Строительные конструкции.

Строительные материалы в конструкциях зданий и сооружений

К конструкционным относятся такие материалы, которые имеют высокие прочностные характеристики, коэффициент размягчения, модуль упругости, технологичность в работе. К такимматериалам относят металлы (сталь, чугун, алюминий), бетон и железобетон, древесину, конструкционные пластмассы и ещё некоторыекомпозиции.

Металлические конструкции из стали применяют во всех видах зданий и инженерных сооружений, особенно при больших пролётах, большой высоте, нагрузках, при условии выполнения антикоррозионных требований.

7.1 Алюминиевые изделия

Имеют ограниченное применение в несущих конструкциях из-за недостаточной устойчивости под нагрузкой в связи с меньшим модулем упругости, существенным снижением прочности при повышенной температуре (уже выше 100ºС) и высоким тепловым расширением. Но зато они обладают большей коррозионной стойкостью, особенно модифицированные магнием и марганцем, холодостойки, не дают искры при ударе. Из этого металла производят панели наружных стен и покрытий, подвесные потолки, сборно-разборные и листовые конструкции. Используют алюминиевые изделия в большепролётных покрытиях только при строительстве цехов с агрессивной средой. В этом случае увеличивают размеры сечений конструктивных элементов, чтобы обеспечить необходимую жёсткость и устойчивость конструкций. Эти качества улучшаются при создании пространственных, в том числе стержневых висячих конструкций, гнутых элементов и гофрированных листов, выполняющих одновременно с ограждающими и силовые функции. Обладая высокими пластическими свойствами, алюминиевые заготовки легко штампуются, поддаются гофрированию, прессованию, используются в различных листовых и панельно-каркасных конструкциях. Стеновые и кровельные панели состоят из двух тонких гладких или профилированных листов, между которыми приклеивается утеплитель эпоксидным или каучуковым клеем. Толщина листов обшивки – 1-2,5 мм. Особенно эффективны ограждения производственных зданий из гладких преднапряженных алюминиевых листов с утеплителем из вспененного пенополиуретана и даже вспененного состава на основе битума. Сборно-разборные алюминиевые конструкции применяют для строительства производственных, жилых и общественных зданий в труднодоступных районах (рис.13). Масса зданий уменьшается в 20 раз, срок строительства – в 4 раза.

Рис. 13 – Направляющие профили

Изготавливают из алюминиевых сплавов ёмкости и резервуары для хранения агрессивных веществ: нефтепродуктов, кислот, сжиженных газов и др. Для транспортировки этих продуктов делают трубы напорные и безнапорные диаметром от 50 до 200 мм. При прокладке трубопровода в грунте его защищают от коррозии битумно-резиновой или полимерной мастикой.

Соединяют элементы алюминиевых конструкций аргонодуговой или электроконтактной сваркой, а также холодной клёпкой; на оцинкованных и кадмированных болтах, винтах, прокладках и на клею в болтовых соединениях, замках и защёлках.

7.2 Для стальных конструкций

Используют весь сортамент стали: листовую, профильную, трубы, профили разного назначения (оконные, дверные переплёты, крановые рельсы, оцинкованный профильный настил, стальные канаты, высокопрочная проволока для предварительно напряжённых конструкций и др.).

В зависимости от назначения и условий эксплуатации металлоконструкций применяют различные группы сталей, учитывающие их хладостойкость и коррозионную стойкость.

Рис. 14 – Строительство цеха из металлоконструкций

Основными конструктивными формами и назначением стальных конструкций являются: промышленные здания, каркасы и большепролётные покрытия общественных зданий, мосты и эстакады, башни и мачты, витражи, оконные и дверные заполнения. Рис. 14,15,16.

Рис. 15 – Виды металлических конструкций

В заводских условиях изготавливают фрагменты колонн, подкрановых и мостовых балок, ферм, прогонов, арок, цилиндрических и шатровых покрытий и других конструкций, которые затем укрупняются и монтируются на строительной площадке.

Рис. 16 – Эйфелева башня из металлоконструкций

7.3 Железобетонные конструкции

Изготавливают с обычной и предварительно напряжённой арматурой. Арматуру изготавливают в арматурно-сварочных цехах или на заводе в виде укрупнённых элементов – сварных сеток и блоков каркасов. Армирование осуществляют отдельными стержнями, сетками, пространственными каркасами, проволокой. Стержневую арматуру изготавливают гладкой (А-I) или периодического профиля (А-II, А-III, А-IV, А-V).

Предварительно напряжённые железобетонные конструкции более эффективны, чем обычные. В них полнее используется несущая способность арматуры и бетона, поэтому можно снизить массу изделия за счёт толщины или сечения изделия. Более того, предварительное обжатие бетона препятствует образованию трещин в растянутой зоне.

Рис. 17 – Железобетонные изделия

Железобетонные конструкции подразделяют на сборные (рис. 17) и монолитные. Сборными называют конструкции, изготовленные в специализированных цехах на заводах ЖБИ, транспортируемые в готовом виде на стройплощадку. Монолитными называют конструкции, бетонируемые на месте строительства.

На заводах ЖБИ и на стройплощадке для изготовления бетонной смеси должно быть специальное оборудование: точные дозаторы (по массе) для компонентов бетонной смеси, бетоносмесительные установки (гравитационные или с принудительным перемешиванием). Если бетонная смесь привезена на стройплощадку готовой, то на неё должен быть паспорт, в котором указана марка бетона (класс) и консистенция смеси (осадка конуса или жёсткость). Если бетонную смесь готовят на стройплощадке, то её консистенция должна соответствовать способу формования и подачи смеси к месту укладки.

Подача смеси на стройплощадке может осуществляться с помощью крана и бадьи, по трубам, лоткам, самосвалом, транспортёром и шлангом с помощью насосной техники. В условиях завода укладывает бетонную смесь в форму стационарный бетоноукладчик.

Смесь должна заполнить форму, быть однородной по всему сечению изделия и уплотнена.

Основным способом уплотнения бетонной смеси является вибрирование. Для каждой консистенции бетонной смеси есть своя оптимальная интенсивность вибрирования, которая достигается правильным сочетанием амплитуды, частоты колебаний и продолжительностью воздействия. На заводах вибраторы стационарные (вибростол), хотя иногда применяют и переносные. На стройплощадке – переносные.

При уплотнении жёстких бетонных смесей виброукладку дополняют нагрузкой. При наличии прессующего давления хорошо укладываются и формуются профилированные изделия коробчатого сечения или виброштампуют, например, лестничные марши. Для однотипных плоских изделий применяют вибропрокат; центробежный способ формования — для изготовления железобетонных труб, опор, полых колонн (рис. 18). Вибровакуумирование позволяет получить более плотную поверхность за счёт отсасывания из уложенной бетонной смеси 10-20% воды затворения с помощью вакуум-щитов, где создаётся разрежение. Этот способ уплотнения применяют для тонкослойных, тонкостенных изделий.

Рис. 18 – Изделия, полученные разными способами формования

После формования изделия должны твердеть, лучше всего – в нормальных условиях. На это потребуется, как минимум, неделя, поэтому твердение бетона интенсифицируют: ускоряют процессы гидратации вяжущего с помощью повышения температуры. Широко применяют методы тепловой обработки бетона с помощью паропрогрева в пропарочных камерах в условиях завода. На стройплощадке используют электроразогрев бетонной смеси с последующим утеплением в холодное время года – этот метод называют методом «термоса». Используют лучистую энергию, но этот метод эффективен для тонкостенных изделий. Применяют и химические добавки – ускорители твердения.

На заводах формуют сборные конструкции: фундаментные плиты, стены подвалов, панели наружных и внутренних стен, элементы каркаса и покрытий, междуэтажные перекрытия, перемычки, лестничные марши и др. Рис. 19.

Рис. 19 – Железобетонные конструкции для перекрытий

Монолитные конструкции возводят из тяжёлого и лёгкого бетонов. Стены жилых зданий – из лёгкого бетона, Несущие конструкции – из тяжёлого бетона, в особых случаях – из жаростойкого или кислотоупорного.

Бетонирование монолитных конструкций производят непрерывно или с перерывами, т. е. участками или блоками. Непрерывно необходимо бетонировать предварительно напряжённые конструкции, фундаменты, воспринимающие динамические нагрузки от оборудования. А такие массивные сооружения как: плотины, шлюзы, массивные фундаменты бетонируют блоками, разрезают рабочими швами для предупреждения температурных и усадочных напряжений.

Уход за бетоном начинают сразу после укладки и до достижения проектной прочности. Поверхность должна быть защищена от высыхания. В сухую погоду поддерживают высокую влажность, устраивают поливы водой, делают даже бортики для слоя воды на поверхности бетона до достижения 70% проектной прочности. В последнее время применяют плёнкообразующие составы, препятствующие испарению воды; укрывают изделия плёнками.

7.4 Деревянные конструкции

Строительный материал — древесина используется с глубокой древности. Высокий коэффициент конструктивного качества, прочность при растяжении и сжатии, водонепроницаемость, стойкость в агрессивных средах, декоративность и технологичность, возобновляемость ресурсов обеспечили деревянным конструкциям и изделиям достойное место среди современных строительных материалов. Склеивание древесины из бездефектных частей в специальные заготовки современными полимерными клеями даёт возможность получить композиционные материалы с прочностью, превышающей прочностные показатели рядовой древесины в 1,5-2 раза. Использование отходов деревообработки ещё более повышает экономическую эффективность древесины.

Ещё в ХII-ХIII веках на Руси были построены из древесины храмы, дворцы, мосты, крепости. В ХVII веке распространились брусчатые конструкции. Из такой конструкции в ХVIII веке была сооружена колокольня высотой 118 м в Петропавловской крепости. Кулибиным предложены интересные решения строительства мостов до 300 метров длины из древесных конструкций.

Изобретение клееной фанеры по своему значению сопоставимо с применением листового проката из металла. В конце ХIХ века стали конструировать разнообразные формы пространственных дощато-гвоздевых конструкций типа оболочек.

Для изготовления строительных конструкций используют лесоматериалы, композиционные материалы и модифицированную древесину. По способу механической обработки лесоматериалы разделяют на круглые, пиленые, лущеные, фрезерованные, измельчённые.

К композиционным относятся листовые, плитные, получаемые с помощью связующего – это фанера, столярные плиты, древесно-стружечные плиты, древесно-слоистые пластики, фибролиты, ксилолиты и др.

К модифицированной древесине относятся – прессованная, пластифицированная аммиаком.

Клееные конструкции бывают несущими и ограждающими. Склеивание осуществляется в заводских условиях. Толщина клеевого шва после модифицирования синтетическими клеями и запрессовки обеспечивает максимальную прочность изделию при слое 0,1-0,2 мм.

Наилучшими клеями для древесины являются: резорциновые, фенольные, карбамидные и поливинилацетатные полимеры. Под влиянием температуры и отвердителя клей отверждается, растворитель удаляется, изделие принимает заданную форму. Разработаны технологические линии по производству клееной древесины.

Рис. 20 – Монтаж дома из деревянных конструкций

Несущими конструкциями являются: балки, арки, рамы, фермы, панели, а также пространственные оболочки, купола, своды. Плоские клееные конструкции способны перекрывать значительные по размерам пролёты – до 100 метров.

Ограждающими конструкциями являются: панели для стен и покрытий. Для панелей длиной 3-6 метров устраивают продольные рёбра из клееной древесины, гнутые фанерные швеллеры. Трёхслойные панели для стен можно отнести к клееным, так как обшивка их делается из фанеры, ДСП или ДВП с утеплителем в середине (пенопласт). Для усиления несущей способности панели делают на деревянном каркасе. Бывают обшивки из плоских асбестоцементных листов. Ограждающие и несущие конструкции могут быть из бруса или брёвен. Рис. 20.

Своды и купола по конструктивному исполнению подразделяются на сплошные тонкостенные; ребристые, опирающиеся на арки; кружально-сетчатые, собираемые из стандартных косяков. Цилиндрические своды могут быть распорными, опирающимися на продольные стены или по контуру, или безраспорными, опирающимися на торцевые стены, столбы и диафрагмы. Пересечением цилиндрических сводов образуются крестовые своды безраспорных конструкций, опирающиеся преимущественно на колонны, и сомкнутые своды– квадратные или шестиугольные в плане, опирающиеся по периметру.

На специализированных заводах выпускают брусковые, каркасно-щитовые и каркасно-обшивные сборные дома. Наружные стены облицовывают обрезными досками, асбестоцементными плитками и др. Пространство между каркасом ограждений заполняют утеплителем.

Деревянные конструкции хорошо противостоят агрессивным воздействиям, их применяют в таких сооружениях, где другие материалы быстро выходят из строя (градирни, вентиляционные башни, транспортные галереи, склады для минеральных удобрений, помещения для производства серной кислоты, свинца и др.). В определённых условиях деревянные конструкции экономичнее металлических или железобетонных по стоимости, по капитальным вложениям, по приведённым затратам.

7.5 Полимерные конструкции

Полимерные материалы не обладают высоким модулем упругости, высокой твёрдостью и прочностью. Они могут быть использованы для производства композиций, где армирующие компоненты будут выполнять функции силовых, а полимер – связующих материалов, а также для защиты от вредных воздействий. Так были получены конструкционные материалы с полимерной матрицей: полимербетоны и бетонополимеры.

Полимербетоны изготавливают на полимерных связующих с минеральными или органическими заполнителями. В качестве связующего используют термореактивные смолы (эпоксидные, полиэфирные, фурановые) и карбамидные. Наполнителями могут быть кварцевый песок, щебень из прочных горных пород или отходы деревообработки. Армируют полимербетоны (в зависимости от назначения) стальной, стеклопластиковой арматурой, либо волокнами (стальными, стеклянными, полимерными) по всему объёму – называют фибробетонами. Используют такие материалы в несущих коррозиестойких конструкциях промышленных зданий: колонны высотой до 14,5 м, эстакады под электролизные ванны, фундаменты под технологическое оборудование, коллекторные кольца, балки покрытий, блоки стен подвалов, подкрановые фундаменты, плиты для пола и футеровок, трубы и др.

Бетонополимеры характеризуются такими же свойствами, только этот композиционный материал изготовлен по другой технологии – с помощью пропитки. Полимер в жидком состоянии заполняет капиллярную систему бетона и структура становится плотной водонепроницаемой. Прочность такого бетона зависит от глубины пропитки.

Пространственные конструкции – трёхслойные панели состоят из лёгкого утеплителя (звуко- и виброгасителя), оклеенного с обеих сторон жёсткими обшивками (стеклопластиком, асбестоцементом, тонколистовым алюминием и др.). Их разделяют по назначению: для стен (вертикальные ограждения), покрытий и подвесных перекрытий, а также утеплённые и неутеплённые изделия. Монтируют по несущим конструкциям, стыки панелей уплотняют прокладками из пороизола, гернита, пенополиуретана, воспринимающими температурные деформации панелей без нарушения герметичности стыка.

Конструкции, состоящие из слоёв разных материалов и работающие монолитно, называют комбинированными. В них материал обшивки один, в середине утеплитель – другой. К примеру, состав двухслойных труб: металлопластик или эмалевый слой внутри керамической трубы.

Рис. 21 – Воздухоопорная конструкция

Пневматические конструкции изготавливают из мягких плёночных материалов. Какие конструкции можно сделать из гибких материалов? Принципиально новые – воздухоопорные. Рис. 21. Пневматическими называются конструкции с мягкими оболочками, форма и несущая способность которых, обеспечивается избыточным давлением нагнетаемого в них воздуха. Такие конструкции изготавливают из армированных и неармированных полимерных плёнок, пропитанных полимером тканей. Конструкции делают воздухоопорными, пневмокаркасными и комбинированными. Все они выполняют ограждающие функции и сохраняют заданную форму только с помощью нагнетаемого под давлением до 1,0 кПа воздуха. Это цилиндрические своды, просторные палатки, помещения для спортивных тренировок, мобильных госпиталей, туристские базы и т. д.

Пневмокаркасные конструкции отличаются тем, что воздух нагнетается в каркасы, остальные поверхности конструкции могут быть тканевой оболочкой. Материалом оболочек могут быть армированные полимерные плёнки, сетки или ткани, пропитанные поливинилхлоридом, полихлорпреном, этилпропиленовым или полиуретановым каучуком и др. Материалы должны быть воздухонепроницаемыми, теплостойкими, морозостойкими, прочными, эластичными и лёгкими. Конструкции легко собираются, при необходимости складываются и транспортируются, поэтому их называют мобильными.

Другим типом конструкций из пластмасс являются оболочки. Оболочки – наиболее эффективные покрытия для пролётов любой формы и длины, совмещающие несущие и ограждающие функции. Это тонкостенные пространственные элементы в одной плоскости, одинарной или двоякой кривизны, опирающиеся как по контуру, так и в отдельных точках. Их изготавливают из стеклопластиков на алюминиевых, стальных профилях или клееных брусьях из древесины. Подобные конструкции покрывают вокзальные перроны, галереи в аэропортах, выставочные залы, спортивные арены, оранжереи и др.

1. Под общей редакцией В. Г. Микульского «Строительные материалы». Изд-во. М.: 2002, 530 с.

2. Л. Г. Мельниченко, Б. П. Сахаров, Н. А. Сидоров «Технология силикатов». Изд-во «Высш. школа» М.: 1969, 360 с.

3. С. Н. Колесов, И. С. Колесов «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Изд-во «Высш. школа» М.: 2007.

4. В. Н. Пантилеенко, Л. А. Ерохина «Конспект лекций по курсу «Материаловедение» и «ТКМ» Уч. Пособие, Ухта, 2008, 130 с.

5. В. Н. Пантилеенко, Л. А. Ерохина, Е. М. Веряскина «Строительное материаловедение» Учебное пособие, Ухта, 2009, 165 с.

Строительные конструкции.

По функциональному назначению строительные конструкции подразделяются на несущие и ограждающие. Существуют также такие конструкции, как арки, фермы или рамы. Они являются несущими. А такие строительные конструкции как панели для стен, оболочки, своды соединяют в себе и ограждающие и несущие функции.

Типы и виды строительных конструкций.

Несущие строительные конструкции в зависимости от расчетной схемы делятся на плоские (балки, фермы, рамы и др.) и пространственные (оболочки, своды, купола и др.). Пространственные строительные конструкции обладают более выгодным распределением усилий, в сравнении с плоскими конструкциями. Это, в свою очередь, требует меньшего расхода материалов, однако сборка и производство таких строительных конструкций является крайне трудоемким. На сегодняшний день появились новые типы пространственных конструкций – структурные конструкции, изготовленные из прокатных профилей, закрепленных болтовыми соединениями. Такой тип строительной конструкции обладает простотой изготовления и монтажа, экономичностью.

Строительные конструкции по виду материала бывают:

Это наиболее встречающиеся виды строительных конструкций на данный момент.

Современное строительство применяет железобетон в виде сборных конструкций. Сфера применения таких конструкций: строительство жилых, производственных зданий, различных сооружений. Целесообразное применение монолитного железобетона — это различные гидротехнические постройки, покрытия дорог, аэродромов, строительство фундаментов под промышленное оборудование, всевозможные резервуары, элеваторы и т. п.

При возведении сооружений, которые эксплуатируются в условиях агрессивной внешней среды или особых климатических условиях (например, повышенная температура, влажность), используют специальные виды бетона и железобетона. К примеру такими сооружениями являются тепловые агрегаты, здания химической промышленности и другие.

В железобетонных строительных конструкциях за счет использования особо прочных бетонов, арматуры, увеличения изготовления напряженных конструкций допустимо уменьшение массы конструкции, понижение цены и расхода материалов, увеличение сфер применения лёгких и ячеистых бетонов.

Области применения строительных конструкций.

Сфера применения стальных строительных конструкций иногда совпадает с использованием железобетонных конструкций. Это, в частности, каркасы большепролетных зданий, цеха с тяжелым и громоздким оборудованием, промышленные резервуары больших емкостей, мосты и др. Выбор типа строительной конструкции зависит от его стоимости, района строительства, расположения предприятия. Главное преимущество стальных строительных конструкций от железобетонных – малая масса. Это позволяет применять данные конструкции в малодоступных районах: на Крайнем Севере, в районах с повышенной сейсмической активностью, пустынных, горных районах и т. д.

Создание продуктивных объемных конструкций (из тонколистовой стали), увеличение объемов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката сделают возможным уменьшить вес зданий и сооружений.

Главная область применения каменных строительных конструкций – возведение стен и перегородок. Архитектурные сооружения и здания из кирпича, мелких блоков и природного камня меньше соответствуют требованиям промышленного строительства, чем крупнопанельные здания, поэтому их доля во всех объемах строительства, падает.

В строительстве также применяют клееные деревянные конструкции двух видов: несущие и ограждающие. Несущие конструкции состоят из нескольких слоев древесины и склеены между собой. Зачастую их усиливают путем вставления арматуры.

Изготовление клееных деревянных конструкций осуществляется в заводских условиях, все процессы производятся механическим путем

Основная тенденция в изменении деревянных конструкций – это переход к строительным конструкциям из клееной древесины. Допустимость промышленного изготовления и получения элементов определенной конструкции нужных размеров с помощью их склеивания дает преимущества в сравнении с деревянными конструкциями других типов. Клееные строительные конструкции находят широкое применение в сельскохозяйственном строительстве.

В тенденциях современного строительства широкое распространение получают новые виды промышленных строительных конструкций: асбестоцементные, пневматические, конструкции из легких сплавов. Достоинствами данных конструкций являются: низкая удельная масса, возможность заводского изготовления на механических поточных линиях. Более легкие трехслойные панели начинают применяться как ограждающие конструкции вместо тяжелых железобетонных и керамзитобетонных панелей.

Требования, предъявляемые к строительным конструкциям.

По соображениям требований эксплуатации, строительные конструкции должны быть огнеустойчивыми, коррозиестойкими, удобными, экономичными и безопасными в использовании. С увеличением масштабов и темпов строительства к строительным конструкциям предъявляют требования их изготовления в заводских условиях, конструкции должны быть экономными по стоимости и оптимальными по расходу материалов, удобными при транспортировке и отличаться быстротой и простотой сборки на объекте строительства.

Большое значение уделяется снижению трудоемкости, как при изготовлении строительных конструкций, так и в процессе сооружения из них зданий.

Важной задачей современного строительства является уменьшение массы строительных конструкций за счет применения легких производительных материалов и развитии различных конструктивных решений.

Расчет строительных конструкций.

Строительные конструкции при проектировании рассчитываются на прочность, устойчивость и колебания. При расчете учитываются воздействия сил, которым подвергаются конструкции при эксплуатации: собственный вес, внешние нагрузки, влияние температурных факторов, смещение опор конструкции, усилия, которые появляются при транспортировке и установке строительных конструкций.

Глава 9 строительные конструкции

Строительной конструкцией называют укрупненный строительный элемент здания, сооружения или моста, изготовленный из строительных материалов и изделий.

Классифицируются строительные конструкции по назначению и строительному материалу.

По назначению бывают:

1. Несущие – те конструкции зданий и сооружений, которые выдерживают силовые нагрузки. Они обеспечивают их устойчивость и прочность, а также позволяют безопасно эксплуатировать постройку. К ним относят: несущие стены, колоны, фундаменты, перекрытия и покрытия и др.

2. Ограждающие – конструкции, которые ограничивают объем здания и разделяют его на отдельные функциональные помещения. Делят на: наружные (защищают от атмосферных воздействий) и внутренние (для обеспечения звукоизоляции и деления внутреннего пространства). К ограждающим конструкциям относят перегородки, самонесущие стены, заполнения проемов и т.д.

По материалу строительные конструкции делят на:

— бетонные и железобетонные;

— каменные и армокаменные;

— комплексные (комбинируют несколько видов материалов).

Основные требования, которые предъявляют к строи тельным конструкциям:

1. Надежность. Это понятие включает в себя три составляющие: прочность, жесткость и устойчивость.

— прочность – это способность конструкции воспринимать все нагрузки без разрушений;

— жесткость – свойство, которое позволяет строительной конструкции под действием нагрузок деформироваться в допустимых пределах;

— устойчивость – способность конструкции сохранять неизменное положение в пространстве под действием нагрузок.

2. Удобство эксплуатации – это возможность использовать здания и сооружения по своему назначению. Нужно, чтобы конструкции были запроектированы таким образом, чтобы имелась возможность легко их осматривать, ремонтировать, реконструировать и усилить.

3. Экономичность. При проектировании необходимо сделать так, чтобы не было перерасхода строительных материалов и стараться обеспечить минимальные трудовые затраты при монтаже конструкции.

9.2. Железобетонные конструкции и изделия

Железобетонные конструкции и изделия, элементы зданий и сооружений, изготовляемые из железобетона, и сочетания этих элементов.

Высокие технико-экономические показатели железобетонных конструкций, возможность сравнительно легко придавать им требуемую форму и размеры при соблюдении заданной прочности, обусловили их широкое применение практически во всех отраслях строительства. Современные железобетонные конструкции (ЖБК) классифицируются по нескольким признакам: по способу выполнения (монолитные, сборные, сборно-монолитные), виду бетона, применяемого для их изготовления (из тяжёлых, лёгких, ячеистых, жаростойких и др. бетонов), виду напряжённого состояния (обычные и предварительно напряжённые).

Монолитные железобетонные конструкции, выполняемые непосредственно на строительных площадках, обычно применяются в зданиях и сооружениях, трудно поддающихся членению, при нестандартности и малой повторяемости элементов и при особенно больших нагрузках (фундаменты, каркасы и перекрытия многоэтажных промышленных зданий, гидротехнические, мелиоративные, транспортные и др. сооружения).

В ряде случаев они целесообразны при выполнении работ индустриальными методами с использованием инвентарных опалубок — скользящей, переставной (башни, градирни, силосы, дымовые трубы, многоэтажные здания) и передвижной (некоторые тонкостенные оболочки покрытий).

Возведение монолитных железобетонных конструкций технически хорошо отработано. Значительные достижения имеются также в применении метода предварительного напряжения при производстве монолитных конструкций. В монолитном железобетоне выполнено большое количество уникальных сооружений (телевизионные башни, промышленные трубы большой высоты, реакторы атомных электростанций и др.). В современной строительной практике ряда зарубежных стран (США, Великобритании, Франции и др.) монолитные железобетонные конструкции получили широкое распространение, что объясняется главным образом отсутствием в этих странах государственной системы унификации параметров и типизации конструкций зданий и сооружений. В СССР монолитные конструкции преобладали в строительстве до 30-х гг.

Внедрение более индустриальных сборных конструкций в те годы сдерживалось из-за недостаточного уровня механизации строительства, отсутствия специального оборудования для их массового изготовления, а также монтажных кранов большой производительности. Удельный вес монолитных железобетонных конструкций в общем объёме производства железобетона в СССР составляет примерно 35% (1970).

Сборные железобетонные конструкции и изделия — основной вид конструкций и изделий, применяемых в различных отраслях строительства: жилищно-гражданском, промышленном, сельскохозяйственном и др.

Сборные конструкции имеют существенные преимущества перед монолитными, они создают широкие возможности для индустриализации строительства. Применение крупноразмерных железобетонных элементов позволяет основную часть работ по возведению зданий и сооружений перенести со строительной площадки на завод с высокоорганизованным технологическим процессом производства. Это значительно сокращает сроки строительства, обеспечивает более высокое качество изделий при наименьшей их стоимости и затратах труда; использование сборных железобетонных конструкций позволяет широко применять новые эффективные материалы (лёгкие и ячеистые бетоны, пластмассы и др.), уменьшает расход лесоматериалов и стали, необходимых в др. отраслях народного хозяйства. Сборные конструкции и изделия должны быть технологичны и транспортабельны, они особенно выгодны при минимальном количестве типоразмеров элементов, повторяющихся много раз.

С ростом производства и применения в строительстве сборного железобетона совершенствовалась технология его изготовления. Была осуществлена также унификация основных параметров зданий и сооружений различного назначения, на основе, которой разработаны и внедрены типовые конструкции и изделия для них.

В зависимости от назначения в строительстве жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений различают следующие наиболее распространённые сборные ЖБК:

— для фундаментов и подземных частей зданий и сооружений (фундаментные блоки и плиты, панели и блоки стен подвалов);

— для каркасов зданий (колонны, ригели, прогоны, подкрановые балки, стропильные и подстропильные балки, фермы);

— для наружных и внутренних стен (стеновые и перегородочные панели и блоки);

— для междуэтажных перекрытий и покрытий зданий (панели, плиты и настилы); для лестниц (лестничные марши и площадки);

— для санитарно-технических устройств (отопительные панели, блоки вентиляционные и мусоропроводов, санитарно-технические кабины).

Сборные ЖБК изготовляют преимущественно на механизированных предприятиях и частично на оборудованных полигонах. Технологический процесс производства железобетонных изделий складывается из ряда последовательно выполняемых операций: приготовления бетонной смеси, изготовления арматуры (арматурных каркасов, сеток, гнутых стержней и т. д.), армирования изделий, формования изделий (укладка бетонной смеси и её уплотнение), тепловлажностной обработки, обеспечивающей необходимую прочность бетона, отделки лицевой поверхности изделий.

В современной технологии сборного железобетона можно выделить 3 основных способа организации производственного процесса: агрегатно-поточный способ изготовления изделий в перемещаемых формах; конвейерный способ производства; стендовый способ в неперемещаемых (стационарных) формах.

При агрегатно-поточном способе все технологические операции (очистка и смазка форм, армирование, формование, твердение, распалубка) осуществляются на специализированных постах, оборудованных машинами и установками, образующими поточную технологическую линию. Формы с изделиями последовательно перемещаются по технологической линии от поста к посту с произвольным интервалом времени, зависящим от длительности операции на данном посту, которая может колебаться от нескольких минут (например, смазка форм), до нескольких часов (твердение изделий в пропарочных камерах). Этот способ выгодно использовать на заводах средней мощности, в особенности при выпуске конструкций и изделий широкой номенклатуры.

Конвейерный способ применяют на заводах большой мощности при выпуске однотипных изделий ограниченной номенклатуры. При этом способе технологическая линия работает по принципу пульсирующего конвейера, т. е. формы с изделиями перемещаются от поста к посту через строго определённое время, необходимое для выполнения самой длительной операции.

Разновидностью этой технологии является способ вибропроката, применяемый для изготовления плоских и ребристых плит; в этом случае все технологические операции выполняются на одной движущейся стальной ленте. При стендовом способе изделия в процессе их изготовления и до затвердевания бетона остаются на месте (в стационарной форме), в то время как технологическое оборудование для выполнения отдельных операций перемещается от одной формы к другой. Этот способ применяют при изготовлении изделий большого размера (ферм, балок и т. п.). Для формования изделий сложной конфигурации (лестничных маршей, ребристых плит и т. п.) используют матрицы — железобетонные или стальные формы, воспроизводящие отпечаток ребристой поверхности изделия. При кассетном способе, являющемся разновидностью стендового, изделия изготовляют в вертикальных формах — кассетах, представляющих собой ряд отсеков, образованных стальными стенками. На кассетной установке происходят формование изделий и их твердение. Кассетная установка имеет устройства для обогрева изделий паром или электрическим током, что значительно ускоряет твердение бетона. Кассетный способ обычно применяют для массового производства тонкостенных изделий.

Готовые изделия должны отвечать требованиям действующих стандартов или технических условий. Поверхности изделий обычно выполняют с такой степенью заводской готовности, чтобы на месте строительства не требовалось их дополнительной отделки.

При монтаже сборные элементы зданий и сооружений соединяются друг с другом омоноличиванием или сваркой закладных деталей, рассчитанных на восприятие определенных силовых воздействий. Большое внимание уделяется снижению металлоемкости сварных соединений и их унификации. Наибольшее распространение сборные конструкции и изделия получили в жилищно-гражданском строительстве, где крупноэлементное домостроение (крупнопанельное, крупноблочное, объёмное) рассматривается как наиболее перспективное. Из сборного железобетона организовано также массовое производство изделий для инженерных сооружений (т. н. специального железобетона): пролётные строения мостов, опоры, сваи, водопропускные трубы, лотки, блоки и тюбинги для обделки туннелей, плиты покрытий дорог и аэродромов, шпалы, опоры контактной сети и линий электропередачи, элементы ограждений, напорные и безнапорные трубы и др.

Значительная часть этих изделий выполняется из предварительно напряжённого железобетона стендовым или поточно-агрегатным способом. Для формования и уплотнения бетона применяются весьма эффективные методы: вибропрессование (напорные трубы), центрифугирование (трубы, опоры), виброштампование (сваи, лотки).

Для развития сборного железобетона характерна тенденция к дальнейшему укрупнению изделий и повышению степени их заводской готовности. Так, например, для покрытий зданий используются многослойные панели, поступающие на строительство с утеплителем и слоем гидроизоляции; блоки размером 3х18 м и 3х24 м, сочетающие в себе функции несущей и ограждающей конструкций. Разработаны и успешно применяются совмещенные кровельные плиты из лёгкого и ячеистого бетонов. В многоэтажных зданиях используются предварительно напряжённые железобетонные колонны на высоту нескольких этажей. Для стен жилых зданий изготовляются панели размерами на одну-две комнаты с разнообразной внешней отделкой, снабженные оконными или дверными (балконными) блоками. Значительные перспективы для дальнейшей индустриализации жилищного строительства имеет способ возведения зданий из объёмных блоков. Такие блоки на одну-две комнаты или на квартиру изготовляются на заводе с полной внутренней отделкой и оборудованием; сборка домов из этих элементов занимает всего несколько дней.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой такое сочетание сборных элементов (железобетонных колонн, ригелей, плит и т. д.) с монолитным бетоном, при котором обеспечивается надёжная совместно работа всех составных частей.

Эти конструкции применяются главным образом в перекрытиях многоэтажных зданий, в мостах и путепроводах, при возведении некоторых видов оболочек и т. д.

Они менее индустриальны (в отношении возведения и монтажа), чем сборные. Их применение особенно целесообразно при больших динамических (в т. ч. сейсмических) нагрузках, а также при необходимости членения крупноразмерных конструкций на составные элементы из-за условий транспортировки и монтажа. Основное достоинство сборно-монолитных конструкций — меньший (по сравнению со сборными конструкциями) расход стали и высокая пространственная жёсткость.

Наибольшая часть ЖБК и ЖБИ выполняется из тяжёлого бетона со средней плотностью 2400 кг/м 3 . Однако доля изделий из конструктивно-теплоизоляционного и конструктивного лёгкого бетонов на пористых заполнителях, а также из ячеистого бетона всех видов непрерывно возрастает. Такие изделия используются преимущественно для ограждающих конструкций (стены, покрытия) жилых и производственных зданий.

Весьма перспективны несущие конструкции из высокопрочного тяжёлого бетона классов С30/35 и С32/40 и лёгкого бетона классов С20/25 и С25/30. Существенный экономический эффект достигается в результате применения конструкций из жаростойкого бетона (вместо штучных огнеупоров) для тепловых агрегатов металлургической, нефтеперерабатывающей и др. отраслей промышленности; для ряда изделий (например, напорных труб) перспективно применение напрягающего бетона.

Железобетонные конструкции и изделия выполняются в основном с гибкой арматурой в виде отдельных стержней, сварных сеток и плоских каркасов. Для изготовления ненапрягаемой арматуры целесообразно использование контактной сварки, обеспечивающей высокую степень индустриализации арматурных работ. Конструкции с несущей (жёсткой) арматурой применяют сравнительно редко и главным образом в монолитном железобетоне при бетонировании в подвесной опалубке. В изгибаемых элементах продольная рабочая арматура устанавливается в соответствии с эпюрой максимальных изгибающих моментов; в колоннах продольная арматура воспринимает преимущественно сжимающие усилия и располагается по периметру сечения. Кроме продольной арматуры, в ЖБК устанавливается распределительная, монтажная и поперечная арматура (хомуты, отгибы), а в некоторых случаях предусматривается т. н. косвенное армирование в виде сварных сеток и спиралей.

Все эти виды арматуры соединяются между собой и обеспечивают создание арматурного каркаса, пространственно неизменяемого в процессе бетонирования. Для напрягаемой арматуры предварительно напряжённых ЖБК используют высокопрочные стержневую арматуру и проволоку, а также пряди и канаты из неё. При изготовлении сборных конструкций применяется в основном метод натяжения арматуры на упоры стендов или форм; для монолитных и сборно-монолитных конструкций — метод натяжения арматуры на бетон самой конструкции.

Широкие формообразующие и технические возможности железобетонных конструкций оказали огромное влияние на мировую архитектуру 20 века. На основе железобетонных конструкций сложились новые масштабы, архитектоника и пространственная организация зданий и сооружений. Прямолинейные каркасные конструкции придают зданиям строгий геометризм форм и мерный ритм членений, чёткость структуры. Горизонтальные плиты перекрытий покоятся на тонких опорах, лёгкая стена, будучи лишена несущей функции, нередко превращается в стеклянный экран-завесу. Равномерное распределение статических усилий создаёт тектоническую равнозначность элементов постройки. Большой пластической и пространственной выразительностью обладают криволинейные конструкции (особенно тонкостенные оболочки различных, иногда причудливых очертаний), с их сложной тектоникой форм (порой приближающихся к скульптурным) и непрерывно сменяющимся ритмом элементов. Криволинейные конструкции позволяют перекрывать без промежуточных опор огромные зальные помещения и создавать необычные по форме объёмно-пространственные композиции. Некоторые современные железобетонные конструкции (например, решётчатые) обладают орнаментально-декоративными качествами, формирующими облик фасадов и покрытий. Пластически осмысленные современные железобетонные конструкции придают эстетическую выразительность не только жилым и гражданским зданиям, но и инженерным и промышленным сооружениям (мостам, эстакадам, плотинам, градирням и др.).

Источник https://infopedia.su/7x588b.html

Источник https://www.calc.ru/Stroitelnyye-Konstruktsii.html

Источник https://studfile.net/preview/5229946/