ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ — элементы зданий и сооружений из железобетона и их сочетания. Широко применяются во многих областях стр-ва, в ряде случаев более целесообразны и экономичны, чем конструкции из других материалов.
Железобетонные конструкции — основной вид конструкций при стр-ве промышленных и складских зданий, силосов, бункеров и резервуаров, водопроводных и канализац. сооружений, эстакад, фундаментов под прокатные станы и машины с динамич. нагрузками, высоких дымовых труб, подпорных стен и др. Широкое применение железобетонных конструкций находят в стр-ве мостов, гидротехнич. сооружений, тепловых электростанций, при подземных работах, строительстве аэродромов, дорог, опор и столбов для линий электропередачи, связи, освещения, подвесных дорог и др. В стр-ве жилых и обществ, зданий все чаще используются железобетонные элементы заводского изготовления, в том числе крупнопанельные. Железобетонные конструкции — основа долговременных оборонит, сооружений. Значительные успехи достигнуты в стр-ве плавучих железобетонных доков и судов. На атомных электростанциях устраиваются железобетонные ограждения против радиации. — закладные детали для железобетонных конструкций
Совр. железобетонные конструкции весьма разнообразны. В соответствии с двумя осн. видами железобетона различают железобетонные конструкции из обычного и предварительно напряженного железобетона. Обычные железобетонные конструкции классифицируют по трем признакам — методом выполнения, вида арматуры и вида бетона; кроме того, все железобетонные конструкции различаются по виду напряженного состояния.
Монолитные железобетонные конструкции, выполняемые непосредственно на строит, площадке, во многих случаях уступили место более индустриальным сборных железобетонных конструкций заводского изготовления. Монолитные конструкции применяются при нестандартности и малой повторяемости элементов, при особенно больших нагрузках, а также в сооружениях, трудно поддающихся членению (бассейны для плавания, фундаменты под прокатное оборудование и др.). Наконец, они целесообразны, когда могут выполняться индустриальными методами с использованием инвентарных опалубок — скользящей, переставной (силосы, заводские трубы и др.), передвижной (нек-рые оболочки) и др.
Сборные железобетонные конструкции все шире используются в стр-ве, особенно жилищно-гражданском и промышленном. На конструирование сборных железобетонных элементов существенно влияют методы их изготовления и монтажа. Значительное развитие получает произ-во железобетонных элементов заводским путем — в кассетных формах, методом вибропроката, виброштампования, при которых достигаются большая скорость изготовления и снижения их веса. Сборно-монолитные Ж. к. представляют собой сочетание сборных элементов с монолитным бетоном, что обеспечивает надежную связь между ними.
Обычные железобетонные конструкции выполняются в основном с гибкой арматурой в виде отд. стержней или сварных сеток и каркасов» Сварная арматура благодаря ее лучше заанкерованию позволяет применять сталь более высокой прочности; этот метод армирования является более индустриальным» железобетонные конструкции с несущей арматурой (профильный прокат или пространственные сварные каркасы) применяются сравнительно редко и только в монолитном железобетоне. В этом случае проводится бетонирование подвесной опалубке с использованием арматуры в качестве несущей конструкции; требуется повышенный расход стали.
Тяжелый бетон (удельный вес более 1800 кг/м3) широко применяется в монолитных и сборных Ж. к. Цементно-песчаный бетон, готовится способом виброперемешивания, используется для тонко стенных конструкций. Железобетонные конструкции из легкого и ячеистого бетонов применяются гол. чин. с целью получения облегченных конструкций, а в жилищно-гражд. (и промышленном) стр-ве большое значение приобретают их теплозащитные свойства. Железобетонные конструкции из жаростойкого бетона все шире внедряются в стр-во сооружений металлургия., нефтяной и химич. пром-сти; их применение дает существенную экономию металла, упрощает способы возведения и позволяет отказаться от дорогостоящих огнеупоров.
В железобетонных конструкциях арматура обычно служит для восприятия растягивающих усилий, в направлении которых и располагаются арматурные стержни, но в нек-рых конструкциях арматура воспринимает сжимающие усилия совместно с бетоном. Простейшие железобетонные конструкции, в которых при изгибе возникают растягивающие усилия,плита и балка прямоугольного сечения. В балках опоры расположены по одной линии вдоль оси, в плитах — по всей ширине, а нередко и по всему контуру. При отношении сторон больше чем 2 : 1 плита называется балочной, при отношении меньше чем 2 : 1 и опорах по всему периметру — плитой, опертой по контуру.
Плиты и балки могут быть свободно опертые, с заделанными опорами, неразрезные, консольные. В плите (балке), свободно лежащая на двух опорах и равномерно нагруженной, изгибающие моменты, равные на опорах нулю, постепенно растут до середины, достигая там максимума; при этом увеличиваются до середины и растягивающие напряжения в нижней зоне плиты. Во избежание разрушения плиты из-за малого сопротивления бетона растяжению арматура располагается в зоне растяжения, вблизи нижней поверхности плиты. Плита (балка) с заделанными концами при прочих равных условиях может иметь меньшее сечение, чем свободно опертая. В соответствии с эпюрой изгибающих моментов в средней части такой плиты нижние волокна подвергаются растяжению, а верхние — сжатия; в местах заделки, наоборот, растягивающие напряжения действуют в верхней зоне, а напряжения сжатия — в нижней. Поэтому в плите с заделанными концами арматурные стержни располагаются
как внизу, так и вверху. Практически здесь наиболее целесообразна изогнутая арматура воспринимает растягивающие напряжения и нижней и верхней зонах. В многопролетных неразрезных плитах и балках арматура построен в соответствии с эпюрой наибольших положительных и отрицательных моментов. В консольной плиты (балке) растягивающие усилия возникают в верхней части сечения, где и находится арматура. В соответствии с увеличением момента плиту возле опоры обычно делают толще.
Арматурные стержни, воспринимающие основные усилия, называются рабочими. В балочных плит является также распределительные стержни, необходимые для удержания рабочих стержней на определенном расстоянии, для противодействия образованию трещин при усадке бетона и колебаниях температуры и для лучшего распределения нагрузки (сосредоточенной).
Арматура, предназначена для восприятия сжимающих усилий, может быть расположена двумя способами. В первом случае рабочие стержни располагаются по направлению сжимающих усилий. Эта арматура работает совместно с бетоном непосредственно на сжатие. В балках сжатая арматура применяется, когда ограниченные размеры поперечного сечения. В колоннах и стойках такое расположение арматуры обычно; кроме продольных стержней, в них устанавливаются поперечные связи — хомуты, к-рые препятствуют выпучиванию продольных стержней при сжатии и этим повышают общее сопротивление элемента сжатию. По второму способу арматура для усиления сжатого бетона располагается перпендикулярно направлению сжимающей силы. Такая арматура препятствует поперечному расширению бетона и тем самым заставляет его работать в условиях всестороннего сжатия, когда сопротивление бетона сжатию сильно повышается. Поперечная арматура называемая также непрямой, укладывается в виде спирали из круглой стали или отд. кольцами. Во внецентренно сжатых элементах (стойках рам, арки, своды и др) арматура с одной стороны сечения работает на растяжение, с другой — на сжатие, но нередко арматура работает на сжатие с обеих сторон сечения.
Монолитные железобетонные конструкции. В зарубежной строит, практике широко распространены ребристые монолитные и безбалочные перекрытия; в СССР они применяются реже, в основном в пром. стр-ве. Если часть бетона, который находится в растянутой зоне толстой плиты и служащего главным образом для связи между растянутой арматурой и сжатой зоны сечения, удалить, оставив бетон только непосредственно над стержнями, к-рые свести в группы, то получится ребристая плита. Такая конструкция работает как плита или балка прямоугольного сечения, имеющий ширину ребристой плиты и полную ее высоту h. Ребристая плита экономичнее и обладает меньшим собственным весом, чем плита прямоугольного сечения, и, следовательно, при одинаковой полезной нагрузке подвергается меньшему воздействию изгибающего момента. Тонкие части плиты в промежутках между ребрами испытывают под нагрузкой также изгиб в другом направлении и должны быть оборудованы арматурой, перпендикулярной ребрам.
В ребристом перекрытии балки обычно идут в двух направлениях: главные — по линиям колонн; второстепенные, которые опираются на главные балки,- перпендикулярно им; плита, перекрывает балки, монолитно с ними связана. Арматура концентрируется в ребрах, где она значительно сильнее, чем в сплошной плите. Касательные и главные растягивающие напряжения, распределенные в обычной плите по значительной площади и не играют серьезной роли, здесь в балках (ребрах) имеют большое значение, так как воспринимаются меньшим сечением бетона. Это требует усиления ребер поперечной арматурой в виде хомутов и отогнутых стержней при армировании отд. стержнями или при сварных каркасах в виде поперечных стержней. В зависимости от ширины балки устанавливается один, два или три плоских каркаса (редко больше). В обычном ребристом перекрытии монолитная плита является балочной и при армировании ее отд. стержнями число их принимается от 5 до 14 на 1 пог. м. Плиты чаще армируются сварными сетками, причем армирование возможно непрерывное или раздельное.
местах в плите возникают главным образом перпендикулярные им напряжения. В таких плитах, как и в балочных, применяются сварные сетки, что значительно упрощает и ускоряет армирование.
Ребристые перекрытия с плитами, опертыми по контуру, если соотношение сторон плит, образованных пересечением балок, менее 1,5. Арматура таких плит в обоих направлениях будет рабочей. При этом стержни, параллельные балкам, возле них расположены реже, чем в середине плиты, поскольку в этих бетонная плита монолитно связана непосредственно с колоннами, верхняя часть (капитель) к-рых с этой целью расширяется образец гриба (за рубежом такие перекрытия называют грибовидными). Иногда для получения гладкого потолка, железобетонные капители заменяют скрытой в плите жесткой арматурой. В зависимости от размещения колонн перекрытия имеют квадратные или прямоугольные панели. Более экономичные квадратные панели. Пролеты редко превышают 6 же.
Среди монолитных железобетонных конструкций имеют большое значение различного рода тонкостенные пространственные покрытия. Нек-рые из них (цилиндрические, шедовые) легко выполняются в инвентарной передвижной опалубке. В скользящей и переставной опалубке осуществляются монолитные сил осы, водонапорные башни стаканного типа, заводские дымовые трубы, телевизионные башни и др. высотные сооружения.
Сборные железобетонные конструкции. По производству и применению сборного железобетона СССР ве Же. к. для промышленного и жилищного строительства. Периодически выпускаются каталоги унифицированных сборных Ж. к.
Осн. элементы сборного железобетона — плиты, балки и колонны — по форме и конструкции отличаются от монолитных. Наряду с небольшими плитами, широко используются большие панели, применение которых способствует макс, индустриализации стр-ва и лучшего использования подъемно-транспортных механизмов. Сборные железобетонные балки изготавливаются различных сечений — прямоугольные, тавровые с полкой сверху или снизу, полые, двутавровые, П-образные и др Наиболее распространенные однопролетные балки; неразрезные используются при ди — нампч. нагрузках и в сейсмич. стр-ве. Сборные балки обычно армируют сварными каркасами или нреднапряженной арматурой. Предельный вес элементов массового применения ограничивается кранов грузоподъемностью: жилищном стр-ве обычно 1,5, 3 и 5 /п, в промышленном — до 10 т, а в нек-рых случаях — до 40 т и более. Отд. элементы, как правило, соединяются при помощи дуговой электросварки металлических закладных частей (стальных листов, уголков, швеллеров или двутавров) или стержней арматуры с последующим обетонированием.
Применяются две схемы зданий с шагом колонн 6 и 12 ж при пролетах от 6 до 36 же. Железобетонные стойки бывают прямоугольного и двутаврового сечения, а при особенно большой высоте — двухветвенные (спаренные). Сборные фундаменты под стойки устраивают железобетонные ступенчатые — монолитные или сборные стаканного типа. Как поперечных несущих конструкций при пролетах от 12 до 24 м чаще всего используются железобетонные предварительно напряженные двускатные балки, а при пролетах до 36 м — железобетонные фермы. Большее распространение получили сегментные фермы с предварительно напряженным нижним поясом. Для зданий с плоской кровлей используются железобетонные фермы с параллельными поясами, в к-рых предварительному напряжению подвергаются нижний пояс и растянутые элементы решетки. По балкам или фермам укладываются предварительно напряженные ребристые панели размером (3 и 1,5) м X 6 м и (3 и 1,5) мв Х12 м или двухконсольные панели 3 мв Х12 м. При шаге колонн 12 м нередко в продольном направлении устанавливают железобетонные подстропильные конструкции для опирания на них промежуточных поперечных несущих ферм.
Наряду с плоскостными системами покрытий применяются выгодны в технико — экономическом отношении пространственные тонкостенные системы — различного рода оболочки и складки, сборные или сборно — монолитные. На рис. 7, а и б приведены схемы двух сборных большепролетных оболочек — пологой оболочки двоякой кривизны, что перекрывает площадь 40 мХ Х40 л и более, а также покрытия в виде бочарных сводов пролетом до 100 м. Главная особенность этих оболочек — сборные элементы (плоские или криволинейные) заводского изготовления, из к-рых покрытия собираются на месте. Кроме большепролетных оболочек, разрабатываются н внедряются сборные и сборно-монолитные оболочки различных размеров — цилиндрические длинные и короткие, оболочки в виде гиперболич. параболоидов, струящиеся из армоцемента и др. Для наружных стен при шаге колонн 6 м применяются панели размером 6 м X 1,2 и 6 л*X 1,8 л; при шаге 12 м целесообразно устанавливать предварительно напряженные панели длиной 12 м. В зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью от 5 до 30 т используются железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки пролетом 6 ж или 12 м.
В сборных многоэтажных пром. зданиях, в зависимости от характера произ-ва, нагрузок и условий изготовления конструкций, применяют балочную или безбалочную схему перекрытий. Для большинства производственных зданий установлена сетка колонн бмХбм и 9мХбм; при этом при нагрузке до 1000 кг/м2 рекомендуется преимущественное применение сетки 9л* X 6 м; при нагрузках 2000 и 2500 кг/м2 — 6жХ 6 м.
В зданиях схемы балочной с железобетонным каркасом и самонесущими стенами фундаменты, как правило, бывают монолитные железобетонные трехступенчатые, колонны квадратного или прямоугольного сечения с консолями, на к-рые укладывают сборные прогоны таврового сечения или, для лучшего использования высоты этажей, прямоугольного сечения с боковыми полочками; по прогонам укладывают ребристые или многопустотные настилы. В зданиях безбалочной схемы на колонны прямоугольного (или круглого) сечения с небольшими консолями устанавливают квадратные капители, на к-рые с четырех сторон укладывают надколонные плиты-балки с четвертями, а на них — средние квадратные плиты. Плиты — балки и квадратные плиты — сплошного сечения или многопустотные. Вес отд. элементов до 5 т. На время монтажа капители соединяются с колоннами с помощью сварки закладных деталей. Омоноличивание бетоном обеспечивает надежное соединение. Плиты-балки соединяются с капителями при помощи сварки стальных деталей.
Сборно-монолитные железобетонные конструкции менее индустриальны, чем сборные. Применять их целесообразно при больших динамических воздействиях от установок, при необходимости членения на элементы крупные сооружения, если при этом использование мощных кранов невыгодно, при наличии в перекрытиях многих проемов и отверстий, которые затрудняют применение типовых сборных элементов, и в ряде других случаев.
Часто в сборно-монолитных железобетонных конструкциях растянутую зону образуют сборные элементы служат опалубкой, а сжатую зону — обычный монолитный бетон или железобетон. Зимой бетонирования сборно-монолитных Же. к., как и монолитных, связано с некоторыми трудностями. Пример сборно-монолитного междуэтажного перекрытия. Со сборного таврового ирогона перекрытия выпускают кверху хомуты и после укладки сборных ребристых настилов и дополнительных стерж — предельных состояния: по несущей способности (прочности или устойчивости), по деформациям (жесткости) и по образованию трещин или предельного их раскрытию. Задача расчета сводится к обеспечению для данной конструкции гарантий против наступления в ней того или иного расчетного предельного состояния в период эксплуатации.
В связи с новыми взглядами на прочность конструкций и их предельное состояние и необходимостью унифицировать методы расчета конструкций из различных материалов метод расчета Же. к. в СССР был пересмотрен. При действовавшем ранее методе расчета на стадии разрушения с единым общим коэффициентом запаса не могли быть учтены возможные колебания фактических нагрузок, прочностных характеристик материалов, размеров сечений и пр. Более правильно оцениваются эти отклонения, а следовательно, и несущая способность конструкции при расчете по предельным состояниям. Различают три сопротивления, представляют собой нормативные сопротивления, умноженные на соответствующие коэффициенты однородности материалов и коэффициенты условий работы бетона и арматуры, а также коэффициент условий работы конструкции т и геометрической характеристики сечения S. При расчете несущей способности предельное состояние, например, изгибаемых элементов характеризуется восприятием полного усилия растянутой арматурой при полном использовании сопротивлений бетона и арматуры сжатой зоны. Эпюра сжимающих напряжений в бетоне принимается прямоугольной при напряжениях, равных расчетному сопротивлению бетона сжатию при изгибе RK и напряжение в арматуре, равной ее расчетному сопротивлению. Величины расчетных усилий (М, N и Q) в прочностных характеристик материалов (Ra и i?a). Величину расчетных усилий в сечениях элементов в большинстве случаев следовало бы определять с учетом пластич. деформаций. Однако применение этого расчета пока ограничена и во многих случаях статич. расчет производят, предполагая упругую работу конструкции.
За рубежом расчет железобетонных конструкций производится обычно по методу «упругого железобетона», то есть по типичным напряжением. Однако в социалистич. странах и в нек-рых капиталистич. (Австрия, Англия, Бразилия, США) в ряде случаев применяют также расчет на стадии разрушения. Метод расчета по предельным состояниям введен, например, в Венгрии.