Мандриков - Примеры расчета железобетонных конструкций (1979)

ВВЕДЕНИЕ

1. Железобетон — комплексный материал Железобетон представляет собой комплексный  строительный материал, состоящий из бетона и стальных стержней, работающих в конструкции совместно в  результате сил сцепления.

Известно, что бетон хорошо сопротивляется сжатию и значительно слабее растяжению (в 10—20 раз меньше, чем при сжатии), а стальные стержни имеют высокую прочность как при растяжении, так и при сжатии.  Основная идея железобетона и состоит в том, чтобы рационально использовать лучшие свойства составляющих материалов при их совместной работе. Поэтому стальные стержни (арматуру) располагают так, чтобы возникающие в  железобетонном элементе растягивающие усилия воспринимались в большей степени арматурой. В изгибаемых элементах, например в плитах, балках, настилах и др., основную арматуру размещают в нижней, растянутой зоне сечения (рис. I.I, a), a в верхней, сжатой зоне ее либо совсем не ставят, либо ставят небольшое количество, необходимое для конструктивной связи стержней в единые каркасы и сетки. В элементах, работающих на сжатие, например в колоннах (рис. 1.1, б), включение в бетон небольшого количества арматуры также значительно (в 1,5—1,8 раза) повышает их несущую способность. Возникающие в  колоннах растягивающие напряжения от поперечных  деформаций воспринимаются хомутами или поперечными стержнями; последние служат также для связи  продольных стержней в плоские или пространственные каркасы.

В растянутых элементах (рис. 1.1, в) действующие усилия воспринимаются арматурой. В изгибаемых и внецентренно-нагруженных элементах в местах действия поперечных сил возникают главные растягивающие напряжения, которые уже не могут восприниматься продольной арматурой растянутой зоны.

Если такие места не заармировать, то появятся наклонные трещины примерно под углом 45°. Для воспринятая  главных растягивающих напряжений и предотвращения  образования трещин в балках, например, ставят хомуты или поперечные стержни, а при необходимости и нижнюю продольную арматуру отгибают под углом 45—60° вверх с заделкой в сжатой зоне бетона (рис. 1.1, г). Таким образом, соединенные бетон и стальные стержни создают качественно новый материал — железобетон (или точнее сталебетон), область применения которого практически не ограничена.

Основу совместной работы бетона и арматуры  составляет благоприятное природное сочетание их некоторых важных физико-механических свойств, а именно:

1) сталь и бетон имеют близкие по значению  коэффициенты линейного расширения — для бетона 0,00001— 0,000015, для стали 0,000012, поэтому при температурных изменениях (до 100° С) дополнительные напряжения в зоне контакта арматуры с бетоном не возникают и сцепление не нарушается, оба материала работают совместно;

2) бетон при твердении дает некоторую усадку,  благодаря чему его сцепление с арматурой еще больше  увеличивается;

3) плотный тяжелый бетон является хорошей защитой арматуры от коррозии и огня.

Благодаря многочисленным положительным свойствам железобетона — долговечности, огнестойкости, высокой прочности и жесткости, плотности, гигиеничности и  сравнительно небольшим эксплуатационным расходам  конструкции из него широко применяют во всех областях строительства. Предварительное напряжение  железобетона дает возможность повысить трещиностойкость и  жесткость конструкций и тем самым еще более расширить область их использования, особенно для большепролетных конструкций покрытий и перекрытий зданий.

1. Схемы каркасов поперечника одноэтажных промышленных

2. Классификация и области применения железобетонных конструкций

Все железобетонные конструкции можно разделить на несколько видов:

а) по назначению — на конструкции для жилищного, общественного, промышленного, сельскохозяйственного и мелиоративного, транспортного, энергетического  строительства и др.;

б) по материалу — из тяжелого бетона, из бетона на пористых заполнителях и из ячеистого бетона;

в) по способу выполнения — монолитные, возводимые непосредственно на объекте строительства; сборные,  изготовляемые на заводах и полигонах; сборно-монолитные, возводимые из сборных элементов с добетонированием отдельных участков на месте строительства;

г) по способу армирования — с обычным  армированием (каркасами, сетками и отдельными стержнями) и предварительным напряжением арматуры из высокопрочных стержней, проволоки или арматурных канатов.

С развитием строительной индустрии широкое  распространение получили сборные железобетонные  конструкции, которые в наибольшей степени отвечают  требованиям максимальной индустриализации строительства. Монолитный железобетон в настоящее время применяется в особых случаях, например в индивидуальных с  нетиповыми пролетами зданиях, в зданиях, возводимых в  подвижной опалубке, и при достаточном  технико-экономическом обосновании. Сборно-монолитные конструкции  выгодны для большепролетных и других конструкций, когда добетонирование участков и замоноличивание стыков  конструкций повышает общую пространственную прочность и жесткость здания или сооружения, в результате чего достигается и экономический эффект. На основные виды сборных конструкций имеются каталоги с указанием номенклатуры изделий, выпускаемых заводами для того или иного вида строительства.

3. Развитие производства железобетона

Железобетон, несмотря на некоторые недостатки  (большую собственную массу изделий, высокую тепло- и  звукопроводность, возможность появления трещин при  изготовлении и эксплуатации конструкций и др.), которые малозначительны в сравнении с его многочисленными  достоинствами, является основой современного капитального строительства. Массовое применение, как отмечено выше, имеют сборные железобетонные конструкции, которые не только отвечают требованиям индустриализации  строительства, но и позволяют улучшить качество конструкций при их полной заводской готовности, монтировать здания круглый год и снизить трудоемкость и стоимость их  возведения.

За короткий срок — с 1950 г. — в СССР была создана новая отрасль стройиндустрии — производство  заводского сборного железобетона. По уровню производства сборного железобетона СССР занимает первое место в мире. Если в 1950 г. в нашей стране было изготовлено 1,3 млн. м3, а в 1953 г. — 2,1 млн. м8 сборного  железобетона, то уже в 1962 г. — 45,7 млн. м3, а в 1975 г. —114 млн. м3, в том числе более 20%  предварительно-напряженного. В десятой пятилетке намечено при некотором сокращении общего объема сборного железобетона  увеличить на 25—30% применение более эффективных  конструкций из предварительно-напряженного, легкого и высокопрочного железобетона.

В современном строительстве из сборного  железобетона возводят одноэтажные (рис. 1—3) и многоэтажные промышленные здания, жилые крупнопанельные дома (рис. 4), мосты и эстакады, стойки ЛЭП,  сельскохозяйственные строения, объекты подземные и наземные в  гидротехническом и мелиоративном строительстве, коллекторы, тоннели и станции метрополитенов, сооружения связи и многие другие.

В «Основных направлениях развития народного  хозяйства СССР на 1976—1980 годы», утвержденных XXV  съездом КПСС, предусмотрены дальнейшее ускорение научно- технического прогресса, рост производительности труда, улучшение качества работ во всех звеньях народного хозяйства. Важной задачей в области строительства  является снижение его материалоемкости. Этого можно достигнуть применением новых эффективных материалов и облегченных конструкций, лучшим использованием материальных ресурсов в строительстве. По данным НИИЭС, в 1970 г. масса всех использованных материалов на 1 млн. руб. строительно-монтажных работ составила 23,4 тыс. т, а в 1975 г. она уменьшается до 22,6 тыс. т, т. е. снижается на 3,5%. Тенденции к уменьшению материалоемкости капитального строительства на 5 5,5% имеются и на десятую пятилетку. Значительная доля уменьшения массы зданий и сооружений достигается совершенствованием сборных железобетонных  конструкций, применением предварительно-напряженного, легкого, высокопрочного сборного железобетона. Следует  подчеркнуть, что при огромных масштабах капитального  строительства в нашей стране уменьшение массы конструкций зданий и сооружений только на 1% позволит на уровне 1980 г. сократить расход сборного железобетона на 1,5 млн. м3, цемента — на 1,5 млн. т, стеновых  материалов — до 2 млн. м8, металлопроката — до 1 млн, т и т. д.

Поэтому уже на стадии проектных решений необходимо добиваться экономически эффективных конструктивных разработок, основанных с учетом максимальной  унификации конструкций и изделий повышенной степени их  заводской готовности; следует проводить выбор экономичных вариантов сочетания сборных и монолитных конструкций, обеспечивающих сокращение трудоемкости их  изготовления и монтажа, а также уменьшение стоимости зданий и сооружений. Целесообразно более широко применять объемные пространственные конструкции (HanpsiMep, блок-комнаты, блок-квартиры), тонкостенные  конструкции из высокопрочных бетонов, эффективные конструкции из бетонов на легких пористых заполнителях.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МАТЕРИАЛАХ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

§ 1. Бетон

Бетон для железобетонных конструкций должен  обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с  арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии, морозостойкостью, а также в особых случаях жаростойкостью при длительном действии высоких  температур (более 200° С) и коррозионной стойкостью при агрессивном воздействии среды.