Байков - Железобетонные конструкции. Общий курс

ВВЕДЕНИЕ

1. Сущность железобетона

Бетон, как показывают испытания, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне испытывает растяжение, в другой сжатие (рис. 1,а); такая балка имеет малую несущую способность вследствие слабого сопротивления бетона растяжению.

Та же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне (рис. 1,6), обладает более высокой несущей способностью, которая значительно выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки.

Железобетонные элементы, работающие на сжатие, например колонны (рис. 1,б), также армируют стальными стержнями. Поскольку сталь имеет высокое сопротивление растяжению и сжатию, включение ее в бетон в виде арматуры заметно повышает несущую

способность сжатого элемента.

Совместная работа бетона и стальной арматуры обусловливается выгодным сочетанием физико-механических свойств этих материалов:

1) при твердении бетона между ним и стальной арматурой возникают значительные силы сцепления, вследствие чего в железобетонных элементах под нагрузкой оба материала деформируются совместно;

2) плотный бетон (с достаточным содержанием цемента) защищает заключенную в нем стальную арматуру от коррозии, а также предохраняет арматуру от непосредственного действия огня;

3) сталь и бетон обладают близкими по значению температурными коэффициентами линейного расширения, поэтому при изменении температуры в пределах до 100 °С в обоих материалах возникают несущественные начальные напряжения; скольжения арматуры в 6етоне не наблюдается.

Железобетон получил широкое распространение в строительстве благодаря его положительным свойствам: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости и динамическим нагрузкам, малым эксплуатационным расходам на содержание зданий и сооружений и др. Вследствие почти повсеместного наличия крупных и мелких заполнителей, в больших количествах идущих на приготовление бетона, железобетон доступен к применению практически на всей территории страны.

По сравнению с другими строительными материалами железобетон более долговечен. При правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно длительное время без снижения несущей способности, поскольку прочность бетона с течением времени в отличие от прочности других материалов возрастает, а сталь в бетоне защищена от коррозии. Огнестойкость железобетона характеризуется тем, что при пожарах средней интенсивности продолжительностью до нескольких часов железобетонные конструкций, в которых арматура установлена с необходимым защитным слоги бетона, начинают повреждаться с поверхности и снижение несущей способности происходит постепенно.

Для железобетонных конструкций, находящихся под нагрузкой, характерно образование трещин в бетоне растянутой зоны. Раскрытие этих трещин при действии эксплуатационных нагрузок во многих конструкциях невелико и не мешает их нормальной эксплуатации.

Однако на практике часто (в особенности при применении высокопрочной арматуры) возникает необходимость предотвратить образование трещин или ограничить ширину их раскрытия, тогда бетон заранее, до приложения внешней нагрузки, подвергают интенсивному обжатию — обычно посредством натяжения арматуры. Такой железобетон называют предварительно напряженным.

Относительно высокая масса железобетона — качество в определенных условиях положительное, но во многих случаях нежелательное. Для уменьшения массы конструкций применяют менее материалоемкие тонкостенные и пустотные конструкции, а также конструкции из бетона на пористых заполнителях.

2. Области применения железобетона

Железобетонные конструкции являются базой современного индустриального строительства. Из железобетона возводят промышленные одноэтажные (рис. 2) и многоэтажные здания, гражданские здания различного назначения, в том числе жилые дома (рис. 3), сельскохозяйственные здания различного назначения (рис. 4). Железобетон широко применяют при возведении тонкостенных покрытий (оболочек) промышленных и общественных зданий больших пролетов (рис. 5), инженерных сооружений: силосов, бункеров, резервуаров, дымовых труб, в транспортном строительстве для метрополитенов, мостов, туннелей на автомобильных и железных дорогах; в энергетическом строительстве для гидроэлектростанций, атомных установок и реакторов; в гидромелиоративном строительстве для ирригационных устройств; в горной промышленности для надшахтных сооружений и крепления подземных выработок и т. д.

На изготовление железобетонных стержневых конструкций расходуется в 2,5—3,5 раза меньше металла, чем на стальные конструкции. На изготовление настилов, труб, бункеров и т. п. железобетонных конструкций требуется металла в 10 раз меньше, чем на стальные аналогичные листовые конструкции.

Рациональное сочетание применения железобетонных, металлических и других конструкций с наиболее рациональным использованием лучших свойств каждого материала имеет большое народнохозяйственное значение.

По способу выполнения различают железобетонные конструкции сборные, изготовляемые на заводах стройиндустрии и затем монтируемые на строительных площадках, монолитные, возводимые на месте строительства, и сборно-монолитные, которые образуются из сборных железобетонных элементов и монолитного бетона.

Сборные железобетонные конструкции в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации строительства. Применение сборного железобетона позволяет существенно улучшить качество конструкций, снизить по сравнению с монолитным железобетоном трудоемкость работ на монтаже в несколько раз, уменьшить, а во многих случаях и полностью устранить расход материалов на устройство подмостей и опалубки, а также резко сократить сроки строительства. Монтаж зданий и сооружений из сборного железобетона производить и в зимний период без существенного его удорожания, в то время как возведение Конструкций из монолитного железобетона зимой требует значительных дополнительных затрат (на обогрев бетона при твердении и др.).

В связи с огромными масштабами строительства в нашей стране потребовались более прогрессивные, высокопроизводительные методы строительства.

Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 19 августа 1954 г. «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства» и последующие мероприятия в этой области определи быстрый рост производства конструкций и деталей заводского изготовления. Развитая тяжелая индустрия и мощная машиностроительная промышленность позволили обеспечить строительную индустрию машинами и механизмами для заводского изготовления и монтажа сборных железобетонных конструкций. Это привело к коренным изменениям в использовании сборного железобетона и положило начало новому этапу в строительстве.

За короткий период в СССР была создана новая отрасль строительной промышленности — заводское производство изделий из сборного железобетона (рис. 6). По уровню производства сборного железобетона СССР занимает первое место в мире. Монолитного железобетона во всех отраслях строительства в стране производится в год примерно такое же количество, как и сборного