Общие сведения о железобетонных конструкциях

КОНСТРУКЦИИ»
Часть I
Курс лекций
Лекция 1.
Общие сведения о железобетонных конструкциях
Составитель:

В. В. Родевич

развития железобетонных конструкций
Области применения железобетонных конструкций

регламент о безопасности зданий и сооружений”.
ГОСТ Р 54257-2010 “Надежность строительных

конструкций и оснований. Основные положения”
СП 63.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
СП 20.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
СНиП 21-01-978. «Пожарная безопасность зданий и сооружений»
СП 28.13330.2012 Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85*. «Защита строительных конструкций от коррозии»

лекций. Под ред. О.Г. Кумпяка – 2011 год
Железобетонные и каменные

конструкции. Общий курс. Под ред. В.М. Бондаренко – 2004 год
Попов Н. Н., Забегаев А. В. Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций: Учеб. для строит. спец. вузов. – 2 изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1989. – 400 с.
Руководство по проектированию железобетонных конструкций с жесткой арматурой. -М., Стройиздат, 1978. -55 с.
Кудзис А. П. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит. спец. вузов. в 2-х частях. Ч. 1. Материалы, конструирование, теория и расчет. -М.: Высш. шк., 1988. – 287 с.

несущие конструкции промышленных и гражданских зданий размеры сечений которых определяются

расчетом.

Архитектурные конструкции - конструкции промышленных и гражданских зданий размеры сечений которых определяются согласно архитектурным, теплотехническим и другим требованиям.

Современные строительные конструкции

Железобетонные конструкции

Металлические конструкции

Каменные (армокаменные) конструкции

Деревянные конструкции

Пластмассовые конструкции

Пневматические конструкции

Железобетоном называется строительный материал, состоящий из бетона и стали: железом

раньше называли сталь.

Бетон, как и все каменные материалы, имеет прочность при растяжении в 10…20 раз меньшую, чем при сжатии, поэтому в конструкциях, воспринимающих растягивающие напряжения, он не может эффективно использоваться

Армирование (усиление) растянутой зоны изгибаемых элементов материалами, обладающими значительно более высокой прочностью на растяжение, чем бетон, позволяет существенно повысить их несущую способность. Таким материалом чаще всего является сталь, а конструкции, полученные на основе рационального объедине­ния бетона и стали при условии обеспечения их совместной работы, называются железобетонными.

его свойствами:
- бетон имеет высокую прочность при сжатии (до 40 МПа),

а сталь при растяжении и сжатии (от 240 до 1500 МПа);
- арматура надежно сцепляется с бетоном, не проскальзывая в нем до момента разрушения;
- сталь и бетон имеют почти одинаковые коэффициенты линейного температурного расширения, поэтому при нагреве и охлаждении не возникает опасных напряжений, разрушающих конструкцию;
- бетон надежно защищает арматуру от коррозии и высоких температур (при пожарах), обеспечивая необходимую долговечность и огнестойкость.

(до 100 МПа), а сталь при
растяжении и

сжатии (от 240 до 1500 МПа);

арматура надежно сцепляется с бетоном, не проскальзывая в нем до
момента разрушения;

сталь и бетон имеют почти одинаковые коэффициенты линейного
температурного расширения, поэтому при нагреве и охлаждении не
возникает опасных напряжений, разрушающих конструкцию;

бетон надежно защищает арматуру от коррозии и высоких температур
(при пожарах), обеспечивая необходимую долговечность и огнестойкость.

распространенных в зданиях и сооружениях.

хорошая сопротивляемость сейсмическим и другим динамическим воздействиям
возможность возводить конструкции рациональной

формы
малые эксплуатационные расходы (по сравнению с деревом и металлом)
хорошая сопротивляемость атмосферным воздействиям
возможность использования местных материалов, перерабатываемость для строительных или иных нужд
Экономичность
высокие эстетические и архитектурные качества

Недостатки
большая плотность
высокая теплопроводность
Высокая звукопроводность
трудоемкость переделок и усилений
необходимость выдержки до приобретения прочности
появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий.
экологическая безопасность при производстве и эксплуатации.

огнестойки.
- Менее огнестойки предварительно напряженные ж/б конструкции
Массивные деревянные конструкции

достаточно огнестойкие, но они возгораемые
Металлические конструкции не огнестойки.

Темпы возведения
Здания из сборных железобетонных конструкций наиболее быстры при возведении
Менее быстровозводимые металлические и деревянные конструкции.
Каменные конструкции – медленно возводимые

Индустриальность
Металлические, сборные железобетонные, деревянные конструкции являются индустриальными конструкциями.

Долговечность
Конструкции из бетона, камня, железобетона наиболее долговечны.
Деревянные конструкции при надлежащих условиях эксплуатации, предохранении от увлажнения, гниения и расстройства соединений также могут суще­ствовать очень долгое время.

единицу, то вес конструкций, работающих на сжатие:
- из дерева будет

равен 1~1,5;
- из железобетона ­ 3-7
- из камня - 15-25,
для конструкций, работающих на изгиб:
из алюминиевых сплавов 0,3-0,5;
из дерева - 1-1,5;
из железобетона - 2-6
из армокамня – 10-20

Эксплуатационные расходы
Стальные конструкции требуют затрат на окраску, предохраняющую их от коррозии.
Деревянные конструкции требуют некоторых затрат на предохранения от гниения и расстройства соединений.
Конструкции из остальных материалов почти не требуют эксплуатационных затрат.

построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть

Великой Китайской стены (III век до н.э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах, а русские мастера еще в 1802 году при строительстве Царскосельского Дворца применяли армированный бетон, но не считали его новым материалом
Официально приоритет открытия отдан Франции. В 1849 году Ж. Монье (садовник) изготовил кадку для садовых растений, обмазав проволочный каркас цементным раствором. Именно сочетание таких двух материалов стало называться железобетоном. В России Ж. Монье был получен патент на железобетон в 1880 году, а сам способ строительства из железобетона долгие годы назывался «Системой Монье».
Если же подходить строже к истории, то оказывается еще в 1848 году адвокат по профессии Ж.-Л. Ламбо первым соорудил лодку из железобетона. Показанная в 1855 году на Парижской выставке лодка Ламбо произвела настоящую сенсацию. История железобетона начала свой отсчет.

на конструкцию огнестойкого перекрытия, состоящего из железных полос, укладываемых на

расстоянии 2 фута друг от друга и заливаемых бетоном. Причем для повышения прочности перекрытия полосы следует укладывать в нижней части сечения, а над опорами отгибать их в верхнюю часть. У. Уилкинсон был первым, кто понял принцип рационального армирования железобетона. Идеи его в самой Англии особого внимания в это время не привлекли, но в элементах конструкции, работающих на сжатие, применение бетона продолжало расширяться.
В 1864 году Ф. Куанье во Франции построил первую церковь из железобетона. Спустя почти 20 лет из железобетона появилась первая церковь в Лондоне. Вклад Ф. Куанье в развитие железобетона огромен. В 1855 году он получил патент, фактически повторявший патент У. Уилкинсона, а в 1861 году опубликовал брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», где впервые указал на то, что бетон и стальные стержни в нем работают совместно. Около 20 лет Ф. Куанье строил железобетонные сооружения во Франции и других странах.
Появление железобетонных конструкций связано с ростом промышленности, транспорта и торговли во второй половине XIX века, когда необходимо было строительство новых фабрик, заводов, портов.

А. Белелюбского, который в 1888 и 1891 гг. в Москве

и Петербурге произвел публичные испытания различных натурных железобетонных конструкций (плит, сводов, труб, мостов и т. п.). Первые технические условия на железобетонные конструкции в России были изданы в 1908 г., а в 1913 г. в России уже было использовано в конструкциях 3,5 млн. м3 бетона и железобетона.
К 1930-м годам железобетон в нашей стране получил особенно широкое распространение. Из железобетона возведены крупнейшие по тому времени гидростанции (Волховстрой, Днепрогэс, Свирьстрой).
ХХI век – век бетона и железобетона. У бетона и железобетона имеются преимущества:
Производство бетона и железобетона на душу населения составляет в Японии более 2 м3, в США – 1.3 м3, в ФРГ – 1.1 м3, в России – 0.4 м3.

конец XIX века. С этого времени вошел в практику метод

расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов.
На развитие железобетона большое влияние оказали труды таких ученых как Н.М. Абрамова, И.Г. Малюги, А.А. Байкова и др.
В 1904 году в Николаеве был построен железнодорожный маяк по проекту Н. К. Пятницкого и А. Н. Барышникова, экспертом которого был Н. А. Белелюбский. Это было уникальное сооружение высотой 40,2 м с толщиной стенок от 7,5 до 10 см

поставлен вопрос о применении предварительного напряжения (первая идея принадлежала А.В.

Гадолину, который в 1861 году осуществил ее к стальным стволам орудий).
После 1917 г. строительство получило невиданный размах: были построены Центральный телеграф в Москве, Дом Советов в Ленинграде, Волховская ГЭС – крупнейшая ГЭС к тому времени

пространственных конструкций: разнообразные оболочки, склады, шатры, куполы.
В.З. Власов первым

разработал общий практический метод расчета оболочек.
В 1934 г. в г. Новосибирске над зрительным залом оперного театра был сооружен уникальный купол диаметра 55,54 м, разработанный инженерами Б.Ф. Матери Б.Ф. и П.Л. Пастернаком

Новосибирский государственный академический театр Оперы и Балета
а) – общий вид (1945 год); б) – совмещенный план зала и фойе;
в) – вид сверху; г) – купол театра

Начиная с 1940

года В.И. Мурашев создает теорию трещиностойкости и жесткости железобетона. В 1950 году опубликована его монография «Трещиноусточивость, жесткость и прочность железобетона».
Третий этап – конец 50-х годов XX века. Этот этап характеризуется широкой индустриализацией железобетонного строительства, развитием предварительно напряженных конструкций, внедрением высокопрочных материалов.
Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1967 году Останкинская телебашня – выдающееся творение строительной техники XX века

Плеяда выдающихся советских ученых:
Н.А. Белелюбский;
А.Ф. Лолейт;
С.А. Дмитриев;
А.А. Гвоздев;
П.Л. Пастернак;
В.И. Мурашев;
Н.В. Никитин;
В.Н. Байков;
В.М. Бондаренко;
Н.И. Карпенко и др.

Останкинская телебашня, высота которой в момент окончания ее строительства составила 533,3 м, построена в Москве по проекту инженера-конструктора Н. В. Никитина.
Допустимое отклонение вершины под действием ветра составляет 11, 65 м. Сегодня высота башни – 540 м, что почти на 300 м выше здания Московского университета на Ленинских горах и на 215 м выше знаменитой Эйфелевой башни в Париже. Несмотря на такую высоту, опрокинуться бетонная башня не может. Ее центр тяжести не выходит за площадь опоры. Эта площадь ограничена кольцом-фундаментом диаметром в 60 метров, а центр тяжести находится на высоте 110 метров по оси башни. Внутри по окружности ствола Останкинской телевизионной башни сверху донизу, как струны, натянуты стальные канаты. Каждый из 150 канатов растянут с силой в 70 тонн. В целом тело Останкинской башни сжато с силой в десять с половиной тысяч тонн. Поэтому внешние нагрузки не могут разрушительно воздействовать на сжатый металлическими канатами ствол телебашни. В этом была новизна инженерной мысли того времени.

при температурах от -70 0С до +50 0С
Хорошо

воспринимают динамические воздействия

Монолитные

Сборно-монолитные

4. Области применения железобетонных конструкций

конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных в заводских условиях элементов

конструкции, возведение которых осуществляется на строительной площадке укладкой бетонной смеси в заранее приготовленную опалубку

комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон работает под нагрузкой как единое целое

принудительное движение конструкций по конвейеру.
Такая технология применяется для изготовления

элементов небольшой массы.
Технологический процесс включает в себя:
А. подготовку формы; Б. установку арматуры;
В. формование; Г. термовлажную обработку;
Д. распалубку; Е. складирование
- поточно-агрегатная технология – технологический ритм перемещения не установлен, т.е. свободный.
Форма с изделиями передвигается от одного агрегата (технологического поста) к другому, как правило, с помощью мостового крана. Технологически мероприятия выполняют отдельные звенья рабочих или бригада переходит от одного поста к другому.
- стендовая технология – стационарное изготовление конструкций на одном месте.
Бригада рабочих, выполнив очередную операцию, переходит от одного изделия к другому. Изготавливают крупноразмерные и предварительно напрягаемые элементы (15÷100 м).

Сборные железобетонные конструкции

дополнительных затрат;
снижение расхода материалов на устройство подмостей и опалубки

Сборные железобетонные

конструкции

Недостатки сборных конструкций:
трудоемкость сопряжения стыков;
высокая стоимость и металлоемкость стыков;
уменьшение жесткости элементов вследствие нарушения общей пространственной неразрезности (статическая неопределимость);
транспортировка массивных габаритных изделий

Стык сборных железобетонных конструкций

зданий и сооружений;
хорошая сопротивляемость сейсмическим воздействиям.
Монолитные железобетонные конструкции
Недостатки:
сезонность

работ - при низких температурах возрастает стоимость возведения;
Дополнительные затраты на устройство опалубки;
зависимость от твердения бетона в нормальных условиях (дополнительные затраты в зимний период работы);
более тяжелые условия труда – на открытых площадках

(ГЭС, плотины);
- транспортное строительство (кроме железнодорожных мостов);
- промышленное, сельскохозяйственное, гражданское

(в том числе жилищное) строительство.
- горная промышленность и т. д.