Виды железобетонных конструкций. Достоинства и недостатки.

Виды железобетонных конструкций. Достоинства и недостатки.

1. Сборные конструкции – конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов.

2. Монолитные конструкции – конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке.

3. Сборно–монолитные конструкции – комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемый на месте строительства, работает под нагрузкой как одно целое.

Под сборными понимают конструкции, которые на строительной площадке возводятся (собираются) из элементов заводского изготовления.

Достоинства:

· достигается индустриализация и максимальная механизация строительства;

· сокращаются сроки возведения объектов;

· используются высокопрочный бетон и арматура, что приводит экономии материала.

Недостатки:

· большие затраты на создание и содержание производственной базы;

· транспортные расходы;

· трудоемкость, высокая стоимость и металлоемкость монтажных стыков;

· перерасход арматуры из условий обеспечения прочности при перевозке и монтаже;

· снижение жесткости элементов и конструкций в целом вследствие нарушения общей пространственной неразрезности (статической неопределимости).

· Под монолитными понимают конструкции, возведение которых осуществляется непосредственно на строительной площадке укладкой бетонной смеси и арматуры в заранее изготовленную опалубку.

Достоинства:

o Пространственная жесткость, неразрезность, что приводит к экономии материала;

o Исключаются трудоемкие работы по устройству стыков;

o Возможность создания разнообразных объемно-планировочных и архитектурных решений по индивидуальным проектам;

o Возможность широкого использования местных сырьевых ресурсов (песка, щебня, воды).

Недостатки:

o сезонность работ;

o устройство трудоемких опалубки и подмостей;

o продолжительность строительства, зависящее от длительности твердения бетона в естественных условиях;

o сравнительно низкая индустриализация строительства, объясняющаяся особенностями приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и укладки, распалубки и т. д..

Под сборно-монолитными понимают конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемые на месте строительства работают под нагрузкой как одно целое. Этого достигают надежным сцеплением сборных элементов с монолитным бетоном, сваркой закладных деталей и выпусков арматуры.

o Содержание сборных элементов может составлять 25-90%.

o Сборно-монолитные конструкции сочетают достоинства и недостатки сборных и монолитных железобетонных конструкций.

По средней плотности

- о соботяжелые D> 2500 кг/м³;

- тяжелые D = [2200…2500] кг/м³;

- облегченные D = [1800…2200) кг/м³;

- легкие D = [500…1800) кг/м³.

4. По виду вяжущего: - цементные; - полимерцементные; - на известковом вяжущем;- на гипсовом вяжущем. 5. По виду заполнителей - на плотных естественных заполнителях; - на пористых естественных заполнителях (перлит, пемза, ракушечник);- на искусственных заполнителях (керамзит, шлак). 6.По условиям твердения:- естественного твердения;- подвергаемые тепловлажностной обработке при атмосферном давлении; - подвергаемые тепловлажностной обработке при высоком давлении (автоклавные).

*Классы бетона по прочности на сжатие В и осевое сжатие Вt отвечают значению гарантированной прочности бетона с обеспеченностью 0,95.

Кубиковая и призменная прочность бетона. Применение их при проектировании ЖБК.

Кубиковая прочность

Для определения прочности бетона на осевое сжатие обычно испытывают в прессе бетонные кубы с размером ребра 150 мм, характер разрушения которых обусловлен наличием или отсутствием сил трения, возникающих на контактных поверхностях между подушками пресса и гранями куба.

1. Несмазанный куб (рис. 2, а).

Силы трения между подушками пресса и гранями куба препятствуют свободным поперечным деформациям куба и соответственно упрочняют бетон сверху и снизу. По мере удаления от торцевых граней куба влияние сил трения уменьшается, поэтому после разрушения куб приобретает форму 2-х пирамид сверху и снизу.

1. Смазанный куб (рис. 2, б).

Если устранить силы трения смазкой контактных поверхностей, прочность бетонного куба будет меньше, поперечные деформации проявляются свободно, трещины разрыва становятся вертикальными. Временное сопротивление сжатию бетона для куба с ребром 150 мм равно R, с ребром 200 мм - 0,93 R, с ребром 100 мм – 1,1 R. Это объясняется изменением эффекта обоймы с изменением размеров куба.

 

а) б)

Рис. 2. Характер разрушения бетонных кубов:

а – несмазанный куб; б – смазанный куб;

Δ – поперечные деформации бетона.

Призменная прочность

Так как железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность R_b –временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Призменная прочность меньше кубиковой, и она уменьшается с увеличением отношения h/a. Влияние сил трения на среднюю часть призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при h/a= 4 значение R_b становится стабильным и равно приблизительно 0,75 R.

 

Рис. 3. Характер разрушения бетонной призмы.

 

 

Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями идеформациями в бетоне

при сжатии и растяжении:

I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

1 – загрузка; 2 – разгрузка; ε_bu – предельная сжимаемость;ε_btu – предельная растяжимость;

ε_ер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.

 

С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σ_b неупругие деформации уменьшаются (рис. 9).

 

Рис. 8. Диаграмма σ_b – ε_b в сжатом бетоне при Рис. 9. Диаграмма σ_b – ε_b в сжатом бетоне при

Свойства сталей

Механические свойства:

прочность — способность материала выдерживать внешнюю нагрузку без разрушения. Количественно это свойство характеризуется пределом прочности и пределом текучести;

предел прочности — механическое напряжение, при превышении которого образец разрушается;

предел текучести — механическое напряжение, при превышении которого образец продолжает удлиняться при отсутствии нагрузки;

пластичность — способность стали изменять форму под действием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Количественно характеризуется углом загиба и относительным удлинением при растяжении;

ударная вязкость — способность стали противостоять динамическим нагрузкам. Количественно оценивается работой, необходимой для разрушения специального образца, отнесенной к площади его поперечного сечения;

твердость — способность стали сопротивляться проникновению в нее других твердых тел. Количественно определяется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании стального шарика (метод Бринелля) или алмазной пирамиды (метод Виккерса).

Физические свойства:

плотность — масса вещества, заключенного в единичном объеме. Все металлы обладают высокой плотностью;

теплопроводность — способность передавать теплоту от более нагретых участков к менее нагретым;

электропроводность — способность пропускать электрический ток. Все металлы и их сплавы обладают высокой тепло- и электропроводностью.

Химические свойства:

окисляемость — способность вещества соединяться с кислородом. Окисляемость усиливается с повышением температуры металла. Низкоуглеродистые стали под действием влажного воздуха или воды окисляются с образованием ржавчины — оксидов железа;

коррозионная стойкость — способность металла не окисляться и не вступать в химические реакции с окружающими веществами;

жаростойкость — способность стали не окисляться при высокой температуре и не образовывать окалины;

жаропрочность — способность стали сохранять свои прочностные свойства при высокой температуре.

Технологические свойства:

ковкость — способность стали принимать новую форму под действием внешних сил;

жидкотекучесть — способность стали в расплавленном состоянии заполнять узкие зазоры и пространства;

обрабатываемость резанием — свойство стали поддаваться механической обработке режущим инструментом;

свариваемость — способность стали образовывать высококачественное сварное соединение, не содержащее дефектов

*Механические свойства и свариваемость арматурной стали зависят от ее химического состава (горячекатаная арматура) и способа упрочнения (термомеханическая или термическая обработка, холодная деформация). Механические свойства, химический состав, способы прокатки и упрочнения, параметры и вид профиля в той или иной степени определяют коррозионную стойкость и усталостную прочность арматуры.

*В зависимости от механических свойств арматуру делят на классы:

-горячекатаную А-I – A-VI (старое обозначение) или с указанием предела текучести (в новой редакции) А240 – А1000

-термомеханически или термически упрочненную Aт-IIIC – Aт-VII или Aт400 – Aт1200.

Повышение прочности может быть достигнуто также термическим упрочнением и механической вытяжкой.

При термическом упрочении вначале осуществляют нагрев арматуры до 800…900°С и быстрое охлаждение, а затем нагрев до 300…400°С с постепенным охлаждением (закалка с отпуском)

При мех. вытяжке арматуры на 3-5% вследствие структурных изменений кристалл. решетки – наклепа, сталь упрочняется. При повторной вытяжке (нагрузке) диаграмма деформирования будет отличается от исходной, а предел текучести

*Методы упрочнения металла:

Термомеханическая обработка стали

Поверхностное упрочнение стальных деталей.

Закалка токами высокой частоты.

Газопламенная закалка.

Старение.

Обработка стали холодом.

Упрочнение методом пластической деформации.

Свариваемость арматурной стали обеспечивается химическим составом, технологией изготовления и компактностью сечения. Возможность применения горячекатаной и термомеханически упрочненной стержневой арматуры для различных способов сварки и конструкции соединений, регламентированных ГОСТ 14098, приведены в табл. 1.52.

*При использовании широко применяемой арматуры класса A-III из стали марки 35ГС запрещается выполнять крестообразные сварные соединения вручную дуговыми прихватками, так как это приводит к преждевременному разрушению таких стыков.

*Для монолитных железобетонных конструкций иногда используют арматуру из стальных прокатных профилей в виде уголков, двутавров и швеллеров, а также плоского или профилированного стального листа. Для дисперсного армирования тонкостенных бетонных конструкций применяют фибру, изготавливаемую из стали, стекловолокна или пластика. Для арматуры из стали марки 25Г2С ручная дуговая сварка крестообразных соединений прихватками допускается. Для арматуры классов Ат-lllc и Ат-IVc ванная сварка допускается при использовании удлиненных накладок.

*При изготовлении арматурных сеток и каркасов, а также сварке встык отдельных стержней следует преимущественно применять контактную точечную и стыковую сварку, а при изготовлении западных деталей - автоматическую сварку под флюсом и контактную рельефную сварку. Начато использование различных видов неметаллической арматуры в виде стержней и канатов для обычных и предварительно напряженных бетонных конструкций.

Виды и классы армитуры.

Стержневая горячекатаная арматура в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяется на шесть классов с условным обозначением: А-I, А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI.

 

Стержневая термически упрочненная в ее обозначении отмечается дополнительным индексом «т»: Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI. дополнительной буквой С указывается на возможность стыкования сваркой Ат-IIIС, К- на повышенную коррозионную стойкость.

 

Высокопрочная арматурная проволока: гладкая класса – В-II, периодического профиля Вр-II

 

Обыкновенная арматура проволока периодического профиля класса Вр-I, В-I

 

Арматурные канаты: К-7, К-19.

 

Каждому классу арм. соот. определенные марки арматурной стали с одинаковыми механическими характеристиками, но различным хим. составом. В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Например, в марке 25Г2С первая цифра обозн. содер углерода в сотых долях процента (0,25%) Г- что сталь легирована марганцем, 2- что его содержание может достигать 2%, С-наличие в стали кремния.

 

20ХГ2Ц Х- хром, Т-титан, Ц- цирконий.

 

Требования к трещиностойкости железобетонных конструкций. Категории трещиностойкости.

Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния.

К трещиностойкости железобетонной конструкции или ее частей предъявляются при расчете различные требования в зависимости от вида применяемой арматуры. Эти требования относятся к нормальным и наклонным к продольной оси элемента трещинам и подразделяются на три категории:

первая категория — не допускается образование трещин;

вторая категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин при условии их последующего надежного закрытия (зажатия);

третья категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.

Непродолжительным считается раскрытие трещин при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; продолжительным считается раскрытие трещин при действии только постоянных и длительных нагрузок. Предельная ширина раскрытия трещин, при которой обеспечиваются нормальная эксплуатация зданий, коррозионная стойкость арматуры и долговечность конструкции, в зависимости от категории требований по трещиностойкости не должна превышать 0,05— 0,4 мм.

Предварительно напряженные элементы, находящиеся под давлением жидкости или газов (резервуары, напорные трубы и т.п.), при полностью растянутом сечении со стержневой или проволочной арматурой, а также при частично сжатом сечении с проволочной арматурой диаметром 3 мм и менее должны отвечать требованиям первой категории. Другие предварительно напряженные элементы в зависимости от условий рабйты конструкции и вида арматуры должны отвечать требованиям второй или третьей категории. Конструкции без предварительного напряжения, армированные стержневой арматурой

Порядок учета нагрузок при расчете по трещиностойкости зависит от категории требований по трещиностойкости: при требованиях первой категории расчет ведут по расчетным нагрузкам с коэффициентом надежности по нагрузке (как при расчете на прочность); при требованиях второй и третьей категорий расчет ведут на действие нагрузок с коэффициентом. Расчет по образованию трещин для выяснения необходимости проверки по кратковременному раскрытию трещин при требованиях второй категории выполняют на действие расчетных нагрузок с коэффициентом; расчет по образованию трещин для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин при требованиях третьей категории выполняют иа действие нагрузок с коэффициентом. В расчете по трещиностойкости учитывают совместное действие всех нагрузок, кроме особых. Особые нагрузки учитывают в расчете по образованию трещин в тех случаях, когда трещины приводят к катастрофическому положению. Расчет по закрытию трещин при требованиях второй категории производят на действие постоянных и длительных нагрузок с коэффициентом. На концевых участках предварительно напряженных элементов в пределах длины зоны передачи напряжений с арматуры на бетон 1Р не допускается образование трещин при совместном действии всех нагрузок (кроме особых), вводимых в расчет с коэффициентом. Это требование вызвано тем, что преждевременное образование трещин в бетоне на концевых участках элементов может привести к выдергиванию арматуры из бетона под нагрузкой и внезапному разрушению. Трещины, если они возникают при изготовлении, транспортировании и монтаже в зоне, которая, впоследствии под нагрузкой будет сжатой, приводят к снижению усилий образования трещин в растянутой при эксплуатации зоне, увеличению ширины их раскрытия и увеличению прогибов. Влияние этих трещин учитывается в расчетах конструкций. Для элементов, работающих в условиях действия многократно повторных нагрузок и рассчитываемых на выносливость, образование таких трещин не допуск

Виды каменной кладки.

Каменной кладкой называется конструкция, которая состоит из камней, уложенных в определенном порядке и связанных строительным раствором. Она несет на себе нагрузки, которые можно классифицировать двумя категориями: нагрузки собственного веса кладки и нагрузки веса, опирающихся на каменную кладку прочих элементов конструкции здания.Также в зависимости от физических характеристик используемого в кладке камня и связывающего раствора, она в той или иной степени выполняет теплоизоляционные, звукоизоляционные и другие функции.

 

Существуют следующие виды каменной кладки, использующиеся при строительстве зданий и сооружений:

кирпичная;

кладка из керамических камней;

кладка из искусственных крупных блоков, изготовляемых из бетона, кирпича или керамических камней;

кладка из природных камней правильной формы (пиленых или тесаных);

бутовая кладка из природных неотесанных камней, имеющих неправильную форму;

смешанная кладка (бутовая, облицованная кирпичом; из бетонных камней, облицованных кирпичом, и кирпича, облицованного тесаным камнем);

бутобетонная кладка;

облегченная кладка из кирпича и других материалов.

 

Для выполнения каменной кладки применяют различные типы растворов, в зависимости от целей, которые преследуются при возведении именно этой стены. Перечислим основные типы растворов, применяемых для выполнения каменной кладки:

известковые растворы;

цементные растворы;

цементно-известковые растворы (смешанный тип растворов);

цементно-глиняные растворы (смешанный тип растворов).

 

В последнем виде смешанных растворов глина служит пластифицирующей добавкой.

 

Теперь остановимся подробно на каждом из видов каменной кладки, перечислим их плюсы и минусы.

 

Кладка из керамического кирпича пластического прессования обладает отличной влаго- и морозостойкостью, повышенной прочностью, вследствие чего ее применяют при возведении стен и столбов зданий, подпорных стенок, дымовых труб, конструкций различных подземных сооружений.

 

Кладка из керамического пустотелого или пористо-пустотелого кирпича используется главным образом при возведении стен зданий. Благодаря своей малой теплопроводности, эти кладки позволяют сократить толщину наружных стен на 20-25% по сравнению с толщиной стен, выложенных из полнотелого кирпича.

 

Кладка из бетонных камней, изготовленных на тяжелом бетоне, обычно применяется при строительстве фундаментов, стен подвалов и других подземных конструкций.

 

Кладка из пустотелых и легкобетонных камней используется при возведении наружных и внутренних стен здания. Этот материал обладает хорошими теплоизолирующими показателями, но при этом пустотелые и легкобетонные камни влагоемки, вследствие чего обладают недостаточной морозостойкостью. Учитывая это качество, фасады наружных стен, выложенные из этих камней, штукатурят.

 

Кладка из силикатных камней и кирпича обладает большей прочностью и сроком службы, чем кладка из пустотелых и легкобетонных камней. Однако необходимо помнить, что она более теплопроводна, чем кладка из керамического кирпича. Из силикатных камней и кирпича возводят как внутренние, так и наружные стены.

 

Низкомарочные легкобетонные и пустотелые бетонные камни применяют исключительно для возведения конструкций, расположенных внутри здания, с нормальным тепловлажностным режимом. Кладка, выполненная из этого материала, обладает большей теплопроводностью, плотностью, однако более прочна и долговечна, чем кладка из легкобетонных камней. Поэтому ее широко применяют для возведения не только внутренних стен, но и наружных.

 

Кладку из крупных бетонных, силикатных или кирпичных блоков, так же как из штучных материалов, используют для возведения подземных и надземных конструкций зданий и сооружений, блоки из легких бетонов, силикатного, пустотелого и пористо-пустотелого кирпича — в основном для кладки наружных стен зданий.

 

Кладка из природных камней и блоков правильной формы обладает хорошими декоративными качествами, прочностью, устойчивостью против замораживания и выветривания, мало подвержена истираемости.

 

Мягкие пористые (преимущественно осадочного происхождения) горные породы в виде пиленых штучных камней массой до 45 кг (пористые туфы, ракушечники и т.д.) обычно служат для кладки наружных и внутренних стен зданий. Из камня-ракушечника, например, выстроен почти весь юг Украины – в знаменитых одесских катакомбах добывали именно ракушечник. Почти весь Крым застроен зданиями из того же ракушечника. Из пористых горных пород (известняков, туфов) изготовляют также крупные стеновые блоки, предназначенные для укладки (монтажа) механизмами.

 

Камни твердых пород имеют высокую стоимость и трудоемки в обработке, поэтому их не применяют при строительстве массового жилья, разве что для облицовки цоколей или отдельных частей зданий и сооружений. В секторе нежилого строительства камни твердых пород используются для облицовки опор мостов, набережных.

 

Бутовая и бутобетонная кладки требуют больших затрат ручного труда и обладают большой теплопроводностью. Этот материал традиционно применяется для строительства фундаментов, и, по-видимому, не зря. Если бутовую или бутобетонную кладки облицевать кирпичом, то они станут пригодными для подвальных и подпорных стен.

 

Кладки из силикатного кирпича сухого прессования и керамического пустотелого кирпича не применяют в конструкциях, расположенных в сырых грунтах, во влажных и мокрых помещениях, для возведения труб и печей.

 

Благодаря своим теплоизоляционным свойствам (относительно традиционных, цельных камней), кладка из керамических пустотелых камней применяется главным образом при строительстве наружных стен отапливаемых зданий. Хорошие теплотехнические свойства этого материала позволяют сократить толщину наружных стен в средней полосе Российской Федерации на полкирпича по сравнению с кладкой из обыкновенного керамического или силикатного кирпича.

 

Виды железобетонных конструкций. Достоинства и недостатки.

1. Сборные конструкции – конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов.

2. Монолитные конструкции – конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке.

3. Сборно–монолитные конструкции – комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемый на месте строительства, работает под нагрузкой как одно целое.

Под сборными понимают конструкции, которые на строительной площадке возводятся (собираются) из элементов заводского изготовления.

Достоинства:

· достигается индустриализация и максимальная механизация строительства;

· сокращаются сроки возведения объектов;

· используются высокопрочный бетон и арматура, что приводит экономии материала.

Недостатки:

· большие затраты на создание и содержание производственной базы;

· транспортные расходы;

· трудоемкость, высокая стоимость и металлоемкость монтажных стыков;

· перерасход арматуры из условий обеспечения прочности при перевозке и монтаже;

· снижение жесткости элементов и конструкций в целом вследствие нарушения общей пространственной неразрезности (статической неопределимости).

· Под монолитными понимают конструкции, возведение которых осуществляется непосредственно на строительной площадке укладкой бетонной смеси и арматуры в заранее изготовленную опалубку.

Достоинства:

o Пространственная жесткость, неразрезность, что приводит к экономии материала;

o Исключаются трудоемкие работы по устройству стыков;

o Возможность создания разнообразных объемно-планировочных и архитектурных решений по индивидуальным проектам;

o Возможность широкого использования местных сырьевых ресурсов (песка, щебня, воды).

Недостатки:

o сезонность работ;

o устройство трудоемких опалубки и подмостей;

o продолжительность строительства, зависящее от длительности твердения бетона в естественных условиях;

o сравнительно низкая индустриализация строительства, объясняющаяся особенностями приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и укладки, распалубки и т. д..

Под сборно-монолитными понимают конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемые на месте строительства работают под нагрузкой как одно целое. Этого достигают надежным сцеплением сборных элементов с монолитным бетоном, сваркой закладных деталей и выпусков арматуры.

o Содержание сборных элементов может составлять 25-90%.

o Сборно-монолитные конструкции сочетают достоинства и недостатки сборных и монолитных железобетонных конструкций.