Строительные конструкции

Строительной конструкцией называют укрупненный строительный элемент здания, сооружения или моста, изготовленный из строительных материалов и изделий.

Классифицируются строительные конструкции по назначению и строительному материалу.

По назначению бывают:

Несущие – те конструкции зданий и сооружений, которые выдерживают силовые нагрузки. Они обеспечивают их устойчивость и прочность, а также позволяют безопасно эксплуатировать постройку. К ним относят: несущие стены, колоны, фундаменты, перекрытия и покрытия и др.

Ограждающие – конструкции, которые ограничивают объем здания и разделяют его на отдельные функциональные помещения. Делят на: наружные (защищают от атмосферных воздействий) и внутренние (для обеспечения звукоизоляции и деления внутреннего пространства). К ограждающим конструкциям относят перегородки, самонесущие стены, заполнения проемов и т.д.

Виды конструкций ЖБИ по типу производства: 

Сборная – позволяет механизировать строительство, применять различные технологии и монтировать быстро, просто, качественно. 

Монолитная – используется в возведении монолитных сооружений (бетонных домов с несъемной опалубкой, тяжелых фундаментов, гидротехнических сооружений и т.д.). Сборно-монолитные конструкции – соединяются как бетоном, так и с применением сварки, объединяя оба метода.

Бетон – это искусственный строительный материал, получаемый в результате смешивания и затвердевания специально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, заполнителей различного размера и воды. Зачастую может содержать в своём составе специальные добавки.

Вяжущим элементом могут выступать:

цемент;

полимерцемент;

жидкое стекло.

Свойства бетона

Изначально это материал, обладающий грубой и неоднородной структурой. Однако производители по желанию заказчиков могут в процессе его изготовления задать необходимые свойства:

прочностные;

деформационные;

физические.

Арматурой называют стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с расчетом, конструктивными и производственными требованиями. Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают для восприятия растягивающих напряжений или усиления сжатого бетона. В качестве арматуры применяют в основном сталь. В ряде случаев возможно применение и других материалов, например стеклопластика, обладающего высокой прочностью, химической стойкостью. Однако этот материал значительно дороже стали и его целесообразно применять лишь в конструкциях, к которым предъявляются специальные требования коррозионной стойкости, электроизолирующей способности и немагнитности.

Виды арматуры. По назначению различают арматуру рабочую, устанавливаемую по расчету, конструктивную и монтажную, применяемые из конструктивных и технологических соображений. Конструктивная арматура воспринимает не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры, равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями и т.п.; монтажная обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, объединяет ее в каркасы и т.п. 

Под сцеплением понимают непрерывную связь между бетоном и арматурой по поверхности контакта этих материалов. В нагруженных железобетонных конструкциях благодаря сцеплению скольжения арматуры в бетоне не происходит.

Сцепление арматуры с бетоном является одним из наиболее важных фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его существование как строительного материала.

Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заделанных в бетоне .

При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления, которые, как показали исследования, распределяются по длине стержня неравномерно. Наибольшие их значения τ max действуют на некотором расстоянии от торца и не зависят от длины заделки стержня в бетоне.

Наибольшие расстояния между осями стержней продольной арматуры, определяемые эффективностью работы бетонного сечения, усиленного арматурой, должны быть:

в изгибаемых элементах - не более 400 мм, при этом площадь сечения конструктивно установленной арматуры должна быть не менее 0,15 % площади бетона b×h (где h расстояние между стержнями, b - половина ширины ребра элемента, но не более 200 мм);

в линейных внецентренно сжатых элементах - не более 500 мм в плоскости изгиба и не более 400 мм в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба.

В железобетонных стенах расстояния между стержнями вертикальной арматуры следует принимать не более двух толщин стены и не более 400 мм, а между стержнями горизонтальной арматуры- не более 400 мм.

В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на себе действие различных нагрузок. Внешние воздействия можно разделить на два вида: силовые и несиловые или воздействия среды.

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

постоянные – от собственного веса (массы) элементов здания, давления грунта на его подземные элементы;

временные (длительные) – от веса стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственного веса постоянных элементов здания (например, перегородок);

кратковременные – от веса (массы) подвижного оборудования (например, кранов в промышленных зданиях), людей, мебели, снега, от действия ветра;

особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварий оборудования и т.п.

Производство сборных железобетонных элементов наиболее эффективно в том случае, когда на заводе изготовляют серии однотипных элементов. Технологический процесс при этом совершенствуется, снижается трудоемкость изготовления и стоимость изделий, улучшается их качество. Отсюда вытекает важнейшее требование, чтобы число типов элементов в здании было ограниченным, а применение их — массовым (для возможно большего числа зданий различного назначения).

С этой целью элементы типизируют, т. е для каждого конструктивного элемента здания отбирают наиболее рациональный, проверенный на практике, тип конструкции с наилучшими по сравнению с другими решениями технико-экономическими показателями (расход материалов, масса, трудоемкость изготовления и монтажа, стоимость). Выбранный таким образом тип элемента принимают для массового изготовления.

Опыт типизации показывает, что для изгибаемых элементов, например панелей перекрытий, целесообразно при изменении их длины или действующей нагрузки сохранять размеры поперечного сечения, увеличивая лишь сечение арматуры. 

Многоэтажные здания с железобетонными несущими конструкциями по своему назначению разделяются на две основные категории:

многоэтажные промышленные;

многоэтажные жилищно-гражданские.

Промышленные здания с железобетонным каркасом редко встречаются высотой более 5-7 этажей или 40 м.

Предельная высота гражданских зданий с железобетонным каркасом определяется главным образом экономическими соображениями. Опыт строительства высотных зданий в Москве дает основание считать, что предел целесообразного применения железобетонных каркасов с жесткой арматурой может быть принят в 25 и даже 30 этажей. Однако этот предел условен и может меняться в зависимости от разных причин.

Балочные перекрытия бывают:

простые (балки укладываются, по балкам плиты перекрытия, обмоноличивание происходит сразу балок и плит перекрытия)

сложные (состоит из главных и второстепенных, по которым устраивают монолитное перекрытие, главные балки имеют высоту большую, чем второстепенные, гл. балки опираются на несущие конструкции-стены, колонны, второст. опираются на главные). Второстепенные балки рассчитываются по неразрезной схеме, т. е. в местах опирания момент действует в верхней части, а в пролете- в нижней.

кессоные(это сложное балочное перекрытие, у которого главные и второстепенные балки имеют одинаковую высоту)

Плитная часть при соотношении l/b≤2 рассчит. как плита опертая по контуру, при l/b≥2 – как балка.

Сталь – самый известный в мире сплав железа. По сути, говоря о железных конструкциях и предметах, мы говорим об изделиях (или их производстве) из той или иной стали. 99% сплава относится к категории конструкционных сталей, так что практически не существует инструментов или оборудования, где он бы ни использовался.

Главные привлекательные качества стали – высокая прочность при доступности сырья и относительно простом способе производства. Именно такая комбинация и ставит сплавы железа в позицию абсолютного лидера. На сегодня попросту не существует такой области народного хозяйства, где стали не занимали бы позицию конструкционного материала.

Железо и углерод – обязательные составляющие сплава. Из них железо обеспечивает пластичность и вязкость, благодаря чему сталь относят к деформируемым, ковким сплавам. А углерод – твердость и прочность, так как твердость всегда сочетается с хрупкостью. Добавка углерода невелика и даже в специализированных составах не превышает 3,4%.

Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по предельным состояниям.

Метод расчета по предельным состояниям впервые был разработан в Советском Союзе в 50-е годы. Целью метода является не допускать с определенной обеспеченностью наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего заданного срока службы конструкции здания или сооружения, а также при производстве работ.

Под предельными состояниями подразумевают такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ.

В строительных конструкциях применяют болты грубой, нормальной и повышенной прочности, высокопрочные, самонарезающие и фундаментные (анкерные). Болт для соединения конструкций имеет головку, гладкую часть стержня длиной, на 2—3 мм меньшей толщины соединяемого пакета, и нарезную часть стержня, на которую надевается шайба и навинчивается гайка.

Болтовые соединения. Различают несколько видов болтовых соединений. По числу поставленных болтов они разделяются на одноболтовые и многоболтовые, а по характеру передачи усилия в соединении от одного элемента к другому — на несдвигоустойчивые и сдвигоустойчивые (фрикционные).

Болтовые соединения на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением могут быть как фрикционными, так и фрикционно-срезными (часть усилия передается через трение поверхностей соединяемых элементов, а часть через смятие, как при неконтролируемом натяжении).

Система взаимоувязанных балок для совместной работы называется балочной клеткой. Балочная клетка применяется в покрытиях и перекрытиях зданий, рабочих площадок, в мостах и других инженерных сооружениях. Балочные клетки применяются для перекрытия площадей различной величины и конфигурации. Основное требование, предъявляемое к рациональному выбору балочной клетки,— максимальное использование несущей способности элементов при обеспечении требуемой жесткости конструкции.

В зависимости от взаимного расположения главных и вспомогательных балок различают три типа балочных клеток: балочная клетка упрощенного типа, нормального типа и усложненного типа. В балочной клетке упрощенного типа нагрузка передается с настила на один ряд балок, которые опираются на стены или колонны. Нормальный тип включает два вида балок: главные балки, которые опираются на стены или колонны и балки настила, которые опираются на главные балки и воспринимают нагрузку от настила. В усложненном типе добавляются вспомогательные балки, которые опираются на главные балки и служат опорами для балок настила.

Размеры деревянных элементов – бревен, брусьев или досок – ограничены сортаментом, как в отношении длины, так и в отношении поперечного сечения. Поэтому при возведении деревянных сооружений или конструкций приходится отдельные элементы соединять между собой по длине, в поперечном сечении, а также под углом.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды:

соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей (врубка);

соединения на механических связях;

соединения на клеях.