Железобетонные и каменные конструкции

Основная литература:
1. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные
конструкции. Общие положения.
2. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные
конструкции.
3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные
конструкции без предварительного напряжения арматуры.
4. СП 52-102-2003. Предварительно напряженные
железобетонные конструкции.
5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.
6. Байков, В.Н., Сигалов, Э.Е. Железобетонные
конструкции. Общий курс. М. - 1989.
7. Бондаренко, В.М., Суворкин, Д.Г.
Железобетонные и каменные конструкции. М. – 1987.
8. Курмей, Г.Е., Редько, Ю.М., Рохлин, М.А.
Электронные методические указания MUP-M
к выполнению курсового проекта многоэтажного здания
в монолитном варианте

Лекция №1
СУЩНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

1. Сущность железобетона
Рис. 1.1. Диаграмма зависимости
Средняя относительная предельная растяжимость бетона
(или 0,00015),
Средняя относительная предельная сжимаемость
(или 0,002)

Рис.1.2. Схема разрушения бетонной балки
1 – нейтральный слой (ось); 2 – сжатая зона балки;
3 – растянутая зона балки;
4 – трещина в нормальном сечении

Рис. 1.3. Диаграмма зависимости
Если судить по диаграмме зависимости стали , сталь – это упругопластический материал.

Рис. 1.4. Схема разрушения железобетонной балки 1 – нейтральный слой (ось); 2 – сжатая зона балки; 3 – растянутая зона балки; 4 – трещины в нормальных сечениях; 5 – трещины в наклонных сечениях; 6 – стальная арматура;
7 – раздробление бетона сжатой зоны

Рис. 1.5. Диаграммы зависимости для бетона и арматуры
––––– – диаграмма растянутого бетона;
––––– – диаграмма растяжения стали класса А 400

2. Условия существования железобетона
1. Обеспечение совместных деформаций бетона и арматуры
Возможны два технологических приема передачи:
за счет сцепления арматуры и бетона вдоль всей
конструкции (рис. 1.6, а)
- за счет анкеров, устраиваемых по торцам балки
(рис. 1.6, б)
Железобетон – это комплексный конструктивный материал, в котором бетон и арматура деформируются под нагрузкой как единое монолитное целое.
Можно сформулировать понятие железобетона как армированного композитного материала.

а)
б)
Рис. 1.6. Технологические приемы
передачи усилий с бетона на арматуру
а) – передача внешней нагрузки
за счет сцепления арматуры с бетоном;
б) – анкеровка арматуры путем
устройства на концах специальных
анкеров

2. Примерное равенство коэффициентов
температурного расширения
≈
3. Наличие защиты арматуры от воздействий
окружающей среды
Рис. 1.7. Защитный слой бетона

3.Достоинства и недостатки железобетона
Недостатки:
1. Высокая прочность.
2. Долговечность
3. Огнестойкость
4. Стойкость против атмосферных явлений.
5. Доступность составляющих железобетонных
компонентов.
6. Экономичность при изготовлении и эксплуатации.
7. Эстетичность, архитектурная выразительность
Достоинства:
1. Большой вес
2. Раннее образование стохастических трещин в растянутой зоне.

4. Виды ЖБК
Сборные конструкции – конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных в заводских условиях элементов (рис.1.8)
Существует 3 типа технологий изготовления
сборных конструкций:
конвейерная технология - принудительное движение конструкций по конвейеру;
поточно-агрегатная технология – технологический
ритм перемещения не установлен, т.е. свободный;
- стендовая технология – стационарное изготовление конструкций на одном месте.

а)
б)
Рис.1.8. Конструктивные элементы в сборном исполнении
а) – конструктивные элементы завода по изготовлению железобетонных изделий;
б) – конструкции жилого дома со связевым каркасом
(серия ИИ – 04)
1 – колонны; 2 – ригели; 3 – плиты перекрытия (панели);
4 – диафрагмы жесткости

Достоинство сборных конструкций:
1. индустриализация и технологичность;
2. в зимний период работы не требуют дополнительных затрат;
3. снижение расхода материалов на устройство
подмостей и опалубки.
Недостатки сборных конструкций:
1. трудоемкость сопряжения стыков;
2. высокая стоимость и металлоемкость стыков;
3. уменьшение жесткости элементов вследствие
нарушения общей пространственной неразрезности (статическая неопределимость);
4. транспортировка массивных габаритных изделий;
5. потребность в подъемных механизмах большой грузоподъемности.

Монолитные конструкции – конструкции, возведение которых осуществляется на строительной площадке укладкой бетонной смеси в заранее приготовленную опалубку (рис.1.9)
а)
б)
в)
Рис. 1.9. Конструктивные
элементы в монолитном
исполнении
а) – конструктивные элементы
безригельного каркаса;
б) – наружная стена в опалубке;
в) – модель жилого дома в
монолитном исполнении

Достоинства:
1. пространственная неразрезность зданий
и сооружений;
2. повышенная огнестойкость и надёжность зданий
и сооружений;
3. хорошая сопротивляемость сейсмическим
воздействиям;
4. эстетичность и архитектурная выразительность.
Недостатки:
1. сезонность работ - при низких температурах
возрастает стоимость возведения;
2. затраты на устройство опалубки;
3. зависимость от твердения бетона в нормальных
условиях;
4. более тяжелые условия труда – на открытых
площадках.

Сборно-монолитные конструкции – комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон работает под нагрузкой как единое целое (рис.1.10)
а)
б)
в)
Рис. 1.10. Конструктивные элементы в сборно-монолитном исполнении
а) – сборно-монолитный каркас «Чебоксарской серии»
(французский аналог);
б) – схема конструкций сборно-монолитного исполнения;
в) – замоноличивание монолитных плит перекрытий «Чебоксарской серии»;
г) – сборно-монолитный безригельный каркас
г)

5. Область применения
Спектр применения железобетонных конструкций широкий:
- гидростроительство (ГЭС, плотины);
- транспортное строительство
(кроме железнодорожных мостов);
- промышленное, сельскохозяйственное,
гражданское (в том числе жилищное)
строительство.
- горная промышленность,
- строительство подземных, подводных и искусственных сооружений.

Рис. 1.11. Монолитное ребристое перекрытие
1 – колонна; 2 – главная балка; 3 – второстепенная балка;
4 – плита; 5 – рабочая арматура плиты; 6, 7, 8 – то же, соответственно для второстепенной и главной балок и колонн

Основные этапы развития железобетона
Первый этап - конец XIX века. С этого времени вошел в практику метод расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов.
На развитие железобетона большое влияние оказали труды таких ученых как Н.М. Абрамова, И.Г. Малюги, А.А. Байкова и др.
В 1905 А.Ф. Лолейт приступил к разработке теории железобетонных тавровых сечений и безбалочных перекрытий, а в 1908 соорудил в Москве, впервые в мире, ряд таких перекрытий, существующих и поныне.

а)
б)
Рис.1.12. Железобетонный маяк в г. Николаеве
а) – фотография; б) – схема

Второй этап – 1917-1950 годы XX века.
В 1928 г. поставлен вопрос о применении предварительного напряжения (первая идея принадлежала А.В. Гадолину, который в 1861 году осуществил ее к стальным стволам орудий).
В.З. Власов первым разработал общий практический метод расчета оболочек.
В 1930 г. Н.И. Молотилов стал первым заведующим кафедрой ЖБК Сибирского строительного института, ныне НГАСУ (Сибстрин).
В 1932 году А.Ф. Лолейт выдвинул новую теорию железобетона – гипотезу о предельном равновесии, в основу которой был положен отказ от методов расчета по допустимым напряжениям и переход на расчет по критическим усилиям, с введением определенного коэффициента запаса прочности. Эта гипотеза стала основой строительных норм.
Начиная с 1940 года В.И. Мурашев создает теорию трещиностойкости и жесткости железобетона.

а)
б)
Рис. 1.13.Волховская ГЭС
а) – фотография; б) – схема

а)
б)
в)
г)
Рис. 1.14. Новосибирский государственный академический театр
Оперы и Балета
а) – общий вид (1945 г.); б) – совмещенный план зала и фойе;
в)– вид сверху; г) – купол театра

Третий этап – конец 50-х годов XX века.
Этот этап характеризуется широкой индустриализацией железобетонного строительства, развитием предварительно напряженных конструкций, внедрением высокопрочных материалов.
Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1967 году Останкинская телебашня – выдающееся творение строительной техники XX века.
1984 – 1995 гг – это годы становления нового направления в теории железобетона на основе диаграммно – энергетического подхода, предложенного В.М. Митасовым, который впоследствии получил развитие на кафедре ЖБК НГАСУ (Сибстрин).