Основы конструктивных решений зданий классификация строительных конструкций по. Основные строительные конструкции зданий и сооружений, их виды и функциональное назначение Строительные конструкции классифицируются

Разделение строительных конструкций по функциональному назначению на несущие и ограждающие в значительной мере условно. Если такие конструкции, как арки, фермы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т. п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важнейших тенденций развития современных строительных конструкций. В зависимости от расчетной схемы несущие строительные конструкции подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т. п.). Пространственные конструкции характеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов. Однако их изготовление и монтаж во многих случаях оказываются весьма трудоемкими. Новые типы пространственных конструкций, например структурные конструкции из прокатных профилей на болтовых соединениях, отличаются как экономичностью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы строительных конструкций: бетонные и железобетонные, стальные, каменные, деревянные.

Бетонные и железобетонные конструкции -- наиболее распространенные как по объему, так и по областям применения. Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, общественных и производственных зданий и многих инженерных сооружений. Рациональные области применения монолитного железобетона: гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, резервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения черной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Применение высокопрочных бетонов и арматуры, рост производства предварительно напряженных конструкций, расширение областей использования легких и ячеистых бетонов способствуют уменьшению массы, снижению стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролетных зданий и сооружений, для цехов с тяжелым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой емкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области использования стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учетом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций по сравнению с железобетонными -- их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах. Расширение объемов использования сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций, в том числе из тонколистовой стали, позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Основная область применения Каменных конструкций -- стены и перегородки. Здания из кирпича, природного камня, мелких блоков и т. п. в меньшей степени удовлетворяют требованиям индустриального строительства, чем крупнопанельные здания. Поэтому их доля в общем объеме строительства постепенно снижается. Однако использование высокопрочного кирпича, армокаменных и комплексных конструкций (каменных конструкций, усиленных стальной арматурой или железобетонными элементами) позволяет значительно увеличить несущую способность зданий с каменными стенами, а переход от ручной кладки к применению кирпичных и керамических панелей заводского изготовления -- существенно повысить степень индустриализации строительства и снизить трудоемкость возведения зданий из каменных материалов.

Основное направление в развитии современных деревянных конструкций -- переход к конструкциям из клееной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения конструктивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с деревянными конструкциями других видов. Несущие и ограждающие клееные конструкции находят широкое применение в сельском строительстве.

В современном строительстве значительное распространение получают новые типы индустриальных конструкций -- асбестоцементные изделия и конструкции, пневматические строительные конструкции, Конструкции из легких сплавов и с применением пластических масс. Их основные достоинства -- низкая удельная масса и возможность заводского изготовления на механизированных поточных линиях. Легкие трехслойные панели (с обшивками из профилированной стали, алюминия, асбестоцемента и с пластмассовыми утеплителями) применяют в качестве ограждающих конструкций вместо тяжелых железобетонных и керамзитобетонных панелей.

С точки зрения эксплуатационных требований строительные конструкции должны отвечать своему назначению, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасными, удобными и экономичными в эксплуатации. Масштабы и темпы массового строительства предъявляют к строительным конструкциям требования индустриальное их изготовления (в заводских условиях), экономичности, удобства транспортировки и быстроты монтажа на строительном объекте. Особое значение имеет снижение трудоемкости как при изготовлении строительных конструкций, так и в процессе возведения зданий и сооружений. Одна из важнейших задач современного строительства -- снижение массы строительных конструкций на основе широкого применения легких эффективных материалов и совершенствования конструктивных решений.

При проектировании того или иного здания (сооружения) оптимальные типы строительных конструкций и материалы для них выбираются в соответствии с конкретными условиями строительства и эксплуатации здания, с учетом необходимости использования местных материалов и сокращения транспортных расходов. При проектировании объектов массового строительства, как правило, применяются типовые строительные конструкции и унифицированные габаритные схемы сооружений.

Строительные конструкции, несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений.

Классификация и области применения. Разделение строительных конструкций по функциональному назначению на несущие и ограждающие в значительной мере условно. Если такие конструкции, как арки, фермы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т.п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важнейших тенденций развития современных строительных конструкций.В зависимости от расчётной схемы несущие строительные конструкции подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т.п.). Пространственные конструкции характеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов; однако их изготовление и монтаж во многих случаях оказываются весьма трудоёмкими. Новые типы пространственных конструкций, например структурные конструкции из прокатных профилей на болтовых соединениях, отличаются как экономичностью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы строительных конструкций: бетонные и железобетонные.

Бетонные и железобетонные конструкции - наиболее распространённые (как по объёму, так и по областям применения). Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения чёрной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Уменьшение массы, снижение стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях возможны на основе использования высокопрочных бетонов и арматуры, роста производства предварительно напряженных конструкций, расширения областей применения лёгких и ячеистых бетонов.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) - их меньшая масса.

Требования, предъявляемые к строительным конструкциям. С точки зрения эксплуатационных требований С. К. должны отвечать своему назначению, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасными, удобными и экономичными в эксплуатации.

Расчёт С. К. Строительные конструкции должны быть рассчитаны на прочность, устойчивость и колебания. При этом учитываются силовые воздействия, которым конструкции подвергаются при эксплуатации (внешние нагрузки, собственный вес), влияние температуры, усадки, смещения опор и т.д., а также усилия, возникающие при транспортировке и монтаже строительных конструкций.

Фундаменты зданий и сооружений - части зданий и сооружений (преимущественно подземные), которые служат для передачи нагрузок от зданий (сооружений) на естественное или искусственное основание.
Стена здания - основная ограждающая конструкция здания. Наряду с ограждающими функциями стены одновременно в той или иной степени выполняют и несущие функции (служат опорами для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок).

Каркас (франц. carcasse, от итал. carcassa) в технике - остов (скелет) какого-либо изделия, конструктивного элемента, целого здания или сооружения, состоящий из отдельных скрепленных между собой стержней. Каркас выполняется из дерева, металла, железобетона и др. материалов. Он определяет собой прочность, устойчивость, долговечность, форму изделия или сооружения. Прочность и устойчивость обеспечиваются жёстким скреплением стержней в узлах сопряжения или шарнирного соединения и специальными элементами жёсткости, которые придают изделию или сооружению геометрически неизменяемую форму. Увеличение жёсткости каркаса нередко достигается включением в работу оболочки, обшивки или стенок изделия или сооружения.

Перекрытия - горизонтальные несущие и ограждающие конструкции. Они воспринимают вертикальные и горизонтальные силовые воздействия и передают их на несущие стены или каркас. Перекрытия обеспечивают тепло- и звукоизоляцию помещений.

Полы в жилых и общественных зданиях должны удовлетворять требованиям прочности и сопротивляемости износу, достаточной эластичности и бесшумности, удобства уборки. Конструкция пола зависит от назначения и характера помещений, где он устраивается.

Крыша - наружная несущая и ограждающая конструкция здания, которая воспринимает вертикальные (в том числе снеговые) и горизонтальные нагрузки и воздействия. (Ветер - нагрузка)

Лестницы в зданиях служат для вертикальной связи помещений, находящихся на разных уровнях. Расположение, число лестниц в здании и их размеры зависят от принятого архитектурно-планировочного решения, этажности, интенсивности людского потока, а также требований пожарной безопасности.

Окна устраиваются для освещения и проветривания (вентиляции) помещений и состоят из оконных проемов, рам или коробок и заполнения проемов, называемого оконными переплетами.

Вопрос №12. Поведение зданий и сооружений в условиях пожара, их огнестойкость и пожарная опасность

Нагрузки и воздействия которым, подвергается здание в нормальных условиях эксплуатации, учитывают при расчете прочности строительных конструкций. Однако при пожарах возникают дополнительные нагрузки и воздействия, которые во многих случаях приводят к разрушению отдельных конструкций и зданий в целом. К неблагоприятным факторам относится: высокая температура, давление газов и продуктов горения, динамические нагрузки от падающих обломков обрушившихся элементов здания и пролитой воды, резкие колебания температур. Способность конструкции сохранять свои функции (несущие, ограждающие) в условиях пожара сопротивляться воздействию огня называется огнестойкостью строительной конструкции.

Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью.

Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс ее пожарной опасности.

Строительные конструкции зданий, сооружений и строений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости:

Ненормируемый;- не менее 15 мин;- не менее 30 мин;-не менее 45 мин;- не менее 60 мин;-не менее 90 мин;- не менее 120 мин;- не менее 180 мин;- не менее 360 мин.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:потери несущей способности (R);потери целостности (Е);потери теплоизолирующей способности (I).

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247. При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса: КО (непожароопасные); К1 (малопожароопасные); К2 (умереннопожароопасные);КЗ (пожароопасные).

Вопрос№ 13. Металлические конструкции и их поведение в условиях пожара, способы повышения огнестойкости конструкций.

Хотя металлические конструкции выполнены из несгораемого материала, фактический предел их огнестойкости в среднем составляет 15 минут. Это объясняется достаточно быстрым снижением прочностных и деформативных характеристик металла при повышенных температурах во время пожара. Интенсивность нагрева МК (металлической конструкции) зависит от ряда факторов, к которым относятся характер нагрева конструкций и способы их защиты. В случае кратковременного действия температуры при реальном пожаре, после воспламенения горючих материалов металл подвергается нагреву более медленно и менее интенсивно, чем нагрев окружающей среды. При действии «стандартного» режима пожара температура окружающей среды не перестает повышаться и тепловая инерция металла, обуславливающая некоторую задержку нагрева, наблюдается только в течение первых минут пожара. Затем температура металла приближается к температуре нагревающей среды. Защита металлического элемента и эффективность этой защиты также влияют на нагрев металла.

При действии на балку высоких температур при пожаре сечение конструкции быстро прогревается до одинаковой температуры. При этом снижается предел текучести и модуль упругости. Обрушение прокатных балок наблюдается в сечении, где действует максимальный изгибающий момент.

Воздействие температуры пожара на ферму приводит к исчерпанию несущей способности ее элементов и узловых соединений этих элементов. Потеря несущей способности в результате снижения прочности металла характерна для растянутых и сжатых элементов поясов и решетки конструкции.

Исчерпание несущей способности стальных колонн, находящихся в условиях пожара, может наступить в результате потери: прочности стержнем конструкции; прочности или устойчивости элементами соединительной решетки, а также узлов крепления этих элементов к ветвям колонны; устойчивости отдельными ветвями на участках между узлами соединительной решетки; общей устойчивости колонны.

Поведение в условиях пожара арок и рам зависит от статической схемы работы конструкции, а также конструкции сечения этих элементов.

Способы повышения огнестойкости:

· облицовка из негорючих материалов(обетонирование, облицовка из кирпича, теплоизолюционных плит, гипсокартонными листами, штукатурка);

· огнезащитные покрытия (невспучивающиеся и вспучивающиеся покрытия);

· подвесные потолки (между конструкцией и потолком создается воздушный зазор, который повышает ее предел огнестойкости).

Предельное состояние металлической конструкции: σ=R n *γ tem

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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.

Классификация строительных конструкций

Бетонные и железобетонные конструкции -- наиболее распространённые (как по объёму, так и по областям применения). Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, общественных и производственных зданий и многих инженерных сооружений. Рациональные области применения монолитного железобетона -- гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, резервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения чёрной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Уменьшение массы, снижение стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях возможны на основе использования высокопрочных бетонов и арматуры, роста производства предварительно напряженных конструкций, расширения областей применения лёгких и ячеистых бетонов.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) -- их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Основная область применения каменных конструкций -- стены и перегородки. Здания из кирпича, природного камня, мелких блоков и т.п. в меньшей степени удовлетворяют требованиям индустриального строительства, чем крупнопанельные. Поэтому их доля в общем объёме строительства постепенно снижается. Однако применение высокопрочного кирпича, армокаменных и т. н. комплексных конструкций (каменных конструкций, усиленных стальной арматурой или железобетонными элементами) позволяет значительно увеличить несущую способность зданий с каменными стенами, а переход от ручной кладки к применению кирпичных и керамических панелей заводского изготовления -- существенно повысить степень индустриализации строительства и снизить трудоёмкость возведения зданий из каменных материалов.

Основное направление в развитии современных деревянных конструкций -- переход к конструкциям из клеёной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения конструктивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с деревянными конструкциями др. видов. Несущие и ограждающие клеёные конструкции находят широкое применение в с.-х. строительстве.

В современном строительстве значительное распространение получают новые типы индустриальных конструкций -- асбестоцементные изделия и конструкции, пневматические строительные конструкции, конструкции из лёгких сплавов и с применением пластических масс. Их основные достоинства -- низкая удельная масса и возможность заводского изготовления на механизированных поточных линиях. Лёгкие трёхслойные панели (с обшивками из профилированной стали, алюминия, асбестоцемента и с пластмассовыми утеплителями) начинают применяться в качестве ограждающих конструкций взамен тяжёлых железобетонных и керамзитобетонных панелей.

Железобетонные конструкции и изделия

Железобетонные конструкции и изделия - элементы зданий и сооружений, изготовляемые из железобетона, и сочетания этих элементов. Высокие технико-экономические показатели Ж. к. и и., возможность сравнительно легко придавать им требуемую форму и размеры при соблюдении заданной прочности, обусловили их широкое применение практически во всех отраслях строительства. Современные Ж. к. и 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 капиталистических 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, с.-х. 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. Изготовление сборного железобетона в СССР приобрело большие масштабы после постановления ЦК КПСС и Совета Министров от 19 августа 1954 «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства». За прошедшие годы в Советском Союзе в крупных городах и центрах сосредоточенного строительства возведено большое число механизированных заводов железобетонных конструкций и изделий. Выпуск сборного железобетона с 1954 по 1970 увеличился в 30 раз и в 1970 составил 84 млн. м 3 . По объёму применения сборных железобетонных конструкций СССР опередил наиболее развитые капиталистические страны, причём производство Ж. к. и и. превратилось в самостоятельную отрасль промышленности строительных материалов. Одновременно 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 с.-х. зданий и сооружений различают следующие наиболее распространённые сборные Ж. к. и и.: 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 Ж. к. и 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 мин (например, смазка форм) до нескольких ч (твердение изделий в пропарочных камерах). Этот способ выгодно использовать на заводах средней мощности, в особенности при выпуске 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 3 Х 18 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 Ж. к. и и. выполняется из тяжёлого бетона с объёмной массой 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 высоко-прочного тяжёлого бетона марок 600--800 и лёгкого бетона марок 300--500. 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 Ж. к. и 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 Ж. к. и и. 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. Способы расчёта и конструирования Ж. к. и и. в СССР подробно разработаны и опубликованы в качестве нормативных документов. Для проектировщиков созданы многочисленные пособия в виде инструкций, указаний и вспомогательных таблиц.

Рис.1 Облицовка судоходного канала железобетонными плитами

Рис. 2 Железобетонная конструкция опорной части башни московского телецентра

Рис.3 Архитектор О. А. Акопян, инженер Е. А. Григорян, художник В. А. Хачатрян. Монумент при въезде в Ереван. 1961.

Стальные конструкции

Стальные конструкции зданий и сооружений - конструкции, элементы которых изготовлены из стали и соединены сваркой, заклёпками или болтами. Благодаря высокой прочности стали С. к. надёжны в эксплуатации, имеют малую массу и небольшие габариты по сравнению с конструкциями из др. материалов. С. к. отличаются разнообразием конструктивных форм и архитектурной выразительностью. Изготовление и монтаж С. к. осуществляют индустриальными методами.

Основной недостаток С. к. -- подверженность коррозии, что требует периодического проведения защитных мероприятий (т. е. применения специальных покрытий и покраски), повышающих расходы по эксплуатации С. к. В современном строительстве С. к. применяют преимущественно в качестве несущих конструкций в различных (по назначению и конструктивной системе) зданиях и сооружениях, как-то: жилые и общественные здания (в т. ч. высотные); производственные здания разных отраслей промышленности, особенно металлургической (доменные, мартеновские, прокатные цехи); резервуары и газгольдеры; сооружения связи (радио- и телевизионные мачты и башни, антенны); сооружения энергетики (ГЭС, ТЭС, АЭС, линии электропередачи); транспортные сооружения (мосты и путепроводы на железных и автомобильных дорогах, депо, ангары и т.п.); магистральные нефте- и газопроводы (висячие переходы через большие реки, овраги и ущелья); спортивные и зрелищные сооружения, выставочные павильоны и т.д.

Начало применения в строительстве собственно С. к. относится к 80-м гг. 19 в.; к этому времени были разработаны и освоены промышленные способы производства литого железа (стали) -- мартеновский, бессемеровский и томасовский процессы. К концу 19 в. в России и за рубежом были построены крупные здания и инженерные сооружения, основные конструкции которых были выполнены из стали (например, павильоны Нижегородской ярмарки с висячими покрытиями, Бруклинский мост в Нью-Йорке, Эйфелева башня). В СССР интенсивный рост металлургии создал базу для дальнейшего развития и совершенствования С. к. Был накоплен большой опыт проектирования и возведения С. к., определены наиболее рациональные области их применения. Основным способом соединения элементов С. к. стала электросварка. Большая заслуга в создании и развитии отечественной школы проектирования и расчёта С. к. принадлежит советским учёным В. Г. Шухову, Н. С. Стрелецкому, Е. О. Патону и др. В современном строительстве широко применяются типовые С. к., обеспечивающие минимальный расход стали, наименьшую трудоёмкость изготовления конструкций в заводских условиях, удобство и быстроту монтажа их на месте.

В СССР для изготовления С. к. применяют в основном стали малоуглеродистые, повышенной и высокой прочности. С. к. обычно выполняются из т. н. первичных стальных прокатных элементов различного профиля, выпускаемых металлургической промышленностью по определённому перечню-сортаменту (впервые такой сортамент был разработан в России в 1900 Н. А. Белелюбским). В качестве первичных элементов используются также трубчатые и гнутые профили. Из первичных элементов на заводах металлических конструкций изготовляют различные типовые конструктивные элементы (набор которых, как правило, ограничен): сплошные, работающие только на изгиб (балки); сквозные, работающие в основном на изгиб (фермы); элементы, работающие преимущественно на сжатие и на изгиб (колонны, стойки); элементы, работающие только на растяжение (канаты, тросы и др.). Наряду с этим выпускается листовая прокатная сталь (широкополосная, толстолистовая, тонколистовая; Комбинированием конструктивных элементов на заводах изготовляют С. к. практически любого назначения -- как в готовом виде (если по габаритным соображениям обеспечивается возможность их транспортирования), так и отдельными укрупнёнными монтажными блоками. При этом для образования отдельных конструктивных элементов, укрупнённых блоков и целых С. к. применяют сварные (преимущественно), болтовые и заклёпочные соединения. Кроме обычных болтовых, используют также соединения на высокопрочных болтах фрикционного типа (работающих на трение), которые обладают большой несущей способностью. При монтаже для объединения отдельных блоков в целую конструкцию применяют главным образом болтовые соединения.

Рис.4 Телевизионная башня в Киеве.

Рис.5 Висячий (балочно-вантовый) переход газопровода через р. Амударья (пролет 660 м).

строительный несущий конструкция железобетон

Каменные конструкции

Каменные конструкции - несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений из каменной кладки (фундаменты, стены, столбы, перемычки, арки, своды и др.).

Для К. к. применяют искусственные и естественные каменные материалы: кирпич строительный, керамический и бетонные камни и блоки (сплошные и пустотелые), камни из тяжёлых или лёгких горных пород (известняка, песчаника, туфа, ракушечника и т.п.), крупные блоки из обычного (тяжёлого), силикатного и лёгкого бетонов, а также растворы строительные. Материал для каменной кладки выбирается в зависимости от капитальности сооружения, прочности и теплоизоляционных свойств конструкций, наличия местного сырья, а также исходя из экономических соображений. Каменные материалы должны удовлетворять требованиям прочности, морозостойкости, теплопроводности, водо- и воздухостойкости, водопоглощения, стойкости в агрессивной среде, иметь определённую форму, размеры и фактуру лицевой поверхности. К растворам предъявляются требования прочности, удобоукладываемости, водоудерживающей способности и др.

Каменные конструкции -- один из наиболее древних видов конструкций. Во многих странах сохранилось большое количество выдающихся памятников каменного зодчества. К. к. долговечны, огнестойки, могут быть изготовлены из местного сырья, это обусловило их широкое распространение и в современном строительстве. К недостаткам К. к. относятся сравнительно большой вес, высокая теплопроводность; кладка из штучного камня требует значительного затрат ручного труда. В связи с этим усилия строителей направлены на разработку эффективных облегчённых К. к. с применением теплоизолирующих материалов. Стоимость К. к. (фундаменты, стены) составляет от 15 до 30% общей стоимости здания. В современном строительстве К. к. (главным образом стены и фундаменты из кирпича и камня), являются одним из распространённых видов строительных конструкций (только в больших городах преобладает строительство из крупных панелей). Практика строительства из камня значительно опередила развитие науки о К. к. При проектировании К. к. применялись эмпирические правила и недостаточно обоснованные методы расчёта, не позволяющие использовать в полной мере несущую способность К. к. Наука о прочности и методах расчёта К. к., основанная на обширных экспериментальных и теоретических исследованиях, была создана впервые в СССР в 1932--39. Её основоположником был Л. И. Онищик. Были изучены особенности работы каменной кладки из различных видов камня и раствора, а также факторы, влияющие на её прочность. Установлено, что в каменной кладке, состоящей из отдельных чередующихся слоев камня и раствора, при передаче усилия по всему сечению возникает сложное напряжённое состояние и отдельные камни (кирпичи) работают не только на сжатие, но и на изгиб, на растяжение, срез и местное сжатие. Причиной этого являются неровности постели камня, неодинаковые толщина и плотность горизонтальных швов кладки, что зависит от тщательности перемешивания раствора, степени разравнивания и обжатия его при укладке камня, условий твердения и др. Кладка, выполненная квалифицированным каменщиком, прочнее (на 20--30%), чем выполненная рабочим средней квалификации. Др. причина сложного напряжённого состояния кладки -- различные упруго-пластические свойства раствора и камня. Под действием вертикальных сил в растворном шве возникают значительные поперечные деформации, которые ведут к раннему появлению трещин в камне. Наибольшей прочностью при сжатии (при использовании камней правильной формы) обладает кладка из крупных блоков, а наименьшей -- из рваного бутового камня и кирпича. Более высокие камни имеют и больший момент сопротивления, что значительно увеличивает их противодействие изгибу. Прочность вибрированной кирпичной кладки при оптимальных условиях вибрирования примерно вдвое выше прочности ручной кладки и приближается к прочности кирпича. Это объясняется лучшим заполнением и уплотнением растворного шва и обеспечением тесного контакта раствора с кирпичом.

В каменных зданиях важнейшие элементы -- наружные и внутренние стены и перекрытия -- связаны между собой в одну систему. Учёт их совместно пространственной работы, обеспечивающей устойчивость здания, позволяет наиболее экономично проектировать К. к. При расчёте К. к. различают две группы каменных зданий: с жёсткой или с упругой конструктивной схемой. К первой группе относятся здания с частым расположением поперечных стен, в которых междуэтажные перекрытия рассматриваются как неподвижные диафрагмы, создающие жёсткие связи для стен при действии на них поперечных и внецентренных продольных нагрузок. Такая схема принимается при расчёте стен и внутренних опор многоэтажных жилых и большинства гражданских зданий. Вторую группу составляют здания большой протяжённости, со значительными расстояниями между поперечными стенами. В этих зданиях перекрытия также связывают стены и внутренние опоры в одну систему, но они уже не могут рассматриваться как неподвижные диафрагмы, вследствие чего при расчёте учитываются совместные деформации связанных между собой элементов здания. По такой схеме рассчитывается большинство промышленных зданий с несущими каменными стенами. Учёт пространственной работы стен при проектировании К. к. позволяет существенно снизить расчётные изгибающие моменты в стенах, значительно уменьшить толщину стен, облегчить фундаменты и повысить этажность.

В зависимости от конструктивной схемы здания каменные стены подразделяются на несущие, воспринимающие нагрузки от собственного веса, от покрытия, перекрытий, строительных кранов и др.; самонесущие, воспринимающие нагрузку от собственного веса всех этажей здания и ветровые нагрузки; навесные, воспринимающие нагрузки от собственного веса и ветра в пределах одного этажа. Каменные стены из штучного камня и кирпича подразделяются на сплошные и слоистые (облегчённые). Толщина сплошных стен принимается кратной основным размерам кирпича: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 кирпича. Расход материалов, трудоёмкость и стоимость возведения стен зависят от правильно выбранной конструкции и степени использования свойств материалов. Для наружных стен малоэтажных отапливаемых зданий нецелесообразно применять сплошные К. к. из тяжёлых материалов. В этом случае применяют облегчённые слоистые стены с термоизоляцией или стены из пустотелых керамических камней, а также камней из лёгких и ячеистых бетонов. Для зданий средней и повышенной этажности, возводимых из штучного кирпича и камня, предпочтительна конструктивная схема с внутренними поперечными несущими стенами, позволяющая применять наружные стены из облегчённых эффективных материалов (керамических, с утеплителями и др.).

Для повышения прочности кладки К. к. усиливают стальной арматурой, применяют армирование железобетоном (комплексные конструкции); армирование обоймами -- включение кладки в железобетонные или металлические обоймы.

Деревянные конструкции

Деревянные конструкции - строительные конструкции, изготовленные из древесины: Д. к. в виде стержневых систем могут иметь металлические, обычно растянутые, элементы (нижний пояс, раскосы, затяжки у арок и т.п.). Д. к. различают по назначению -- несущие и ограждающие; по видам -- балки, фермы, арки, рамы, своды, оболочки; по средствам соединения элементов между собой -- с помощью гвоздей, нагелей, шпонок, вдавливаемых металлических креплений и клея.

Д. к. -- один из древнейших видов строительных конструкций. К основным достоинствам Д. к. относятся: возможность использования местных материалов, малая объёмная масса, транспортабельность. В современном строительстве находят применение 2 основных типа Д. к.: конструкции, изготовляемые без применения клея, с элементами из брусьев и досок и податливыми соединениями на нагелях и гвоздях (например, металло-деревянные треугольные сегментные фермы, составные балки и др.), а также клеёные конструкции, имеющие в своем составе деревянные клеёные элементы заводского изготовления. Наиболее эффективны клеёные Д. к. Важнейшие преимущества клеёных Д. к.: возможность получения монолитных элементов практически любых размеров и форм поперечного сечения, обладающих повышенной несущей способностью, долговечностью и огнестойкостью; высокая эффективность использования материала (главным образом маломерного и разносортного пиломатериала). Основные области рационального применения клеёных Д. к. -- покрытия производственных, с.-х., общественных (спортивных, выставочных и др. зданий), некоторых промышленных зданий и сооружений (в том числе с химически агрессивной средой), строительство градирен, шахтных сооружений, мостов, эстакад, зданий и сооружений на Крайнем Севере, в отдалённых и лесоизбыточных районах, сейсмостойкое строительство.

Заводской способ производства обеспечивает высокое качество клеёных элементов, снижает их стоимость. Клеёные Д. к. изготовляются из пиломатериалов преимущественно хвойных пород, иногда с применением строительной фанеры (склеенной водостойкими, например фенолформальдегидными, клеями). Клеёные фанерные несущие Д. к. выполняются в виде балок с фанерной стенкой, рам и арок коробчатого поперечного сечения или ограждающих конструкций -- панелей с фанерной обшивкой и деревянными несущими продольными рёбрами или средним слоем из пенопласта. Размеры панелей в плане обычно 1,2--1,6 X 6 м. Для увеличения жёсткости клеёные Д. к. могут быть армированы; арматура вклеивается в заранее сделанные в деревянном элементе продольные каналы.

Элементы Д. к., предназначенных для эксплуатации в наружных условиях (пролётных строений мостов, градирен, мачт, башен и др.), пропитывают защитными антисептическими составами. Готовые Д. к., используемые в покрытиях зданий, подвергают поверхностной обработке путём нанесения лакокрасочных составов, влагозащитных или против возгорания.

Заключение

При проектировании того или иного здания (сооружения) оптимальные типы С. к. и материалы для них выбираются в соответствии с конкретными условиями строительства и эксплуатации здания, с учётом необходимости использования местных материалов и сокращения транспортных расходов. При проектировании объектов массового строительства, как правило, применяются типовые С. к. и унифицированные габаритные схемы сооружений.

Библиографический список

1. Байков В. Н. Строительные конструкции / Байков В. Н., Стронгин С. Г., Ермолова Д. И. - М. : Строительные нормы и правила, 1907. - ч. 2, раздел А, гл. 10.

2. Онищик Л. И. Каменные конструкции промышленных и гражданских зданий / Онищик Л. И. - М. : Справочник проектировщика. Каменные и армокаменные конструкции, 1939.

3. Поляков С. В. Проектирование каменных и крупнопанельных конструкций / Поляков С. В., Фалевич В. Н.- М.: Строительные нормы и правила, 1966. - часть 2, раздел В, гл. 2. Каменные и армокаменные конструкции.

4. Стрелецкий Н. С. Проектирование и изготовление экономичных металлических конструкций / Стрелецкий Н. С., Стрелецкий Д. Н., Мельников Н. П. - М. : Металлические конструкции за рубежом, 1964. М. : Строительные нормы и правила, 1971. - ч. 2, раздел В, гл. 3.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Определение общего состояния строительных конструкций зданий и сооружений. Визуально-инструментальное обследование, инженерно-геологические изыскания. Определение физико-химических характеристик материалов конструкций. Диагностики несущих конструкций.

курсовая работа , добавлен 08.02.2011


Частичный или полный ремонт деревянных конструкций. Методика обследования деревянных частей зданий и сооружений. Фиксация повреждений деревянных частей зданий и сооружений. Защита деревянных конструкций от возгорания. Использование крепежных изделий.

презентация , добавлен 14.03.2016


Материалы для металлических конструкций. Преимущества и недостатки, область применения стальных конструкций (каркасы промышленных, многоэтажных и высотных гражданских зданий, мосты, эстакады, башни). Структура стоимости стальных конструкций. Сортамент.

презентация , добавлен 23.01.2017


Оценка технического состояния как установление степени повреждения и категории технического состояния строительных конструкций или зданий и сооружений, этапы и принципы ее проведения. Цели обследования строительных конструкций, анализ результатов.

контрольная работа , добавлен 28.06.2010


Виды разрушения материалов и конструкций. Способы защиты бетонных и железобетонных конструкций от разрушения. Основные причины, механизмы и последствия коррозии бетонных и железобетонных сооружений. Факторы, способствующие коррозии бетона и железобетона.

реферат , добавлен 19.01.2011


Основные виды нарушений в строительстве и промышленности строительных материалов. Классификация дефектов по основным видам строительно-монтажных работ, при производстве строительных материалов, конструкций и изделий. Отступления от проектных решений.

реферат , добавлен 19.12.2012


Структурированные системы мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Источники данных и контроль состояния конструкций. Алгоритмы, применяемые при мониторинге строительных конструкций. Датчики, применяемые в системах мониторинга.

курсовая работа , добавлен 25.10.2015


Особенности работы и разрушения каменных и армокаменных конструкций. Определение их прочности и технического состояния по внешним признакам. Влияние агрессивных сред на каменную кладку. Мероприятия по обеспечению долговечности промышленных зданий.

курсовая работа , добавлен 27.12.2013


Железобетон, как композиционный строительный материал. Принципы проектирования железобетонных конструкций. Методы контроля прочности бетона сооружений. Специфика обследования состояния железобетонных конструкций в условиях агрессивного воздействия воды.

курсовая работа , добавлен 22.01.2012


Характеристика основных этапов работ по обследованию конструкций, зданий и сооружений. Составление инженерно-технического отчета. Используемые приборы при обследовании. Обследование железобетонных плит и ригелей. Формирование цены в ООО "Реконструкция".

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.

Пожары легче предупредить, чем потушить. Эта достаточно расхожая фраза имеет огромное значение при проектировании зданий и сооружений, когда уже на самой ранней стадии возгорания можно предупредить пожар или, по крайней мере, его дальнейшее развитие.

В этом большую роль играет так называемая пассивная защита - правильно выполненные конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения зданий и других строительных сооружений, обеспечивающие выполнение общих требований противопожарной защиты на всех этапах их создания и эксплуатации.

В ст.34 Технического регламента прописано, что строительные конструкции классифицируются по огнестойкости для установления возможности их применения в зданиях, сооружениях, строениях и пожарных отсеках определенной степени огнестойкости или для определения степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков.

Строительные конструкции классифицируются по пожарной опасности для определения степени участия строительных конструкций в развитии пожара и их способности к образованию опасных факторов пожара.

Согласно ст.35 Технического регламента строительные конструкции зданий, сооружений и строений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости:

1) ненормируемый;

2) не менее 15 минут;

3) не менее 30 минут;

4) не менее 45 минут;

5) не менее 60 минут;

6) не менее 90 минут;

7) не менее 120 минут;

8) не менее 150 минут;

9) не менее 180 минут;

10) не менее 240 минут;

11) не менее 360 минут.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний. Наступление пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций в условиях стандартных испытаний или в результате расчетов устанавливается по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний:

1) потеря несущей способности (R);

2) потеря целостности (Е);

3) потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I) или достижения предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).

Пределы огнестойкости строительных конструкций устанавливаются по ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования». При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

Пределы огнестойкости несущих и ограждающих конструкций устанавливает ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции».

В соответствии с требованиями ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94 в нашей стране проводят испытания строительных конструкций на огнестойкость, в том числе и металлических с огнезащитой. В этих же нормативных документах изложены основные положения метода испытаний конструкций на огнестойкость.

Сущность метода заключается в том, что образец конструкции, выполненной по возможности в натуральную величину, нагревают в специальной печи и одновременно подвергают воздействию нормативных нагрузок. При этом определяют время от начала испытания до появления одного из признаков, характеризующих наступление предела огнестойкости конструкции.

Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций по ГОСТ 30247.1-94 используются следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам – только потеря несущей способности конструкций и узлов R;

Для наружных несущих стен и покрытий – потеря несущей способности R и целостности Е, для наружных ненесущих стен - целостности Е;

Для ненесущих внутренних стен и перегородок – потеря теплоизолирующей способности I и целостности Е;

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности R, целостности Е и теплоизолирующей способности I.

Обозначение предела огнестойкости состоит из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных состояний, а также - цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний в минутах.

Например:

R 120- предел огнестойкости 120 мин - по потере несущей способности;

RЕ 60- предел огнестойкости 60 мин - по потере несущей способности и потере целостности независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее.

В ст.36 Технического регламента прописано:

1. Строительные конструкции по пожарной опасности подразделяются на следующие классы:

1) непожароопасные (К0);

2) малопожароопасные (К1);

3) умереннопожароопасные (К2);

4) пожароопасные (К3).

2. Класс пожарной опасности строительных конструкций определяется в соответствии с таблицей 6 приложения к Техническому регламенту.

таблица 6 приложения к Техническому регламенту

Порядок определения класса пожарной опасности строительных конструкций

Класс по­жар­ной опас­ности кон­ст­рук­ций	Допускаемый размер повреждения конструкций, сантиметры	Наличие	Допускаемые характеристики пожарной опасности поврежденного материала +
Группа
верти­кальных	горизон­тальных	тепло­вого эффекта	горения	горюче­сти	воспламе­няемости	дымооб­разую­щей спо­собности
К0			отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует
К1	не более 40	не более 25	не рег­ламен­тиру­ется	отсутст­вует	не выше Г2+	не выше В2+	не выше Д2+
К2	более 40, но не более 80	более 25, но не более 50	не рег­ламен­тиру­ется	отсутст­вует	не выше Г3+	не выше В3+	не выше Д2+
К3	не регламентируется

Примечание. Знак "+" обозначает, что при отсутствии теплового эффекта не регламентируется.

3. Численные значения критериев отнесения строительных конструкций к определенному классу пожарной опасности определяются в соответствии с методами, установленными нормативными документами по пожарной безопасности.

В ст.37 Технического регламента прописано:

1. Противопожарные преграды в зависимости от способа предотвращения распространения опасных факторов пожара подразделяются на следующие типы:

1) противопожарные стены;

2) противопожарные перегородки;

3) противопожарные перекрытия;

4) противопожарные разрывы;

5) противопожарные занавесы, шторы и экраны;

6) противопожарные водяные завесы;

7) противопожарные минерализованные полосы.

2. Противопожарные стены, перегородки и перекрытия, заполнения проемов в противопожарных преградах (противопожарные двери, ворота, люки, клапаны, окна, шторы, занавесы) в зависимости от пределов огнестойкости их ограждающей части, а также тамбур-шлюзы, предусмотренные в проемах противопожарных преград в зависимости от типов элементов тамбур-шлюзов, подразделяются на следующие типы:

1) стены 1-й или 2-й тип;

2) перегородки 1-й или 2-й тип;

3) перекрытия 1, 2, 3 или 4-й тип;

4) двери, ворота, люки, клапаны, 1, 2 или 3-й тип;

экраны, шторы

5) окна 1, 2 или 3-й тип;

6) занавесы 1-й тип;

7) тамбур-шлюзы 1-й или 2-й тип.

3. Отнесение противопожарных преград к тому или иному типу в зависимости от пределов огнестойкости элементов противопожарных преград и типов заполнения проемов в них осуществляется в соответствии со статьей 88 настоящего Федерального закона».

В ст.58 Технического регламента указано:

1. Огнестойкость и класс пожарной опасности строительных конструкций должны обеспечиваться за счет их конструктивных решений, применения соответствующих строительных материалов, а также использования средств огнезащиты.

2. Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций, выбираемые в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений и строений, приведены в таблице 21 приложения к настоящему Федеральному закону».

таблица 21 приложения к Техническому регламенту