Строительные конструкции

1. Задачи расчета строительных конструкций. Основы расчета строительных конструкций и оснований по методу предельных состояний.

Предельное состояние – такое состояние, при котором конструкция теряет работоспособность или ее состояние становится нежелательной. Усилия вызывающие предельное состояние называются предельными. В соответствии с ГОСТ 27751-88 " Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету" предельные состояния подразделяются на две группы:

· первая группа включает предельные состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации конструкций, оснований (зданий или сооружений в целом) или к полной (частичной) потере несущей способности зданий и сооружений в целом;

· вторая группа включает предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (оснований) или уменьшающие долговечность зданий (сооружений) по сравнению с предусматриваемым сроком службы.

,

где – расчетное сопротивление по пределу текучести;

– предел текучести; – коэффициент надежности по материалу (γ С> 1);

– расчетное сопротивление по пределу прочности; – предел прочности;

– коэффициент условий работы (γ С < 1);

-коэффициент надежности для элементов конструкций, рассчитываемых на прочность с использованием расчетных сопротивлений Ru;

– площадь поперечного сечения растянутого (сжатого) элемента.

1. Классификация нагрузок, действующих на здания и сооружения. Виды нагрузок, их сочетание, коэффициенты безопасности.

Внешние воздействия на сооружения и конструкции состоят из постоянных нагрузок от веса конструкций и временных нагрузок, от веса оборудования и людей (полезной нагрузки), снеговой нагрузки, давления ветра, температурных и других воздействий.

Нагрузки от веса конструкций, а также установленные нормами величины полезной нагрузки, снеговой нагрузки, давления ветра и других внешних воздействий, которые могут иметь место при нормальной эксплуатации сооружения или оснований фундаментов, называются нормативными нагрузками.

Коэфициенты, учитывающие изменчивость нагрузок, в результате которой возникает возможность превышения их величин по сравнению с нормативными нагрузками, называются коэфициентами перегрузки (п).

Расчетные нагрузки представляют собой произведения нормативных нагрузок на коэфициенты перегрузки.

Все воздействия (силовые, температурные и пр.), в зависимости от вероятности их появления при работе сооружения, учитываются в следующих расчетных сочетаниях:

а) основные сочетания, которые для промышленных и гражданских зданий включают постоянно или регулярно действующие нагрузки, как то: собственный вес конструкций,

полезную нагрузку, нагрузку от транспорта, снеговую нагрузку;

б) дополнительные сочетания, состоящие из нагрузок, входящих в основные сочетания, с добавлением нерегулярно возникающих нагрузок, например от давления ветра или воздействия температуры;

в) особые сочетания, включающие основные сочетания, действие ветра и одно особое воздействие, т. е. воздействие аварийного характера, например сейсмическую нагрузку, на грузку при разрушении части сооружения и т. п.

При расчете конструкций на устойчивость против опрокидывания и скольжения коэффициент перегрузки для удерживающей нагрузки принимается равным п — 0, 9.

Проверка конструкций или оснований фундаментов по второму предельному состоянию производится по нормативным нагрузкам, т. е. коэфициент перегрузки принимается равным п= 1, 0.

1. Нормативное и расчетное сопротивление материалов и грунтов. Учет возможных отклонений от нормативных значений сопротивления материалов и грунтов. Понятие о коэффициенте надежности по материалу и грунту.

Нормативное сопротивление Rn — это установленное принятыми нормами предельное значение напряжений в материале. Нормативное сопротивление служит основной характеристикой сопротивления материалов различным силовым воздействиям. Оно обычно равно контрольной или браковочной характеристике, которая устанавливается соответствующими государственными стандартами на материалы. Нормами установлены и другие нормативные характеристики материалов (плотность, модуль упругости, коэффициент трения, сцепления, ползучести, усадки и др.), а для грунтов — угол внутреннего трения, удельного сцепления, модуля общей деформации.

Расчетное сопротивление материала R (или расчетная характеристика грунта) — это сопротивление, принимаемое при расчетах конструкций или оснований, которое получают делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу уm:

R = Rn/уm.

В расчетах по первой группе предельных состояний значение уm для любых материалов принимают не менее 1, 025. Особенности действительной работы и предельных состояний материалов, элементов и конструкций в целом, не отражаемые в расчетах прямым путем, но способные повлиять на несущую способность или деформативность конструкций, учитываются коэффициентами условий работы yd. В частности, этими коэффициентами оцениваются условия, характер и стадия работы элемента, способ его изготовления и прикрепления, размеры сечения, специфика данного вида конструкции или сооружения, влияние температуры, влажности и агрессивности среды и длительности воздействий, многократная повторяемость нагрузки, влияние приближенности расчетных схем ипринятых в расчете предпосылок и т. п. При благоприятных условиях работы коэффициент уd больше единицы, а при неблагоприятных — меньше единицы.

Коэффициент уd используют как множитель к расчетным сопротивлениям материалов, когда оценивают условия работы отдельных материалов элемента (например, в расчете на многократное приложение нагрузки расчетное сопротивление бетона Rb умножается на уь, а расчетное сопротивление арматуры Rs — на коэффициент уs), или как множитель непосредственно в формулу для расчета элемента при оценке условий работы элемента в целом (например, в формулу расчета короткой железобетонной консоли или в формулу расчета по раскрытию трещин внецентренно сжатой каменной кладки).

КОЭФФИЦИЕНТ НАДЕЖНОСТИ ПО МАТЕРИАЛУ-это коэффициент, который учитывает разброс свойств материалов и грунтов

1. Применение металлических конструкций в современном строительстве. Преиму­щества и недостатки металлоконструкций. Способы повышения их долговечности.

Основными достоинствами металлоконструкций по сравнению с конструкциями из других материалов являются надежность, легкость, непроницаемость, индустриальность, а также простота технического перевооружения, ремонта и реконструкции.

Надежность металлоконструкций обеспечивается близким соответствием характеристик стали нашим представлениям об идеальном упругом или упругопластическом изотропном материале, для которого строго сформулированы и обоснованы основные положения сопротивления материалов, теории упругости и строительной механики. Сталь имеет однородную мелкозернистую структуру с одинаковыми свойствами по всем направлениям, напряжения связаны с деформациями линейной зависимостью в большом диапазоне, а при некотором значении напряжений может быть реализована идеальная пластичность в виде площадки текучести. Все это соответствует гипотезам и допущениям, взятым за основу при разработке теоретических предпосылок расчета, поэтому расчет, построенный на таких предпосылках, в полной мере соответствует действительной работе металлических конструкций.

Легкость Из всех изготовляемых в настоящее время несущих конструкций металлические являются самыми легкими. За показатель легкости принимают отношение плотности материала к его прочности.

Непроницаемость Металлы обладают не только большой прочностью, но и высокой плотностью - непроницаемостью для газов и жидкостей. Плотность стали и ее соединений, осуществляемых с помощью сварки, является необходимым условием для изготовления резервуаров, газгольдеров, трубопроводов, различных сосудов и аппаратов.

Индустриальность Металлоконструкции изготовляют на заводах, оснащенных специальным оборудованием, а монтаж производят с использованием высокопроизводительной техники. Все это исключает или до минимума сокращает тяжелый ручной труд.

Ремонтопригодность Применительно к металлических конструкциям наиболее просто решаются вопросы усиления, технического перевооружения и реконструкции. С помощью сварки вы можете легко прикрепить к элементам существующего каркаса новое технологическое оборудование, при необходимости усилив эти элементы, что также делается достаточно просто.

Сохраняемостъ металлического фонда Металлические конструкции в результате физического и морального износа изымаются из эксплуатации, переплавляются и снова используются в народном хозяйстве.

Недостатками металлических конструкций являются их подверженность коррозии и сравнительно малая огнестойкость. Сталь, не защищенная от контакта с влагой, в сочетании с агрессивными газами, солями, пылью подвергается коррозии. При высоких температурах (для стали - 600°С, для алюминиевых сплавов - 300°С) металлоконструкции теряют свою несущую способность.

1. Строительные стали, марки сталей, действующие стандарты на строительные стали. Механические свойства сталей. Работа стали под нагрузкой.

Строительными сталями называют все незакаливающиеся стали. На строительную сталь, называемую также массовой сталью, приходится свыше 90% производства стали. Строительная сталь применяется для общественных целей, а также для деталей машин. Она изготавливается легированной и нелегированной.

Нелегированная строительная сталь называется обычной строительной сталью (основной сталью). Для ее применения основной характеристикой является прочность на растяжение. Так, например, Ст. 37 — это строительная сталь, прочность которой на растяжение в зависимости от толщины сечения составляет от 370 до 470 Н/мм2. Прочность стали на растяжение тем больше, чем выше содержание углерода. Однако стали с высоким содержанием углерода хуже обрабатываются.

сновные виды прокатных сталей, применяемых в строительстве, подразделяются:

- на сталь углеродистую (ГОСТ 380—6П);

- сталь углеродистую конверторную (ГОСТ 9543—60);

- сталь низколегированную (ГОСТ 5058—57);

- сталь углеродистую для заклепок марок Ст. 2 и Ст. 3 (ГОСТ 499—41)

- сталь легированную для заклепок (ГОСТ 6549—53).

Углеродистая сталь в зависимости от назначения и гарантируемых характеристик подразделяется:

Группа А — сталь, поставляемая по механическим свойствам, выпускается следующих марок: Ст. 0, Ст, 1. Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6 и Ст. 7. Способ ее изготовления указывается в сертификате и выбирается заводом.

Группа Б — сталь, поставляемая по химическому составу, выпускается следующих марок: мартеновская МСт. О, МСт. 1кп, МСт. 2кп, МСт. Зкп, МСт. 3, МСт. 4кп, МСт. 4, МСт. 5, ААСт. 6 и МСт. 7; бессемеровская Б Ст. О, БСт Зкп, Б Ст. 3, БСт 4кп, БСт 4, БСт. 5 и БСт. 6.

Подгруппа В — сталь, поставляемая по механическим свойствам с дополнительными требованиями по химическому составу, выпускается мартеновским способом следующих марок: ВСт. 2кп, ВСт. Зкп, ВСт 3, BCт 4кп, ВСт. 4 и ВСт. 5.

Сталь углеродистая конверторная выпускается по группам и маркам, аналогичным ГОСТ 380—60.

Основные показатели механических свойств стали: прочность, упругость и пластичность, склонность к хрупкому разрушению. Прочность материала определяется его сопротивляемостью внешним силовым воздействиям. Упругость есть свойство материала восстанавливать свое первоначальное состояние после снятия внешних силовых воздействий. Пластичность характеризует свойства материала получать остаточные деформации (не возвращаться в первоначальное состояние) после снятия внешних нагрузок. Хрупкость характеризуется разрушением материала при малых деформациях в пределах упругой работы.

В зависимости от механических свойств, вида и толщины проката, а также степени использования работы материала конструкционные стали подразделяют на 21 группу (табл. 51 и 52 СНиП П-23-81).

Важными механическими свойствами строительных сталей являются явления наклепа, старения, неравномерного распределения напряжений и усталости. Наклеп— это увеличение области упругой работы стали oadm> Ryn путем предшествующего растяжения выше предела текучести (9). При повторном нагружении стали она начинает работать упруго до допускаемого напряжения Oadm, однако при этом значительно повышается ее хрупкость.

1. Сварные соединения как основной вид соединения, применяемый при изготовлении стальных конструкций. Типы электродов, виды сварных соединений и типы сварных швов.

Типы электродов

При дуговой сварке плавлением применяют плавящиеся электроды, выполненные из холоднотянутой калиброванной или горячекатаной проволоки диаметром 0, 3–12 мм, или порошковой проволоки. В качестве электродов используют также электродные ленты и пластины.

Электроды классифицируют по материалу, назначению для сварки определенных сталей, по толщине покрытия, нанесенного на стержень, видам покрытия, характеру шлака, образующегося при расплавлении, техническим свойствам металла шва и пр.

На все электроды наносится определенный состав – покрытие. Общее назначение электродных покрытий – обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение металла шва с заранее заданными свойствами. Наиболее важными свойствами являются пластичность, прочность, ударная вязкость, стойкость против коррозии.

Применяются следующие типы сварных соединений (рис. 1): стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые, торцовые.

Стыковое сварное соединение — сварное соединение двух элементов конструкции, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями.

Нахлесточное сварное соединение — сварное соединение двух элементов конструкции, в котором сварные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

Тавровое сварное соединение — сварное соединение, в котором торец одного элемента конструкции примыкает под углом к боковой поверхности другого элемента.

Угловое сварное соединение — сварное соединение двух элементов конструкции, примыкающих под углом друг к другу.

Торцовое сварное соединение — сварное соединение двух элементов конструкции, в котором их боковые поверхности примыкают друг к другу, а свариваемые торцы расположены рядом.

Сварной шов — участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла электрода и основного металла при сварке.

Сварные швы могут быть, стыковыми и угловыми (рис. 2).

Стыковой сварной шов — сварной шов стыкового соединения.

Угловой сварной шов — сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединения.

Сварной шов торцового сварного соединения можно назвать швом на линии примыкания торцов двух плоскостей.

Основные виды сварных швов по положению в пространстве (рис. 2): нижний, нижний в лодочку, горизонтальный на вертикальной плоскости, вертикальный, потолочный.

Стыковые швы по форме их наружной поверхности по отношению к прилегающей поверхности конструкции могут быть нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми.

Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как у них нет резкого перехода от основного металла к металлу шва.

Соединения с выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках, но они неэкономичны из-за большого расхода электродов.

Сварные швы подразделяются также на рабочие, непосредственно воспринимающие нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для соединения деталей конструкции.

1. Болтовые соединения стальных конструкций, область их применения. Особенности работы, расчета и конструирования болтовых соединений.

Болтовые соединения стальных конструкций в зависимости от конструктивного решения соединения и воспринимаемых нагрузок выполняют на болтах грубой, нормальной и повышенной точности и на высокопрочных болтах. Болты грубой и нормальной точности не применяют в соединениях, работающих на срез.

Отверстия под такие соединения сверлят или продавливают. Диаметр отверстия больше диаметра болта на 2...3 мм, что значительно упрощает сборку соединений. Но при этом значительно возрастает деформативность соединения, поэтому болты грубой и нормальной точности применяют для фиксации соединений непосредственного опирания одного элемента на другой, в узлах передачи усилий через опорный столик, в виде планок, а также во фланцевых соединениях.

Соединения на болтах повышенной точности применяют вместо заклепок в труднодоступных местах, где практически невозможно ставить заклепки. Диаметр отверстия в соединениях на таких болтах может быть больше диаметра болтов не более, чем на 0, 3 мм. Минусовой допуск для отверстий не допускается. Болты в таких точных отверстиях сидят плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы.

Соединения на высокопрочных болтах сочетают в себе простоту установки, высокую несущую способность и малую деформативность. Они сдвигоустойчивы и могут заменять заклепки и болты повышенной прочности практически во всех случаях.

Сборка болтовых соединений на монтажной площадке включает следующие операции:

- подготовка стыкуемых поверхностей;

- совмещение отверстий под болты;

- стяжка пакега соединяемых элементов стыка;

- рассверловка отверстий до проектного диаметра и установка постоянных болтов.

Подготовка стыкуемых поверхностей заключается в очистке их от ржавчины, грязи, масла, пыли, выправлении неровностей. Спиливают или срубают заусеницы на кромках деталей и отверстий.

Совмещение отверстий всех соединяемых элементов достигают при помощи проходных оправок, диаметр которых немного меньше диаметра отверстия. Оправку забивают в отверстия, благодаря этому они совмещаются. Стяжка должна обеспечить необходимую плотность пакета соединяемых элементов. Пакет стягивают временными или постоянными сборочными болтами; после затяжки очередного болта дополнительно подтягивают предыдущий. Необходимую плотность собираемого пакета можно обеспечить при установке болтов в следующем порядке: первый болт ставится в центре, последующие - равномерно от середины к краям поля.

Установка постоянных болтов начинается после выверки конструкции. Болты ставят в той же последовательности, что и при стяжке пакета. Длины и диаметры болтов оговариваются проектом.

Гайки высокопрочных болтов затягивают тарировочным ключом, позволяющим контролировать и регулировать силу натяжения болтов. Для того чтобы болты выдерживали большие усилия затяжки, их изготовляют из специальных сталей и подвергают термической обработке. Болты позволяют иметь более плотное и монолитное соединение. Под действием сдвигающих сил между соединяемыми элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.

Окончательно высокопрочные болты затягивают на проектное усилие после проверки геометрических размеров собранных конструкций. Заданное натяжение болтов обеспечивается одним из следующих способов регулирования усилий: по углу поворота гайки; по осевому натяжению болта; по моменту закручивания ключом индикаторного типа; по числу ударов гайковерта.

1. Расчет и подбор сечения стальной прокатной балки.

Прокатные балки применяют для перекрытия небольших пространств конструктивными элементами ограниченной несущей способности, что связано с имеющейся номенклатурой выпускаемых прокатных профилей.

1. Подбор сечения

Исходными данными для подбора сечения прокатной балки являются геометрические и силовые параметры, а также дополнительные факторы. Геометрические параметры – это схема расположения балок, их пролёт и шаг; силовые – это интенсивность постоянной и технологической нагрузок. К дополнительным факторам относятся условия эксплуатации, тип профиля поперечного сечения и др.

Проектирование и расчёт начинают с анализа предполагаемой конструктивной схемы сооружения или его фрагмента. В результате формируется расчётная схема балки с указанием типов, мест приложения и интенсивности нагрузок. Далее определяют расчётные усилия в форме изгибающих моментов и перерезывающих сил.

При изгибе балки в одной плоскости и упругой работе стали номер прокатного профиля определяют по требуемому моменту сопротивления

где Ry – расчётное сопротивление стали (приложение №1);

γ с – коэффициент условий работы.

В соответствии с принятым типом сечения (двутавр, швеллер и др.) по сортаменту выбирают ближайший номер профиля, у которого W > Wreq. Принимая во внимание, что при определнии расчётных усилий нагрузка от собственного веса балки либо í è å учитывалась, либо принималась приблизительно, следует выполнить кооректировку расчёта с учётом собственного веса балки

При учёте развития пластических деформаций для балок из стали с пределом текучести до 530 МПа расчёт можно выполнять по формуле

где коэффициент с1, учитывающий развитие пластических деформаций, в учебных целях можно принять равным 1, 12.

2. Проверка назначенного сечения

Проверки несущей способности и деформативности балки по первой и второй группам предельных состояний следует выполнять по уточнённым нагрузкам и фактическим геометрическим характеристикам.

Проверки на прочность выполняют в точках, где развиваются наибольшие в пределах балки нормальные или касательные напряжения. Как правило, это сечения с максимальным моментом, с максимальной поперечной силой, а также сечения, где приложены сосредоточенные внешние силы.

Проверку на прочность выполняют по следующим формулам:

В сечениях с M = Mmax

при учёте пластических деформаций следует учесть коэффициент c1:

В сечениях с Q = Qmax

Для балок, рассчитываемых с учётом пластических деформаций,

а также в опорных сечениях балок

где t и h – толщина и высота стенки балки.

Если проверки на прочность не удовлетворяются, то необходимо принять следующий профиль по сортаменту и выполнить проверки вновь.

1. Расчет и подбор сечения стальной (сварной) балки.

Все балки имеют свои классификации, основанные на четких параметрах. Учитываются такие факторы: назначение, технология изготовления, технические данные, грани полок, их расположение и ширина. По типу они делятся на разрезные и неразрезные. Также есть балки, у которых полки размещены параллельно. Они бывают широкополочными, нормальными и колонными.

Еще одним критерием различия балок служит их длина. Существует 5 видов: мерные; кратные мерные; мерные с учетом 5% остатка от общей массы партии; кратные мерные с учетом 5% остатка от общей массы партии; балки немерные.

В отдельную группу отнесены балки, которые производятся из металла с покрытием из цинка. Такое покрытие делает профили хорошо защищенными от воздействия коррозии, что продлевает срок службы всей системы в целом. Эти профили часто применяются как каркас для многоэтажных зданий, для изготовления ворот, оконных рам, навесных фасадов и т.д.

Маркировки балок

Каждый тип балок имеет свой ГОСТ и маркировку, что позволяет безошибочно находить нужную продукцию. Однако следует четко в них разбираться.

Важно! Все типы балок делятся на разновидности.

Сварные балки существуют двух типов: для шахт (С) и для подвесных путей (М). Прокатка бывает высокоточной (А) и стандартной точности (В). По желанию заказчика балки делаются длиной от 4 до 13 метров.

1. Расчет и конструирование стальных ферм.

Расчет ферм производится в соответствии с требованиями, изложенными в СНиП П-23-81* " Стальные конструкции", СНиП 2.01.07-85 " Нагрузки и воздействия".

Стропильные фермы рассчитываются на нагрузки, которые определяются для каждого конкретного случая индивидуально. На фермы могут действовать постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся масса покрытия (кровли), собственная масса фермы с учетом массы связей, распорок, прогонов, фонарей.

Временные нагрузки - это масса технологического оборудования и трубопроводов, подвесного транспорта, снеговая и ветровая нагрузки (иногда учитывается вес отложений производственной пыли).

При строительстве в сейсмически опасных зонах добавляются сейсмические воздействия.

Снеговая нагрузка определяется с использованием обязательного приложения 3 [24], в зависимости от конкретного профиля покрытия, наличия фонарей, количества пролетов, размера уклона кровли. При расчете ферм на снеговую нагрузку следует учитывать одностороннее загружение, что является существенным для средних раскосов.

Ветровая нагрузка учитывается при уклоне кровли более 30°.

При расчете ферм ветровая нагрузка на фонарь не принимается во внимание, так как оказывает незначительное влияние. Часто в случае крепления стеновых панелей к опорной стойке ветровую нагрузку прикладывают к поясам фермы. Нагрузки вычисляются с учетом коэффициента надежности по назначению yn.

Если ферма жестко опирается на колонны, дополнительно учитывается изгибающий момент, который раскладывается на горизонтальные составляющие. Усилия от опорных моментов складываются с расчетными усилиями, если они догружают стержень.

1. Понятие о металлическом каркасе промышленного здания. Основные размеры каркаса, сетка колонн. Поперечные рамы, связи каркаса (вертикальные и горизон­тальные).

Одна из распространенных конструктивных систем гражданских и промышленных зданий - пространственно стоечно-балочная, или каркасная, система. Каркас обычно выполняется из сборного железобетона. Металлический каркас используется в промышленном и гидромелиоративном строительстве в зданиях с особо тяжелыми нагрузками, увеличенными пролетами и высотами или при особых условиях строительства и эксплуатации.

Полный каркас применяется в зданиях любой этажности. Основные элементы каркаса выявляются в зависимости от схемы его разрезки и представляют собой стойки (колонны) и балки (ригели). Стойки могут быть высотой на один, два и более этажей. Стыки стоек с ригелями могут осуществляться в плоскости колонн или быть выдвинутыми в пролет в зону наименьшего момента. В последнем случае колонны имеют консоли. Можно укрупнить элементы каркаса в П-образные рамы. При этом сокращается число монтируемых элементов и стыков, но возникают неудобства при изготовлении и транспортировании крупногабаритных элементов.

В гражданских зданиях (учебных, лечебных, административных и др.) и сходных по назначению производственных зданиях (административно-бытовых комплексах) применяются связевые каркасы, состоящие из колонн, ригелей, ригелей-распорок, настилов-распорок, панелей перекрытий, диафрагм жесткости, панелей наружных стен ленточной разрезки и стаканов сборных фундаментов. Колонны здесь имеют скрытые консоли, что уменьшает высоту выступающего в помещение ригеля и тем улучшается интерьер. Колонны проектируют высотой в один-два этажа. Стыки колонн располагают на высоте 0, 7 м над перекрытием.

Ригели имеют тавровое поперечное сечение. Низ ригеля имеет полки для опирания настилов перекрытия. Ригели-распорки и настилы-распорки обеспечивают жесткость каркаса из плоскости рам. Кроме того, наличие настилов-распорок корытообразной формы позволяет пропускать через перекрытие инженерные коммуникации (трубопроводы, каналы).

В зависимости от назначения здания каркасы можно компоновать с продольным и поперечным расположением. Панели наружных стен крепят в двух уровнях - поверху к колоннам и понизу к ригелю. В промышленных одноэтажных зданиях основными элементами каркаса являются колонны, несущие элементы покрытия (балки, фермы и др.), подкрановые балки и специальные связевые элементы. Колонны совместно с несущими элементами покрытия образовывают попе речные рамы, устойчивость которых из плоскости обеспечивается действующей системой связей.

Колонны применяются двух основных типов: с консолями для пролетов с мостовыми кранами и без консолей для бескрановых пролетов.

В зависимости от высоты здания, пролетай грузоподъемности крана колонны могут быть сплошного или сквозного сечения (двухветвевые).

Несущие элементы покрытия проектируют в виде плоских линейных (фермы, балки) или пространственных элементов (оболочки, своды). Унифицированные конструкции балок применяют для пролётов до 18 м. Они бывают одно и двухскатными, таврового и двутаврового сечения. Для уменьшения их массы в стенках балок устраивают сквозные отверстия.

Фермы применяют для пролетов более 18 м. Они бывают полигональными, сегментными и с параллельными поясами. Сейчас широко применяют сегментные фермы с безраскосной решеткой. При шаге колонн 12 или 18 м, превышающем длину стандартных плит покрытия, применяют подстропильные конструкции, служащие для опирания на них промежуточных ферм покрытия.

Подкрановые балки используются для передвижения по ним мостовых кранов. Одновременно они выполняют роль продольных связей между рамами. При грузоподъемности кранов до 30 т применяются железобетонные подкрановые балки, при большей грузоподъемности - металлические. Балки имеют тавровое поперечное сечение при шаге колонн 6 м и двутавровое при шаге колонн 12 м.

Пространственная жесткость каркаса

Пространственная жесткость каркаса обеспечивается системой горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальными связями служат плиты верхним поясам ферм, в крайних пролетах температурного блока (длина блока 72, ширина 114 м). Вертикальные связи (крестовые или портальные) устанавливают в середине температурного блока между колоннами в продольных рядах.

В промышленных многоэтажных зданиях применяют полные железобетонные каркасы балочного или безбалочного типа.- У балочного каркаса рамно-связевой системы устойчивость в продольном направлении обеспечивается портальными или крестовыми связями, которые устанавливают в середине температурного блока в каждом продольном ряду колонн. Вместо портальных связей в крайних шагах температурного блока можно устанавливать продольные ригели.

Колонны имеют трапециевидные консоли для опирания ригелей. Ригели могут быть прямоугольного или таврового поперечного сечения. Ригели с прямоугольным сечением с опиранием плит перекрытия на верхнюю полку применяют только при больших нагрузках на перекрытие. Жест-Кость узлов сопряжения ригеля с колонной обеспечивается сваркой выпусков верхней арматуры ригелей со стержнями, пропущенными через тело колонны, а также сваркой закладных деталей ригеля и консоли.

Система безбалочного каркаса рамная, что позволяет укрупнить монтажные единицы и увеличить полезную высоту помещений. Отсутствие выступающих внутри помещений балок повышает их гигиеничность. Каркас состоит из колонн с уширенной круговой консолью и межколонных пролетных панелей.

1. Нагрузки, действующие на каркас промышленного здания. Расчетная схема перечного сечения каркаса.

Основные нагрузки, действующие на каркас многоэтажного здания: вертикальные — постоянные равномерно распределенные от собственной массы конструкций каркаса и междуэтажного перекрытия; временные— равномерно распределенные от оборудования и людей; постоянные и временные, сосредоточенные от машин, оборудования и т.п. (для промышленных этажерок); горизонтальные — неравномерно распределенные от ветра; сейсмические.

Стальной каркас многоэтажного здания или сооружения рассчитывают на несущую способность по предельному состоянию первой группы и жесткость по предельному состоянию второй группы. В рамных каркасах, имеющих жесткое сопряжение ригеля с колоннами, все элементы каркаса одновременно включаются в работу по восприятию горизонтальных нагрузок, приложенных в любом месте пространственной рамы. При этом горизонтальные ветровые нагрузки, воспринимаемые наружными стенами, передаются перекрытиями на все рамы каркаса. В связевых системах ригели и колонны воспринимают только вертикальные нагрузки, а горизонтальные нагрузки воспринимаются вертикальными связевыми фермами, расположенными как в плоскости наружного ограждения, так и по внутренним осям здания.

При расчете каркаса многоэтажного здания или сооружения вертикальные постоянные и временные нагрузки приводят к линейным равномерно распределенным или сосредоточенным нагрузкам на балки перекрытия с учетом их нормативных значений и коэффициентов перегрузки. Горизонтальную нагрузку от ветра определяют по нижеследующим приближенным формулам

Статический расчет каркаса при связевой схем предусматривает расчленение пространственной конструкции на отдельные плоские системы, работающие, как правило, в поперечном направлении. Расчетная схема представляет собой многоэтажную раму с шарнирным сопряжением ригелей с колоннами, и со связевой фермой в одном из пролетов.

Расчетная схема каркаса должна приниматься с учетом особенностей действительной работы. В необходимых случаях для уточнения расчетной схемы целесообразно использовать результаты испытаний. Проверочные расчеты элементов конструкций и их соединений выполняются с учетом обнаруженных дефектов и повреждений и коррозионного износа. Непосредственный учет в расчетах дефектов и повреждений позволяет в некоторых случаях повысить коэффициент условий работы.

1. Стальные колонны, область их применения. Виды колонн в зависимости от схемы приложения нагрузки. Основные части колонн, их назначение.

Колонны одноэтажных зданий могут быть классифицированы в зависимости от характера изменения поперечного сечения по длине, характера конструкции, видa соединений заводских элементов и конструктивной схемы. Колонны бывают с постоянным сечением и с переменным — ступенчатые. Колонны с постоянным сечением рекомендуется применять в зданиях без мостовых кранов, в зданиях с кранами грузоподъемностью до 10 т включительно (с опиранием подкрановых балок на консоли колонн), для отдельных ветвей колонн раздельного типа, во всех случаях, когда колонны могут быть выполнены из одного прокатного профиля, и для рабочих площадок. В остальных случаях, как правило, применяются ступенчатые колонны.

По характеру конструкции различают колонны сплошные, имеющие сплошную стенку между поясами, и сквозные, в которых пояса ветвей соединены друг с другом решеткой или планками. Сплошные колонны рекомендуется применять при центральном сжатии или при очень малых эксцентрицитетах продольной силы в случаях, когда площадь сечения стенки может быть достаточно полно использована для работы на эту силу, а также при любых силовых воздействиях, когда высота сечений колонн ограничена (порядка 600—800 мм). В остальных случаях рекомендуется проектировать сквозные колонны, которые более экономичны по затрате металла, однако трудоемкость их изготовления несколько больше, чем сплошных, в особенности при применении автоматической сварки. Широкое применение имеют также колонны смешанного типа, в которых верхние (надкрановые) участки, вследствие ограниченных габаритов, выполняются сплошными, а нижние — сквозными. К колоннам такого типа относится большинство ступенчатых колонн одноэтажных промышленных зданий.

1. Прочность бетона, факторы, влияющие на него. Классы и марки бетона. Нормативные и расчетные характеристики бетонов. Область применения бетона.

Бетон и железобетонные изделия давно и уверенно занимают одно из ведущих мест среди строительных материалов. Это обусловлено рядом преимуществ:

· Большая несущая способность, что позволяет использовать в многоэтажном и особо ответственном строительстве;

· Относительная дешевизна;

· Простота и скорость монтажа;

· Высокие показатели морозостойкости и водонепроницаемости;

· Использование различных наполнителей позволяет создавать бетон с уникальными характеристиками по прочности и теплопроводности.

В общем случае бетон состоит из следующих компонентов:

- цемент,

- вода,

- мелкий заполнитель (песок),

- крупный заполнитель (щебень, керамзит и т.д.).

При соприкосновении вода и цемент вступают в химическую реакцию, в результате которой образуется своеобразный гель. В процессе перемешивания бетонной смеси этот гель обволакивает отдельные зерна заполнителей, постепенно твердеет и образует цементный камень, скрепляющий зерна мелких и крупных заполнителей в монолитный материал - бетон.

Существует несколько признаков, по которым бетон делят на классы. Наиболее важные из них:

- средняя плотность;

- вид заполнителя.

В производстве железобетонных изделий в основном применяют тяжелый бетон (т.е. с плотностью от 2200 и до 2500 кг/м3 на плотных заполнителях) и бетон на пористых заполнителях (т.е. облегченный или легкий с плотностью от 500 до 2200 кг/м3 с пористым заполнителем: керамзит, пемза и т.д.). Легкий бетон как правило, имея меньшую несущую способность, обладает меньшей теплопроводностью, что позволяет его использовать для создания стеновых материалов для «теплых» помещений, как например, стеновые блоки «Бессер».

Основные характеристики бетона:

- прочность на сжатие;

- морозостойкость;

- влагостойкость.

Марка бетона

Проектная марка бетона на осевое сжатие (М, кгс/см2) - временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 15 см, испытанных через 28 дней хранения при температуре 20 °С. На практике кубики, изготовленные из того же бетона, что и изделия, кладут вместе с ними в пропарочную камеру на 12 часов (на ночь), что соответствует нахождению в обычной среде (20 °С) в течении 28 дней, а затем ставят под пресс для выяснения реальной прочности бетона. Различают следующие марки бетона по мере возрастания прочности: М-100, М-150, М-200, М-250, М-300, М-350, М-400, М-450, М-500, М-600, М-700, М-800. На заводах чаще всего выпускают бетон марок от 100 до 400, так как более прочные марки в строительстве применяются очень редко.

Для конструкций, подвергающихся многократному замораживанию и оттаиванию в районах строительства с низкой температурой, а также для открытых конструкций в местностях с частой сменой морозов и оттепелей устанавливают проектную марку бетона по морозостойкости - от W-25 до W-500 по числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии без потери прочности.

Для конструкций, работающих под давлением воды (резервуары, напорные трубы и т.д.) устанавливается проектная марка бетона по водонепроницаемости - от В-2 до В-12 по предельному давлению воды, при котором еще не наблюдается просачивание ее через испытываемый образец.

1. Арматура железобетонных конструкций. Классы арматурной стали. Механические свойства арматурных сталей. Нормативные и расчетные характеристики. Арматурные изделия. Стыки арматуры.

По функциональному назначению арматура подразделяется на рабочую, конструктивную (распределительную) и монтажную. Рабочая арматура воспринимает усилия, возникающие под действием нагрузок на конструкцию и ее собственной массы. Количество арматуры рассчитывают в соответствии с этими нагрузками. В зависимости от ориентации в железобетонной конструкции рабочая арматура может быть продольной или поперечной.

Продольная рабочая арматура воспринимает усилия растяжения или сжатия, действующие по продольной оси элемента. Например, в изображенной на 55 балке, опирающейся по концам, продольная рабочая арматура выполнена из стержней 2, 3, 5, которые сопротивляются растягивающим усилиям в нижней зоне конструкции. Для восприятия усилий, действующих при изгибе под углом 45° к продольной оси балки, стержни 2 и 3 отгибают. В колоннах продольную арматуру устанавливают для повышения сопротивляемости усилиям сжатия.

Поперечная арматура воспринимает усилия, действующие поперек оси балки. Такую арматуру выполняют в виде хомутов либо расположенных поперечно отрезков стержней в сварных каркасах и сетках.

Конструктивная (распределительная) арматура обеспечивает цельность конструкции, учитываемой при расчете прочности, а также в распределении действия сосредоточенных сил или ударной нагрузки на большую площадь. Стержни рабочей и распределительной арматуры сваривают либо связывают в единый пространственный каркас или плоские сетки. Иногда распределительную арматуру используют для того, чтобы придать арматурному каркасу необходимую жесткость.

Конструктивная арматура служит для восприятия таких усилий, на которые конструкцию не рассчитывают. В частности, сюда относятся усилия от усадки бетона, температурных деформаций. Конструктивную арматуру обязательно устанавливают в местах резкого изменения сечения конструкций, где происходит концентрация напряжений.

1. Железобетон. Совместная работа арматуры и бетона. Сцепление арматуры с бе­тоном. Коррозия бетона и меры защиты от нее. Плотность железобетона, защитный слой.

Железобетоном называется конструктивное соединение из бетона и стальной арматуры, в котором они работают как единое целое, воспринимая усилия в соответствии со своими свойствами.

Характерным свойством бетона является хорошая сопротивляемость сжатию и плохая растяжению. Прочность бетона на растяжение в 8-15 раз меньше, чем на сжатие. Даже при небольших растягивающих усилиях в бетоне возникают трещины. Сталь же хорошо сопротивляется растяжению. Это свойство стали используется в железобетонных конструкциях для восприятия растягивающих усилий, возникающих при изгибе в растянутой зоне балок и плит или в растянутых частях железобетонных ферм, растянутых стенках резервуароз и других конструкций.

Стальная арматура закладывается в тех местах сечения железобетонной конструкции, где под влиянием нагрузок может возникнуть растяжение или могут образоваться трещины в бетоне. Так как прочность стали и на сжатие значительно выше прочности бетона, то стальную арматуру в некоторых случаях закладывают и в сжатые части конструкции для увеличения прочности.

На рисунке показаны схемы работы балок, под действием нагрузки балка начинает изгибаться. При изгибе верхняя часть балки сжимается, а нижняя растягивается. Если такую балку сделать из неармированного бетона, то в нижней растянутой части появится трещина, которая будет быстро увеличиваться и балка разрушится. Если в такую же балку заложить стальную арматуру, балку сделать железобетонной то сопротивление балки разрушению увеличится во много раз, поскольку растяжение воспримут на себя стальные стержни, а на сжатие будет работать бетон.

Для того чтобы железобетонная конструкция сопротивлялась действию нагрузок, должна быть обеспечена совместная работа стали и бетона. Совместная работа этих двух материалов достигается надежным сцеплением стали и бетона, которое происходит во время твердения бетонной смеси. При недостаточном сцеплении стальные стержни арматуры будут скользить в бетоне, нарушится совместная работа арматуры и бетона и конструкция разрушится.

Чтобы улучшить сцепление арматуры с бетоном, на поверхности стальных стержней во время их проката наносят выступы (сталь периодического профиля). Выступы можно также наносить путем сплющивания гладких стальных стержней в двух взаимно перпендикулярных направлениях на специальных станках.

Для увеличения сцепления с бетоном гладких арматурных стержней на их концах устраивают крюки. Сварные арматурные сетки и каркасы обладают повышенным сцеплением с бетоном, так как ни один стержень не может сдвинуться в бетоне без того, чтобы не разрушить несколько сварных узлов.

Грязь и ржавчина ухудшают сцепление арматуры с бетоном, поэтому арматуру перед употреблением необходимо очищать от грязи и отслаивающейся ржавчины.

1. Стадии напряженно-деформированного состояния. Возможные случаи расчета изгибаемых элементов по нормальным сечениям.

Стадии напряженно-деформированного состояния железобетона - развиваются при постепенном увеличении внешней нагрузки. Различают три характерные стадии; 1 – до появления трещин в бетоне растянутой зоны, растяги-вающие усилия в местах, где образовались трещины, вос-принимаются арматурой и бетоном совместно; 2 – после появления трещин в бетоне растянутой зоны; растягиваю-щие усилия в местах, где образовались трещины, воспри-нимаются арматурой и участком бетона над трещиной, а на участках между трещинами – арматурой и бетоном совме-стно; 3 – стадия разрушения, когда за короткий период на-пряжения в растянутой арматуре достигают физического или условного предела текучести – временного сопротив-ления, а напряжения в бетоне сжатой зоны – временного сопротивления сжатию. В зависимости от степени армиро-вания элемента последовательность разрушения растяну-той и сжатой зон может изменяться

1. Возможные случаи разрушения элементов по наклонному сечению и причины, вызывающие его.

От действия внешних нагрузок в изгибаемых элементах вблизи опор образуются наклонные трещины. Образование их обусловливается совместным действием изгибающего момента и поперечной силы. С образованием наклонной трещины балка разделяется на части, соединенные бетоном в сжатой зоне, и арматурой, пересекающей наклонную трещину. Разрушение изгибаемого элемента по наклонному сечению происходит по одному из трех возможных случаев.

Под действием изгибающего момента главные растягивающие напряжения преодолевают сопротивление бетона на осевое растяжение Rbt, ser в результате чего образуется наклонная трещина с максимальным раскрытием в растянутой зоне. Выключается из работы бетон растянутой зоны, и все растягивающие усилия воспринимаются продольной и поперечной арматурой. Происходит взаимный поворот обеих частей балки вокруг общего шарнира, расположенного в сжатой зоне сечения в точке D. С развитием трещины арматура «течет» (разрывается) или при слабом заанкеривании выдергивается. Сжатая зона сечения сокращается по высоте и разрушается.

При наличии достаточно мощной и хорошо заанкеренной рабочей арматуры, препятствующей взаимному повороту обеих частей, бетон разрушается над трещиной до достижения текучести продольной арматуры. При этом напряжения достигают также предела текучести и в хомутах и отогнутых стержнях, пересекающих наклонную трещину.

При малой ширине сечения изгибаемых элементов(тавровое, двутавровое, коробчатое сечение) они могут разрушаться в зоне действия поперечных сил из-за раздробления бетона стенки между наклонными трещинами от главных сжимающих напряжений.

При действии изгибающего момента в случае недостаточности прочности наклонного сечения разрушение идет в соответствии со случаем 1, а разрушение по случаю 2 происходит при действии поперечной силы. Рассмотренным случаям разрушения соответствуют два условия прочности, обеспечивающие для любого наклонного сечения равновесие внешних и внутренних сил в предельном состоянии. Разрушение изгибаемых элементов по наклонным сечениям - это следствие совместного действия изгибающего момента М и поперечной силы Q, но в соответствии с нормами проектирования расчет ведут раздельно на сжатие в полосе бетона стенки балки, между наклонными трещинами, на действие поперечной силы и на действие изгибающего момента.

1. Причины образования трещин в железобетонных элементах. Требования к трещиностойкости конструкций.

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 (dcrci — непродолжительная и аСга продолжительная), 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 работы конструкции и вида арматуры должны отвечать требованиям второй или третьей категории. Конструкции без предварительного напряжения, армированные стержневой арматурой

1. Понятие о расчете по образованию трещин. Цель расчета, условия, определяющие его необходимость. Предельно допустимая ширина раскрытия трещин.

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 допускается.

1. Расчет по деформациям. Виды железобетонных конструкций, рассчитываемых по деформациям. Предельно допустимые прогибы железобетонных элементов. Расчет деформаций изгибаемых элементов при отсутствии трещин в растянутой зоне.

Расчет элементов железобетонных конструкции по деформациям производят с учетом эксплуатационных требований, предъявляемых к конструкции.

Расчет по деформациям следует производить на действие:

- постоянных, временных длительных и кратковременных нагрузок при ограничении деформаций технологическими или конструктивными требованиями;

- постоянных и временных длительных нагрузок при ограничении деформаций эстетико-психологическими требованиями.

4.16. Значения предельно допустимых деформаций элементов принимают согласно СНиП 2.01.07-85* и нормативным документам на отдельные виды конструкций.

1. Определение и область применения предварительно напряженных железобетон­ных конструкций.

Сущность предварительно напряженного железобетона и способы создания предварительного напряжения

Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции, в которых до приложений нагрузок в процессе изготовления искусственно создаются значительные сжимающие напряжения в бетоне пу-1 тем натяжения высокопрочной арматуры. Начальный сжимающие напряжения создаются в тех зонах бетона{ которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжение. При этом повышается трещиностой-кость конструкции и создаются условия для применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции.

Удельная стоимость арматуры я, равная отношению ее цены Ц (руб/т) к расчетному сопротивлению Rs, снщ жается с увеличением прочности арматуры (1.26, а). Поэтому высокопрочная арматура значительно выгоднее горячекатаной. Однако применять высокопрочную арматуру в конструкциях без предварительного напряжения нельзя, так как при высоких растягивающих напряжениях в арматуре и соответствующих деформациях удлинения в растянутых зонах бетона появляются трещины значительного раскрытия, лишающие конструкцию необходимых эксплуатационных качеств.

Сущность предварительно напряженного железобетона в экономическом эффекте, достигаемом благодаря применению высокопрочной арматуры. Кроме того, высокая трещиностойкость предварительно напряженного железобетона повышает его жесткость, сопротивление динамическим нагрузкам, коррозионную стойкость, долговечность.

В предварительно напряженной балке под нагрузкой (1.26, 6) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила FCrc, вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации Fser. С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения Fu напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений.

Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без тре-1 щин или с ограниченным по ширине их раскрытием (FSer< Fcrc< Fu), в то время как конструкции без предварительного напряжения эксплуатируются при наличии трещин (FCrc< FSer< Fu) и при больших значениях прогибов (1.26, г). В этом различие конструкций предварительно напряженных и без предварительного напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета, " конструирования и изготовления.

1. Способы создания предварительного напряжения. Основные принципы конструирования предварительно напряженных элементов. Классы бетона, классы напрягаемой арматуры и ее размещение в элементах, анкеровка. Потери предвари­тельного напряжения в арматуре.

Применение предварительного напряжения стало одним из основных направлений совершенствования железобетонных конструкций. Оно позволяет:

- существенно уменьшить расход стали за счет использования арматуры высокой прочности;

- повысить трещиностойкость конструкций; увеличить жесткость, уменьшить прогибы;

- повысить выносливость конструкций, работающих под воздействием многократно повторяющихся нагрузок (от кранов, автотранспорта и т.п.);

- увеличить срок службы конструкций при эксплуатации в агрессивных средах;

- уменьшить расход бетона и снизить массу конструкций;

Способы создания предварительного напряжения

Существуют две принципиальные схемы создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях.

Натяжение на упоры применяют в конструкциях малых и средних пролетов, изготовляемых в заводских условиях. Арматуру укладывают в форму до бетониро­вания и после натяжения до заданного значения напряжения закрепляют на упорах (рис. 3.1, а). Затем элемент бетонируют. Когда бетон достигает необходимой передаточной прочности

Натяжение на бетон применяют главным образом для большепролетных конструкций (ферм, мостов и т.п.). В этом случае изготовляют бетонный или малоармиро­ванный элемент, в котором устраивают каналы или пазы для размещения напрягаемой арматуры (рис. 3.1, в). Каналы имеют размеры на 5...15 мм больше диаметра арматуры и создаются путем укладки гофрированных стальных тонкостенных трубок, оставляемых в теле конструкции, или с помощью каналообразователей, извлекаемых из свежеуложенного бетона. Затем арматуру натягивают до заданного напряжения (рис. 3.1, г) и закрепляют на торцах конструкции. В процессе натяжения арматуры происходит обжатие бетона. После этого канал заполняют цементным или цементно-песчаным раствором под давлением (инъецируют)

Натяжение арматуры на упоры производится механическим, электротермическим и электротермомехани-ческим способами, а на бетон, как правило, механическим способом.

Для натяжения механическим способом применяют гидравлические и винтовые домкраты.

Сущность электротермического способа натяжения арматуры заключается в том, что стержневую или проволочную арматуру, снабженную по концам ограничителями, установленными на определенном расстоянии друг от друга, разогревают током до 300...350 °С, в результате чего она удлиняется. Электротермомеханический способ натяжения представляет сочетание электротермического и механического способов.

1. Материалы и изделия, применяемые в каменных и армокаменных конструкциях. Марки камней и растворов; требования, предъявляемые к ним.

Номенклатура каменных материалов для каменных и армокаменных конструкций очень разнообразна и включает как искусственные, так и естественные материалы.

Каменные конструкции выполняют из глиняного кирпича, керамических камней, силикатного кирпича, камней и крупных блоков из тяжелых цементных и силикатных бетонов, бетонов на пористых заполнителях, ячеистых бетонов, из камней осадочных и вулканических горных пород (главным образом плотных известняков, известняков-ракушечников и туфов), крупных блоков и панелей, изготовленных на заводах или полигонах из кирпича, керамических или природных камней.

Кроме того, каменные материалы и изделия можно классифицировать следующим образом:

- для ручной кладки массой до 31 кг;

- крупные блоки;

- стеновые панели;

- фасадные изделия.

Основной характеристикой каменных материалов, применяемых для несущих конструкций, является их прочность, характеризуемая марками. Марки камней означают их временное сопротивление (предел прочности) сжатию (кгс/см2) и предел прочности при изгибе. Временное сопротивление пустотелых камней определяется по площади брутто. Показатели прочности каменных материалов зависят от размеров и формы испытываемых образцов. Для различных видов каменных материалов размеры и формы образцов, а также методы испытаний регламентированы ГОСТами [7. 15]. Для кладки применяют марки камней прочностью от 0, 4 до 100 МПа.

К каменным материалам, применяемым для кладки наружных стен и фундаментов, предъявляются также требования по морозостойкости, водостойкости, плотности, проценту пустотности, форме, размерам, внешнему виду (для фасадных поверхностей).

Морозостойкость каменных материалов в значительной степени определяет их долговечность. Кладка, находящаяся под воздействием атмосферных осадков и влаги, поступающей из внутренней (теплой) и наружной (холодной) частей стены, периодически увлажняется. Вода, проникшая в поры и трещины камня, замерзает при определенной температуре и, увеличиваясь в объеме, стремится разорвать стенки пор. Чем больше воды попадает внутрь кладки, тем более значительные внутренние напряжения возникают в материале при замерзании.

1. Прочностные и деформативные характеристики каменной кладки.

Прочность и деформативность каменной кладки зависят от многих факторов: прочности и деформативности камня и раствора; размера и формы камня; подвижности раствора и степени заполнения им вертикальных швов; качества кладки (обеспечения равномерной толщины и плотности горизонтальных швов); сцепления раствора с камнем и др. Каменные материалы являются хрупкими, и на диаграмме «ст — 8» нелинейные деформации проявляются лишь при весьма высоких уровнях напряжений (в области значений предела прочности). Строительные растворы в затвердевшем состоянии являются упругопластическими материалами, дающими при испытаниях на сжатие нелинейную зависимость деформаций от напряжений. Каменная кладка, несущая способность которой обеспечивается благодаря совместной работе этих материалов, является нелинейно деформируемым материалом. При восприятии кладкой сжимающих усилий поперечные деформации строительных растворов в горизонтальных швах значительно превышают поперечные деформации каменных материалов, поэтому кладка разрушается от растягивающих усилий в камне, возникающих под влиянием поперечных деформаций раствора. Увеличение толщины швов ведет к уменьшению прочности кладки. Разрушение кладки при сжатии начинается с раскрытия вертикальных швов и появления местных вертикальных трещин в отдельных камнях. При дальнейшем повышении нагрузки мелкие вертикальные трещины соединяются по высоте и расчленяют кладку на отдельные столбы. После этого небольшое увеличение нагрузки приводит к потере устойчивости этих столбов и кладка разрушается.

Прочностные и деформативные характеристики кладки получают статистической обработкой результатов испытаний большого количества призматических образцов-эталонов, размеры оснований которых 38 х 38 или 51 х 51 см, высота 110... 120 см.

Основными прочностными характеристиками кладки являются:

· временное сопротивление сжатию Ru (средний предел прочности);

· расчетное сопротивление осевому сжатию R;

· расчетное сопротивление осевому растяжению Rt;

· расчетное сопротивление растяжению при изгибе Rtb(Rtw);

· расчетное сопротивление срезу Rsq.

Основные деформативные характеристики кладки:

· модуль упругости кладки (начальный модуль деформаций) Ео;

· упругая характеристика кладки?;

· модуль деформации кладки Е;

· коэффициент ползучести кладки? cr;

· коэффициент линейного расширения? t;

· коэффициент трения µ.

1. Основные положения расчета прочности сжатых каменных конструкций.

В условиях местного сжатия работают многие элементы конструкций (столбы и стены под концами прогонов, балок и плит перекрытия, пилястры под опорными подушками ферм и балок покрытий). Местное сжатие возникает и в местах опирания стен и столбов зданий на фундаменты, а также в местах опиран