж. и др. Крупномасштабные квазистатические испытания сборной колонны моста с карманными соединениями с использованием бесконтактных стержней, соединенных внахлестку, и цементного раствора UHPC [J]. Бюллетень сейсмостойкого строительства, 2019, 17(9): 5021 − 5044. doi: 10.1007/s10518-019-00649-6 |
[25] | Dagenais MA, Massicotte B. Соединения внахлест, усиленные сверхвысококачественным фибробетоном [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2015, 27(7): 04014206. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001169 |
[26] | 吕雪源, 王英, 符程俊, 等.活性粉末混凝土基本力学性能指标取值[J].哈尔滨工业大学学报, 2014, 46(10): 1 − 9. doi: 10.11918/j.issn.0367-6234.2014.10.001 Лю Сюэюань, Ван Ин, Фу Чэнцзюнь и др. Основные показатели механических свойств реактивного порошкового бетона [J]. Журнал Харбинского технологического института, 2014, 46(10): 1 − 9. (на китайском языке) doi: 10.11918/j.issn.0367-6234. 2014.10.001 |
[27] | 贡金鑫, 魏巍巍, 胡家顺.中美欧混凝土结构设计[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2007. Гонг Цзиньсинь, Вэй Вэйвэй, Ху Цзяшунь. Проектирование бетонных конструкций в Китае, Америке и Европе [M]. Пекин: China Construction Industry Press, 2007. (на китайском языке) . |
[28] | 王德弘, 鞠彦忠, 郑文忠.钢筋活性粉末混凝土框架节点抗震性能试验研究[J].振动与冲击, 2018, 37(6): 149 − 156. Ван Дэхун, Цзюй Яньчжун, Чжэн Вэньчжун. Экспериментальные исследования сейсмических характеристик армированных реактивных соединений каркаса из порошкового бетона [J]. Journal of Vibration and Shock, 2018, 37(6): 149 − 156. (на китайском языке) |
Монолитная плита I Определение монолита I Монолитное основание I Монолитная плита Фундамент Конструкция фундамента из монолитной плиты L Что такое монолитная плита L Как сформировать монолитную плиту
Оглавление
Монолитная плита
Монолитная означает «всё однократное заливание», поэтому фундамент выполнен из одного слоя бетонной горки с толстыми поверхностями под несущими стенами и всеми краями периметра для замены нижний колонтитул. Поскольку эта плита применяется одновременно, она выполняется очень быстро и снижает трудозатраты.
Монолитный ОпределениеПроще говоря, термин «монолитный» означает, что плита и балка работают как единое тело. Это монолитное действие балки достигается за счет плиты и балки одновременно.
В строительстве бетонных горок термин «монолитная плита» используется для описания бетонных конструкций, таких как фундаменты, плиты, фундаменты, поперечные балки, опоры и колонны, применяемые одновременно.
Читайте также: Типы марок цемента | Разница между цементом марок 33, 43 и 53
Монолитный фундамент
- В дополнение к одноэтапной заливке, монолитный фундамент также намного меньше, чем традиционный фундамент. Они всего около двух дюймов (4 см) в диаметре и могут достигать 12 дюймов [12 см] в высоту. Это означает, что вам нужно будет копать только около шести дюймов, и вся работа будет выполняться вашими руками.
- Плита обычно опирается на каменную подушку для отвода воды и армируется проволокой или арматурной проволокой для повышения прочности и снижения вероятности растрескивания. В более холодном климате, подобном тому, с которым мы столкнулись здесь, в Колорадо, вы можете комбинировать внутреннее отопление с дополнительным покрытием вокруг нижней границы, которое выталкивает линию льда наружу и вниз, сохраняя ее в безопасности в циклы холода и таяния.
- Сколько существенных проблем возникает, если многие условия не противоречат Монолитной плите. Их нельзя использовать, когда требуется больше заполнения, потому что у бетона больше шансов, если почва недостаточно уплотнена.
- Основная проблема заключается в том, чтобы построить дома над поймой, которые предоставляет ваш инженер (как и должно делать большинство строителей во Флориде). В этом случае моноплиты, как правило, окружают стены по периметру и другие большие несущие области. Это растрескивание может вызвать структурные проблемы, затрагивающие другие предметы домашнего обихода, такие как гипсокартон и пол, если каркасные стены неустойчивы.
Фундамент из монолитных плит
- Фундамент изготавливается путем заливки одного слоя бетона с образованием плиты и основания. Подрядчики предпочитают монолитную концепцию, потому что она снижает трудозатраты, а процесс строительства происходит быстрее, чем при использовании других фундаментов.
- Основание типичной монолитной плиты имеет толщину 12-18 дюймов в основании и толщину от 4 до 6 дюймов. Для возведения монолитного фундамента требуется правильная подготовка площадки и армирование бетона арматурой и проволокой.
- Строительство быстрое и простое: после того, как круговой ров уложен и гравий уложен, можно приступать к заливке бетона.
- Эта основа высыхает быстрее, чем любая другая основа.
- Прочный фундамент: Этот фундамент прочный, если правильно установлены анкерные болты и болты.
- Low Storage: Монолитный фундамент необходимо проверять только через регулярные промежутки времени, чтобы убедиться в отсутствии трещин в фундаменте.
- Энергосбережение: меньше энергии тратится впустую, потому что между домом и землей нет пространства. Воздух не движется под цокольным этажом.
- Это хороший способ для климата, где почва не холодная, а температура не слишком жаркая, и это не похоже на пустыню. Если нет необходимости в подвале или подвале, можно использовать монолитную плиту для повышения энергоэффективности.
- Средняя базовая стоимость может варьироваться от 4600 до 20 000 долларов США в зависимости от определенных факторов. Некоторые факторы, которые в основном определяют цену фундамента, включают место вашего проживания, размер вашего дома, арматуру, используемую в бетоне, размер и почву, на которой вы строите.
Читайте также: Что такое оценка? | Типы оценки | Преимущество оценки | Недостаток сметы
Конструкция фундамента из монолитной плиты
- Основными элементами конструкции фундамента из монолитной плиты являются сам пол и могут быть распорные балки или стены фундамента с опорами на краях плиты. В некоторых случаях требуются дополнительные опоры (обычно толстая плита) под стены или колонны посередине плиты. Формованные бетонные полы, как правило, проектируются достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузки на грунт без армирования при заливке в сплошной или уплотненный грунт. Надлежащее использование горячекатаной стальной ткани и окалины из низкосортного бетона/цемента может уменьшить усадочное растрескивание, что очень важно для внешнего вида, а также может помочь в методах контроля проникновения радона.
- Стены фундамента обычно выполняются из камня или бетона для бетонного строительства. Стены фундамента должны выдерживать вертикальные нагрузки от верхней конструкции и передавать эти углы на подошвы. Насыпные фундаменты из бетона должны обеспечивать опору под стены и столбы. Точно так же дистанционные балки по краям фундамента поддерживают верхнюю конструкцию выше. Фундаменты должны быть рассчитаны на размер, достаточный для распределения нагрузки на землю. Под ногами может подниматься холодная вода, вызывая трещины и другие структурные проблемы. По этой причине фундаменты следует размещать под высоким снегом, если только они не установлены на камне или земле, которые, как было доказано, не промерзли или не промерзли для предотвращения замерзания.
- При наличии обширного грунта или в районах с высокой сейсмической активностью могут потребоваться специальные фундаменты. В этом случае требуется консультация местного строительного чиновника, и рекомендуется инженер-строитель.
Термин «монолитный» означает «все за один снос», поэтому в строительстве, где используется монолитная плита, фундамент выполнен из одного слоя бетонной горки с толстыми участками под несущими стенами и всеми края вокруг опоры для ног.
Строительство монолитной плиты происходит очень быстро, а трудозатраты низкие, так как в этой плите бетон заливается одновременно. Бетон используется не только с одним слоем бетона для бетонного пола, но и в сочетании с неподвижной плитой.
Использование дорогих материалов делает заливку бетонных камней монолитной с бетонными столбами и столбами, при этом закрепленный бетонный шифер находится над уровнем земли. Монолитные плиты представляют собой базовые конструкции, выполненные из одного слоя бетона, обычно состоящие из бетонной трубы толщиной 4 дюйма с толстыми внутренними слоями под несущими стенами и обычно упрочненные по периметру периметра.
Преимущества монолитных плит:
- Быстрое строительство.
- Очень прочный, особенно с добавлением армирующей стали и волокнистой сетки.
- Его также можно улучшить, добавив давление на слабый грунт.
Читайте также: Что такое древесина? | Что такое пиломатериалы? | Для чего используются пиломатериалы? | Пиломатериалы против дерева | Разница между пиломатериалами и древесиной | Стандартный размер древесины | Для чего используется древесина?
Как сформировать монолитную плиту?
Монолитный означает «вся одинарная заливка», поэтому фундамент выполнен из одного слоя бетонной горки с толстыми поверхностями под несущими стенами и всеми ребрами периметра для замены цоколя. Поскольку эта плита применяется одновременно, она выполняется очень быстро и снижает трудозатраты.
При использовании в идеальных условиях моноплиты могут звучать как плиты Stem-Wall. В большинстве сообществ подкатегории он накапливается, почва равномерно распределяется по территории и очень уплотняется с минимальной необходимой фильтрацией. В этом случае, если вся высота пола одинакова от много до много и много меньше, моноплиты могут быть лучшим вариантом.
Правильная планировка площадки и армирование бетона являются важными методами возведения монолитной плиты.
1. Почва:
Необходимо покрыть почву ниже уровня серы и не содержать никаких живых существ. Если верхний слой почвы подвергается эрозии, он имеет тенденцию создавать почву, которая недостаточно нарушена под поверхностью.
Важно хорошо удалить землю. Важно реагировать потоком воды, и следует подготовить правильное перенаправление, чтобы не перегружать лабораторию.
Траншеи по периметру: Толстый край монолитной горки образован траншеей, соответствующей повороту склона. В теплых условиях траншее может понадобиться только глубина стопы и ширина стопы.
Глубина траншеи составляет не менее 2 метров, что требуется в местах, где проникает иней, и его можно предотвратить, чтобы снег не перемещался под лабораторией.
2. Гравий:
Комбинированный гравий рассыпают под горки и траншеи на глубину от 3-1/2 до 4 дюймов и более. Гравий, который хорошо выделяет заполнители от 3/8 до 3/4 дюйма, является популярным методом.
3. Армирование:
Проволочная сетка размером 6 дюймов на 6 дюймов (6 ″ x 6 ″) используется в стандартной установке, которая размещается на посадочных местах для арматурных стержней, расположенных рядом с центром готовой направляющей.
Для затягивания толстой кромки часто используется арматурный стержень № 4. В нижней части канала можно расположить 2 последовательных стержня рядом друг с другом, начиная с одного стержня вверху. Арматура должна быть помещена в траншею и держать связанной.
4.
Бетон:Как правило, бетон определяется как 3000 фунтов на квадратный дюйм и не менее 4 дюймов в диаметре. В конце горки должна быть высота не менее шести дюймов над землей. Почва, которую вы покрываете, должна находиться вдали от лаборатории.
5. Анкерные болты:
С помощью 1/2-дюймовых анкерных болтов нижние пластины строительных стен крепятся к проушинам. По краям, вставленным в бетон, когда он уже влажный, эти болты имеют форму J или L.
Другие стороны анкерных болтов устанавливаются так, чтобы верхняя сторона стеновой пластины крепилась к гайкам. Обычно анкерные болты располагаются на расстоянии шести футов от центра.
Читайте также: Что такое летучий кирпич? | Стоимость кирпичей из летучей золы | Свойства зольных кирпичей | Процесс производства кирпичей из летучей золы | Прочность на сжатие кирпича летучей золы | Размер кирпича летучей золы | Преимущества и недостатки кирпичей из летучей золы
[примечание note_color=”#F2F2F2” text_color=”#333333″ radius=”3″ class=”” id=””]
Нравится этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!
Рекомендуем прочитать –
- Что такое водослив | Типы водосброса | Определение Водосброс | Проект водосброса
- Что такое работоспособность | Что такое удобоукладываемость бетона | Типы удобоукладываемости бетона | Факторы, влияющие на удобоукладываемость бетона
- Что такое канализационная система? | Типы канализационных систем | Зачем нам нужна частично отдельная система? | Как работает канализационная система? | Как работает очистная установка?
- Что такое приправа древесины? | Способы выдержки древесины | Назначение приправы древесины
- Что такое уклон дороги? | Ограничение уклона дороги | Типы уклона дороги | Исключительный уклон дороги | Градиент дороги | Цель обеспечения уклона дороги | Важность уклона на дорогах
[/примечание]
Лазерная оптика: монолитные афокальные расширители луча обеспечивают гибкие возможности
ULRIKE FUCHS
Пассивные оптические компоненты незаменимы в сложных лазерных системах, таких как те, которые используются в обработке материалов, а также почти во всех лабораторных приложениях. Соответствие диаметру входящего луча (1/e 2 ) до диаметра, требуемого нижестоящей системой, является обычной задачей, когда для расширения луча предпочтительны телескопы галилеева типа.
Однако исследователи и заказчики столкнулись с большим количеством ограничений при использовании этих систем. Они слишком сложны в настройке, требуют очень узкого диаметра входящего луча и слишком негибки с точки зрения увеличения. Кроме того, свойство дифракционно-ограниченной производительности иногда может поддерживаться только в рамках оптической схемы, а не в фактической конструкции системы расширения луча. Таким образом, предпочтительная система должна регулироваться для используемой длины волны без изменения увеличения. Расширители луча галилеева типа обычно обладают хроматическими свойствами, которые требуют регулировки увеличения при изменении длины волны.
Монолитное асферическое расширение луча
В монолитных системах расширения луча используется несколько иной подход, чем в обычных системах на основе телескопа Галилея. Хотя их функция по-прежнему аналогична телескопу Галилея, они состоят только из одного оптического элемента — менисковой линзы. Этот принцип известен давно, но может привести к сильным сферическим аберрациям в его оригинальной конструкции с двумя сферическими поверхностями, и поэтому может использоваться только для входящих лучей с очень малыми диаметрами и расширениями (см. рис. 1а).
Этот тип оптического элемента представляет особый интерес, когда одна из двух поверхностей выполнена асферической. Такая поверхность позволяет корректировать сферические аберрации и создавать афокальную систему, которая может использоваться с входящими лучами большого диаметра. Увеличение М=2 в обоих случаях при диаметре входящего луча 10 мм.
Увеличение отдельных лучей для монолитных элементов телескопа Галилея относительно невелико из-за ограниченной толщины в центре. Поскольку это фокальные системы расширения луча, их можно размещать последовательно, чтобы постепенно увеличивать входящий пучок на его пути (см. рис. 1b). Это открывает совершенно новые возможности: всего с тремя такими элементами диаметр входящего луча можно увеличить в восемь раз, а с пятью даже в 32 раза.
Если используются отдельные элементы с M=2, приращения для возможного увеличения составляют M=2, 4, 8, 16, 32 и т. д. Это оптимальное решение, когда требуется высокий уровень увеличения в минимально возможном пространстве и высокое качество волнового фронта. Если, однако, требуются еще меньшие приращения, необходимы другие увеличения отдельных элементов в непосредственной близости друг от друга. В частности, предусмотрены два нижних уровня при М=1,5 и М=1,75.
Менискальная линза может регулироваться в обоих направлениях вдоль пути луча благодаря афокальным размерам отдельных элементов (см. рис. 1b, часть [c]). Это означает, что при их объединении возможны шесть, а не только три, укрупнения отдельных элементов, что значительно увеличивает количество возможных комбинаций. Когда элементы доступны для каждого основного типа увеличения, это дает в общей сложности 13 возможностей с точки зрения общего увеличения с использованием только этих трех менисковых линз. Эта комбинация может быть расширена за счет включения других элементов с использованием до пяти элементов, что приводит к 230 возможным комбинациям и шагам увеличения, из которых наибольшее значение составляет M = 32.
Использование монолитных систем расширения луча в каскадной конструкции предлагает значительно больше оптических поверхностей, чем обычные системы Галилея, что делает любую другую поверхность асферической. Чтобы этот тип каскадной системы можно было применять на практике для гибкой системы расширения луча, требуются поверхности очень высокого качества. Чтобы избежать более поздних ограничений на комбинацию элементов, каждый отдельный элемент должен быть значительно лучше по всей своей чистой апертуре, чем требование дифракционного ограничения, которое представляет собой среднеквадратичную (RMS) ошибку волнового фронта <λ/ 14. Следовательно, для длины волны титан-сапфирового лазера 780 нм среднеквадратическая ошибка волнового фронта должна быть <55 нм, а для второй гармоники Nd:YAG с длиной волны 532 нм среднеквадратическая ошибка должна быть <32 нм.
Если центральная толщина и децентрирование поверхностей выполнены с большой точностью для удовлетворения этих требований, система может эксплуатироваться без каких-либо необходимых регулировок, так как все степени свободы регулировки уже настроены на оптимум как монолитный элемент во время производства. Таким образом, добавление дополнительных монолитных элементов для изменения уровня увеличения может происходить без необходимости какой-либо регулировки, и в результате это происходит быстро и несложно.
Для демонстрации рабочих характеристик были измерены карты волнового фронта монолитного расширителя луча с M=2 на длинах волн 1064 и 532 нм. В обоих случаях среднеквадратическая ошибка волнового фронта составила 0,018 λ. Измеренная карта волнового фронта пятиэлементного набора монолитных расширителей луча с M = 21 показала среднеквадратичную ошибку волнового фронта 0,040 λ (0,220 λ P-V), что делает эту каскадную систему дифракционно-ограниченной.
Изменение длины волны: Waveλdapt
При установке традиционной системы расширения луча расстояние между двумя линзами можно отрегулировать, чтобы компенсировать изменение их фокусных расстояний, вызванное изменением длины волны. При использовании монолитных элементов для расширения балки компенсация невозможна (см. рис. 2), так как толщина центра не регулируется. Таким образом, выходной пучок либо расходящийся, либо сходящийся с использованием монолитного расширителя луча для длины волны, отличной от проектной. Также возникают ошибки волнового фронта более высокого порядка, поскольку центральная толщина отличается от реальной конструкции.
Эффекты еще больше ухудшаются, если используется каскад монолитных расширителей луча (см. рис. 2). Ошибки волнового фронта накапливаются, а аберрация увеличивается более чем в 10 раз — приведенные цифры относятся только к самой оптической схеме. Все становится еще хуже, когда в этом анализе учитываются производственные допуски. Хотя расчетный анализ среднеквадратичной ошибки и ошибки волнового фронта от пика до впадины (P-V) дает число, которое было бы адекватным для работы с ограничением дифракции, нельзя ожидать, что такая система действительно достигнет ограниченной дифракции на практике.
Поскольку невозможно изготовить монолитные расширители луча для всех мыслимых длин волн, абсолютно необходим дополнительный компонент для компенсации всех эффектов, возникающих при отклонении от расчетной длины волны. Задача его проектирования не является тривиальной. Существует 230 возможных комбинаций пяти элементов, и результат также должен быть простым в использовании. Таким образом, цель состояла в том, чтобы создать оптическую систему, которая представляет собой расширение монолитных расширителей луча и может быть адаптирована таким образом, чтобы минимизировать аберрацию выходного лазерного луча и автоматически уменьшить ошибки изображения до допустимого уровня, в то время как диаметр луча поддерживается постоянным. Таким образом, система представляет собой зум-объектив, предназначенный для поддержания постоянного увеличения в 1 раз.
Мы назвали эту оптическую систему, компенсирующую все эффекты, связанные с изменением длины волны, Waveλdapt (см. рис. 3а). Его принцип работы намеренно упрощен, чтобы сделать его простым в использовании. Если с этими монолитными расширителями луча используется «неправильная» длина волны, наиболее очевидным эффектом является отклонение луча от его предполагаемой коллимации. Это легко распознать, измерив диаметр луча сразу за расширителями луча, а затем на большем расстоянии (2–4 м). После того как Waveλdapt добавлен к расширителям луча, его можно легко отрегулировать, повернув одну часть, а затем определить изменение расходимости посредством другого измерения диаметра луча, пока оно не станет одинаковым на обоих расстояниях.
Одной из целей разработки было сохранение постоянного увеличения, даже когда линзы меняют свое положение, в качестве средства коррекции различных аберраций волнового фронта и расхождения. Результат этой довольно необычной для трансфокатора задачи показан на рис. 3б. Как показано там, увеличение варьируется в зависимости от длины волны и для каждой комбинации расширителей луча. Максимальное отклонение от 1x составляет 1%, что все еще находится в пределах допуска, разрешенного для большинства практических приложений. Большая зеленая область указывает на то, что отклонение в основном не превышает 0,4%.
Оптическая конструкция Waveλdapt разработана таким образом, что при получении коллимированного луча он компенсирует надлежащее количество аберраций, так что волновой фронт в реальном мире ограничен дифракцией.
Это также означает, что теоретические цифры намного меньше, так что Waveλdapt должен быть размещен в точке наибольшего диаметра луча для правильной работы. На рис. 4а показаны примеры измеренных волновых фронтов для двух разных длин волн с использованием базовой конфигурации с расширителями луча на 780 нм и включением Waveλdapt. Следует особо отметить, что эта комбинация имеет еще более низкую среднеквадратичную ошибку волнового фронта, как и предполагалось в оптической схеме.
На рис. 4b показан спектральный диапазон, который можно охватить четырьмя различными модулями Waveλdapt, каждый из которых рассчитан на свою базовую длину волны расширителя луча (532, 632, 780 и 1064 нм).