Всех видов строительных конструкций. Основные строительные конструкции зданий и сооружений, их виды и функциональное назначение. Фундаменты неглубокого заложения

Все конструкции зданий подразделяются на несущие и ненесущие (в основном – ограждающие ). В отдельных случаях функции несущих и ограждающих конструкций совмещаются (например, наружные несущие стены, чердачные перекрытия и т.п.).

По характеру статической работы несущие конструкции подразделяются на плоскостные и пространственные . В плоскостных все элементы работают либо отдельно, либо в виде жестко связанных между собой плоских систем (остных элементов – стоек, балок, стен, плит перекрытий). В пространственных все элементы работают в двух направлениях. Благодаря этому повышаются жесткость и несущая способность конструкций и снижается расход материалов на их возведение.

Основные конструктивные элементы гражданских зданий – фундаменты, степы и столбы, перекрытия, крыши, лестницы, окна, двери и перегородки (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Основные элементы гражданских зданий (а – старой постройки; б – каркасно-панельного современного; в – из объемных блоков) :

1 – фундамент; 2 – цоколь; 3 – несущие продольные стены; 4 – междуэтажные перекрытия; 5 – перегородки; 6 – стропила крыши; 7 – кровля; 8 – лестничная клетка; 9 – чердачное перекрытие; 10 – ригели и колонны каркаса; 11 – навесные стеновые панели; 12 – сваи; 13–13 – объемные блоки (13 – комнаты; 14 – санузлов и кухонь; 15 – лестничной клетки); 16 – отмостка

Фундаменты служат для передачи нагрузок от собственного веса здания, от людей и оборудования, от снега и ветра на грунт. Они являются подземными конструкциями и устраиваются под несущими стенами и столбами. Грунт является основанием для фундаментов. Основание должно быть прочным и малосжимаемым при его нагружении. Верхние слои грунта, как правило, недостаточно прочные. Поэтому подошву фундамента располагают (закладывают) на некоторой глубине от поверхности земли. Глубина заложения фундамента определяется не только прочностью грунта, но и его составом и климатическими особенностями местности. Так, в глинистых, суглинистых супесчаных грунтах и в мелких песках глубина заложения фундамента должна быть ниже глубины промерзания грунта. Эта глубина дается в СНиП 29-99 "Строительная климатология". В отапливаемых зданиях

глубина заложения фундамента может быть уменьшена в зависимости от теплового режима в здании (центральное или печное отопление, расчетные внутренние температуры), так как отапливаемое здание прогревает грунт под ним и глубина промерзания уменьшается. Указанные выше виды грунтов подвержены пучению. Вода, скапливающаяся под подошвой фундамента, замерзает и увеличивается в объеме. Это приводит к неравномерному выпиранию грунта и появлению трещин в фундаментах и стенах.

В зданиях с подвалом глубина заложения фундамента зависит от высоты подвального помещения.

Подошва фундамента должна иметь такую площадь, чтобы нагрузка, передаваемая на грунт, не превышала допускаемого для этого грунта напряжения, составляющего обычно 1–3 кг/см2. Фундаменты обычно делают из водостойкого материала (бетонные блоки, монолитный железобетон). В зданиях исторической застройки фундаменты обычно делались из естественного камня (бута) или из бутобетона. Кирпич практически не применялся, за исключением очень хорошо обожженного так называемого инженерного кирпича, практически не впитывавшего воду.

Основные типы фундаментов следующие: ленточные, столбчатые, свайные и в виде монолитной железобетонной плиты иод всем зданием.

Ленточные фундаменты подразделяются на сборные и монолитные. Монолитные выполняются из кладки бутового камня.

Они трудоемки в изготовлении и применяются в настоящее время для малоэтажного строительства только там, где бутовый камень является местным строительным материалом. Более рационально изготавливать фундаменты из монолитного бетона с применением инвентарной щитовой опалубки. Ленточные фундаменты из сборных железобетонных блоков являются наиболее рациональным решением при наличии в районе строительства производства таких блоков и кранового оборудования для их монтажа.

Конструкции ленточных фундаментов показаны на рис. 13.2.

Рис. 13.2.

а – на песчаной подушке; б – бутобетонный фундамент малоэтажного дома; в – бутовый фундамент малоэтажного дома; г – бутовый фундамент с уступами; д – бутовый фундамент здания с подвалом; е – бутобетонный фундамент дома с подвалом; ж – сборный фундамент малоэтажного дома; з – сборный фундамент многоэтажного дома; и – сборный фундамент многоэтажного дома на сильносжимаемом или просадочном грунте; 1 – монолитный или сборный фундамент; 2 – фундаментная стена; 3 – фундаментный стеновой блок; 4 – гидроизоляция; 5 – стена надземной части здания; 6 – слой песка или щебня толщиной 50–100 мм; 7 – армированный пояс; 8 – уровень пола первого этажа; 9 – кирпичная облицовка; 10 – пол подвала; 11 – песчаная подушка; 12 – надподвальное перекрытие

Столбчатые фундаменты применяют при строительстве малоэтажных зданий, передающих на грунт давление меньше нормативного, или при возведении каркасных зданий (рис. 13.3). Столбчатые фундаменты могут быть монолитными или сборными. При стеновой конструктивной системе возводимого здания они устанавливаются под углами стен, а также в местах пересечения продольных наружных и поперечных внутренних стен, но не реже чем через 3–5 м. Фундаментные столбы связывают железобетонными фундаментными балками прямоугольного или таврового сечения. Для предотвращения повреждений от неравномерных осадок и от выпирания грунта при пучении между грунтом и балками устраивают зазор 5–7 см, а также делают песчаную подготовку на глубину до 50 см. Для каркасных зданий индустриального строительства устраиваются столбчатые фундаменты стаканного типа.

Рис. 13.3.

а – под кирпичную или деревянную (бревенчатую или брусчатую) стену: б–г – из блоков под кирпичные столбы; д, е – под железобетонные колонны; 1 – железобетонная фундаментная балка; 2 – подсыпка; 3 – отмостка; 4 – гидроизоляция; 5 – кирпичный столб; 6" – блоки-подушки; 7 – железобетонная колонна; 8 – колонна; 9 – башмак стаканного типа; 10 – плита; 11 – блок-стакан

Свайные фундаменты применяют в основном при слабых грунтах. По способу погружения в грунт различают забивные и набивные сваи. Забивные – предварительно изготовленные железобетонные сваи, забиваемые в грунт с помощью копров. В исторических зданиях могут быть деревянные и стальные сваи. Набивные сваи изготавливают непосредственно в грунте в заранее пробуренных скважинах. По характеру работы в грунте различают сваи-стойки, передающие нагрузку через слабый грунт на глубоко расположенный прочный слой грунта, и висячие сваи, передающие нагрузку за счет сил трения между поверхностью сваи и грунтом (рис. 13.4).

Рис. 13.4.

а – сваи-стойки; б, в – сваи трения, или висячие; 1 – забивные сваи; 2 – набивные сваи; 3 – железобетонный ростверк

Конструкции фундаментов, стен подвала и перекрытий над подвалом называют конструкциями нулевого цикла. Они требуют устройства гидроизоляции. Выбор конструктивного решения гидроизоляции зависит от характера воздействия грунтовой влаги, которая может быть безнапорной (капиллярная влага и вода от дождевых осадков и таяния снега) и напорной (при расположении уровня грунтовых вод выше пола подвала).

На рис. 13.5 показана гидроизоляция фундаментов и подвалов при различной высоте уровня грунтовых вод (УТВ) над полом подвала. Деформационный шов в полу подвала устраивается потому, что осадка фундамента под стеной может быть больше, чем осадка пола подвала. Без шва в этом месте возникают трещины, которые называют "забытыми швами". При УГВ более 1 м над уровнем пола подвала железобетонная плита пола подвала должна заводиться под стенку подвала, так как в противном случае она может всплыть по закону Архимеда. Вертикальная гидроизоляция стен подвала защищается кирпичными защитными стенками от обрезков арматуры и битого стекла, которые могут повредить ее при обратной засыпке котлована. В последнее время для этой цели используется оклейка стен подвала, защищенных гидроизоляцией, специальными синтетическими плитками.

Рис. 13.5.

а, б – гидроизоляция при отсутствии напора грунтовых вод; в–д – то же, при напоре грунтовых вод (а – здание без подвала; на других рисунках здания с подвалом); 1 – горизонтальная гидроизоляция; 2 – вертикальная гидроизоляция; 3 – мятая жирная глина; 4 – бетонная подготовка; 5 – чистый пол; 6 – стена подвала; 7 – обмазка горячим битумом; 8 – гидроизоляционный ковер; 9 – защитная стенка; 10 – бетон; 11 – железобетонная плита, 12 – деформационный шов, заполненный мастикой, гидроизоляция с компенсатором

Между стенкой фундамента и подвала и стеной и перекрытием над подвалом устраивается горизонтальная гидроизоляция, защищающая стену от увлажнения капиллярной влагой. В настоящее время, как правило, устраивается оклеенная вертикальная и горизонтальная гидроизоляция из рулонных битумных или синтетических материалов. Обмазка горячим битумом допускается только при УГВ значительно ниже пола подвала. В этом случае под бетонной плитой пола подвала желательно устройство слоя крупного гравия, покрытого провощенной бумагой, препятствующего подъему капиллярной влаги из грунта в плиту пола подвала за счет крупных пустот между гравием, прерывающих капиллярность. Провощенная бумага препятствует проникновению в слой гравия цементного молока, которое при затвердевании создаст капиллярный подсос.

Цокольная часть стены защищается отделочными плитами, повышающими долговечность цоколя. Для отвода дождевой воды вокруг здания устраивают бетонную отмостку, которую часто покрывают асфальтобетоном. Отмостка должна быть шириной 0,7-1,3 м с уклоном i = 0,03 от здания. Она предотвращает проникновение поверхностной воды к подошве фундамента, сохраняет грунт у стены подвала сухим и служит элементом внешнего благоустройства (рис. 13.6).

Рис. 13.6.

Стены делятся на несущие, самонесущие и ненесущие (навесные и стены-заполнения). По месту расположения в здании они могут быть наружными и внутренними. Несущие стены обычно называют капитальными (независимо от их капитальности это слово обозначает основные, главные, более массивные). Эти стены опираются на фундаменты. Самонесущие стены передают на фундаменты нагрузку только от собственного веса. Ненесущие стены несут нагрузку от собственного веса только в пределах одного этажа. Они передают эту нагрузку либо на поперечные несущие стены, либо на междуэтажные перекрытия. Внутренние ненесущие стены – это обычно перегородки. Они служат для деления в пределах этажа больших помещений, ограниченных капитальными стенами, на более мелкие помещения. Они, как правило, не опираются на фундаменты, а устанавливаются на перекрытиях. Во время эксплуатации здания без нарушения его конструктивной целостности перегородки можно удалять или переносить на другое место. Такие перестройки ограничиваются только административными положениями.

Стены традиционных строительных систем возводятся из мелкоразмерных элементов (это традиционный тип конструкции стены). Это кирпич, мелкие керамзитобетонные и газобетонные блоки или блоки из пиленого природного камня, туфа или ракушечника с малой теплопроводностью (рис. 13.7). Стены традиционных построек могут быть также деревянными из бревен, брусьев или каркасно-щитовыми. К этому типу относятся фахверковые здания в средневековых городках Европы. Здесь каркас стен из бревен заполняется кирпичом на глиняном или известковом связующем (рис. 13.8).

Рис. 13.7. :

а, б, г-ж – внутренние стены – несущие и связевые (т.е. диафрагмы жесткости); а–в – кирпичные стены; г–ж – стены из сплошных или пустотелых легкобетонных камней; г, ж, е – стены из природного камня; з, и – кирпичебетонные стены; к – кирпично-шлаковая стена с кирпичными диафрагмами; л – кирпичная стена с термовкладышами из легкобетонных камней; м – кирпично-шлаковая стена с растворными диафрагмами, армированными плитками асбестоцемента (или скобами); н – кирпичная или каменная стена, утепленная снаружи камышитом или фибролитом

Рис. 13.8.

Наиболее распространенным материалом для стен традиционной постройки служит кирпич керамический полнотелый и пустотелый (пустотелый имеет по сравнению с полнотелым лучшие теплотехнические характеристики). Вес кирпича не превышает 4,3 кг, для того чтобы его свободно поднимал рукой каменщик. Размеры рядового кирпича – стандартные: 250 × 120 × 65 мм. Самая большая грань, на которую кладут кирпич, называется постель, длинная боковая – ложок и малая – тычок. Керамические камни – это кирпич удвоенной высоты – 250 × 120 × 138 мм. Глиняные кирпичи обжигаются в специальных печах. Это придает им прочность и водостойкость. Кроме обжиговых керамических изделий существуют силикатные кирпичи (смесь извести и кварцевого песка). Их нельзя применять в конструкциях фундаментов и цоколей здания, так как они менее водостойки, и для кладки печей. В настоящее время в качестве мелкоразмерных стеновых элементов применяются керамзитобетонные и газобетонные блоки размером 200 × 200 × 400 мм, а также сверхтеплые кирпичи "Термолюкс" (рис. 13.9). Они обладают низким коэффициентом теплопроводности кладки 0,18–0,20 Вт/(м °С) и высокой прочностью, позволяющей возводить здания высотой до девяти этажей.

Рис. 13.9. Сверхтеплые кирпичи "Термолюкс"

Прочность каменной стены из мелкоразмерных элементов обеспечивается прочностью камня и раствора и укладкой камней с перевязкой вертикальных швов как в плоскости стены, так и в плоскостях примыкающих стен. На рис. 13.10 показана сплошная кирпичная кладка с различными системами перевязки. Здесь цепная является более прочной, а шестирядная – более технологичной, так как имеет бо́льшую скорость кладки.

Рис. 13.10. :

а – кирпичная стена двухрядной цепной кладки; б – кирпичная стена многорядной (шестирядной) кладки

Устойчивость таких стен обеспечивается их совместной работой с внутренними несущими конструкциями – стенами и перекрытиями. Для этого элементы наружных стен заводятся во внутренние стены путем перевязки кладки и связываются с внутренними стенами с помощью стальных закладных элементов – анкеров. В малоэтажных зданиях с деревянными перекрытиями шаг поперечных несущих стен не должен превышать 12 м, а в домах со сборными железобетонными перекрытиями он достигает 30 м.

Долговечность каменных стен обеспечивается морозостойкостью материалов, применяемых для наружной части кладки. В стенах из ячеистых бетонов, а также в стенах с наружной теплоизоляцией фасадную поверхность покрывают пористой гидрофобной штукатуркой или отделывают облицовочным кирпичом или фасадными плитами. Связь облицовки с кладкой обеспечивается стальными оцинкованными скобами.

Теплозащитная способность современных каменных стен обеспечивается с учетом требований теплоизоляции. С 1995 г. согласно нормам на большей части территории России однослойные кирпичные стены не обеспечивают требований теплозащиты. Поэтому для наружных стен стали применяться слоистые конструкции (рис. 13.11).

Рис. 13.11. :

а – из кирпича с утеплителем и воздушной прослойкой; б – из монолитного железобетона с утеплителем и облицовкой из кирпича

Основными элементами кирпичных стен являются проемы, перемычки, простенки, цоколь и карниз.

Перемычки из кирпича (рядовые или арочные) устраиваются над проемами из архитектурных соображений. Рядовые – над проемами не более 2,0 м по временным деревянным настилам. В нижний ряд по слою цементного раствора укладывается стальная арматура, заанкеренная в простенки. По ней выводят надоконную часть стены высотой не менее четырех рядов, иногда армированную. Арочные перемычки хорошо воспринимают нагрузку, но трудоемки в изготовлении. Они устраиваются из архитектурных соображений и могут иметь различное очертание – арочные и клинчатые. Наиболее распространенные перемычки в массовом строительстве – сборные брусковые из железобетона (несущие – усиленные и ненесущие). Для ненесущих перемычек заделка в простенки – не менее 125 мм, а для несущих – 250 мм. Различные типы перемычек показаны на рис. 13.12.

Рис. 13.12. :

а-г – сборные железобетонные перемычки (а, б – брусковые (тип Б); в – плитные (тип БП); г – балочные (тип БУ); д – арочная; е – плоская клинчатая; 1 – замковый камень; 2 – пята перемычки

Цоколь – нижняя часть наружной стены (рис. 13.13), подвергающаяся неблагоприятным атмосферным и механическим воздействиям, – выполняется из хорошо обожженного керамического кирпича, с последующей отделкой штукатуркой, облицовочным кирпичом, каменными или керамическими плитами. Цоколь подвергается воздействию от падающего на землю дождя, талой воды, прилегающего к нему снегового покрова. Эта влага смачивает материал цоколя и, при замерзании и оттаивании, способствует его разрушению. Цоколь имеет также и архитектурное значение, придает зданию впечатление большей устойчивости. Верхний уступ цоколя (обрез) располагают, как правило, на уровне пола первого этажа, подчеркивая тем самым начало используемого по основному назначению объема здания.

Рис. 13.13.

а – облицованный кирпичом; б – облицованный каменными блоками; в – облицованный плитами; г – оштукатуренный; д – из бетонных блоков вподрезку; е – из железобетонных панелей вподрезку; 1 – фундамент; 2 – стена; 3 – отмостка; 4 – гидроизоляция; 5 – обожжженый кирпич; 6 – цокольные каменные блоки; 7 – бортовой цокольный камень; 8 – облицовочные плиты; 9 – штукатурка; 10 – кровельная сталь; 11 – бетонный блок; 12 – панель фундаментной стены; 13 – конструкция пола первого этажа

Ниже пола первого этажа устраиваются цокольный этаж, подвал или подполье. Цокольный этаж – это помещение ниже первого этажа, высота которого больше чем наполовину выше уровня земли. Подвал – это помещение ниже первого этажа, высота которого меньше чем наполовину выше уровня земли. Подполье – это помещение под полом первого этажа, высота которого равна расстоянию от нижнего перекрытия до уровня земли. Подполье предохраняет конструкции здания от непосредственного воздействия грунтовых вод. Это может быть так называемое холодное подполье. Иногда устраивают полупроходные технические подполья для размещения различных инженерных коммуникаций (вводы водопровода, выпускные трубы канализации, трубы центрального отопления). В этом случае цокольная часть стены должна защищать технические подполья, а также цокольные и подвальные этажи от промерзания.

Карнизы (рис. 13.14) – горизонтальные выступы из плоскости стены. Они предназначены для отвода дождевой воды от поверхности стены и часто выполняют архитектурные функции. По высоте стены может быть несколько небольших карнизов в виде поясков, образующих архитектурные членения по высоте здания. Самый верхний карниз называют венчающим. Вынос карниза из кирпича не должен превышать 300 мм. Вынос железобетонного карниза может быть очень большим.

Рис. 13.14. :

а – общая схема стены с гидроизоляционными устройствами; б – карниз, образуемый напуском кирпича; в, г – карнизы из сборных железобетонных плит: д – карниз, образуемый свесом сплошной панели покрытия; е – карниз, образуемый свесом кровельной панели вентилируемого покрытия; ж – парапет при плоском покрытии с внутренним водоотводом; 1 – свес крыши; 2 – гидроизоляция архитектурного пояса; 3 – подоконный слив; 4 – гидроизоляция кордона цоколя; 5 – цоколь; 6 – гидроизоляция; 7 – отмостка; 8 – слив и желоб из оцинкованной стали; 9 – ограждение; 10 – водосточная труба; 11 – осушающий продух

Деревянные стены по своему конструктивному решению подразделяются на бревенчатые, брусчатые, каркасно-обшивные и щитовые. Древесина хвойных пород, наиболее распространенная в России, является эффективным строительным материалом и имеет хорошие механические и теплоизоляционные свойства. Раньше основными недостатками деревянных конструкций были их подверженность гниению и возгораемость. Современные технологии позволяют устранить эти недостатки.

Конструкции бревенчатых стен показаны на рис. 13.15. Брусчатые стены (рис. 13.16) возводят из заранее изготовленных на заводе брусьев, что исключает ручную обработку бревен и вязку углов. Особое внимание следует обращать на конопатку швов между венцами (горизонтальными рядами бревен или брусьев). В течение первых 1,5-2,0 лет сруб высотой в этаж дает осадку по высоте на 15–20 см, что следует учитывать при его возведении.

Рис. 13.15.

а – сруб из бревен; б – сопряжение бревен и балок потайным сковороднем; в – сопряжение бревен и балок сквозным сковороднем; г – рубка угла с остатком "в чашу"; д – рубка угла без остатка "в лапу"; е – обработка бревен под рубку без остатка; 1 – венцы сруба; 2 – конопатка; 3 – вставной шип; 4 –защитная доска; 5 – потайной шип; 6 – паз под потайной шип; 7 – отлив; 8 – цоколь

Рис. 13.16. :

а – сечения брусчатых стен; б–г – сопряжения брусьев в углу и с внутренней стеной; 1 – брус; 2 – конопатка; 3 – нагель; 4 – шип; 5 – коренной шип

Устойчивость бревенчатых и брусчатых стен обеспечивается связью их в углах и в местах пересечений с поперечными стенами, располагаемыми на расстояниях не более 6–8 м друг от друга. При больших расстояниях стены могут выпучиваться. Для предотвращения выпучивания их укрепляют сжимами из вертикальных парных брусьев, устанавливаемых с двух сторон стены и скрепляемых по высоте между собой через 1,0-1,5 м болтами.

Каркасно-обшивные деревянные стены (рис. 13.17) значительно проще в изготовлении и требуют меньшего количества древесины, чем бревенчатые или брусчатые. Они могут устраиваться непосредственно на месте. Расставленные с определенным шагом стойки с учетом расположения окон и дверей скрепляются снизу и сверху горизонтальными обвязочными брусьями и имеют связующие подкосы по углам здания. Каркас обшивается с внутренней стороны. Затем укладывается рулонная пароизоляция из специального паронепроницаемого материала или из полиэтиленовой пленки. После этого устанавливаются плиты утеплителя (минеральная вата, стекловолокно или пенополистирол). Снаружи стены обшиваются досками толщиной 2,5 см или сайдингом, т.е. искусственными облицовочными элементами в виде досок из металла или синтетического материала. Каркасно-обшивные долю обеспечивают любую степень теплозащиты. Недостатками являются многодельность, возможность осадки утеплителя в процессе эксплуатации. На рис. 13.18 показаны конструкции деревянных стен сэндвичного типа, позволяющие сохранить внешний облик бревенчатой или брусчатой стены, но обеспечивающие выполнение современных требований по теплозащите.

Рис. 13.17. :

а – общий вид каркаса; б – опирание балок на наружную стену в углу; в – опирание балок на внутреннюю стену; 1 – нижняя обвязка 2 (50 × 100 мм); 2 – стойка каркаса 50 × 100 мм; 3 – верхняя обвязка 2 (50 × 100 мм); 4 – балки перекрытий 50 × 200 мм; 5 – распорка 500 × 200 мм; 6 – балка-перемычка; 7 – укороченная стойка; 8 – раскосы жескости; 9 – доборные стойки в углах 50 × 100 мм; 10 – дополнительная стойка проема; 11 – цоколь; 12 – отмостка; 13 – утеплитель между стойками; 14 – утеплитель снаружи; 15 – штукатурка; 16 – фундаментная балка; 17 – анкерные болты

Рис. 13.18.

1 – деревянный брус; 2 – утеплитель; 3 – доска внутренней обшивки; 4, 6 – полубрсвно; 5 – оцилиндрованный брус; 7 – декоративный горбыль

Щитовые стены собираются из укрупненных элементов заводского изготовления – стеновых утепленных щитов. При этом дома могут быть каркасными и бескаркасными. Во втором случае вертикальные стойки обвязки щитов выполняют роль стоек каркаса. Щиты устанавливаются на нижнюю обвязку и скрепляются сверху верхней обвязкой.

Стоечно-балочная конструкция применяется в каркасных зданиях, а также в зданиях с неполным каркасом (наружные несущие стены, внутри – столбы и бачки). Столбы в зданиях с неполным каркасом устанавливают вместо внутренних несущих стен там, где оказывается необходимым раскрыть внутреннее пространство. Каркасные конструкции являются наиболее распространенными в общественных и промышленных зданиях (рис. 13.19, 13.20). Стойки (колонны) каркаса работают на центральное и внецентренное сжатие. Под нагрузкой они могут получить продольный изгиб.

Рис. 13.19.

1 – колонна сечением 400 × 400 мм; 2 – настилраспорка; 3 – ригель таврового сечения; 4 – настил перекрытия; 5 – стык колонн

Рис. 13.20. :

а – общий вид узла; б – конструкция и расчетная схема узла; 1 – колонна; 2 – ригель; 3 – настил-распорка; 4 – закладные детали; 5 – верхняя накладка; 6 – "скрытая консоль" колонны; 7 – сварные швы

Горизонтальный элемент стоечно-балочной системы – балка (ригель) – стержень, работающий на поперечный изгиб под действием вертикальной нагрузки (рис. 13.21). Он имеет сплошное поперечное сечение при пролетах до 12 м. При бо́льших пролетах целесообразно применять балочные конструкции сквозного сечения в виде ферм (рис. 13.22). Стены зданий с железобетонным каркасом могут быть самонесущими, стенами-заполнениями (устанавливаемыми на железобетонные перекрытия, передающими нагрузку на перекрытия и работающими на нагрузку от собственного веса в пределах одного этажа) и навесными, закрепляющимися на колоннах и ригелях каркаса.

Рис. 13.21.

а, г – односкатные и плоские двутаврового сечения; б – то же, для многоскатных покрытий; в – решетчатая для многоскатных покрытий; д – узел опирания балки на колонну; 1 – анкерный болт; 2 – шайба; 3 – опорная плита

Рис. 13.22.

а – сегментная; б – арочная безраскосная; в – с параллельными поясами; г – трапецеидальная

Перекрытия представляют собой горизонтальные несущие конструкции, опирающиеся на несущие стены или столбы и колонны и воспринимающие действующие на них нагрузки. Перекрытия образуют горизонтальные диафрагмы, разделяющие здание на этажи и служащие горизонтальными элементами жесткости здания. В зависимости от положения в здании перекрытия делятся на междуэтажные, чердачные – между верхним этажом и чердаком, подвальные – между первым этажом и подвалом, нижние – между первым этажом и подпольем.

В соответствии с воздействиями к конструкциям перекрытий предъявляются различные требования:

• статические – обеспечение прочности и жесткости. Прочность – это способность выдерживать нагрузки, не разрушаясь. Жесткость характеризуется величиной относительного прогиба конструкции (отношение прогиба к пролету). Для жилых зданий оно должно быть не более 1/200;
• звукоизоляционные – для жилых зданий; перекрытия должны обеспечивать звукоизоляцию разделяемых помещений от воздушного и ударного шума (см. разд. IV);
• теплотехнические – предъявляются к перекрытиям, разделяющим помещения с разными температурными режимами. Эти требования устанавливают для чердачных перекрытий, перекрытий над подвалами и проездами;
• противопожарные – устанавливаются в соответствии с классом здания и диктуют выбор материала и конструкций;
• специальные – водо- и газонепроницаемость, био- и химическая стойкость, например в санитарных узлах, химических лабораториях.

По конструктивному решению перекрытия можно подразделить на балочные и безбалочные, по материалу – на железобетонные плиты (сборные и монолитные) и на перекрытия со стальными, железобетонными или деревянными балками, по методу монтажа – на сборные, монолитные и сборно-монолитные.

Безбалочные (плитные) перекрытия выполняются из железобетонных плит (панелей), имеющих различные конструктивные схемы опирания (рис. 13.23–13.25). При опирании по четырем или трем сторонам плиты работают как пластины и имеют прогибы в двух направлениях. Поэтому и несущая арматура расположена в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Эти плиты имеют сплошное сечение. Плиты, опертые по двум сторонам, имеют рабочую арматуру, расположенную вдоль пролета. Для облегчения их чаще всего делают многопустотными (рис. 13.26). В случае опирания плит по углам и других нетипичных схемах опирания плиты армируются определенным образом с усилением армирования в местах опирания.

Рис. 13.23.

а – с продольными линиями опор; б – с поперечными линиями опор; в – с опиранием по трем или четырем сторонам (по контуру); 1 – панели перекрытия, опирающиеся на несущие стены; 2 – внутренняя продольная или поперечная несущая стена; 3 – наружная несущая стена; 4 – панель перекрытия, опирающаяся на прогон; 5 – прогоны; 6 – колонны; 7 – панель перекрытия размером на комнату, опирающаяся на четыре (три) несущие стены

Рис. 13.24. Плиты-настилы для пролетов 9 (я), 12 (б) и 15 (в) м:

1 – монтажные петли; 2 – продольные ребра; 3 – поперечные ребра

Рис. 13.25.

а – общий вид; б – схема опирания плиты на колонну; 1 – плита; 2 – капитель; 3 – колонна

Рис. 13.26.

Балочные перекрытия собирают из несущих балок и заполнения между ними – наката. Балки могут выполняться из дерева, железобетона или металла. Перекрытия по деревянным балкам устраивают только в одно- и двухэтажных домах. В более высоких домах перекрытия по деревянным балкам применять запрещено пожарными нормами. Устройство деревянных перекрытий показано на рис. 13.27. Для обеспечения звукоизоляции на накате располагается звукоизоляционный слой, утяжеляющий конструкцию для защиты от воздушного шума. Это может быть песок, кирпичный бой или эффективные пористые материалы, обладающие повышенным звукопоглощением. Дощатые полы в деревянных перекрытиях выполняют по лагам, уложенным на балки с упругими звукоизоляционными прокладками. Для вентиляции подпольного пространства по углам помещения устраивают вентиляционные отверстия, закрытые решетками. Потолки оштукатуриваются или подшиваются листами сухой штукатурки. Иногда доски наката шлифуют и покрывают бесцветным лаком, сохраняя фактуру дерева.

Рис. 13.27.

1 – черепные бруски; 2 – балка; 3 – паркет; 4 – черный пол; 5 – лага; 6 – штукатурка; 7 – накат; 8 – смазка глиной; 9 – засыпка

Перекрытия по железобетонным балкам состоят из балок таврового сечения, устанавливаемых с шагом 600, 800 или 1000 мм, и межбалочного заполнения из плит бетонного наката, пустотных легкобетонных блоков или пустотных керамических вкладышей (рис. 13.28). Снизу перекрытия штукатурят. Сверху устраивают выравнивающую цементно-песчаную стяжку, по которой укладывают конструкцию пола на звукоизоляционной прокладке.

Рис. 13.28.

а, б – монолитные; в, г – сборные по железобетонным балкам с гипсовыми плитами; д, е – то же, с легкобетоннымн вкладышами (б – узел сопряжения монолитного участка со сборным перекрытием по железобетонным балкам; д – пример устройства пола из линолеума); 1 – монолитный железобетон; 2 – упругая прокладка; 3 – дощатый пол но лагам; 4 – песок не менее 20 мм; 5 – условно показано сборное перекрытие; 6 – толь; 7 – железобетонная тавровая балка; 8 – плита гипсовая или легкобетонная; 9 – утеплитель (минеральная вата н др.); 10 – пароизоляция; 11 – деревянный каркас; 12 – двухпустотный легкобетонный вкладыш; 13 – линолеум по прослойке из холодной мастики из водостойких вяжущих; 14 – стяжка из легкого бетона 20 мм

Перекрытия по стальным балкам в настоящее время применяют чаще при реконструкции, чем при новом строительстве. Несущие балки двутаврового сечения устанавливают с шагом 1,0-1,5 м. Концы балок заводят на стены с устройством в местах опор бетонных распределительных подушек. Варианты конструкций показаны на рис. 13.29. В общественных зданиях, а также в гостиницах часто применяют перекрытия но металлическим балкам, на которые укладывается профнастил (профилированные стальные оцинкованные листы); далее по нему укладывается монолитная бетонная плита толщиной 60–100 мм над гребнями профнастила. Впадины профнастила служат одновременно опалубкой ребристой бетонной плиты и ее растянутой арматурой. Иногда в ребрах устанавливаются дополнительные арматурные каркасы, а поверх гребней укладывается арматурная сетка. По нижним поясам стальных балок устраивается подвесной потолок. В пространстве между ребристой плитой и подвесным потолком обычно располагаются различные коммуникации, вентиляционные короба, электропроводка и т.п. Устройство такого перекрытия показано на рис. 13.30.

Рис. 13.29.

а – опиранне концов балок на стены; б – деталь крепления анкера; в – перекрытие с заполнением железобетонной монолитной плитой; г – то же, кирпичными сводиками; 1 – стальная балка; 2 – бетонная подушка; 3 – стальной анкер; 4 – заделка бетоном; 5 – болт; 6 – железобетонная монолитная плита; 7 – легкий бетон; 8 – керамическая плитка по слою цементного раствора; 9 – стальная сетка; 10 – дощатый пол по лагам; 11 – два слоя толя; 12 – звукоизоляционный слой; 13 – штукатурка цементным раствором; 14 – кирпичный сводик

Рис. 13.30.

Монолитные перекрытия возводятся на строительной площадке при помощи разных типов опалубки. Они могут быть ребристыми, состоящими из главных и второстепенных монолитных балок и монолитной плиты, кессонными с взаимно пересекающимися балками одинаковой высоты и в виде сплошной монолитной плиты, опирающейся на вертикальные несущие конструкции (рис. 13.31). Для облегчения конструкции применяют сборно-монолитные перекрытия с устройством щитовой опалубки, установкой на ней рядов керамических или легкобетонных вкладышей. Между рядами вкладышей устанавливаются треугольные арматурные каркасы. Поверх вкладышей укладывается арматурная сетка. Затем перекрытие заливается бетоном. После твердения бетона опалубка снимается.

Рис. 13.31.

Фундаменты, стены, элементы каркаса и перекрытия – основные несущие элементы здания. Они образуют несущий остов здания – пространственную систему вертикальных и горизонтальных несущих элементов. Несущий остов несет все нагрузки на здание. Для того чтобы он был устойчивым при воздействии горизонтальных нагрузок (ветер, сейсмика, крановое оборудование в промышленных зданиях), он должен обладать необходимой жесткостью. Это достигается путем устройства продольных и поперечных стен – диафрагм жесткости, жестко связанных с колоннами каркаса или с несущими продольными или поперечными стенами. Жесткость обеспечивается также специальными связями и горизонтальными дисками перекрытий.

Несущий остов определяет конструктивную схему здания.

Крыша предохраняет помещения и конструкции от атмосферных осадков, а также от нагрева прямыми лучами солнца (солнечной радиацией). Она состоит из несущей части (стропила и обрешетка в зданиях из традиционных конструкций) и железобетонных кровельных плит в индустриальных зданиях, а также из наружной оболочки – кровли, непосредственно подвергающейся атмосферным воздействиям. Кровля состоит из водонепроницаемого так называемого гидроизоляционного ковра и основания (обрешетки, настила). Материал гидроизоляционного ковра дает название крыши (черепичная, металлическая, ондулиновая и т.п.), так как от его свойств зависят такие качества крыши, как водонепроницаемость, невозгораемость и вес. Крышам придают уклон для стока дождевых и талых вод. Крутизна уклонов зависит от материала кровли, ее гладкости, количества стыков, через которые может проникать вода. Чем более гладок материал, чем меньше стыков и чем они плотнее, тем более пологими могут быть скаты крыши. Лежащий на скатах снег во время оттепелей насыщается в своих нижних слоях талой водой, которая протекает через неплотности кровельного материала внутрь здания. Поэтому в черепичных и металлических крышах уклоны должны быть значительными. Однако с увеличением уклона крыши возрастает площадь кровли и объем чердака.

Для освещения и проветривания чердаков делаются слуховые окна, которые должны располагаться ближе к коньку крыши и служить для вытяжки воздуха из чердака. Для притока вентиляционного воздуха в чердачное пространство необходимо устраивать застрехи – проемы или щели в карнизном узле крыши.

Для этой же цели могут служить люки для выхода из чердака на крышу, располагающиеся ближе к краю крыши (рис. 13.32).

Рис. 13.32.

1 – застреха (приток); 2 – слуховое окно (вытяжка); 3 – вытяжное отверстие во фронтоне; 4 – решетка жалюзи

Такие чердаки называются холодными. Температура в них должна быть близка к наружной. В этом случае крыша не будет иметь протечек. В таких чердаках нельзя располагать инженерное оборудование и трубопроводы с водой, так как она может замерзнуть. В зданиях свыше 12 этажей, строящихся в центральных и северных районах, применяются теплые чердаки или технические этажи (рис. 13.33). Кровля таких чердаков имеет утепление. В теплых чердаках зимой поддерживается положительная температура за счет вентиляционного воздуха, поступающего в чердак из вентиляционных каналов, заканчивающихся на чердаке. Отработанный вентиляционный воздух удаляется из пространства чердака через трубы или каналы большого сечения (по одному на секцию). В теплых чердаках размещается различное инженерное оборудование. Теплые чердаки предохраняют также помещения от протечек кровли.

Рис. 13.33.

а, б – с холодным чердаком с рулонной (а) и безрулонной (6 ) кровлей; в, г – с теплым чердаком с рулонной (в) и безрулонной (г) кровлей; д, е – с открытым чердаком с рулонной (д) и безрулонной (е) кровлей; 1 – опорный элемент; 2 – плита чердачного перекрытия; 3 – утеплитель; 4 – неутепленная кровельная плита; 5 – рулонный ковер; 6 – водосборный лоток; 7 – опорная рама; 8 – защитный слой; 9 – пароизоляционный слой; 10 – полоса рубероида; 11 – опорный элемент фризовой панели; 12 – кровельная плита безрулонной крыши; 13 – гидроизоляционный слой из мастичных или окрасочных составов; 14 – П-образная плита-нащельник; 15 – водосточная воронка; 16 – вентиляционный блок (шахта); 17 – оголовок вентиляционного блока; 18 – легкобетонная однослойная кровельная плита; 19 – машинное отделение лифта; 20 – легкобетонная плита лотка; 21 – двухслойная кровельная плита; 22 – неутепленная фризовая панель; 23 – утепленная фризовая панель

Крыша, совмещенная с чердачным перекрытием (без технического этажа), называется невентилируемой совмещенной крышей или покрытием. Если между кровлей и чердачным перекрытием имеется воздушная прослойка, соединяющаяся с наружным воздухом, то такая крыша называется вентилируемой совмещенной крышей (рис. 13.34).

Рис. 13.34.

а – раздельной конструкции с рулонной кровлей; б – раздельной конструкции с безрулонной кровлей; в – совмещенной панельной однослойной конструкции; г – то же, трехслойной; д – то же, построечного изготовления; 1 – панель чердачного перекрытия; 2 – утеплитель; 3 – фризовая панель; 4 – кровельная панель безрулонной крыши; 5 – опорный элемент; 6 – однослойная легкобетонная кровельная панель; 7 – рулонный ковер; 8 – трехслойная кровельная панель; 9 – цементная стяжка; 10 – слой керамзита но уклону; 11 – слой прокладочного рубероида на мастике

Хорошо выполненные плоские совмещенные крыши можно использовать в качестве площадок для отдыха и для других целей.

Скатная стропильная крыша является традиционной. В зависимости от формы здания в плане формы крыш могут быть различными (рис. 13.35). Несущие конструкции традиционной скатной крыши называются стропилами. Стропила бывают наклонными, висячими. При больших пролетах применяются комбинированные конструкции стропил, где стропильные ноги опираются на стены и стойку посередине пролета, которая в свою очередь опирается на нижний пояс стропил, являющийся балкой подвесного чердачного перекрытия (рис. 13.36). Фермы висячих стропил располагают с шагом 3,0-3,6 м и объединяют их продольными горизонтальными балками, на которые опирают стойки более легких промежуточных наслонных стропил с шагом 1,0-1,2 м.

Рис. 13.35.

а – односкатная; б – двускатная; в – крыша с мансардой; г – шатровая; д,е – общий вид и план крыши дома; ж – пример построения ската крыши; з,и – полувальмовыс торцы двускатной крыши; 1 – свес крыши; 2 – слуховое окно; 3 – тимпан фронтона; 4 – фронтон; 5 – конек; 6 – скат; 7 – щипец; 8 – ендова (самая низкая линия покрытия для организации водостока); 9 – накосное ребро; 10 – вальма (скат шатровой крыши, имеющий треугольную форму и расположенный с торцовой стороны здания); 11 – полувальма

Рис. 13.36.

а – наклонные стропила для односкатных крыш; б – то же, для двухскатных; в – то же, висячие; г – то же, комбинированные; 1 – мауэрлат (брус, лежащий на стене и служащий для опирания стропильных ног или затяжки висячих стропил); 2 – внутренняя пилястра; 3 – ригель; 4 – схватка; 5 – стропильная нога; 6 – затяжка; 7 – подвеска; 8 – балка подвесного чердачного перекрытия

Все опорные узлы стропильных конструкций располагают на 400–500 мм выше верхнего уровня чердачного перекрытия. Устройство организованного наружного водоотвода показано на рис. 13.37, 13.38. Сравнение стальных желобов на кровле и карнизах и подвесных желобов показывает, что лучшими эксплуатационными качествами обладают подвесные желоба, при которых риск протечек гораздо меньше. Во избежание морозного разрушения системы наружного водоотвода и образования на желобах и карнизных свесях и в водосточных трубах наледей и сосулек целесообразно в зимнее время устраивать систему подогрева карнизных узлов.

Рис. 13.37.

а – разрез по кровле; б – фалец (соединение металлических плоских кровельных листов) лежачий одинарный; в – то же, двойной; г – стоячий одинарный; д – то же, двойной; 1 – Т-образный стальной костыль через 700 мм; 2 – воронки водосточной трубы; 3 – картина свеса кровли; 4 – настенный желоб; 5 – картина настенного желоба; 6 – лежачий фалец; 7 – кровельная сталь; 8 – стоячий фалец; 9 – доска коньковая; 10 – бруски и доски обрешетки; 11 – кляммеры; 12 – скрутка из проволоки; 13 – костыль

Рис. 13.38.

а – разрез по кровле: б – вариант устройства конька: в – устройство ендовы; 1 – крюк для подвесного желоба: 2 – кровельная сталь; 3 – волнистый асбестоцементный лист обыкновенного профиля; 4 – сплошные участки обрешетки у карниза и в ендовах; 5 – бруски обрешетки; 6 – коньковые брусья; 7 – фасонная коньковая деталь; 8 – гвоздь или шуруп; 9 – упругая прокладка; 10 – скрутка

Основанием кровли скатных крыш служит обрешетка под все виды листовых материалов и черепицы, прибитая к стропильным ногам и кобылкам. Обрешетка бывает разреженной (под листовую сталь и под черепицу), а также сплошной – под современные кровельные материалы типа "Икопал" или "Ондулин". В пониженных сопряжениях скатов (лотки, ендовы), а также вдоль карнизов, помимо сплошной обрешетки, до укладки основного кровельного материала в целях защиты от протечек устанавливают покрытие из стальных листов.

Лестницы служат для сообщения между этажами. Помещения, в которых располагаются лестницы, называются лестничными клетками. Стены лестничных клеток в зданиях выше двух этажей должны обладать высокой огнестойкостью, так как лестничные клетки являются путями эвакуации людей при пожаре. В зданиях высотой от 12 этажей и выше лестничные клетки должны быть незадымляемыми (рис. 13.39). Габариты ступеней следует определять исходя из нормального шага человека: 2а + b = 600: 630 мм (где а – высота, b – глубина ступеньки). Исходя из этого условия высоту подступенка (а) назначают 150–180 мм. В многоэтажных домах лестницы между этажами имеют ступени 150 × 300 мм. В деревянных лестницах внутри квартир высота подступенка может достигать 180 мм и более. Конструкции лестниц в основном состоят из маршей и площадок (рис. 13.40, 13.41) и ограждаются перилами. В домах традиционной постройки применяются лестницы из мелкоразмерных элементов по косоурам (косо уложенным балкам лестничных маршей) и подкосоурным балкам (рис. 13.42). Конструкция деревянной лестницы приведена на рис. 13.43.

Рис. 13.39.

Рис. 13.40.

1 – лестничные площадки; 2 – лестничные марши; 3 – фрагмент ограждения

Рис. 13.41.

1 – фризовая ступень верхняя; 2 – стойка огражденяя; 3 – лестничная площадка

Окна (светопроемы) устраиваются для освещения и проветривания (естественной вентиляции или аэрации) помещений.

Рис. 13.42.

Рис. 13.43.

Они состоят из оконных проемов, рам или коробок и заполнения проемов, называемого оконными переплетами. Окна проектируются в зависимости от требований норм по естественному освещению. Они связывают наружное пространство с внутренней средой и должны пропускать достаточное количество естественного света, обеспечивать инсоляцию, т.е. проникновение солнечных лучей в помещение, создавать визуальную связь внешнего и внутреннего пространства. В то же время окна должны защищать помещение от низких температур зимой, от перегрева летом, от уличного шума, от дождя и ветра. Проектирование светопроемов является сложной задачей. Ее решение изучается в курсе "Физика среды и ограждающих конструкций" и в магистратуре. В многоэтажных зданиях оконные проемы располагаются в стенах друг над другом. В этом случае нагрузка, передающаяся на наружные стены, воспринимается простенками. В каркасных зданиях окна могут располагаться на фасаде как угодно. На рис. 13.44 и 13.45 показана конструкция традиционных окон со спаренными и раздельными переплетами соответственно.

Рис. 13.44.

1 – просмоленная пакля (при производстве работ зимой) или пакля, смоченная в гипсовом растворе (при производстве работ летом); 2 – цементный раствор; 3 – мастика; 4 – наличник; 5 – борт слива высотой 20 мм; 6 – слив из оцинкованной стали; 7 – подоконник; 8 – металлическая полоса 20 × 40 мм (3 шт. на проем)

Рис. 13.45.

1 – коробка; 2 – просмоленная пакля; 3 – гвоздь; 4 – деревянная пробка; 5 – петля; 6 – обвязка переплета; 7 – стекло; 8 – раскладка; 9 – штапик; 10 – обвязка форточки; 11 – форточка; 12 – створки; 13 – отлив; 14 – горбылек; 15 – раствор; 16 – отлив из оцинкованной стали; 17 – подоконник

Двери бывают наружными входными, входными в квартиру, внутриквартирными и балконными. В связи с этим к ним предъявляются различные требования по защите от нежелательного проникновения, огнестойкости, теплоизоляции, защите от шума.

Рассмотренные конструктивные элементы характерны как для гражданских, так и для промышленных зданий. Однако промышленные здания имеют некоторые отличия по своей структуре. Промышленные здания бывают одно-, двух- и многоэтажные. Одноэтажные здания (рис. 13.46) используются для различных производств с тяжелым оборудованием или где производятся изделия значительного веса. Для работы с таким оборудованием применяются мостовые и подвесные краны. Пол устраивают на грунте. Одноэтажные промышленные здания обычно не имеют подвалов и чердаков. Конструкции промышленных зданий, за исключением исторических, в основном каркасные, состоящие из колонн, располагающихся рядами, на которые уложены стропильные конструкции, в основном фермы. Расстояние между двумя параллельными рядами колонн называется пролетом, величина его составляет от 12 до 36 м. Однако в зданиях, где производятся крупногабаритные изделия (самолеты, корабли, атомные реакторы), размер пролета может быть значительно больше (60, 72, 84 м и более). Если здание имеет несколько пролетов, оно называется многопролетным. Для естественного освещения средних пролетов в крыше здания устраиваются световые проемы – фонари. Некоторые тины фонарей могут использоваться также или специально для аэрации.

Рис. 13.46.

Многоэтажные промышленные здания (рис. 13.47) в качестве несущего остова обычно имеют каркас, состоящий из колонн и ригелей, по которым укладываются конструкции перекрытий. Технологическое оборудование устанавливается на перекрытиях, поэтому пролеты не превышают 12 м. По этим же соображениям многоэтажные промышленные здания предназначаются для производств с относительно легким оборудованием (электротехническая, легкая, текстильная, пищевая промышленность и т.п.). В многоэтажных промышленных зданиях обычно устраивают технические этажи и подвалы. При использовании естественного освещения ширина таких зданий не превышает 36 м.

Рис. 13.47.

а – фасад; б – план; в – поперечный разрез

Двухэтажные промышленные здания имеют в нижнем этаже небольшие пролеты (6–9 м). Во втором этаже пролеты могут быть такими же, как в обычных одноэтажных промышленных зданиях. В нижнем этаже размещаются вспомогательные производства и административно-бытовые помещения, а также склады и т.п. В верхнем этаже расположены основные производства, размещающиеся в больших пролетах. Такая компоновка промышленных зданий позволяет экономить дорогую площадь застройки.

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• ключевые понятия, определения и принципы, принимаемые в курсе "Архитектурно-строительные конструкции ";
• основные виды архитектурно-строительных конструкций для использования в зданиях и сооружениях различного назначения;
• основные нормативные документы для проектирования зданий и сооружений;
• функциональные, технические, эстетические, противопожарные и экономические требования, предъявляемые к строительным конструкциям различного назначения;

уметь

• проводить классификацию строительных объектов по методу их возведения, материалу, назначению и т.д.;
• выбирать соответствующие строительные конструкции для проектирования и возведения зданий и сооружений различного назначения;
• четко формулировать и доводить до каждого участника проектирования его цели и задачи, достигать единого понимания целей и задач, стоящих перед исполнителями при проектировании конкретных объектов;
• организовывать разработку и внедрение прогрессивных методов и технических средств проектирования;
• пользоваться базами данных, информационно-справочными и поисковыми системами для поиска необходимой информации по расчету и проектированию жилых, промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий;

владеть

• информацией о последних достижениях строительной науки применительно к архитектурно-строительным конструкциям различного назначения;
• представлением, что будет иметь специалист в запасе, взявшись за исследование или проектирование объекта заданного назначения;
• навыками проектирования зданий, сооружений, объектов и строительных изделий из каменных, армокаменных, бетонных, железобетонных, металлических и деревянных строительных материалов;
• навыками организации процесса проектирования строительных объектов;
• навыками проектирования жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий.

Классификации строительных конструкций, зданий и сооружений

Здания – надземные постройки с помещениями для проживания, культурно-бытовых или производственных целей. Сооружения – постройки технического назначения для удовлетворения отдельных нужд человека, например мосты, водонапорные башни, градирни, резервуары и т.д.

Здания по назначению подразделяются на следующие группы:

• жилые (дома, общежития, гостиницы);
• общественные (предприятия торговли, общественного питания, государственные учреждения, учреждения просвещения, культуры, здравоохранения, школы, детские сады и т.п.);
• промышленные (корпуса заводов, фабрик, предприятия транспорта, энергетики и т.д.);
• сельскохозяйственные (для различных отраслей сельскохозяйственного производства).

Жилые и общественные здания называют также гражданскими зданиями.

По своему назначению жилые дома подразделяют на жилые квартирные дома для посемейного заселения и постоянного проживания; общежития для временного проживания рабочих на период работы и учащейся молодежи на время учебы; гостиницы для кратковременного проживания людей; интернаты для постоянного проживания инвалидов, престарелых и детей без родителей. В массовом жилищном строительстве более 90% зданий – квартирные дома, предназначенные для посемейного заселения.

Жилые многоквартирные дома по своей объемно-планировочной структуре могут быть секционными, коридорными, галерейными, коридорно-секционными, галерейно-секционными, блокированными. В секционных домах группы квартир размещены поэтажно и имеют входы с лестничных площадок или из лифтовых холлов. В коридорных жилых домах квартиры расположены с двух сторон коридора, связывающего их с лестницами и лифтами. В жилом здании галерейного типа все квартиры этажа имеют выходы через общую галерею нс менее чем на две лестницы. В коридорно-секционных и галерейно-секционных домах каждая квартира размещена на двух этажах и имеет внутриквартирную лестницу, а коридоры расположены через этаж. В таких домах можно размещать только 3– 5-комнатные квартиры. Многоквартирные блокировочные дома, как правило, двухэтажные, также состоят из квартир, расположенных в двух этажах, но с входами не из коридоров, а с улицы. Каждая квартира может иметь небольшой участок земли шириной, равной ширине квартиры. В блокированных двухэтажных домах можно размещать 3–5-комнатные квартиры. Этот тип домов применяют в поселках и малых городах.

По этажности здания классифицируют следующим образом: одно-, двухэтажные здания; малоэтажные (3–5 этажей), средней этажности (6–12 этажей), многоэтажные (13–25 этажей) и высотные (свыше 25 этажей).

По конструкции стен здания подразделяются на мелкоэлементные (из кирпича, керамического камня, мелких блоков и др.), крупноэлементные (из крупных блоков, панелей, объемных блоков) и из монолитного железобетона.

По технологии возведения здания можно разделить на неиндустриальные, выкладываемые из мелкоштучных материалов (кирпича, мелких блоков и др.), и полносборные, монтируемые из индустриальных конструкций заводского изготовления.

По долговечности (сроку службы основных конструктивных элементов) здания делятся на три степени: I – со сроком службы не менее 100 лет; II – не менее 50 лет; III – не менее 20 лет.

По огнестойкости здания имеют пять степеней: I, II, III – каменные конструкции, IV – деревянные оштукатуренные и V – деревянные неоштукатуренные.

Степень долговечности, огнестойкости и другие эксплуатационные качества определяют капитальность здания. По капитальности здания разделяют на четыре класса:

I – здания и сооружения, к которым предъявляют повышенные требования (театры, музеи, административные здания, жилые дома повышенной этажности). Долговечность и огнестойкость этих зданий и сооружений должны быть не ниже I степени;

II – жилые, общественные и другие здания с числом этажей не более девяти. Их долговечность и огнестойкость должны быть не ниже II степени;

III – малоэтажные дома, общественные здания, возводимые в районных центрах, сельских населенных пунктах и проч., долговечностью не ниже II степени, огнестойкостью не ниже III и IV степеней;

IV – постройки, удовлетворяющие минимальным архитектурно-эксплуатационным требованиям. Их огнестойкость не нормируется, а долговечность – не ниже III степени.

Класс здания – показатель капитальности здания, характеризуемый степенью его огнестойкости, долговечностью основных конструктивных элементов и качественным уровнем выполненных строительных работ. К I классу принадлежат крупные промышленные и общественные здания, жилые дома высотой в девять этажей и более с повышенными эксплуатационными и архитектурными требованиями. К II классу относят большинство небольших промышленных и общественных зданий и жилые дома до девяти этажей. III класс – это здания со средними эксплуатационными и архитектурными требованиями и жилые дома до пяти этажей. Временные здания с минимальными эксплуатационными и архитектурными требованиями относятся к IV классу. Класс зданий и сооружений или основной группы их в комплексных объектах строительства назначается организацией, выдающей задание на проектирование.

Каждая надземная постройка разделяется горизонтальными перекрытиями на этажи. Этаж надземный – этаж с отметкой пола помещений не ниже планировочной отметки земли. Этаж подземный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли на всю высоту помещений. Этаж цокольный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли на высоту не более половины высоты помещений. Этаж подвальный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли более чем наполовину высоты помещений. Этаж мансардный – этаж в чердачном пространстве, фасад которого полностью или частично образован поверхностями крыши. Этаж технический – этаж высотой 1,8 м и менее для размещения инженерного оборудования здания и прокладки коммуникаций, может быть расположен в нижней части здания (техническое подполье), верхней (технический чердак) или между надземными этажами. Чердак – пространство между перекрытием верхнего этажа, покрытием здания (крышей) и наружными стенами, расположенными выше перекрытия верхнего этажа.

Архитектурно-строительные конструкции в зависимости от назначения подразделяют на несущие конструкции, которые воспринимают внешние нагрузки от собственного веса, снега, ветра, оборудования, мебели и т.д., ограждающие конструкции, которые защищают помещения от воздействия внешней среды или отделяют помещения друг от друга, и совмещающие конструкции, которые могут выполнять одновременно обе вышеназванные функции.

По функциональному назначению строительные конструкции можно разделить на фундаменты, стены, элементы каркаса, перекрытия, перегородки, лестницы, крыша, окна, двери, ворота, фонари и прочие конструкции.

Координационные размеры строительных конструкций – это условные модульные размеры конструктивных элементов, включающие соответствующие части швов и зазоров. Конструктивные размеры – это проектные размеры строительных конструкций, изделий, элементов оборудования, отличающиеся от координационных, как правило, на проектную величину шва или зазора. В строительстве используют также натурные размеры, т.е. фактические размеры элементов с учетом допусков.

Подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащих конструкций и передающая их на грунт, называется фундаментом. Перекрытия разделяют здания на этажи и передают нагрузку на нижележащие стены или колонны. Стены – вертикальные ограждения, защищающие помещения от внешней среды, или разделяющие помещения друг от друга, или передающие нагрузку на фундамент. В зависимости от отношения стены к нагрузке стены бывают несущие, самонесущие и навесные. Перегородки – вертикальные ограждения, разделяющие смежные помещения. Лестницы предназначены для сообщения между этажами. Балкон – выступающая из плоскости стены фасада огражденная площадка. Лоджия – встроенное или пристроенное, открытое во внешнее пространство помещение, огражденное с трех сторон стенами. Терраса – огражденная открытая площадка, пристроенная к зданию или размещаемая на кровле нижерасположенного этажа. Понятие "крыша" употребляется только для жилых и общественных зданий. Это завершающая часть здания, защищающая его от воздействия внешней среды. Окна – светопрозрачные ограждения, предназначенные для естественного освещения и проветривания помещений. Двери – подвижные ограждения, обеспечивающие проход людей из одного помещения в другое или выход наружу. Ворота – подвижные ограждения, обеспечивающие проезд транспорта и проход людей. Надстройки на покрытиях для освещения и аэрации производственных помещений называют фонарями.

Классификация строительных конструкций

Строительными несущими конструкциями промышленных и гражданских зданий и инженерных сооружений называются конструкции, размеры сечений которых определяются расчетом. Это основное их отличие от архитектурных конструкций или частей зданий, размеры сечений которых назначаются согласно архитектурным, теплотехническим или другим специальным требованиям.

Современные строительные конструкции должны удовлетворять следующим требованиям: эксплуатационным, экологическим, техническим, экономическим, производственным, эстетическим и др.

При сооружении объектов газонефтепроводов широко применяются стальные и сборные железобетонные конструкции, в т. ч. наиболее прогрессивные – предварительно напряженные, В последнее время получают развитие конструкции из алюминиевых сплавов, полимерных материалов, керамики и других эффективных материалов.

Строительные конструкции очень разнообразны по своему назначению и применению. Тем не менее их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств и целесообразнее всего классифицировать по следующим основным признакам:

1 ) по геометрическому признаку конструкции принято разделять на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. 1.1) и стержневые системы:

– массив – конструкция, в которой все размеры одного порядка;

брус – элемент, в котором два размера, определяющие поперечное сечение, во много раз меньше третьего – его длины, т.е. они разного порядка: b « I , h « /; брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью – аркой.

плита – элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других: h « a , h «I. Плита является частным случаем более общего понятия – оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание;

стержневые системы представляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относят строительные фермы (балочные или консольные) (рис. 1.2).

по характеру расчетной схемы конструкции делят на статически определимые и статически неопределимые. К первым относят системы (конструкции), усилия или напряжения в которых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым – такие, для которых одних уравнений статики недостаточно и для решения требуется введение дополнительных условий – уравнений совместимости деформаций.

по используемым материалам конструкции делят на стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);

4) по характеру напряженно-деформированного состояния (НДС), т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их натри группы: простейшие, простые и сложные (табл. 1.1).

Такое разделение позволяет привести в систему характеристики видов напряженно-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике. В представленной таблице
трудно отразить все тонкости и особенности указанных состояний, но она дает возможность сравнить и оценить их в целом.

Бетон

Бетоном называется искусственный каменный материал, получаемый в процессе затвердевания смеси из вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей и специальных добавок.

Состав бетонной смеси выражают двумя способами.

В виде соотношений по массе (реже по объему, что менее точно) между количествами цемента, песка и щебня (или гравия) с обязательным указанием водоцементного отношения и активности цемента. Количество цемента принимают за единицу, поэтому соотношение между составными частями бетонной смеси имеет вид – 1:2:4. Устанавливать состав бетонной смеси по объему допустимо только на небольшом строительстве, но при этом цемент всегда следует дозировать по массе.

На крупных объектах и центральных бетонных заводах все компоненты дозируют по массе, при этом состав обозначают в виде расхода материалов на 1 м 3 уложенной и уплотненной бетонной смеси, например:

Цемент 316 кг/м 3

Песок 632 кг/м 3

PAGE_BREAK--

Щебень………………………………………..1263 кг/м 3

Вода 189 кг/м 3

Суммарная масса материалов 2400 кг/м 3

Для обеспечения надежной работы несущих элементов при заданных условиях эксплуатации бетоны для железобетонных и бетонных конструкций должны обладать определенными, заранее заданными физико-механическими свойствами и, в первую очередь, достаточной прочностью.

Бетоны классифицируют по ряду признаков:

по назначению различают конструкционные, специальные (химически стойкие, теплоизоляционные и др.);

по виду вяжущего – на основе цементных, шлаковых, полимерных, специальных вяжущих;

по виду заполнителя – на плотных, пористых, специальных заполнителях;

по структуре – плотные, поризованные, ячеистые, крупнопористые.

Бетон применяют для различных видов строительных конструкций, изготовляемых на заводах сборного железобетона или возводимых непосредственно на месте их будущей эксплуатации (монолитный бетон).

В зависимости от области применения бетона различают:

обычный – для железобетонных конструкций (фундаментов, колонн, балок, перекрытий, мостовых и других типов конструкций);

гидротехнический – для плотин, шлюзов, облицовки каналов, и т.д.;

бетон для ограждающих конструкций (легкий бетон для стен зданий); для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий;

специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты и др.).

Прочностные характеристики бетона

Прочность бетона на сжатие

Прочностью бетона на сжатие В называется временное сопротивление (в МПа) бетонного куба с ребром 150 мм, изготовленного, хранимого и испытанного в стандартных условиях в возрасте 28 сут, при температуре 15–20 °С и относительной влажности 90–100%.

Железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, поэтому прочность бетона на сжатие R в n не может быть непосредственно использована в расчетах прочности элементов конструкций.

Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность Rf , – временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм, которое по опытам на призмах со стороной основания а и высотой h при отношении hla = 4 составляет примерно 0,75, где R : – кубиковая прочность, или временное сопротивление сжатию бетона, найденное при испытании образца в виде куба с ребром 150 мм.

Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов и сжатых зон изгибаемых конструкций является призменная прочность.

Для определения призменной прочности образец – призму загружают в прессе ступенчатой сжимающей нагрузкой до разрушения и измеряют деформации на каждой ступени загружения.

Строится зависимость сжимающих напряжений а от относительных деформаций е, которая носит нелинейный характер, так как в бетоне, наряду с упругими, происходят и неупругие пластические деформации.

Опыты с бетонными призмами размером квадратного основания а и высотой h показали, что призменная прочность меньше кубиковой и уменьшается с увеличением отношения hla (рис. 2.2).

Продолжение
--PAGE_BREAK--

Кубиковая прочность бетона R (для кубиков размером 150 х 150 х 150 мм) и призменная прочность R h (для призм с отношением высоты к основанию hla > 4) могут быть связаны определенной зависимостью, которая устанавливается экспериментально:

Призменную прочность бетона используют при расчете изгибаемых и сжатых бетонных и железобетонных конструкций (например, балок, колонн, сжатых элементов ферм, арок и т.п.)

В качестве характеристики прочности бетона сжатой зоны изгибаемых элементов также принимают R h . Прочность бетона при осевом растяжении

Прочность бетона при осевом растяжении R /, в 10–20 раз ниже, чем при сжатии. Причем с увеличением кубиковой прочности бетона относительная прочность бетона при растяжении снижается. Предел прочности бетона при растяжении может быть связан с кубиковой прочностью эмпирической формулой

Классы и марки бетона

Контрольные характеристики качества бетона называют классами и марками. Основной характеристикой бетона является класс бетона по прочности на сжатие В или марка М. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие в МПа с обеспеченностью 0,95. Бетоны подразделяют на классы от В1 до В60.

Класс бетона и его марка зависят от средней прочности:

класс бетона по прочности на сжатие, МПа; средняя прочность, которую следует обеспечить при производстве конструкций, МПа;

коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона, обычно в строительстве принимают t = 0,95;

коэффициент вариации прочности, характеризующий однородность бетона;

марка бетона по прочности на сжатие, кгс/см 2 . Для определения средней прочности (МПа) по классу бетона (при нормативном коэффициенте вариации 13,5% и t = 0,95) или по его марке следует применять формулы:

В нормативных документах используется ютасс бетона, однако для некоторых специальных конструкций и в ряде действующих нормативов применяется и марка бетона.

На производстве необходимо обеспечить среднюю прочность бетона. Превышение заданной прочности допускается не более чем на 15%, так как это ведет к перерасходу цемента.

Для бетонных и железобетонных конструкций применяют следующие классы бетонов по прочности на сжатие: тяжелые бетоны от В3,5 до В60; мелкозернистые – от В3,5 до В60; легкие – от В2,5 до В35; ячеистые – от В1 до В15; поризованные от В2,5 до В7,5.

Для конструкций, работающих на растяжение, дополнительно назначается класс бетона по прочности на осевое растяжение – только для тяжелых, легких и мелкозернистых бетонов – от ВДЗ до В ? 3,2.

Важной характеристикой бетона является марка по морозостойкости – это число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдержали водонасыщенные образцы бетона в возрасте 28 сут без снижения прочности при сжатии более 15% и потери массы не более 5%. Обозначается – F . Для тяжелых и мелкозернистых бетонов варьируется от F 50 до F 500, для легких бетонов – F 25- F 500, для ячеистых и поризованных бетонов – F 15- F 100.

Марка по водонепроницаемости W назначается для конструкций, к которым предъявляются требования ограничения проницаемости, например, к железобетонным трубам, к резервуарам и т.д.

Продолжение
--PAGE_BREAK--

Водонепроницаемость это свойство бетона не пропускать через себя воду. Она оценивается коэффициентом фильтрации – массой воды, прошедшей за единицу времени под постоянным давлением через единицу площади образца при определенной его толщине. Установлены марки для тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов: W 2, W 4, W 6, W 8, W 10, W 12. Цифра в марке означает давление воды в кгс/см 2 , при котором не наблюдается ее просачивание через образцы 180-суточно-го возраста.

Марка по самонапряжению S p означает значение предварительного напряжения в бетоне, МПа, создаваемого в результате его расширения. Эти значения изменяются от S p 0,6 до S p 4.

При определении собственного веса конструкций и для теплотехнических расчетов большое значение имеет плотность бетона. Марки бетонов по средней плотности D (кг/м 3 ) установлены с шагом градации 100 кг/м 3 : тяжелые бетоны – D = 2300–2500; мелкозернистые – 88

D = 1800–2400; легкие – D = 800–2100; ячеистые – D = 500–1200; поризованные – D = 800–1200.

Арматура

Арматура железобетонных конструкций состоит из отдельных рабочих стержней, сеток или каркасов, которые устанавливают для восприятия действующих усилий. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.

Арматура, устанавливаемая по расчету, называется рабочей; устанавливаемая по конструктивным и технологическим соображениям – монтажной.

Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия – сварные и вязаные сетки и каркасы, которые размещают в железобетонных элементах в соответствии с характером их работы под нагрузкой.

Арматуру классифицируют по четырем признакам:

в зависимости от технологии изготовления различают стержневую и проволочную арматуру. Под стержневой в данной классификации подразумевают арматуру любого диаметра в пределах d = 6–40 мм;

в зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной, т.е. подвергнутой термической обработке, или упрочненной в холодном состоянии – вытяжкой, волочением;

по форме поверхности арматура бывает периодического профиля и гладкой. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля, рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном;

– по способу применения при армировании железобетонных элементов различают напрягаемую арматуру, т.е. подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую

Стержневую горячекатаную арматуру в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяют на шесть классов с условным обозначением: A - I , А-П, А-Ш, A - IV , A - V , А- VI. Основные механические характеристики применяемой арматуры приведены в табл. 2.6.

Продолжение
--PAGE_BREAK--

Термическому упрочнению подвергают стержневую арматуру четырех классов; упрочнение в ее обозначении отмечается дополнительным индексом «т»: Ат-Ш, Ат - IV , A t - V , A t -VI. Дополнительной буквой С указывают на возможность стыкования сваркой, буквой К – на повышенную коррозионную стойкость. Подвергнутая вытяжке в холодном состоянии стержневая арматура класса А-Ш отмечается дополнительным индексом В.

Каждому классу арматуры соответствуют определенные марки арматурной стати с одинаковыми механическими характеристиками, но различным химическим составом. В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Например, в марке 25Г2С первая цифра обозначает содержание углерода в сотых долях процента (0,25%), буква Г – что сталь легирована марганцем, цифра 2 – что его содержание может достигать 2%, буква С – наличие в стали кремния (силиция).

Присутствие других химических элементов, например, в марках 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Т, обозначается буквами: X – хром, Т – титан, Ц – цирконий.

Стержневая арматура всех классов имеет периодический профиль за исключением круглой (гладкой) арматуры класса A - I .

Арматурные изделия, применяемые для изготовления ж/б конструкций

Для армирования железобетонных конструкций широко применяют обыкновенную арматурную проволоку класса Вр- I (рифленую) диаметром 3–5 мм, получаемую холодным волочением низкоуглеродистой стали через систему калиброванных отверстий (фильеров). Наименьшая величина условного предела текучести при растяжении проволоки Вр- I при диаметре 3–5 мм составляет 410 МПа.

Способом холодного волочения изготовляется также высокопрочная арматурная проволока классов В-П и Вр-И – гладкая и периодического профиля (рис. 2.8, г) диаметром 3–8 мм с условным пределом текучести проволоки В-П – 1500–1100 МПа и Вр-П – 1500–1000 МПа.

Арматуру железобетонных конструкций выбирают с учетом ее назначения, класса и вида бетона, условий изготовления арматурных изделий и среды эксплуатации (опасность коррозии) и т.п. В качестве основной рабочей арматуры обычных железобетонных конструкций преимущественно следует применять сталь классов А-Ш и Вр- I . В предварительно напряженных конструкциях в качестве напрягаемой арматуры применяют преимущественно высокопрочную сталь классов В-И, Вр-П, А - VI , Ат - VI , A - V , A t - V и A t -VII.

Армирование предварительно напряженных конструкций твердой высокопрочной проволокой весьма эффективно, однако из-за малой площади сечения проволок число их в конструкции значительно увеличивается, что усложняет арматурные работы, захват и натяжение арматуры. Для уменьшения трудоемкости арматурных работ применяют заранее свитые механизированным способом канаты, пучки параллельно расположенных проволок и стальные тросы. Нераскручивающиеся стальные канаты класса К изготовляют преимущественно 7- и 19-проволочными (К-7 и К-19).

Условия прочности внецентренно сжатых элементов таврового и двутаврового профиля

При расчете элементов таврового и двутаврового профиля могут встретиться два случая расположения нейтральной оси (рис. 2.40): нейтральная ось располагается в полке и нейтральная ось пересекает ребро. При известном армировании положение нейтральной оси определяется при сравнении силы N с усилием, воспринимаемым полкой.

Если выполняется условие: N < R b b " fh " f , то нейтральная ось располагается в полке. В этом случае расчет таврового или двутаврового сечения выполняется как для элемента прямоугольного профиля шириной bj - и высотой h .

Следует отметить, что расчет элементов таврового и двутаврового профиля на прочность весьма трудоемок. Сравнительно просто решается задача проверки прочности нормальных сечений при известном армировании и значительно сложнее – расчет продольной арматуры, особенно при действии нескольких загружений с моментами разных знаков.

Продолжение
--PAGE_BREAK--

Пример 2.5. Требуется проверить прочность сечения колонны. Колонна сечением b = 400 мм; h = 500 мм; а = а" = 40 мм; бетон тяжелый класса В20 (R b =11,5 МПа, Е ь = 24000 МПа); арматура класса А-Ш (R s = R sc = 365 МПа); площадь сечения арматуры A s = А^ = 982 мм (2025); расчетная длина Iq = 4,8 м; продольная сила n = 800 кН; изгибающий момент м = 200 кН м; влажность окружающей среды 65%.

Условия прочности растянутых элементов

В условиях растяжения работают нижние пояса ферм и элементы решетки, затяжки арок, стенки круглых и прямоугольных резервуаров и другие конструкции.

Для растянутых элементов эффективно применение высокопрочной предварительно напряженной арматуры. При конструировании растянутых элементов особое внимание должно быть обращено на концевые участки, на которых должна быть обеспечена надежная передача усилий, а также на стыкование арматуры. Стыки арматуры выполняются, как правило, сварными.

Расчет центрально-растянутых элементов

При расчете на прочность центрально-растянутых железобетонных элементов учитывается, что в бетоне появляются нормальные к продольной оси трещины и все усилие воспринимается продольной арматурой.

Расчет внецентренно растянутых элементов при малых эксцентриситетах

Если сила N не выходит за границы, очерченные арматурой A s и A " s , с появлением трещины бетон полностью выключается из работы и продольное усилие воспринимается арматурой A s и Л.

Расчет внецентренно растянутых элементов при больших эксцентриситетах

Если сила N выходит за пределы арматуры A s , то в элементе появляется сжатая зона бетона. Для элемента прямоугольного сечения условия прочности имеют вид

N – е < R b bx(h – х /2) + R sc A&h – а "),

N = R s A s - R b bs ~ R sc A ^.

Продолжение
--PAGE_BREAK--

При использовании относительных величин £, = xlh ^ и а т = 2; (1 - 1/2) условия прочности преобразуются к виду

N-e< R b a m bhl + R sc A^(h – а "),

N=R S A S -R£bh -R sc 4.

Статический расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания

Требуется выполнить статический расчет поперечной рамы одноэтажного двухпролетного промышленного здания методом перемещений и определить изгибающие моменты, продольные и поперечные силы в характерных сечениях колонн по исходным данным.

Конструктивные элементы здания и исходные данные для расчета принять по предыдущему практическому занятию.

При расчете по методу перемещений за неизвестные принимаются угловые или линейные перемещения узлов рамы.

Основы расчета строительных конструкций по предельным состояниям

Для здания, сооружения, а также основания или отдельных конструкций предельными называются такие состояния, при которых они перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении.

Строительные конструкции рассчитывают по двум группам предельных состояний.

Расчет по первой группе предельных состояний (по пригодности к эксплуатации) обеспечивает требуемую несущую способность конструкции – прочность, устойчивость и выносливость.

К предельным состояниям первой группы относят:

общую потерю устойчивости формы (рис. 1.4, а, 6);

потерю устойчивости положения (рис. 1.4, в, г);

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (рис. 1.4, д);

– разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды и др.

Расчет по второй группе предельных состояний (по пригодности к нормальной эксплуатации) производится для конструкций, величина деформаций (перемещений) которых может ограничить возможность их эксплуатации. Кроме того, если по условиям эксплуатации сооружения образование трещин недопустимо (например, в железобетонных резервуарах, напорных трубопроводах, при эксплуатации конструкций в агрессивных средах и др.), то производят расчет по образованию трещин. Если же необходимо лишь ограничить ширину раскрытия трещин, выполняют расчет по раскрытию трещин, а в преднапряженных конструкциях в ряде случаев – и по их закрытию.

Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям имеет своей целью не допустить наступления ни одного из предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции (здании) при их эксплуатации в течение всего срока службы, а также при их возведении.

Идея расчета конструкций по первому предельному состоянию может быть сформулирована следующим образом: максимально возможное силовое воздействие на конструкцию от внешних нагрузок или воздействий в сечении элемента – N не должно превышать его минимальной расчетной несущей способности Ф:

N <Ф { R ; A },

где R – расчетное сопротивление материала; А – геометрический фактор.

Продолжение
--PAGE_BREAK--

Второе предельное состояние для всех строительных конструкций определяется величинами предельных деформаций, при превышении которых нормальная эксплуатация конструкций становится невозможной:

Составление компоновочной схемы здания насосного цеха НПС

Насколько это возможно, здание проектируют из типовых элементов с соблюдением норм строительного проектирования и единой модульной системы. Сетка колонн может быть, к примеру, 6 х 9; 6 х 12; 6 х 18; 12 х 12; 12 х 18 м.

В целях сохранения однотипности элементов покрытия колонны крайнего ряда располагают так, чтобы разбивочная ось ряда колонн проходила на расстоянии 250 мм от наружной грани колонн (рис. 1.16) при шаге колонн, равном 6 м и более.

Колонны крайнего ряда при шаге 6 м и кранах грузоподъемностью до 500 кН располагают с нулевой привязкой, совмещая ось ряда с наружной гранью колонны. Крайние поперечные разбивочные оси смещают от оси торцевых колонн здания на 500 м. При большой протяженности в поперечном и продольном направлениях здание делят температурными швами на отдельные блоки. Продольные и поперечные температурные швы выполняют на спаренных колоннах со вставкой, при этом у продольных температурных швов оси колонн смещены относительно продольной разбивочной оси на 250 мм, а у поперечных температурных швов – на 500 мм относительно поперечной разбивочной оси

Конструкции фундаментов

Различают фундаменты неглубокого заложения; свайные; глубокого заложения (опускные колодцы, кессоны) и фундаменты под машины с динамическими нагрузками.

Фундаменты неглубокого заложения

В инженерных нефтегазовых сооружениях, промышленных и гражданских зданиях широко применяют железобетонные фундаменты. Они бывают трех типов (рис. 4.19): отдельные – под каждой колонной; ленточные – под рядами колонн в одном или двух направлениях, а также под несущими стенами; сплошные – под всем сооружением. Фундаменты возводят чаще всего на естественных основаниях (они преимущественно и рассмотрены здесь), но в ряде случаев выполняют и на сваях. В последнем случае фундамент представляет собой группу свай, объединенную поверху распределительной железобетонной плитой – ростверком.

Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн. Ленточные фундаменты под рядами колонн делают тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко подходят друг к другу, что обычно бывает при слабых грунтах и больших нагрузках. Целесообразно применять ленточные фундаменты при неоднородных грунтах и внешних нагрузках, различных по значению, так как они выравнивают неравномерные осадки основания. Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна или деформации основания под ними больше допустимых, то устраивают сплошные фундаменты. Они в еще большей мере выравнивают осадки основания. Эти фундаменты применяют при слабых и неоднородных грунтах, а также при значительных и неравномерно распределенных нагрузках.

Глубина заложения фундамента d \ (расстояние от отметки планировки до подошвы фундамента) обычно назначается с учетом:

геологических и гидрогеологических условий площадки строительства;

климатических особенностей района строительства (глубины промерзания);

–конструктивных особенностей зданий и сооружений. При назначении глубины заложения фундамента необходимо

также учитывать особенности приложения и величины нагрузок, технологию производства работ при возведении фундаментов, материалы фундаментов и другие факторы.

Минимальная глубина заложения фундаментов при строительстве на дисперсных грунтах принимается не менее 0,5 м от поверхности планировки. При строительстве на скальных грунтах достаточно бывает убрать только верхний, сильно разрушенный слой – и можно выполнять фундамент. Стоимость фундаментов составляет 4–6% общей стоимости здания.

Отдельные фундаменты колонн

По способу изготовления фундаменты бывают сборные и монолитные. В зависимости от размеров сборные фундаменты колонн выполняют цельными и составными. Размеры цельных фундаментов (рис. 4.20) относительно невелики. Их выполняют из тяжелых бетонов классов В15-В25, устанавливают на песчано-гравийную уплотненную подготовку толщиной 100 мм. В фундаментах предусматривают арматуру, располагаемую по подошве в виде сварных сеток. Минимальную толщину защитного слоя арматуры принимают 35 мм. Если под фундаментом нет подготовки, то защитный слой делают не менее 70 мм.

Сборные колонны заделывают в специальные гнезда (стаканы) фундаментов. Глубину заделки d 2 принимают равной (1,0–1,5) – кратной большему размеру поперечного сечения колонны. Толщина нижней плиты гнезда должна быть не менее 200 мм. Зазоры между колонной и стенками стакана принимают следующими: понизу – не менее 50 мм; поверху – не менее 75 мм. При монтаже колонну устанавливают в гнездо с помощью подкладок и клиньев или кондуктора и рихтуют, после чего зазоры заполняют бетоном класса В 17,5 на мелком заполнителе.

Сборные фундаменты больших размеров, как правило, выполняют составными из нескольких монтажных блоков (рис. 4.21). На них расходуется больше материалов, чем на цельные. При значительных моментах и горизонтальных распорах блоки составных фундаментов соединяют между собой сваркой выпусков, анкеров, закладных деталей и т.п.

Монолитные отдельные фундаменты устраивают под сборные и монолитные каркасы зданий и сооружений.

Типовые конструкции монолитных фундаментов, сопрягаемых со сборными колоннами, разработаны под унифицированные размеры (кратные 300 мм): площадь подошвы – (1,5 х 1,5) – (6,0 х 5,4) м, высота фундамента – 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6 и 4,2 м (рис. 4.22).

В фундаментах приняты: удлиненный подколонник, армированный пространственным каркасом; фундаментная плита с отношением размера вылета к толщине до 1:2, армированная двойной сварной сеткой; высоко размещенный армированный подколонник.

Монолитные фундаменты, сопрягаемые с монолитными колонками, бывают по форме ступенчатыми и пирамидальными (ступенчатые по устройству опалубки проще). Общую высоту фундамента принимают такой, чтобы не требовалось его армировать хомутами и отгибами. Давление от колонн передается на фундамент, отклоняясь от вертикали в пределах 45°. Этим руководствуются при назначении размеров верхних ступеней фундамента (см. рис. 4.23, в).

Продолжение
--PAGE_BREAK--

Монолитные фундаменты, как и сборные, армируют сварными сетками только по подошве. При размерах стороны подошвы более 3 м в целях экономии стали применяют нестандартные сварные сетки, в которых половину стержней не доводят до конца на 1/10 длины (см. рис. 4.23, д).

Для связи с монолитной колонной из фундамента выпускают арматуру с площадью сечения, равной расчетному сечению арматуры колонны у обреза фундамента. В пределах фундамента выпуски соединяют хомутами в каркас, который устанавливают на бетонные или кирпичные прокладки. Длина выпусков из фундаментов должна быть достаточной для устройства стыка арматуры согласно существующим требованиям. Стыки выпусков делают выше уровня пола. Арматуру колонн можно соединять с выпусками внахлестку без сварки по общим правилам конструирования таких стыков. В колоннах, центрально сжатых или внецен-тренно сжатых при малых эксцентриситетах, арматуру соединяют с выпусками в одном месте; в колоннах, внецентренно сжатых при больших эксцентриситетах, – не менее чем в двух уровнях с каждой стороны колонны. Если при этом на одной стороне сечения колонны находятся три стержня, то первым соединяют средний.

Арматуру колонн с выпусками лучше соединять дуговой сваркой. Конструкция стыка должна быть удобной для монтажа и сварки

Если все сечение армировано лишь четырьмя стержнями, то стыки выполняют только сварными.

Ленточные фундаменты

Под несущими стенами ленточные фундаменты выполняют преимущественно сборными. Они состоят из блоков-подушек и фундаментных блоков (рис. 4.24). Блоки-подушки могут быть постоянной и переменной толщины, сплошными, ребристыми, пустотными. Укладывают их вплотную или с зазорами. Рассчитывают только подушку, выступы которой работают как консоли, загруженные реактивным давлением грунта р (без учета массы веса и грунта на ней). Сечение арматуры подушки подбирают по моменту

М= 0,5р1 2 ,

где / – вылет консоли.

Толщину сплошной подушки h устанавливают по расчету на поперечную силу Q = pi , назначая ее такой, чтобы не требовалось постановки поперечной арматуры.

Ленточные фундаменты под рядами колонн возводят в виде отдельных лент продольного или поперечного (относительно рядов колонн) направления и в виде перекрестных лент (рис. 4.25). Ленточные фундаменты могут быть сборными и монолитными. Они имеют тавровое поперечное сечение с полкой понизу. При грунтах высокой связности иногда применяют тавровый профиль с полкой поверху. При этом уменьшается объем земляных работ и опалубки, но усложняется механизированная выемка грунта.

Выступы полки тавра работают как консоли, защемленные в ребре. Полку назначают такой толщины, чтобы при расчете на поперечную силу в ней не требовалось армирования поперечными стержнями или отгибами. При малых вылетах полку принимают постоянной высоты; при больших – переменной с утолщением к ребру.

Отдельная фундаментная лента работает в продольном направлении на изгиб как балка, находящаяся под воздействием сосредоточенных нагрузок от колонн сверху и распределенного реактивного давления грунта снизу. Ребра армируют подобно многопролетным балкам. Продольную рабочую арматуру назначают расчетом по нормальным сечениям на действие изгибающих моментов; поперечные стержни (хомуты) и отгибы – расчетом по наклонным сечениям на действие поперечных сил.

Сплошные фундаменты

Сплошные фундаменты бывают: плитными безбалочными; плит-но-балочными и коробчатыми (рис. 4.26). Наибольшей жесткостью обладают коробчатые фундаменты. Сплошными фундаменты делают при особенно больших и неравномерно распределенных нагрузках. Конфигурацию и размеры сплошного фундамента в плане устанавливают так, чтобы равнодействующая основных нагрузок от сооружения проходила в центре подошвы

В зданиях и сооружениях большой протяженности сплошные фундаменты (кроме торцовых участков небольшой длины) приближенно могут рассматриваться как самостоятельные полосы (ленты) определенной ширины, лежащие на деформируемом основании. Сплошные плитные фундаменты многоэтажных зданий загружены значительными сосредоточенными силами и моментами в местах описания диафрагм жесткости. Это должно учитываться при их проектировании.

Безбалочные фундаментные плиты армируют сварными сетками. Сетки принимают с рабочей арматурой в одном направлении; их укладывают друг на друга не более чем в четыре слоя, соединяя без нахлестки – в нерабочем направлении и внахлестку без сварки – в рабочем направлении. Верхние сетки укладывают на каркасы подставки.

Основные сведения о грунтах оснований нефтегазовых сооружений

Грунты – это любые горные породы, как рыхлые, так и монолитные, залегающие в пределах зоны выветривания (включая почвы) и являющиеся объектом инженерно-строительной деятельности человека.

Наиболее часто в качестве оснований используются несцементированные, сыпучие и глинистые грунты, реже, так как реже выходят на поверхность, – скальные грунты. Классификация грунтов в строительстве принимается в соответствии с ГОСТ 25100–95 «Грунты. Классификация» .

Знание строительной классификации грунтов требуется для оценки их свойств как оснований под фундаменты зданий и сооружений. Грунты делятся на классы по общему характеру структурных связей. Различают: класс природных скальных грунтов, класс природных дисперсных грунтов, класс природных мерзлых грунтов, класс техногенных грунтов.

Скальные грунты состоят из магматических, метаморфических и осадочных пород, обладающих структурным сцеплением, высокой прочностью и плотностью.

К магматическим относятся граниты, диориты, кварцевые порфиры, габбро, диабазы, пироксениты и т.д.; к метаморфическим – гнейсы, сланцы, кварциты, мраморы, риолиты и т.д.; к осадочным – песчаники, конгломераты, брекчии, известняки, доломиты. Все скальные грунты обладают очень высокой прочностью, структурными жесткими связями и позволяют возводить на них практически любые нефтегазовые объекты.

К рыхлым грунтам, называемым в ГОСТ 25100–95 дисперсными, относятся грунты, состоящие из отдельных элементов, образовавшихся в процессе выветривания скальных грунтов. Перенос отдельных частиц рыхлого грунта водными потоками, ветром, оползанием под действием собственного веса и т.п. приводит к образованию больших массивов рыхлых грунтов. Связи между отдельными частицами слабые. Рыхлые или дисперсные грунты не всегда обладают достаточной несущей

способностью, поэтому размещение на таких грунтах сооружений должно быть обоснованным. Требуется тщательное исследование свойств грунта в естественном состоянии, а также их изменение под воздействием нагрузки от сооружений.

Продолжение
--PAGE_BREAK--

Одной из основных характеристик рыхлых грунтов является размер отдельных частиц и их связанность друг с другом. В зависимости от размеров отдельных частиц грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные и глинистые. Крупнообломочные грунты содержат более 50% по массе частиц крупностью более 2 мм; песчаные сыпучие грунты в сухом состоянии содержат менее 50% по массе частиц крупностью более 2 мм; глинистые грунты обладают способностью существенно изменять свойства в зависимости от насыщенности водой.

По крупности отдельных частиц глинистые и песчаные грунты подразделяются на более дифференцированные виды: суглинки, пылеватые суглинки, супеси.

Определение размеров подошвы фундаментов, выполняемых на дисперсных грунтах

Как уже отмечалось, для фундаментов на дисперсных грунтах нормальным считается, когда осадка фундамента не превышает предельной величины, при этом давление на грунт под подошвой фундамента обычно не превышает расчетного сопротивления грунта R (см. § 4.1.4.2).

От размеров подошвы фундамента зависит его осадка (деформация). Расчет по деформациям относится ко второй группе предельных состояний, и, соответственно, расчеты размеров подошвы фундамента следует вести по нагрузкам, принятым для расчета второй группы предельных состояний, – iVser(сервисная нагрузка). Сервисная нагрузка принимается равной нормативной нагрузке или определяется приближенно через расчетную нагрузку, деленную на 1,2 – средний коэффициент надежности по нагрузкам:

N ser = N n илиN ser = N /1 ser собирается до верхнего обреза фундамента, поэтому при определении размеров подошвы фундамента необходимо учитывать и нагрузку от его собственного веса и веса грунта, находящегося на уступах фундамента Nf так как они также оказывают дополнительное давление на грунт. Нагрузку Nf можно примерно определить как произведение объема, занятого фундаментом и грунтом, находящимся на его обрезах, V = A f d 1 , на средний удельный вес бетона и грунта у т = 20 кН/м3(рис. 4.35); Af – площадь подошвы фундамента.

Давление под подошвой фундамента определяется по формуле

P = N + N / A = (4.32)

Приравняв давление под подошвой фундамента расчетному сопротивлению грунта p = R , можно вывести формулу для определения требуемой площади подошвы фундамента (4.33)

Для проверки достаточности площади существующих или запроектированных фундаментов пользуются формулой

При горизонтальном залегании пластов грунта (однородный, равномерно и не сильно сжимаемый грунт) для зданий и фундаментов обычной конструкции можно считать, что подобранные таким способом размеры подошвы фундамента (по формуле (4.33)) (или проверенный существующий фундамент (по формуле (4.34)) удовлетворяют требованиям расчета по деформациям (4.34) и расчет осадок фундамента можно не производить. (Более подробно см. п. 2.56 СНиП 2.02.01–83*) .

Расчет площади подошвы фундамента выполняют обычно в следующей последовательности.

Установив по таблицам (см. табл. 4.6, 4.7) величину расчетного сопротивления грунта R q , определяем приближенное значение площади подошвы фундамента по формуле (4.35)

затем назначаем размеры подошвы фундамента и, определив механические характеристики грунтов (удельное сцепление спи угол внутреннего трения фп(см. табл. 4.4, 4,5), определяем уточненное значение расчетного сопротивления грунта R по формуле (4.14), по которому, в свою очередь, уточняем требуемые размеры подошвы фундамента по формуле (4.33), и окончательно принимаем подошву фундамента.

Продолжение
--PAGE_BREAK--

До расчета армирования необходимо убедиться в том, что габариты фундамента не пересекаются с гранями пирамиды продавливания. Для определения сечения арматуры сетки нижней ступени вычисляют изгибающие моменты в каждой ступени (рис. 4.36).

Изгибающий момент в сечении I–Iравен

МI= 0,125/ p гр(l-lk)2b, (4.36)

а необходимая площадь сечения арматуры

А = MI/0,9Rsh. (4.37)

Для сечения II–II соответственно

М II = 0,125р гр (1- l 1 ) 2 b ; (4.38)

A sII = M II /0,9 R s (h - h I ). (4.39)

Выбор арматуры осуществляется по максимальному значению A si , где i = 1–3.

Фундаменты армируют по подошве сварными сетками из стержней периодического профиля. Диаметр стержней должен быть не менее 10 мм, а их шаг – не более 200 и не менее 100 мм.

Расчет фундаментов под крайние колонны

При совместном действии вертикальных и горизонтальных сил и моментов, т.е. при внецентренном нагружении, фундаменты проектируют прямоугольниками в плане, вытянутыми – в плоскости действия момента.

Размеры фундамента в плане должны быть назначены так, чтобы наибольшее давление на грунт у края подошвы от расчетных нагрузок не превышало l , 2 R . Предварительно размеры могут быть определены по формуле (4.35), как для центрально-нагруженного фундамента.

Максимальное и минимальное давление под краем фундамента вычисляют по формулам внецентренного сжатия для наименее выгодного загружения фундамента при действии основного сочетания расчетных нагрузок.

Для схемы нагрузок, показанной на рис. 4.34, 4.35:

N = N + G CT + y m d I A f , (4.41)

где M , N , Q – расчетный изгибающий момент, продольная и поперечная силы в сечении колонны на уровне верха фундамента соответственно; G CT – расчетная нагрузка от веса стены и фундаментной балки. Для фундаментов колонн здания, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью Q > 750 кН, а также для фундаментов колонн открытых крановых эстакад рекомендуется принимать трапециевидную эпюру напряжений под подошвой фундамента с отношением > 0,25, а для фундаментов колонн здания, оборудованных кранами грузоподъемностью Q < 750 кН, необходимо выполнить условиеp min > 0; в зданиях без кранов в исключительных случаях допускается эпюра (рис. 4.37). В этом случае е > 1/6.

Желательно, чтобы от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок давление, по возможности, было равномерно распределено по подошве.

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;

Металлоконструкции;

Деревянные;

Каменные и армокаменные;

Пластмассовые;

Комплексные (комбинируют несколько видов материалов).

Основные требования, которые предъявляют к строительным 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.).

Несущие конструкции.

Железобетонные колонны:

Рис. 9.1. Колонна двухветвевая среднего ряда

Рис. 9.2. Колонна двухветвевая крайнего ряда

Рис. 9.3. . Колонны безригельного каркаса

Рис. 9.4. Колонна одноэтажных промышленных зданий

а) Колонна среднего ряда с двумя консолями

Рис. 9.5. Одноветвевая колонная среднего ряда

б) Колонна крайнего ряда с одной консолью

Рис. 9.6. Одноветвевая колонна крайнего ряда

Рис. 9.7. Колонна среднего ряда одноветвевая для многоэтажных зданий

Рис. 9.8. Одноветвевая колонна административно-бытовых зданий

Рис. 9.9. Одноветвевая колонна складских зданий

Рис. 9.10. Одноветвевые колонны многоэтажных административно-бытовых зданий

Рис. 9.11. Железобетонный ригель с полками

Рис. 9.12. Железобетонный ригель связевый

Ригели предназначены для каркасов многоэтажных зданий, производственного, административного и бытового назначения, промышленных предприятий, жилых домов и торгово-развлекательных комплексов.

Морозостойкость не ниже F50.

Рис. 9.13. Балки железобетонные таврового сечения

Рис. 9.14. Балки железобетонные таврового сечения

Балки предназначены для каркасов многоэтажных зданий, производственных, административных и бытовых зданий промышленных предприятий, жилых домов и торгово-развлекательных комплексов.

Морозостойкость не ниже F50.

ОСНОВЫ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИЙ КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО НАЗНАЧЕНИЮ Конструкции несущие – - воспринимают нагрузки и воздействия; - обеспечивают надежность, прочность, жесткость и устойчивость зданий Основные несущие конструкции образуют остов здания (конструктивную систему): фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, покрытия и т. п. Второстепенные несущие конструкции – перемычки над проемами, лестницы, блоки шахт лифтов Конструкции ограждающие – - разделяют и изолируют внутренний объем здания от внешней среды или между собой; - должны отвечать нормативным требованиям прочности, теплоизоляции, гидроизоляции, пароизоляции, воздухонепроницаемости, звукоизоляции, светопропусканию -и т. д. Основные ограждающие конструкции – ненесущие стены, перегородки, окна, витражи, фонари, двери, ворота Конструкции совмещенные – выполняют несущие и ограждающие функции – стены, перекрытия, покрытия

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРОСТРАНСТВЕННОМУ РАСПОЛОЖЕНИЮ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ: ПО ПРОСТРАНСТВЕННОМУ РАСПОЛОЖЕНИЮ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ – покрытия и перекрытия: - воспринимают вертикальные нагрузки и поэтажно передают их вертикальным несущим конструкциям (стенам, колоннам и др.); - играют роль жестких дисков – горизонтальных диафрагм жесткости – воспринимают и перераспределяют горизонтальные нагрузки и воздействия (ветровые, сейсмические) между вертикальными несущими конструкциями; - как диафрагмы обеспечивают совместность и равенство горизонтальных перемещений вертикальных несущих конструкций при ветровых и сейсмических воздействиях за счет жесткого сопряжения горизонтальных несущих конструкций с вертикальными конструкциями.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРОСТРАНСТВЕННОМУ РАСПОЛОЖЕНИЮ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ: ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ: 1 – стержневые – стойки каркаса; 2 – плоскостные – стены, диафрагмы; 3 – объемно-пространственные элементы высотой в этаж – объемные блоки; 4 – внутренние объемно-пространственные полые стержни открытого или закрытого сечения на высоту здания – стволы (ядра) жесткости; 5 – объемно-пространственные внешние несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ХАРАКТЕРУ СТАТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ (работы под нагрузкой) вертикальные конструкции НЕСУЩИЕ, САМОНЕСУЩИЕ И НАВЕСНЫЕ Несущие конструкции воспринимают все приходящиеся на них нагрузки и воздействия, включая нагрузки, передаваемые через элементы, расположенные выше и опирающиеся на них (элементы перекрытий и покрытий), и передающие эти нагрузки через фундаменты грунтам основания. Самонесущие конструкции работают только на восприятие собственного веса, а также атмосферных воздействий (ветровые нагрузки, температурные воздействия) и передают их фундаментам и далее грунтам основания. На самонесущие конструкции другие элементы здания не опираются. Навесные конструкции воспринимают собственный вес и атмосферные воздействия в пределах яруса или этажа и передают их внутренним конструкциям здания, на которые опираются сами – внутренние стены, колонны, перекрытия. Навесная конструкция не имеет под собой фундамента.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРОСТРАНСТВЕННОМУ РАСПОЛОЖЕНИЮ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ХАРАКТЕРУ СТАТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ (работы под нагрузкой) вертикальные конструкции НЕСУЩИЕ, САМОНЕСУЩИЕ И НАВЕСНЫЕ

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО СПОСОБНОСТИ ВОСПРИНИМАТЬ УСИЛИЯ ЖЕСТКИЕ ГИБКИЕ (мягкие) Жесткие элементы воспринимают сжатие, растяжение и изгиб, сохраняя под воздействием нагрузки собственную первоначально заданную форму. Гибкие (мягкие) элементы могут воспринимать только растяжение. К гибким относятся металлические элементы конструкций в виде стальных канатов, полосовой и рулонной стали и алюминиевых сплавов. Мягкие элементы (материалы конструкций) представляют собой специальные ткани с синтетическими воздухонепроницаемыми покрытиями.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ХАРАКТЕРУ ПО ФОРМЕ СИЛОВОЙ РАБОТЫ В ОПОРНОЙ РЕАКЦИИ СЕЧЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕ - плоскостные - распорные - сплошные - пространственные - безраспорные - сквозные Конструкции плоскостные –способны воспринимать только такую приложенную к ним нагрузку, которая действует в одной определенной плоскости (в плоскости самой конструкции). Конструкции пространственные – способны воспринимать приложенную к ним пространственную систему сил в трех измерениях. Конструкции распорные – при действии вертикальной нагрузки возникает горизонтальная опорная реакция – распор. Конструкция безраспорная – при действии вертикальной нагрузки горизонтальные составляющие опорных реакций отсутствуют. Сплошные конструкции – плиты, стены, перегородки, балки, рамы, арки, оболочки покрытий. Сквозные конструкции – состоят из стержневых элементов, соединенных между собой в плоскостную или пространственную форму

ОСНОВЫ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИЙ КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО СПОСОБАМ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА Конструкции сборные – монтируются в проектное положение на строительной площадке из отдельных изделий и элементов заводского изготовления (бетонные, железобетонные, металлические, деревянные). Например, стены монтируют из панелей, перекрытия – из плит, наконец, все здание – из объемных блоков. Конструкции монолитные – бетонные и железобетонные; основные части выполнены в виде единого целого (монолита) непосредственно на месте возведения здания; используется опалубка – форма, определяющая конфигурацию будущей конструкции; внутри опалубки устанавливается арматура, укладывается бетонная смесь с уплотнением и контролем твердения. Конструкции сборномонолитные – рационально объединены в различных сочетаниях сборные элементы и монолитный бетон. Сборные элементы могут играют роль несъемной опалубки; монолитный бетон повышает несущую способность конструкции, обеспечивает жесткое соединение элементов конструкции.

КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ЗДАНИЯ определяется следующими базовыми характеристиками КОНСТРУКТИВНАЯ СИСТЕМА – КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА – СТРОИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА – обобщенная конструктивно-статическая характеристика здания, определяется основным видом вертикальных несущих конструкций и не зависит от материала конструкций и способа возведения здания: вариант конструктивной системы по составу элементов и их расположению в пространстве; характеристика конструктивного решения здания по материалу элементов и косвенно – по способу возведения: 1 – каркасная система; 2 – стеновая система; 3 – объемно-блочная (столбчатая) система; 4 – ствольная система; 5 – оболочковая (периферийная) система например, стеновая система может быть реализована по одной из пяти схем: - перекрестное расположение несущих стен; - поперечное с большим шагом расположение несущих стен; - поперечное с малым шагом расположение несущих стен; - продольное расположение трех и более несущих стен; - продольное расположение двух несущих стен - традиционная (из мелкоразмерных элементов ручной кладки); - каркасно-панельная, объемноблочная полносборная; - бетонная и железобетонная сборно-монолитная и монолитная; - с применением дерева и пластмасс

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ОБЪЕМНО-БЛОЧНОЙ СИСТЕМЫ