железобетонные конструкции из обычного и предварительно напряженного железобетона. расчет железобетонных конструкций. Железобетонные конструкции. Краткий исторический очерк

Появление железобетонных конструкций стало настоящим прорывом в строительстве ХХ века. Благодаря железобетону кардинально изменились наши представления о прочности, долговечности и надежности. С появле-нием этого материала современные города перестали быть плоскими и мало-этажными, в моду вошли небоскребы, символы мощи и современности новой эпохи. Этот материал резко изменил наш мир, сделав его более безопасным и доступным.

Так что же такое железобетон и железобетонные конструкции?

Железобетон — это соединение арматуры и бетона, которые вместе со-ставляют единое целое, а по совокупности физических характеристик обес-печивают максимальную прочность этому материалу.

Как известно, бетон обладает высокими характеристиками на сжатие, но в тоже время малым сопротивлением на растяжение (прочность бетона на растяже-ние в 10—15 раз мень-ше прочности на сжатие). Поэтому бетонные (неарми-рованные) конструкции практически не используются. Чтобы улучшить фи-зические показатели бетона, в его структуру добавили стальную проволоку, которая, как известно, отлично работает на растяжение. Таким образом и был создан же-лезобетон — эффективный материал, в котором сжимающие напряжения восприни-мается бетоном, а растягивающие — стальной армату-рой.

Железобетонные изделия начали патентоваться с конца ХIX века, и с тех пор этот материал прошел долгую дорогу эволюции, а это более 150 лет, но можно с уверенностью сказать, что совершенствование ЖБИ еще не закончено. Современные железобетонные конструкции армируют не только при работе на растяжение и изгиб, но также при кручении, срезе, внецентрен-ном и осевом сжатии. В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьше-ния размеров сечений элементов и снижения собственного веса конструк-ций, а также для обеспечения большей их надежности.

Сегодня наряду с обычным армированием делается и особенное, предварительное напряженное. Предварительное напряжение позволяет эффективно исполь-зовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невоз-можно в обычном железобетоне. В предварительно напряженных железобе-тонных конструкциях ар-матура подвергается предварительному растяжению, а бетон — обжа-тию. Предварительное напряжение железобетонных конст-рукций значи-тельно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех ча-стях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение.

Виды железобетонных конструкций

По методу выполнения железобетонные конструкции могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

Сборные железобетонные конструкции

Сборные железобетонные конструкции больше распространены, так как их применение дает возможность индустриализации и максималь-ной механиза-ции строительства. При изготовлении сборных конструк-ций в заводских ус-ловиях можно широко применять наиболее прогрес-сивную технологию при-готовления, укладки и обработки бетонной сме-си, автоматизировать произ-водство, значительно упростить строитель-ные работы.

Монолитные железобетонные конструкции

Монолитные железобетонные конструкции находят широкое приме-нение в сооружениях, трудно поддающихся членению и унификации, на-пример в некоторых гидротехнических сооружениях, тяжелых фундамен-тах, плава-тельных бассейнах, в сооружениях, выполняемых в передвиж-ной или сколь-зящей опалубке (оболочки покрытий, силосы и т.п.).

Сборно-монолитные железобетонные конструкции

Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладывае-мого на месте строительства.

Преимущества и недостатки железобетонных изделий

Долговечность . Железобетон отличается исключительной долговечностью благода-ря надежной сохранности арматуры, заключенной в бетон. Железобе-тон хорошо сопротивляется атмосферным воздействиям, что особенно важно при строительстве открытых инженерных сооруже-ний (эстакады, мачты, трубы, мосты и др.).

Прочность железобетона со временем не только не уменьшается, но может даже уве-личиться.

Пожаростойкость . Конструкции из жби обладают высокой огне-стойкостью. Практика показала, что защитный слой бетона толщиной 1,5—2 см дос-таточен для обеспечения огнестойкости железобетонных конструкций при пожарах. В целях еще большего увеличения огне-, а также жаро* стойко-сти применяют специальные заполнители (базальт, диабаз, ша-мот, доменные шлаки и др.) и увеличивают толщину защитного слоя до 3—4 см.

Сейсмостойкость . Железобетонные изделия, благодаря их монолитно-сти и боль-шей жесткости по сравнению с конструкциями из других материа-лов, отличаются весьма высокой сейсмостойкостью.

Высокие эксплуатационные качества . Железобетону легко могут быть приданы любые целесообразные конструктивные и архитектурные формы. Эксплуатационные расходы по содержанию сооружений и уходу за конст-рукциями из жби весьма низки. По затратам времени на изготовление и монтаж сборные железобе-тонные конструкции могут конкурировать со стальными, особенно при изготовлении железобетонных конструкций методом проката, кассет-ным способом, при монтаже с колес и применении других прогрессив-ных методов изготовления и монтажа.

Недостатки железобетонных конструкций

К недостаткам же железобетонных конструкций можно отнести относи-тельно большой собственный вес, высокую тепло- и звукопроводность, воз-можность появления трещин до приложения эксплуатацион-ной нагрузки (от усадки и собственных напряжений в железобетоне по технологическим при-чинам), а также от действия внешних нагрузок из-за низкого сопротивления бетона растяжению.

Основные физико-механические свойства бетона, арматурной стали и железобетонных изделий

Бетон для бетонных и железобетонных изделий должен обладать достаточно высокой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой и плот-ностью, которой обеспечивается сохран-ность арматуры от коррозии и долго-вечность конструкции. Иногда до-полнительно требуется обеспечить: водоне-проницаемость, водостой-кость, морозостойкость, повышенную огнестой-кость и коррозийную стойкость, малую массу, низкую тепло- и звукопровод-ность. Для предварительно напряженных конструкций применяют бетон по-вышенной прочности и плотности, ограниченной усадки и ползучести.

Физико-механические свойства бетона зависят от состава смеси, вида вяжущих и заполнителей, водовяжущего отношения, способов приго-товле-ния, укладки и обработки бетонной смеси, условий твердения (ес-тественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка), возраста бетона и др. Все это следует учитывать при выборе материалов для бе-тона, назначения его со-става и способов приготовления. Наиболее широкое применение в строительстве получили обычные тяжелые бетоны плотностью 2200—2500 кг/м3 включительно, приготов-ляемые на обычных плотных заполнителях. Бетоны плотностью более 2500 кг/м3 отно-сятся к особо тяжелым; они используются, например, для защиты от радиации.

При плотности бетона более 1800 кг/м³ до 2200 кг/м³ бетоны отно-сят к облегченным, а при плотности 1800 кг/м³ и ниже — к легким.

Облегчение веса бетона достигается применением пористых заполни-телей. Ячеистый бе-тон представляет собой смесь вяжущих, воды, тонко-молотого заполнителя и парообразующих веществ. Бетоны на пористых заполнителях и ячеистые бе-тоны по сравнению с тяжелыми бетонами отличаются не только меньшей собственной мас-сой, но и пониженной звуко- и теплопроводностью. Однако они склон-ны к повышенной деформативности под нагрузкой, отличаются более высокой усадкой и ползучестью, а сцепление их с арматурой хуже, чем обычных бетонов. Для этих бетонов в ряде случаев требуется антикоррозий-ная обмазка арматуры.

Бетон для сооружений, работающих в особых условиях, должен от-ве-чать соответствующим специфическим требованиям. Так, для гидротехнических сооружений (гидротехнический бетон), кроме достаточной прочности, бетон должен обладать повышенными водонепрони-цаемостью, водостойкостью, морозостойкостью, а для мас-сивных частей со-оружений — малым тепловыделением при твердении (низкой экзотермично-стью).

Обычный бетон при длительном воздействии высоких температур раз-рушается вследствие обезвоживания цементного камня, его сильной усадки и снижения прочности, различия температурных деформаций цементного камня и заполнителей и других причин. В связи с этим обыч-ный бетон на цементном вяжущем допускается для применения в кон-струкциях, подвер-гающихся длительному воздействию температуры не свыше 50°С.

Для экс-плуатации конструкций при более высоких температурах следует применять жаростойкие бетоны. Бетон для конструкций, подвергающихся действию аг-рессивной сре-ды, должен обладать достаточной коррозийной стойкостью. Для защиты бетона от проникания агрессивных веществ поверхность конст-рукций торкретируют, затирают, покрывают жидким стеклом, плен-ками из пластмасс, битумными материалами, лаками и красками или облицовывают керамическими кислотоупорными плитками и т.п.

Улучшение свойств бетона было достигнуто введе-нием в его состав полимеров. Такие бетоны, называемые пластбетона-ми или полимербето-нами. В качестве полимерных вяжущих применяют различные виды термо-пластов, каучуков и термореактивных смол. Бетоны на полимерминеральных вяжущих обладают повышенной стойкостью к агрессивным средам, однако их коррозийная стойкость избирательна и зависит от вида полимера.

К числу других положительных свойств бетонов с добавками тер-мопластов и каучуков следует отнести повышенные ударную вязкость и сопротивляе-мость истиранию. Такие бетоны применяются для облицовки резервуаров, труб, каналов, для покрытий дорог и аэро-дромов и др.

Для бетонных и железобетонных конструкций из обычных тяжелых бето-нов предусмотрены следующие классы по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Для железобетонных конструкций из тяжелого бетона не допуска-ется бетон класса ниже В7,5. При многократно повторяющейся нагрузке рекомендуется бетон класса не ниже В15. Для железобетонных сжатых стержневых элемен-тов следует принять бетон класса не ниже В15, а при больших нагрузках (на-пример, для колонн нижних этажей многоэтаж-ных зданий или при значи-тельных крановых нагрузках) — не ниже В25.

Марка бетона по средней плотности отвечает средней плотности бетона в высушенном состоянии в кг/м3. Для легких бетонов на порис-тых заполните-лях марки бетона по плотности лежат в пределах Д 800— Д 2000 с интерва-лом 100. При плотности выше 2000 до 2200 кг/м³ бето-ны относят к облег-ченным, а при более 2200 кг/м³ — к тяжелым.

Марка бетона по морозостойкостихарактеризует количество цик-лов попе-ременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, ко-торое выдерживают образцы. Для тяжелого бетона уста-новлены следующие марки по морозостойкости: Р50; Р75; Р100; ИЗО; Р200; Р300; Р400; Р500.

Марка бетона по водонепроницаемости зависит от степени водоне-прони-цаемости бетона. С повышением марок величины коэффициентов фильтра-ции Кф уменьшаются. Установлены следующие марки бетона по водонепро-ницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

Виды и механические свойства стальной арматуры ЖБИ

Как уже отмечалось выше, свои уникальные качества железобетон об-рел благодаря применению арматуры, поэтому от ее качества, количества и заполнения напрямую зависят свойства железобетонных конструкций.

По технологии изготовления стальную арматуру подразделяют на стержневую горячекатаную и проволочную холоднотянутую. В зависимости от характера поверхности арматура может быть глад-кой или периодического профиля, т.е. с насечкой (для улучшения сцепления с бетоном). Механиче-ские свойства арматурных сталей зависят от технологии изготовления арма-туры и химического состава стали.

В качестве арматуры железобетонных конструкций наибольшее при-менение нашла стержневая горячекатаная сталь периодического про-филя. Форма периодического профиля (с насечкой) улучшает сцепление арматуры с бетоном, что уменьшает ширину раскрытия трещин в бето-не при растяжении и позво-ляет избежать ряда конструктивных мер по анкеровке арматуры. Стержневая арматура подразделяется на классы: горячекатаная классов А-1, А-И, А-Ш, А-1У, А-У и А-VI, термически и термомеханичеки упрочненную классов Ат-Ш, Ат-1У, Ат-У, Ат-У1, Ат-УН, упрочненная вытяжкой класса А-Шв.

Для армирования железобетонных конструкций широко применяют обыкновенную арматурную проволоку класса Вр-1 (рифленую) диамет-ром 3-5мм, получаемую холодным волочением. Способом холодного волочения из-готовляется также высокопроч-ная арматурная проволока классов В-И и Вр-П — гладкая и периодичес-кого профиля диаметром 3-8 мм с условным пределом текучести проволоки В-И — 1500-1100 МПа и Вр-И — 1500—1000 МПа.

Арматуру железобетонных конструкций выбирают с учетом ее назначения, класса и вида бетона, условий изготовления арматурных из-делий и среды эксплуатации (опасность коррозии) и т.п. В качестве ос-новной рабочей арматуры обычных железобетонных конструкций пре-имущественно следует применять сталь классов А-Ш и Вр-1. В предва-рительно напряженных кон-струкциях в качестве напрягаемой арматуры применяют преимущественно высокопрочную сталь классов В-И, Вр-Н, А-VI, Ат-У1, А-У, Ат-У- и Ат-УЦ.

– это детали и строительные конструкции из бетона, армированного стальной арматурой. Конструкции из железобетона могут производиться в заводских условиях и монтироваться непосредственно на строительной площадке, или возводиться монолитным способом непосредственно на месте.

Конструкции и строительные элементы из железобетона должны обладать достаточной несущей способностью и соответствовать физическим параметрам. Наряду с физическими параметрами изделия из железобетона должны обладать гладкой поверхностью и экономичностью в производстве, установке и эксплуатации.

Железобетон — это связанный материал, чья несущая способность достигается за счет совместной работы стали и бетона. Арматура – это армирующие стальные стержни, находящиеся внутри монолита железобетона. Арматура воспринимает растягивающие усилия, повышает прочность на сжатие бетона и ограничивает трещинообразование в конструкции. Бетон может воспринимать только усилия сжатия. Он образует форму строительной конструкции, осуществляет защиту от коррозии арматуры и служит для пожарозащиты.

Для того, чтобы продлить срок службы железобетона, необходимо знать несколько особенностей железобетона:

• Сталь и бетон имеют примерно одинаковое температурное расширение.
• Прочное соединение между бетоном и арматурой вследствие сцепления (адгезии), сцепления за счет трения (сопротивление трению) и сцепления среза (дюбелеподобное зубчатое сцепление стальной поверхности и бетона).
• Защита арматуры от коррозии окружающим ее бетоном (бетонное покрытие).

Минимальные требования к строительным материалам и их применению предписываются нормам строительных работ «Несущие конструкции из бетона, железобетона и преднапряженного бетона» следующие:

• Следует учитывать минимальные классы бетона по прочности на сжатие в зависимости от классов экспозиции.
• Следует придерживаться граничных значений содержания цемента и водоцементного отношения.
• Наибольшее зерно заполнителя не должно превышать V3 наименьшего размера строительной конструкции.
• Преобладающая часть заполнителя должна быть меньше, чем расстояние между стержнями арматуры или расстояния между арматурой и опалубкой.
• Поверхность арматуры должна быть свободна от несвязанной ржавчины, масла, жира и прочих загрязнений, а также свободна ото льда.

Поскольку железобетонные конструкции должны выдерживать солидные нагрузки, они, как правило, находятся под действием соответствующих физических сил. Большинство железобетонных конструкций, например балки, плиты и балочные плиты, работают на изгиб. При этом на основе внешней нагрузки возникают изгибающие моменты и поперечные силы, которые вызывают внутри балки напряжения растяжения при изгибе, напряжения сжатия при изгибе и напряжения сдвига. Подобные напряжения часто наступают совместно, их распределение может быть представлено линиями главных направлений напряжений (траекторий). Арматура должна быть расположена соответственно силовому потоку по линиям главных напряжений, что возможно только приблизительно. Для назначения размеров в строительстве из железобетона исходят из допущений, на которых основаны методы статических расчетов.

При чистом изгибе образуется сжатая и растянутая зоны. В растянутой зоне сталь работает на растяжение. В сжатой зоне бетон работает на сжатие. Прочность связи в бетоне обеспечивает одинаковые деформации при внешней нагрузке. Так как способность стали к растяжению значительно больше, чем у бетона, то он при превышении его прочности на растяжение в зоне растянутой арматуры начинает растрескиваться. Для того чтобы это не влияло на защиту арматуры от коррозии и на внешний вид конструкции, предписывается ограничение ширины раскрытия трещин. Это может быть достигнуто, например, путем назначение минимального армирования, уменьшения допустимого напряжения в стали, ограничения диаметра стержней арматуры и расстояния между стержнями. Применение бетона более высокого класса прочности приводит, в свою очередь, к повышению качества и долговечности железобетонных конструкций.

Положение и форма арматуры

Сложное распределение усилий в железобетонном монолите требует скрупулезного определения правильного расположения арматуры. Положение и форма арматуры зависят от нагрузки и должны для каждой конструкции определяться отдельно.

Армирование конструкций, работающих на изгиб

В работающей на изгиб конструкции, например в перемычке (балке), возникают изгибающие моменты и поперечные силы. Названная в примере перемычка над дверью может рассматриваться как балка на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой. Это упрощенное представление называют статической системой. У этой перемычки изгибающие моменты в центре балки — наибольшие и уменьшаются к опорам. Балка прогибается. При этом она в верхней части сжимается. Возникает сжатие, называемое также сжатием при изгибе. Эта область потому и называется сжатой зоной. В нижней области балка растягивается. В этой области говорят о растяжении или о растяжении при изгибе. Эту область, поэтому называют растянутой зоной.

Поперечные силы проходят поперек (под прямым углом) к оси балки. При равномерно нагруженной балке на двух опорах они имеют самую большую величину и уменьшаются к центру балки до нуля. Поперечные силы создают в балке в продольном направлении продольные напряжения сдвига, а в поперечном направлении — поперечные сдвиговые напряжения. Оба этих типа напряжений создают вместе напряжения сдвига. Они проходят наклонно

к оси балки и называются сдвигом. Сдвиг вызывает растягивающие напряжения, действующие под наклоном. Сдвиговые усилия воспринимаются вертикальными хомутами и отогнутыми стержнями (отгибами). Кроме того, вертикальные хомуты у опор ставятся чаще. Для того чтобы обеспечить несущую способность балки, необходимо там, где имеют место растяжение и сдвиг, установить арматуру.

Арматура, как правило, состоит из прямолинейных несущих стержней, хомутов и монтажных стержней. Прямые несущие стержни воспринимают растягивающие усилия. Отогнутые несущие стержни воспринимают дополнительно в районе отгибов сдвиговые усилия. Хомуты служат в основном для восприятия усилий сдвига и устанавливают взаимозависимость между сжатой и растянутой зоной. Монтажные стержни облегчают изготовление и установку арматуры.

В строительных сооружениях кроме балок на двух опорах имеются и другие конструкции, которые подвергаются изгибу, например опертые на несколько опор балки и балки с консолями. Для того чтобы можно было определить положение и форму арматуры, необходимо определить поперечные силы и изгибающие моменты и представить их графически. Изгибающие моменты, которые лежат под осью балки, образуют растяжение в нижней ее части; моменты, которые показаны над осью балки, образуют растяжение в ее верхней части. Моменты, которые показаны в нижней части балки, называю пролетными моментами, а те, что лежат в верхней части балки, — опорными моментами. Возникающие в области изгибающих моментов растягивающие усилия должны быть восприняты арматурой. Арматура также воспринимает и передает сдвиговые напряжения, возникающие вблизи опор.

Бетонные покрытия

Существует необходимая минимальная толщина слоя бетона вокруг арматурных стержней. Такая толщина устанавливается для обеспечения необходимой защиты от коррозии и придания достаточной для передачи усилий связи арматурных стержней с бетоном.. Кроме того, железобетонные конструкции должны быть устойчивы против химических и физических воздействий. Эти влияния классифицированы в условиях окружающей среды. При этом следует различать воздействия, приводящие к коррозии арматуры, и влияния, воздействующие на бетон.

Для обеспечения долговечности в зависимости от класса экспозиции назначается класс бетона по прочности и минимальная толщина защитного слоя бетона. В качестве толщины защитного слоя бетона принимается расстояние внешних стержней арматуры, например хомутов, от опалубки.

Этот слой также называется чистым слоем бетона. Существует несколько параметров определения толщины защитного слоя бетона. Номинальная величина складывается из минимальной величины и допуска — упреждающей (гарантирующей) величины, которая для класса экспозиции А составляет 1,0 см, а для классов экспозиции А2, АЗ, А4-1,5 см.

С помощью допуска учитываются возможные отклонения при проектировании и возведении. Номинальная величина защитного слоя бетона приводится на арматурных чертежах. Слои из естественного или искусственного камня, дерева или бетона пористостью насыпи не могут причисляться к защитному слою бетона. Увеличение защитного слоя может быть необходимым по причине повышенных требований пожарозащиты, при бетонных поверхностях из железненного (замываемого) бетона или при поверхностях, которые будут обрабатываться пескоструйным способом или предназначены для резьбы по камню. Защитный, слой в конструкции образуется с помощью дистанционных прокладок, кроме того, предусматриваются меры по предотвращению сдвига арматуры при укладке и уплотнении бетона.

Точечные прокладки применяются для нижней арматуры, например для плит, балок и фундаментов, а также между стержнями и боковой опалубкой, например в балках, колоннах и стенах. В качестве дистанционных прокладок для верхней арматуры плит подходят поддерживающие короба линейной формы, которые изготавливаются из стальных арматурных сеток. В случае толстых плит, например, плит подошвы, устраивают особые формы, как, например, козлы из круглой стали. Дистанционные прокладки являются вспомогательными монтажными элементами и состоят из синтетического материала, волокнистого бетона или из простого бетона. Они должны просто и надежно устанавливаться, быть устойчивыми против разрушения и не деформироваться под нагрузкой. Дистанционные прокладки не должны вызывать повреждений на «одежде» опалубки. Дистанционные прокладки из пластмассы являются самыми распространенными, так как они с точки зрения удобства в работе и затрат времени на их установку являются более предпочтительными.

Арматура удерживается в предназначенной для этого выемке. Площадь соприкосновения с опалубкой мала. Пластмассовые дистанционные прокладки имеют такую форму, что обеспечивается их зубчатое сцепление с бетоном. При морозе они могут становиться хрупкими и ломкими или изменять при высоких температурах физические свойства. Зимой это отрицательно сказывается на качестве конструкций, особенно тогда, когда армированные конструкции, находясь еще в опалубке, должны защищаться от снега и льда с помощью тепловых пушек или других генераторов тепла. Для стен, армированных арматурными сетками, имеются дистанционные прокладки, которые обеспечивают как расстояние сеток друг от друга, так и расстояние крайних сеток от опалубки. Такие дистанционные прокладки заменяют подъемные петли. Дистанционные прокладки из волокнистого бетона и из бетона имеют хорошее сцепление с основным бетоном. Они особенно подходят для конструкций с лицевым бетоном.

Дистанционные прокладки устанавливаются тем тщательнее, чем меньше общая толщина конструкции. Незначительное, казалось бы, отклонение в 1 см от запланированного положения арматуры уменьшает несущую способность сечения высотой 20 см примерно на 10%, а сечения высотой 100 см — только на 1%.

Соответствие железобетонных конструкций и деталей из железобетона стандартным требованиям достигается точностью выполнения армирования. При этом необходимо учитывать при проектировании и выполнении работ в натуре указания по армированию. Наряду с этим имеются указания, например, об арматурных стендах, об изгибе арматуры, о заанкеривании арматуры и о стыках арматуры. Описания и требования к армированию должны охватывать весь спектр производства этих работ и четко регламентировать положение арматурных стержней в бетонной конструкции или строительной детали.

Общие положения армирования

Для более успешного выполнения арматурой поставленных задач, необходимо наряду с обеспечением правильного расположения в конструкции выполнять следующие правила по армированию:

• Арматура должна быть свободна от частиц материала, который может повлиять на связь арматуры и бетона, например от грязи, жира, льда и отслоившейся ржавчины. Слегка заржавевшая сталь не влияет отрицательно на сцепление, однако она может иногда влиять на внешний вид бетона, что особенно важно при лицевом бетоне.
• Арматуру необходимо изготавливать и устанавливать по проверенным арматурным чертежам и связывать ее в жесткие каркасы. Растянутая и сжатая арматура (рабочая арматура) соединяется в каркас с помощью поперечной и распределительной арматуры или с помощью хомутов. Соединение производится с помощью соединительной проволоки.
• Для сгибания крюков, угловых крюков и петель, а также отгибов и других искривлений необходимо выдерживать минимальный диаметр изгибных роликов.
• Заканчивающиеся арматурные стержни необходимо достаточно заанкеривать в бетоне.
• Арматура, особенно верхний слой арматуры плит, необходимо закреплять от прогибов с помощью подставок.
• Если при вложенной арматуре бетон уплотняется вибраторами глубинного действия, то необходимо предусмотреть проходы для вибратора. При скоплении верхней арматуры, например над опорами, при перекрытиях, в которых не применяются ригели, необходимо предусматривать специальные люки для заполнения бетоном.
• Связь бетона и арматуры необходимо обеспечивать за счет достаточно толстого защитного слоя бетона, который одновременно обеспечивает долговечную защиту арматуры от коррозии.
• Для обеспечения защитного слоя необходима установка достаточного количества дистанционных прокладок.
• Монтажная арматура и дистанционные прокладки должны устанавливаться таким образом, чтобы обеспечить правильное положение арматуры при укладке и уплотнении бетона.
• В конструкциях, которые бетонируются на земле, как, например, плиты фундаментов, землю следует покрыть чистым слоем. Он состоит, как правило, избетона толщиной не менее 5 см.

Расстояния между стержнями

Бетон имеет определенную консистенцию и густоту. Для того, чтобы обеспечить наилучшее обволакивание арматурных стержней бетоном, расстояние между ними в свету должно составлять не менее 2 см или быть равным диаметру стержня. Если это требование из-за ширины строительной конструкции не может быть выполнено, то арматуру следует располагать в несколько слоев. При этом стержни при выдерживании минимальных расстояний между ними укладываются друг над другом, и расстояние между ними по вертикали обеспечивается с помощью устройства поперечных стержней соответствующего диаметра. При плотно расположенной арматуре для позднейшей укладки бетона предусматриваются специальные пути вибрирования. Если стальная арматура стыкуется внакладку, то в районе стыков арматурные стержни должны лежать по возможности более плотно друг к другу. Расстояние между ними не должно быть больше 4ds.

Полные стыки не должны располагаться в сильно нагруженных местах. Стальная арматура в районе стыков, а также арматура в пучках и двойные стержни сварных арматурных сеток могут касаться друг друга. Наибольшие значения расстояний между стержнями для ограничения трещинообразования рассчитываются в каждом отдельном случае с учетом класса экспозиции.

Существующие нормы для промышленного и гражданского строительства четко регламентируют эти параметры и предписывают выдерживать определенные расстояния для различных типов строительных конструкций, таких как балки, перекрытия и стены.

Сгибание арматуры

Для нужного распределения и передачи усилий в бетонном блоке или конструктивной детали может потребоваться изгиб или закругление арматурных стержней. Это необходимо, например, для заанкеривания, для восприятия растягивающих или сдвиговых усилий и для отведения сил, как, например, в углах рам. При этом стержни должны изгибаться под определенным углом и с заданным радиусом изгиба. Сгибание арматуры — это процесс холодной деформации, при котором структура материала наружных волокон растягивается, а внутренних — сжимается.

Для того чтобы возникающие при этом напряжения держать в определенных границах, круглые стержни необходимо гнуть вокруг вращающихся изгибных роликов, диаметр которых диаметр устанавливается согласно существующих технических норм. Это справедливо для сгибания крюков, угловых крюков, петель и хомутов, а также отгибов арматуры и других искривлений.

Для определения минимального диаметра изгибного ролика определяющими являются либо способность данного сорта стали к изгибанию, либо предполагаемые напряжения в бетоне в районе искривлений. В местах отгибов, которые работают на растяжение, в бетоне возникают значительные усилия, которые называют растягивающими усилиями трещинообразования. Они могут быть восприняты или уменьшены, если у наружных стержней диаметр изгибного ролика или боковой защитный слой бетона делают толще. Крюк круглого арматурного стержня диаметром ds = 14 мм вследствие свойств материала — стали — должен изгибаться вокруг изгибного ролика диаметром 4ds = 4-14 = 60 мм. Косо отогнутый стержень арматуры ds = 16 мм при боковом защитном слое бетона 6 см вследствие свойств бетона должен сгибаться вокруг изгибного ролика 15-16 мм = 240 мм.

При сгибании сваренной арматуры следует избегать случаев, когда растяжение или сжатие волокон попадает на место изгиба. Поэтому наряду с диаметром изгибного ролика задается также минимальное расстояние места сварки от начала изгиба. Если изгибаются сварные арматурные сетки, то изгиб может начинаться не ближе расстояния в 4ds изгибаемого стержня от места сварки. От этого можно отклоняться, если у лежащих снаружи или внутри мест сварки радиус закругления составляет не менее 2.

Применение анкеров

Одной из предпосылок успешной передачи усилий внутри железобетонной детали является применение анкеров. Она может осуществляться за счет связи бетона и стали. При этом возможны прямые концы стержней, крюки, угловые крюки, петли с приваренными поперечными стержнями или без таковых. Особой формой анкеровки являются анкерные устройства. Связь арматурной стали и бетона зачастую зависит от формы поверхности арматуры, класса прочности бетона, размеров конструкции, а также положения и угла наклона стержней при бетонировании. Измеренные значения допустимого напряжения связи установлены строительными стандартами для бетонирования стержней. Применение смешанных типов связей обеспечивает лучшую сопротивляемость усадке бетона в процессе его высыхания и твердения.

Типы связи

К типу связи I (хорошие условия связи) приписываются стержни, которые при бетонировании наклонены к горизонтальной поверхности > 45°. Отогнутые менее чем на 45° стержни и горизонтальные стержни принадлежат только тогда к типу связи 1, когда они при бетонировании лежат не более чем на 30 см над нижней поверхностью свежего бетона либо не менее 30 см ниже верхней поверхности бетона или поверхности захватки бетонирования. Изготовленные в лежачем положении конструкции высотой более 50 см также приписываются к типу связи I, если они уплотняются наружными вибраторами. К типу связи II (средние условия связи) относятся все стержни, которые не относятся к типу связи I, а также все горизонтальные стержни в конструкциях, изготавливаемых методом скользящей опалубки.

Длина заанкеривания

Основной размер длины заанкеривания является определяющим для заанкеривания стержней арматуры, полностью использующей свою несущую способность, имеющих прямые концы. Он служит относительной величиной для расчета длины заанкеривания в отдельных случаях. Длина заанкеривания зависит от сорта стали, от диаметра стержней, типа связи и класса прочности бетона.

Если устанавливаемая арматура (А.уст.) больше, чем требуемая арматура (А), то растягивающее или сжимающее усилие в стержнях меньше, чем это возможно на основе допустимых напряжений.

Виды заанкеривания

В случае применения арматурной стали ребристого (рифленого) профиля допустимо заанкеривание с помощью прямых концов стержней, с помощью крюков, угловых крюков, петель, с или без приваренных поперечных стержней. Анкеровка сеток из гладкой стали или из стали периодического профиля весьма затруднительна, и, в противоположность сеткам из стали ребристого профиля, возможна только приваркой поперечных стержней. Прямые концы стержней образуют простейший способ заанкеривания, если возможно обеспечение требуемой длины анкеровки.

Крюки, угловые крюки и петли из-за искривленных концов арматуры имеют преимущество, заключающееся в том, что длина заанкеривания может быть сокращена по сравнению с прямыми концами стержней. С помощью заанкеривания с приваренным поперечным стержнем внутри длины заанкеривания или с двумя приваренными поперечными стержнями на коротком расстоянии можно значительно сократить длину анкеровки за счет совместного действия поперечной арматуры. Допустимое сокращение длины анкеровки у растянутых стержней зависит от формы концов стержней и учитывается коэффициентом, а если заанкеривание производится посредством крюков или угловых крюков, то для определения длины стержня необходимо приплюсовать длину стержня, требуемую для формирования крюка.

Заанкеривание отогнутых стержней

Те из отогнутых вниз или вверх стержней, которые служат для восприятия и распределения нагрузок, должны иметь длину стержней, которая вычисляется особо. В области растягивающих напряжений в бетоне требуется длина заанкеривания, увеличенная в 3 раза по сравнению с прямыми концами стержней, в области сжимающих усилий в бетоне ее нужно умножать на 0,6.

Заанкеривание на концевых опорах

Для восприятия существующего растягивающего усилия на концевых опорах необходимо часть пролетной арматуры завести за расчетную линию опоры (R) и там укрепить при помощи анкеров.

Если представить проходящую через опору силу в виде треугольника, то расчетная линия опоры пройдет в первой ее трети. Арматура, которая должна заводиться на опору, в общем случае должна составлять 1/3, а в плитах без арматуры, работающей на сдвиг, — половину пролетной арматуры. Различают прямое заведение на опору, например в стенах, и непрямое (косвенное) заведение на опору, например во второстепенных балках при заведении арматуры на главные балки. Длина анкеровки отмеряется от передней грани опоры и составляет при прямом заведении на опору: lb dir > 2/3 -lb b,net > 6ds; при косвенном заведении на опору: lb indir > 2/3 lbnet > lOds.

Анкерные элементы применяются только в особых случаях. Они состоят, например, из стальных пластин, стальных профилей или поперечных стержней, которые привариваются к анкерной арматурной стали. Их применение может быть необходимым, например, в сборных элементах при очень малой глубине опоры.

Заанкеривание на промежуточных опорах

Проходящие через промежуточные опоры неразрезные конструкции, например плиты или балки, или на концевых опорах у балок с консолями должны иметь на опорах, по меньшей мере, четверть наибольшего пролетного армирования, в плитах без арматуры, работающей на сдвиг, — не менее половины пролетной арматуры, которую надо заводить за переднюю грань опоры и заанкеривать. Размер заанкеривания составляет не менее 6ds, отмеряя это расстояние от грани опоры.

Стыки арматуры

Если нельзя сделать арматуру из одного стержня по длине, то необходимы стыки арматуры. Стыки по возможности не должны располагаться в местах наибольших усилий, и стыкуемые стержни должны перекрывать друг друга в продольном направлении. Нагруженные стыки стержней арматуры могут быть выполнены в виде прямого и непрямого соединения.

Непрямые соединения устраиваются за счет нахлестки, т.е. за счет расположения рядом друг с другом стержней на определенную длину. При стыках внахлестку для передачи усилий между стыкуемыми стержнями дополнительно нагружается бетон. Выполнение стыковки может быть осуществлено с помощью прямых концов стержней, крюков, угловых крюков и петель, а также с помощью прямых концов с приваренными поперечными стержнями, например в арматурных стальных сетках.

Прямые соединения производятся за счет соединения концов стержней с помощью сварки или с помощью гаек и муфт. Осевые стыки с помощью гаечных и запрессованных муфтовых соединений требуют применения арматурной стали с резьбовидным профилем, с конической или цилиндрической резьбой на стыкуемых концах, а также применение напрессованных или надевающихся муфт. Соединения должны быть допущены строительным надзором. При прямых стыках бетон дополнительно не нагружается. По виду передаваемого усилия стыки различаются на растянутые и сжатые. Если стержни стыкуются торцами, то через такие стыки могут передаваться только силы сжатия.

Длина нахлеста в непрямых стыках

Длина нахлеста в непрямых стыках установлена в спецификациях строительства конкретного объекта. В стержнях ребер швы в нахлестку в продольном направлении должны смещаться относительно друг друга. Они считаются смещенными по длине, если расстояние в длину между центрами стыков соответствует, по меньшей мере, 1,3 длины нахлеста.

Швы внахлест сварных арматурных сеток

Если для армирования применяются сетки со склада, то для того, чтобы они подходили по размерам к размерам конструкции, их необходимо состыковывать как в продольном, так и в поперечном направлении. За счет применения дополнительных списочных или чертежных сеток количество стыков сеток может быть уменьшено. Среди швов внахлестку в арматурных сетках различают между устройством стыков в стержнях в продольном и поперечном направлении. В основном сеточные швы могут быть выполнены как одноплоскостные или двухплоскостные, причем двухплоскостные швы как раз и являются основными швами.

Одноплоскостные стыки – это стыки сеток, у которых стыкующиеся стержни лежат рядом в одной плоскости. Существует несколько вариантов выпуска подобных стыков. Одни из них выпускаются с длинными выпусками стержней, другие же просто попеременно отгибаются так, чтобы поперечные стержни могли лежать сверху и снизу. Поскольку длина стыка должна учитываться без приваренных поперечных стержней, их применение не столь часто и ограничивается исключительными случаями. Двухплоскостные стыки – это стыки сеток, в которых две плоскости, образуемые сетками, лежат друг над другом.

Расстояния между плоскостями соблюдаются при помощи поперечных стержней. Длина перехлеста поперечной арматуры как распределительной арматуры короче, чем у продольной арматуры. Стыки распределительной арматуры в сетках со склада с концевыми выпусками зависят от расстояния продольных крайних стержней друг от друга и от боковых выпусков поперечных стержней. Внутри длины перехлеста должны лежать, по меньшей мере, два поперечных стержня. Не требуемая по условиям статики поперечная арматура арматурных сеток в плитах и стенах может стыковаться в одном месте. При устройстве стыков несущей и распределительной арматуры необходимо следить за тем, чтобы друг на друга ложились не более трех сеток.

Пучки арматуры

Пучки стержней состоят из двух или трех отдельных стержней периодического профиля диаметрами менее 28 мм. Отдельные стержни касаются друг друга и должны быть связаны между собой, например, с помощью связывающей проволоки. Связывание арматурных стержней в пучки применяется, как правило, тогда, когда растягивающее усилие так велико, что нельзя выдержать требуемое расстояние в свету между стержнями в сечении. Для того чтобы при наличии пучков не создавалось больших нагрузок на окружающий их бетон, чем при отдельно уложенных стержнях, необходимо увеличить расстояние между пучками, а также толщину защитного слоя бетона сном.

Кроме того, установке анкеров, стыковке и установке хомутов на пучках следует придавать большее значение. Поэтому следует непременно следовать всем указаниям арматурных чертежей.

За счет увеличенной толщины защитного слоя арматуры в растянутой зоне могут возникнуть трещины. Чтобы эту опасность по возможности свести к минимуму, в случае пучков арматуры с большим сечением стержней в растянутой зоне всегда устраивается армирование защитного слоя. Оно выполняется из арматурной сетки со стержнями периодического профиля с шириной ячейки менее 15 см. Армирование защитного слоя уже необходимо, когда пучки состоят из двух стержней по 28 мм диаметром.

Армирование

Армирование включает подготовку арматуры, предварительное изготовление арматурных каркасов и установку арматуры в конструкцию. Основой для выполнения работ и расчетов является арматурный чертеж. Он включает, как правило, изображение арматуры в конструкции, план изгибов или выборку стали и спецификацию арматуры. Для изображения арматуры выбирается упрощенная форма. Арматурный чертеж, кроме того, дает сведения о классе прочности бетона, сорте стали, количестве и диаметре, а также форме и положении арматурной стали, минимальных размерах изгибных роликов, поддержке верхней арматуры и о защитном слое бетона стальных закладных деталей. Чертежи арматуры контролируются и проверяются инженерами-контролерами. Поэтому такой арматурный чертеж должен быть на строительной площадке все время при проведении арматурных работ.

Подготовка арматуры

Подготовка арматуры включает складирование, измерение и разрезку, а также изгибание арматурных стержней. Сталь поставляется в готовом к применению состоянии, но может также изгибаться на стройплощадке. Такая форма подготовки арматуры полностью исключает брак или ошибку при формировании заказа на предприятии.

Складирование арматурных деталей

Складирование необработанной арматурной стали раздельно, по диаметрам стержней производится на специальных складских поверхностях, которые должны располагаться по возможности вблизи подъездной дороги в зоне действия стрелы крана. Арматурные сетки могут складироваться в лежачем или в вертикальном положении.

Измерение и резка арматуры на месте

Для того чтобы придать стали нужную длину, необходимо определение длины разрезки. В качестве длины разрезки называют длину стального стержня в не согнутом виде. При прямых стержнях к наибольшей длине прибавляется размер крюков. При отогнутых стержнях, кроме того, необходимо учитывать длину косой части отгиба. При этом высота отгиба h всегда измеряется по наружным сторонам отгиба. В зависимости от высоты конструкции отгибы могут производиться под углом 30, 45 или 60°. Чтобы обрезков по возможности было меньше, необходимо следить за тем, чтобы длины платформ складирования в 12 или 14 м без отходов делились бы на заданную длину разрезки. Прежде чем начать разметку по длине, целесообразно еще раз проверить данные о размерах по арматурным чертежам.

Разметка и разрезка производится на измерительном столе и на металлорежущей машине. Длины разрезаемых стержней отмечаются рисками согласно плану изгибов, после чего стержни режутся по длине. При этом следует учитывать допустимые допуски размеров. Отклонения размеров арматурных стержней должны не превышать предельных отклонений. Предельным отклонением называется разница между допустимым максимальным или минимальным размером и номинальным размером. После этого арматурные стержни разрезаются специальными машинами для резки арматурной стали. Для разрезки тонких стержней подходят ручные инструменты для резки стали. Машины для резки с приводом от мотора применяются при больших объемах работ и при больших диаметрах стержней. Для разрезки по длине арматурных сеток применяют режущие инструменты, приводимые в действие вручную или с помощью гидравлики. Могут применяться резаки для арматурных сеток, работающие по принципу машин для резки болтов.

Изгибание арматуры

Изгибание арматурной стали производится на ручных изгибных плитах или с помощью изгибных машин с электрическим приводом. Для последующего изгиба вручную на стройплощадке служат также приспособления, такие как двойное колено или уступ. Устройство для изгиба состоит из поворачивающейся изгибной тарелки, на которой могут закрепляться изгибные ролики различного диаметра, и из эксцентрика. При изгибе эксцентрик давит на стержень относительно изгибного ролика. При этом стержень удерживается от отклонения неподвижным роликом (пятой).

Изготовление отгибов может быть осуществлено за один рабочий проход с помощью соответствующих устройств. С помощью дополнительных приспособлений можно изгибать кольца, хомуты и спирали. Для изготовления хомутов имеются специальные изгибные машины. При многократно изогнутых стержнях, например у хомутов, целесообразно изогнуть пробный стержень и дополнительно измерить наружные размеры. При этом отклонения размеров не должны превышать допустимые граничные значения. Для изгибания арматурных сеток применяются специальные изгибные машины. В зависимости от количества, толщины стержней, ширины сетки и расстояния между стержнями могут использоваться ручные изгибные машины или машины с моторным приводом.

Изгибные машины с моторным приводом позволяют изгибать сетки диаметром стержней до 12 мм шириной изгиба в 2,15, 2,45 и 5,00 м. Процесс изгиба происходит с помощью крутящейся изгибной балки-вала, на которой можно предварительно установить три угла изгиба до 180°. Для этого на бесступенчато переставляемых с боков изгибных пальцах устанавливаются сменные изгибные сердечники. Их необходимо установить на расстоянии ячейки между стержнями изгибаемой сетки. Изгиб арматурных сеток производится по эскизу изгиба, который задает номер позиции, форму изгиба, размеры, а также диаметр изгибного ролика.

Установка арматуры

Для достижения несущей способности железобетона в конструкцию нужно установить арматуру точно по чертежам. При этом необходимо отдельные арматурные стержни сделать жесткими и связать их в не сдвигаемые арматурные плоские или пространственные каркасы. Это производится с помощью различного вида связывания арматуры.

Виды связывания арматуры

Связывание арматуры в каркасы осуществляется непосредственно путем связывания арматуры проволокой и путем сварки. В арматурных сетках перекрещивающиеся стальные стержни на заводе связываются друг с другом посредством электрической сварки путем использования электрического сопротивления (контактной сварки).

Вязка и плетение арматуры

Вязка и плетение арматуры производится в основном с помощью вязальных плоскогубцев или монтажных щипцов и вязальной проволоки. Вязальная проволока представляет собой отожженную проволоку толщиной 1 или 2 мм. Для вязания каркасов применяется также вязальный стержень, при этом применяют проволочные скрутки. Проволочные скрутки — это снабженные петлями отрезки вязальной проволоки длиной от 8 до 30 см. При вязании каркасов следует следить за тем, чтобы концы проволок не проходили в защитный слой бетона.

Существуют различные виды связывания арматуры, которые называют узлами. Простой узел для углов (тетрадная петля) применяется для крепления несущих стержней к распределительным стержням или монтажным стержням. Угловой узел с двойной вязальной проволокой применяется, когда стержни должны подтягиваться один к другому или при стержнях большого диаметра.

Двойной тетрадный узел или крестовая петля подходит, как правило, при тесном расположении арматуры или при арматуре большого диаметра. Двойной угловой узел с двойной вязальной проволокой отличается от двойного углового узла только тем, что вязальная проволока берется двойной. Гачный узел (петля вперед) преимущественно применяется при армировании колонн или балок. При этом несущие стержни разводятся по углам хомутов; одновременно предотвращается сдвиг стержней. Двойной гачный узел отличается от гачного узла тем, что для него берется двойная вязальная проволока. Растянутая петля (подвесная петля) препятствует сползанию стержней. Она применяется особенно в том случае, когда требуется обеспечить обязательную несдвигаемость стержней.

Сварка арматурной стали на площадке — это еще один вид соединения стержней. С помощью сварки достигается особая неизменяемость формы арматурных каркасов. Чаще всего применяется огневая контактная сварка торцов, газосварка и электродуговая ручная сварка. Сварочные работы по сварке арматуры могут производиться только специально обученным персоналом.

Установка арматуры

Армирование может производиться с помощью отдельных стержней или с помощью предварительно изготовленных арматурных элементов (каркасов), например пространственных каркасов (коробов). Следует стремиться как можно большее количество арматуры объединять в такие каркасы и подготавливать их заранее. При этом пространственные каркасы для колонн или балок собираются в защищенном от непогоды месте. При изготовлении пространственных каркасов количество точек связи зависит от жесткости арматуры. В основном стержни связываются между собой в каждом втором узле пересечения, причем следует следить за тем, чтобы места связывания были смещены относительно друг друга. Для обеспечения защитного слоя бетона и положения арматуры в достаточном количестве должны применяться дистанционные прокладки, опорные элементы (поддерживающие каркасы стоячие хомуты) и крепления слоев (S-образные крюки, U-образные крюки).

Армирование железобетонных конструкций

Чтобы арматура могла выполнять свою задачу, она должна быть расположена в конструкции в соответствии с распределением усилий, соответствовать указаниям по армированию и удовлетворять условиям по установке ее в конструкции. По назначению арматура различается на главную арматуру, конструктивную арматуру и транспортировочную арматуру.

Для устойчивости сооружений важнейшими конструктивными элементами являются, например, фундаменты, колонны, стены, плиты, лестницы, балки и балочные плиты.

Фундаменты

Фундамент в целом – важнейшая деталь любого здания или сооружения. От эксплуатационных качеств и несущей способности фундамента зависят качества здания и сооружения в целом. Фундаменты могут быть армированными и неармированными. Они должны быть армированными, когда фундамент не может быть возведен той высоты, которая позволяет ему работать только на сжатие, или если они устраиваются на чувствительном к осадкам основании. Строительное основание перед укладкой арматуры должно покрываться чистым слоем бетона или раствора толщиной не менее 5 см. Фундаменты могут быть центрально нагруженными ленточными и точечными.

Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты под стены имеют в подошве фундамента в поперечном направлении арматуру, работающую на растяжение при изгибе, а в продольном направлении — распределительную арматуру. Дополнительная верхняя арматура требуется в том случае, когда в вышерасположенной стене имеются проемы, например двери. Ленточные фундаменты под рядом колонн выполняются в большинстве случаев как фундаментные балки. При этом продольное армирование устраивается как в неразрезных балках, как арматура, работающая на растяжение при изгибе. В поперечном направлении устанавливаются хомуты, которые вблизи колонн могут иметь меньшее расстояние между собой. Соединительная арматура для стен и колонн устраивается одновременно с арматурой фундаментов.

Отдельные фундаменты и точечные фундаменты

Центрально нагруженные точечные фундаменты имеют, в большинстве случаев, квадратную в плане форму со стороной В. Здесь исходят из двухосного восприятия нагрузки, причем изгибающие моменты уменьшаются от колонны к краю фундамента. При этом получается средняя область, которая более нагружена, чем краевые области. Средняя область принимается шириной 2-Вх4, а средняя область — шириной В/4. Арматура устанавливается в продольном и поперечном направлении по подошве фундамента. В большинстве случаев на обоих концах устанавливаются единичные стержни одинакового диаметра с угловыми крюками. При этом расстояние между стержнями арматуры в краевой области фундамента (s) в два раза больше, чем в серединной области, например s = 10 см /20 см или s = 12.5 см/25 см. Отдельные стержни сначала укладываются по всей ширине фундамента с выдерживанием расстояния друг от друга, соответствующего краевой области фундамента. После этого в области шириной В/ 2 под колонной укладываются еще промежуточные стержни.

Железобетонные колонны

Колоннами называются вертикально стоящие строительные конструкции, размеры поперечного сечения которых малы по сравнению с высотой, которую также называют длиной. Они называются стержневыми сжатыми элементами. В большинстве случаев они служат опорами для других строительных конструкций, таких, как балки, ригели, прогоны, и передают нагрузки с них дальше вниз. При этом речь идет преимущественно о сжатии в направлении длины колонны, которое называется нормальной силой (N). Кроме того, колонны могут работать на изгиб за счет горизонтальных нагрузок, например ветровых и динамических (ударных). По виду нагрузки различают центрально сжатые и вне центра сжатые колонны.

В случае стройных колонн с небольшим сечением дополнительно имеет место опасность продольного изгиба. Продольным изгибом называют внезапное боковое искривление колонны под нагрузкой. Продольный изгиб может возникнуть под нагрузкой, при которой напряжение в бетоне еще далеко не достигло своего предельного значения напряжения на сжатие. В качестве критерия опасности продольного изгиба служит в основном стройность колонны, которая определяется как отношение высоты или длины колонны к ее толщине. В колоннах вместо длины используется понятие свободной длины продольного изгиба. Свободная длина продольного изгиба принимается в зависимости от того, защемлена ли колонна или шарнирно оперта.

В железобетонных конструкциях шарнирами называются такие соединения, которые на основе их армирования передают только усилия сжатия или растяжения на другие элементы, но не передают изгибающие моменты. В зависимости от изготовления, независимо от нагрузки и опасности продольного изгиба предписываются минимальные толщины колонн. Колонны могут быть не армированными, армированными с хомутами, ошнурованными или армированными спиральной арматурой. В наземном строительстве применяются в основном колонны, армированные с хомутами.

Арматура состоит из продольной арматуры и хомутов. Бетонное сечение колонны несет нагрузку совместно с арматурными стержнями и хомутами. Хомуты имеют задачу предотвратить продольный изгиб продольных стержней. В случае колонн высотой на этаж продольная арматура оканчивается в оголовнике колонны и заанкеривается в присоединяемой строительной конструкции. В случае колонн, проходящих насквозь несколько этажей, по крайней мере угловые продольные стержни должны быть пропущены через перекрытие в качестве соединительной арматуры с вышележащей колонной. Необходимые для этой цели стержни должны быть отогнуты. Непосредственно под и над балками или плитами на высоте, равной наибольшему размеру сечения, и при стыках внахлест продольных стержней диаметром менее 14 мм расстояние между хомутами следует уменьшить с коэффициентом 0,6.

Расположение продольных стержней

Продольные стержни следует размещать преимущественно по углам и удерживать от продольного изгиба с помощью хомутов. Каждый угол колонны следует армировать минимум одним стержнем, но не более 5 стержней. Диаметр стержней зависит от размеров сечения колонны. У колонн с высотой поперечного сечения менее 20 см диаметр стержней составляет менее12 мм. При установке стержней наибольшие расстояния между ними не должны превышаться. Наибольшие расстояния между продольными стержнями должны быть не более 30 см, что при сечении колонны, сторона которой не превышает 40 см, соответствует одному стержню в каждом из 4 углов. Если продольные стержни должны быть отогнуты, то в нижних точках изгиба должны устанавливаться дополнительные хомуты.

Железобетонные стены

Стенами в здании или сооружении являются конструкции в виде пластин, которые преимущественно работают на сжатие. Согласно нормам для гражданского и промышленного строительства, стены отличаются от опор отношением их ширины b и высоты h. Работающие на сжатие конструкции, называющиеся также сжатыми элементами, ширина которых больше пятикратной толщины, называются стенами, а те, у которых это соотношение меньше, называются опорами или пилонами. Стены образуют боковые ограничения застроенного пространства. Стены как вертикальные пластины и перекрытия как горизонтальные пластины обеспечивают жесткость друг друга и тем самым влияют на прочность и устойчивость всего сооружения. По выполняемым функциям различают несущие стены, стены жесткости и ненесущие стены. Работающие преимущественно на изгиб строительные конструкции в виде пластин называют подпорными стенами.

Если стены жестко соединены с плитой подошвы, то получаются бассейны или лотки, которые находят, например, применение в строительстве очистных сооружений. В сооружениях типа резервуаров для воды плиты подошвы, стены и плиты покрытия также жестко соединяются между собой. Если при этом требуется обеспечить водонепроницаемость, то надо, чтобы усадочные напряжения могли восприниматься конструкцией без образования трещин. Для этого в области стыкования стены с подошвой горизонтальная арматура должна располагаться с меньшим расстоянием друг от друга. Несущими стенами называют конструкции для восприятия вертикальных нагрузок или для передачи горизонтальных нагрузок.

Вертикальные нагрузки — это, например, собственный вес и полезная нагрузка на перекрытиях, горизонтально действующая нагрузка — это, например, ветровая нагрузка. Несущие стены должны удовлетворять требованиям статики. Несущая способность определяется в основном толщиной стены и ее «стройностью». При этом должны выдерживаться минимальные толщины стен согласно нормам промышленного и гражданского строительства, принятым в РФ. Несущие наружные стены наряду с их несущей способностью должны удовлетворять требованиям теплозащиты, защиты от влаги, шумозащиты и пожарозащиты. Стены могут быть армированными и неармированными. Они должны армироваться при нагрузках на растяжение, при опасности продольного изгиба, при нецентральной нагрузке и если они не раскреплены стенами жесткости или другими конструкциями.

Расположение арматуры зависит от характера нагрузки. При этом различают стены, работающие на сжатие, стены, работающие на изгиб, и стены, работающие на сжатие с изгибом. Стены, работающие на сжатие, например внутренние стены, армируются как колонны. Стены, работающие на изгиб, например подпорные стены, армируются как плиты. В случае стен, работающих на сжатие с изгибом, как, например, наружные стены подвалов, применяется арматура, соответствующая преобладающей нагрузке. Стены, работающие на сжатие, имеют арматуру, расположенную с обеих сторон. Она состоит из главной арматуры (продольной арматуры), которая называется также сжатой арматурой, и из поперечной арматуры.

Главная арматура располагается вертикально в направлении нагрузки, поперечная арматура располагается под прямым углом к ней. Она служит в основном для распределения нагрузки и для предотвращения образования усадочных трещин. Наружные арматурные стержни заанкериваются в теле стены с помощью S-образных крюков или закладных хомутов. В углах и на свободных концах требуется дополнительное армирование. Главная арматура состоит из продольных стержней, минимальный диаметр которых у отдельных стержней должен составлять 8 мм, а в случае применения арматурных сеток — каркасов — 5 мм.

Продольные стержни должны располагаться на расстоянии не более 20 см друг от друга. Они могут в первом слое находиться снаружи (от хомутов), если защитный слой бетона соответствует, по меньшей мере, двукратному диаметру несущих стержней или если несущие стержни имеют диаметр не более 14 см. При применении арматурных сеток несущие стержни всегда могут располагаться снаружи. В прочих случаях продольные стержни надо устанавливать во втором ряду. При этом они должны охватываться поперечной арматурой. Поперечная арматура должна составлять не менее 25% сечения главной арматуры. С каждой стороны стены необходимо располагать поперечные стержни на расстоянии менее 35 см с диаметром отдельных стержней 6 мм.

Лежащие снаружи арматурные стержни с обеих сторон стены необходимо связывать не менее чем в четырех, смещенных относительно друг друга местах на каждый квадратный метр стены S-образными крюками. В толстых стенах анкеровка главной арматуры в толще стены может осуществляться закладными хомутами, причем свободные концы хомутов должны иметь длину 0,5м. S-образные крюки могут отпасть, если несущие стержни имеют диаметр не более 14 мм, и защитный слой бетона соответствует, по меньшей мере, двукратному диаметру стержней. На свободных концах, например у концов стены, у окон и дверей, дополнительно к главной арматуре необходимо устанавливать угловые стержни и закреплять их с помощью U-образных закладных хомутов.

Расстояние между закладными хомутами должно быть не более толщины стены h или 12-кратного диаметра угловых стержней. Длина заделки свободных концов хомутов должна соответствовать 2-кратной высоте сечения стены или длине заанкеривания. Углы стен и присоединения поперечных стен требуют дополнительного армирования. Оно осуществляется, как правило, с помощью угловых уголков или с помощью закладных хомутов. В надземном строительстве обычно достаточно применять для этого диаметр стержней 8 мм с расстоянием между хомутами 20 см.

Армирование стен

• Продольное армирование: минимальный диаметр менее 8 мм, расстояние между стержнями менее 20 см с каждой стороны стены.
• Поперечная арматура: с каждой стороны стены 25% продольной арматуры (по площади сечения), на расстоянии не более 35 см.
• Заанкеривание наружных арматурных стержней с обеих сторон стены четырьмя расположенными со смещением друг относительно друга S-образными крюками на каждый м2 площади стены, в случае толстых стен предпочтительно с помощью закладных хомутов. Если защитный слой бетона составляет, по меньшей мере, 2ds, то S-образные крюки при несущих стенах ds 14 мм могут не применяться.
• Дополнительное усиливающее армирование, например, у концов стен, у дверей и окон U-образными закладными хомутами и угловыми стержнями.

Стены, проходящие через несколько этажей, требуют устройства соединительной арматуры для вышележащих стен, если эти стены должны передавать силы растяжения при изгибе.

Установка арматуры

В промышленном и гражданском строительстве для армирования стен часто применяются арматурные сетки. Сетки, покрывая сразу значительные площади, экономят рабочее время, являясь эффективнее арматурных стержней. Там, где установка сеток невозможна, устанавливается стержневая арматура. Как правило, арматуру устанавливают у опалубки одной из сторон стены. Армирование отдельными стержнями производится с помощью следующих рабочих операций:

• Выравнивание соединительной арматуры.
• Укрепление отдельных продольных стержней на опалубке с выдерживанием толщины защитного слоя бетона.
• Установка отдельных поперечных стержней.
• Укрепление дистанционных прокладок.
• Установка остальных стержней продольной и поперечной арматуры.
• Армирование другой стороны стены.
• Установка S-образных крюков.

При армировании стен арматурный каркас не должен служить козлами для подмостей. Для ведения арматурных работ, начиная с определенной высоты, необходимо устройство подмостей. Если стержни укрепляются на опалубке с помощью гвоздей, они должны быть перед бетонированием удалены для защиты от коррозии. Для стен подвалов в жилищном строительстве все в большем количестве применяются панели высотой на этаж шириной до 2,5 м из изготавливаемых на заводе сборных железобетонных изделий в виде решетчатых ферм, бетонируемых против друг друга и потом заливаемых монолитным бетоном.

Этот смешанный, сборно-монолитный способ строительства соединяет преимущества сборного строительства с преимуществами монолитного строительства. Громоздкие и требующие значительных затрат труда опалубочные и арматурные работы перемещаются на завод. Готовая залитая бетоном стена имеет гладкие поверхности, которые со стороны помещения не требуют дальнейшей обработки. С помощью стандартных, угловых, дверных и оконных элементов, а также доборных деталей можно создать любую форму плана.

Подпорные стены

Подпорные стены служат для удерживания объемов грунта, например при строительстве дорог, в выемках или у въездов в подземные гаражи. Так как они в большинстве случаев нагружены давлением грунта с одной стороны, то подпорные стены преимущественно работают на изгиб.

Часто они выполняются в виде угловых подпорных стен. Угловая подпорная стенка состоит из плиты основания, которая называется подошвой, и вертикальной стены. Подошва и стена жестко связаны друг с другом и образуют в большинстве случаев прямой угол. По виду подошвы различают стены с подошвой в сторону грунта и с подошвой в сторону воздуха. Расширение подошвы за пределы толщины стены, называемое также шпорой, повышает устойчивость подпорной стенки против опрокидывания. Нагрузка от веса грунта у угловых подпорных стен также повышает их устойчивость против опрокидывания. У таких подпорных стен стена со стороны грунта, плита подошвы сверху и шпора снизу работают на растяжение. Особо опасное сечение находится между плитой подошвы и вертикальной стеной. Так как здесь, как правило, проходит рабочий шов, при выполнении работ в этом месте требуется особая тщательность.

Подпорные стены являются по сути своей конструкциями, работающими на изгиб. Соответственно, и армирование подпорных стен выполняется с расчетом на растяжение при изгибе и конструктивное армирование. Такая арматура, установленная на растянутой стороне подпорной стены и состоящая из главной и поперечной арматуры, работает на растяжение при изгибе.

Главная арматура стены расположена вертикально, тогда как главная арматура подошвы располагается в поперечном направлении. Расчет диаметра и расстояния между стержнями арматуры в этом случае выполняется на основании арматурных чертежей. Также, соответственно арматурным чертежам, выдерживаются и наибольшие расстояния в областях наибольшей нагрузки на изгиб. Поперечная арматура расположена перпендикулярно главной арматуре с таким расчетом, чтобы создавать необходимые ребра жесткости в монолите после заливки бетоном. Такая арматура устанавливается с шагом не более 25 см.

Исключением может являться только случай, когда общая толщина конструкции составляет меньше 25 см. Конструктивная арматура располагается с внешней стороны подпорной стены, а в плитах подошвы – в нижней их части. Также в плитах подошвы необходимо устанавливать поддерживающие элементы. В подпорных стенах большой высоты арматура подошвы и арматура стены устанавливаются отдельно. При этом необходимо соблюдать определенный перехлест таким образом, чтобы соединительная арматура выступала за край плиты подошвы. Для стен подвалов применяют в основном панели высотой в этаж из готовых изготавливаемых заводским способом блоков шириной 2,5м в виде решетчатых ферм. Такие фермы бетонируются и затем заливаются бетоном. Такой смешанный способ строительства соединяет в себе преимущества сборного и монолитного методов ведения строительных работ.

Подпорные стены и их монтаж

Подпорная стена со стороны грунта и подошва снизу работают на растяжение. Арматура, нагруженная на растяжение при изгибе, устанавливается в соответствии с распределением усилий, конструктивная арматура устанавливается в стене со стороны воздуха, а в подошве — сверху. Если подпорные стены разделяются швами и герметизируются шовными лентами, то место расположения шва дополнительно должно армироваться хомутами. Расстояния между швами необходимо устанавливать в соответствии с ожидаемыми деформациями от усадки, ползучести и температурных перепадов. Подпорные стены, подверженные прямому солнечному облучению, требуют меньших расстояний между швами, чем те, которые находятся в защищенном от солнца положении.

Перекрытия

Перекрытия разделяют сооружение на отдельные этажи. Как конструкции в виде пластин, они во многих случаях принимают на себя функцию обеспечения жесткости для сооружения. Перекрытия состоят из конструктивной части, нижней части перекрытия и верхней части перекрытия. Конструктивная часть образует несущую конструкцию. Она имеет задачу передавать на опоры собственный вес и полезную нагрузку. Нижняя часть перекрытия состоит из штукатурки, деревянной обшивки или плитных материалов. Сюда же относятся необходимые конструкции для их крепления, такие, как несущий слой для штукатурки, реечный каркас и подвесные элементы. К верхней части относятся выравнивающие стяжки и устройство полов.

Верхняя и нижняя части перекрытия выполняют задачу в основном по звукоизоляции и теплоизоляции. Конструктивная часть перекрытий возводится из сборных или монолитных плит перекрытий. Монолитные перекрытия выполняются из железобетона, иногда из преднапряженного бетона, причем промежуточные элементы (элементы заполнения) могут быть из нормального бетона, из легкого бетона или из керамических вкладышей. Массивные перекрытия выполняются из монолитного бетона, из сборных железобетонных конструкций и как сборно-монолитные конструкции. Среди массивных перекрытий различают в основном железобетонные полнотелые плиты, железобетонные многопустотные плиты, плитно-балочные перекрытия, железобетонные ребристые перекрытия, перекрытия по железобетонным балкам и перекрытия из стали и камня.

Железобетонные полнотелые плиты

Толщина перекрытия h рассчитывается исходя из требований статики. Минимальные толщины плитных перекрытий устанавливаются согласно нормам для строительных работ и составляют в основном 7 см. В случае плит, по которым будут ходить только в исключительных случаях, — 5 см. Плиты, по которым предусматривается движение легковых автомобилей, должны иметь толщину не менее 10 см, а при движении более тяжелого транспорта — 12 см. Кроме того, минимальная толщина плит зависит от допустимого прогиба, от расстояния между опорами и от статической системы. При этом к перекрытиям, несущим перегородки, предъявляются более высокие требования, если мешающие трещины в перегородках не могут быть предотвращены с помощью других мероприятий. Междуэтажные перекрытия в жилых зданиях из-за шумоизоляции должны быть толщиной не менее 16 см. Глубина заделки на опорах плитных перекрытий зависит от величины опорных реакций и от несущей способности опорных конструкций. Она, кроме того, должна быть достаточной для анкеровки арматуры. При опоре на кладку или на бетон классов прочности С12/15 и С16/20 глубина опоры должна составлять не менее 7 см.

При более высоких классах прочности бетона и стали, глубина опоры требуется не менее 5 см. При пролетах до 2,5 м при определенных предпосылках глубина опоры в 3 см может быть достаточной. Устройство опоры перекрытия в каменной кладке ориентируется на требования теплоизоляции и недопущения образования трещин. В случае стен толщиной свыше 24 см перекрытие не должно перекрывать всю толщину стены, так как в противном случае у торцовой стороны перекрытия могут образовываться трещины. Чтобы этого избежать, глубина опоры должна быть меньше. Между перекрытием и наружной стороной стены следует устанавливать слой теплоизоляционного материала толщиной около 5 см. Наружная часть стены и теплоизоляция служат одновременно для теплоизоляции в месте опоры перекрытия. При пролетах перекрытий свыше 6 м вследствие ожидаемых деформаций перекрытия необходимо предусматривать мероприятия по центрированию опор перекрытий, например путем устройства войлочной полосы, на краю опоры перекрытия.

Одноосно-напряженные плиты имеют опоры на противоположных двух стенах или ригелях. Нагрузки в значительной части воспринимаются такими плитами в одном направлении, в направлении пролет. При равномерно распределенной нагрузке на плиту нагрузка распределяется пополам на каждую опору. Это требует установки несущей арматуры в направлении пролета. На нагрузки, действующие поперек направления пролета, такие, как распределение нагрузки, в перпендикулярном направлении к несущей арматуре устанавливается поперечная арматура, называемая также распределительной арматурой. Она состоит из более тонких стержней, чем рабочая несущая арматура.

Плитные перекрытия предпочтительно армируются арматурными сетками, которые имеют при одноосно-напряженных плитах более толстые стержни в направлении пролета и более тонкие стержни в поперечном направлении. Двухосно-напряженные плиты несут нагрузку в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Они могут опираться по четырем сторонам, по трем сторонам и, как консольные плиты, по двум взаимно перпендикулярным сторонам. Бетон и арматура у них работают в двух взаимно перпендикулярных направлениях. У плит, квадратных в плане, равномерно распределенная нагрузка F равномерно распределяется по всем опорам. У плит, прямоугольных в плане, главная нагрузка имеет место в направлении более короткого пролета. Если, например, соотношение пролетов по длине и составляет 1:2, то нагрузка на более коротком пролете будет составлять 8/18, а на более длинном пролете 1/18.

По этим нагрузкам должна рассчитываться арматура. Для двухосно-напряженных плит применяются в большинстве случаев арматурные сетки, имеющие приблизительно одинаковые диаметры сечения стержней. Лучшее соответствие распределению усилий может быть обеспечено при применении заказных сеток. Сборно-монолитные плитные перекрытия состоят из сборных плит толщиной минимум 4 см и статически работающего совместно слоя монолитного бетона. Такие плитные перекрытия подходят для однопролетных и неразрезных многопролетных перекрытий, которые работают как плиты на двух опорах, так и как плиты, работающие по двухосной системе.

Готовые плиты изготавливаются на заводе железобетонных изделий с заданной длиной и шириной до 2,5 м. При изготовлении их на площадке они могут изготавливаться согласно размерам помещений. Они имеют полностью или частично необходимую нижнюю рабочую арматуру, а также связевую арматуру. В качестве связевой арматуры применяются решетчатые ригели из стали или прутковые ригели из арматурной стали. Они устанавливаются таким образом, что они выступают из сборных плит в монолитную часть бетона. При одноосно-напряженных плитах вся несущая арматура находится в сборных плитах. Стыки плит перед заливкой монолитного бетона должны армироваться стыковой арматурой. При двухосно-напряженных плитах несущая арматура имеется только частично в одном направлении сборных плит. В другом направлении несущая арматура в виде отдельных стержней должна укладываться после установки сборной части перекрытия в проектное положение.

Верхняя арматура, как краевая арматура и как армирование углов или над колоннами, должна также устанавливаться по месту. После укладки арматуры производится бетонирование перекрытия монолитным бетоном на требуемую толщину. С помощью таких предварительно изготовленных конструкций сборно-монолитных перекрытий соединяются преимущества сборного строительства с преимуществами монолитного бетона. Укладка частично сборных плит производится без устройства опалубки и временных подпорок, количество которых и расстояния между которыми преимущественно зависят от пролета между опорами и толщины монолитного слоя бетона. Если применяются особые, допущенные строительным надзором решетчатые ригели, то возможно укладывать такие плиты пролетом до 5 м без промежуточных временных монтажных подпорок.

Это особенно экономично при больших высотах этажей, так как капитальные затраты на решетчатые ригели, как правило, ниже, чем стоимость монтажных подпорок. В монтажном положении сборные плиты должны иметь опоры не менее 3,5 см. Это может происходить также и с опорой на вспомогательные опоры. В окончательном проектном состоянии, т.е. после укладки монолитного бетона, глубина опоры должна соответствовать глубине опоры полнотелых плит. Это достигается за счет выпусков арматуры или решетчатых ригелей. Грибообразные перекрытия — это железобетонные плиты толщиной минимум 15 см, точечно опирающиеся на равномерно установленные краевые и внутренние колонны. Колонны могут в районе оголовка иметь проходящее вокруг колонны утолщение, которое придает конструкции форму гриба. Если утолщение у колонн отсутствует, то говорят о безригельном плоском перекрытии.

Железобетонные пустотные плиты

Для снижения собственного веса при больших пролетах и больших нагрузках применяются железобетонные плиты с пустотами. Пустотные плиты имеют непрерывный верхний и нижний слои, которые связаны ребрами в направлении вдоль пролета и частично поперек пролета в единое целое. Верхний и нижний слои имеют толщину не менее 6,5 см, ребра — не менее 8 см в ширину.

В районе опор и над несущими внутренними стенами можно не делать пустот. Действующие в этих местах напряжения должны восприниматься полосками полнотелого бетона. Для образования пустот применяются водонепроницаемые картонные трубы, трубы из профилированных металлических листов и вкладыши из пенопласта. Для того чтобы предотвратить всплытие форм, образующих пустоты, при бетонировании, они должны прикрепляться к опалубке. Изготовленные в виде сборных элементов предварительно напряженные бетонные пустотные плиты имеют, как правило, 33,3 или 50 см в ширину, и имеют высоту обычно до 20 см. Узкие стороны плит, которые выполнены в виде конических шпонок или в виде соединений «шпонка-паз», должны заливаться раствором для швов.

Плитные балочные перекрытия

Плитные балочные перекрытия в сечении состоят из железобетонной плиты. Многопустотное плитное перекрытие полнотелой плиты с железобетонными плитами с нижней стороны. Балки имеют минимальное расстояние друг от друга более чем 70 см, их максимальное расстояние друг от друга может быть более 3 м.Плита должна иметь толщину не менее 7 см. В направлении пролета, которое проходит, как правило, поперек балок, плиты имеют несущую арматуру. Кроме того, плиты необходимо присоединить к балкам так, чтобы не было сдвига.

У плитно-балочных перекрытий балки могут быть относительно тонкими, так как связь балки с плитой препятствует их боковому отклонению. Плитно-балочные перекрытия могут часто выполняться как сборные элементы, причем арматура может быть предварительно напряженной. Из соображений транспортировки ширина плит выбирается равной около 2,5 м. Балки могут быть выполнены с выступающими четвертями на 1,25 м или в виде боковых ребер. Эти сборные элементы называют плитами 2Т или, соответственно, швеллерными плитами.

Железобетонные ребристые перекрытия

Плитно-балочные перекрытия, у которых расстояния между ребрами составляют не более 150 см, называют ребристыми перекрытиями. У таких плит толщина h сжатой плиты должна составлять не менее 5 см или V10 расстояния между ребрами в свету. Ширина ребер должна составлять не менее 5 см, а высота ребер Арматура ребер, работающая на сдвиг, которая может состоять из хомутовых каркасов, отдельных хомутов или из арматурных стержней скошенной формы, обычно заходит в сжатую плиту. Необходимое для жатой плиты поперечное армирование должно лежать среди монтажных стержней армирования ребер. Железобетонные ребристые перекрытия допустимо применять только для полезной нагрузки до 5 кН/м2. Глубина опоры несущих ребер должна составлять не менее 10 см.

Если перекрытие на опоре нагружено продолжающимися кверху ограждающими стенами, то необходимо устройство бетонной полосы, которая часто выполняется в виде краевого анкера. При неразрезных ребристых перекрытиях в районе внутренних опор требуется устраивать расширение ребер или массивную поперечную полосу. Железобетонные ребристые перекрытия могут иметь одноосное и двухосное напряженное состояние. При двухосном напряженном состоянии продольные и поперечные ребра перекрещиваются на одинаковых или на приблизительно одинаковых расстояниях. Более часто применяющийся вид одноосно-напряженных плит, как правило, при пролетах между ребрами до 4 м или когда полезная нагрузка не превосходит 2,75 кН/м2, не имеет при пролетах между опорами до 6 м поперечных ребер. При больших пролетах между опорами поперечные ребра устраивать необходимо. Расстояние между ними зависит от полезной нагрузки, от расстояния между продольными ребрами и от толщины перекрытия.

Расстояние между поперечными ребрами в свету не должно превосходить 10-кратную толщину плиты перекрытия h0. Железобетонные ребристые перекрытия могут быть выполнены с промежуточными элементами заполнения или без них, как из монолитного бетона, так и с применением предварительно изготовленных элементов-ребер. В случае применения монолитных ребристых перекрытий без промежуточных элементов-вкладышей требуется использование опалубки, которая имеет форму, соответствующую форме сечения перекрытия.

Для этого применяют, как правило, стальные опалубочные листовые элементы и опалубочные формы. В случае применения монолитных ребристых перекрытий с промежуточными элементами-вкладышами пространство между ребрами заполняется вкладышами из легкого бетона или керамическими вкладышами. Керамические вкладыши для перекрытий или легкобетонные камни снабжены выступающими опорными четвертями. Они укладываются на полную или полосовую опалубку. В промежутки между опорными четвертями и боковыми сторонами вкладышей устанавливается рабочая арматура и укладывается монолитный бетон. Среди вкладышей для монолитных бетонных ребристых перекрытий различают статически не работающие и статически совместно работающие промежуточные элементы.

Статически не работающие совместно с перекрытием вкладыши служат для улучшения звукоизоляции и теплоизоляции перекрытия. Над статически не работающими совместно элементами необходимо устраивать сжатую плиту из монолитного бетона с поперечной арматурой толщиной не менее 5 см. При статически работающих совместно промежуточных элементах-вкладышах, как, например, при соответственно отформованных керамических вкладышах, устройство монолитной сжатой плиты над перекрытием не является необходимым. Керамические вкладыши усилены в верхней их части. Кроме того, они имеют выступы стыковых швов, которые бетонируются совместно с ребрами. Это образует сжатую зону. Требуемая, согласно строительных норм, поперечная арматура в этом случае выступами вкладышей в поперечном сечении.

Ребристые перекрытия с предварительно изготовленными сборными ребрами требуют установки на определенных расстояниях поперечных подпорок. Между целиком или частично предварительно изготовленными ребрами, которые снабжены рабочей арматурой и арматурой, работающей на сдвиг, укладывают керамические вкладыши перекрытий или промежуточные элементы из бетона. Они в большинстве случаев сидят фальцем на сборных ребрах, заполняющих нижнюю часть вкладыша. После укладки сборных конструкций бетонируют пространство в верхней части ребер. Аналогично ребристым перекрытиям из монолитного бетона промежуточные элементы могут статически работать или не работать совместно с ребрами. В соответствии с этим устраивается сжатая плита из монолитного бетона или вместо нее на сжатие работают усиленные в верхней части вкладыши и бетонируемые стыковые швы.

Железобетонные балочные перекрытия

Перекрытия из железобетонных балок или балок из предварительно напряженного железобетона отличаются от ребристых перекрытий отсутствием сжатой плиты. Для улучшения несущей способности балок их сжатая зона может быть расширена до 1,5 толщины перекрытия, но не более чем до 35 см. Балочные перекрытия могут устраиваться из плотно приставленных друг к другу сборных балок, из сборных балок с промежуточными элементами и из монолитного бетона с промежуточными элементами-вкладышами. Составленные сборные балки имеют в большинстве случаев форму двутавра. Как правило, верхняя полка вследствие воспринимаемых ею сжимающих усилий имеет большие размеры, чем нижняя, в которой проходит несущая арматура.

Для возведения перекрытия на уложенные балки требуется укладка слоя монолитного бетона с поперечным армированием. В железобетонных балочных перекрытиях из монолитного бетона подобно тому, как это имеет место в ребристых перекрытиях из монолитного бетона, укладываются промежуточные элементы с опорными брусками.

В свободное пространство между их боковыми плоскостями устанавливается арматура и укладывается монолитный бетон. За счет формы вкладышей сжатая зона балок, как правило, расширяется. В некоторых особо допущенных к применению системах сборных элементов для расширения сжатой зоны встраиваются усиленные в верхней части вкладыши с замоноличиваемыми раствором швами. В случае балочных перекрытий со сборными балками и вкладышами пространство между балками и вкладышами после укладки должно быть забетонировано. Часто вкладыши формуются таким образом, что балки получают уширенные сжатые зоны из монолитного бетона. Так как верхний слой бетона в нормальном случае не требуется, поверхности вкладышей в неотделанном состоянии перекрытия видны сверху. Балки состоят в большинстве случаев только в их нижней части из готового бетона. С помощью выступающей арматуры, работающей на сдвиг, образуется хорошая связь с монолитным бетоном.

Сталекаменные перекрытия

Сталекаменные конструкции изготавливаются в большинстве случаев из статически совместно работающих керамических вкладышей перекрытия, отчасти также с применением вкладышей из бетона шириной не более 25 см. Керамические или бетонные вкладыши в верхней части или через всю высоту сечения формуются таким образом, чтобы они могли воспринимать силы сжатия. При изготовлении перекрытия для этой цели заливаются бетоном выемки стыковых швов. При больших нагрузках в эти стыковые швы необходимо укладывать поперечную арматуру. Сталебетонные перекрытия кроме монолитного бетона изготавливаются из плитных сборных элементов, которые предлагаются на рынке под названием керамических элементных перекрытий.

Элементы изготавливаются на заводах. Такие элементы имеют толщину от 16,5 до 24 см и имеют требуемую длину при ширине до 2,5 м. При толщине перекрытий, например, в 24 см можно перекрывать пролеты помещений до 7,30 м. Монтажные подпорки, как правило, не являются необходимыми, что не касается, однако, краевых подпорок вдоль перемычек с каналами для рольставен, обычных перемычек и надоконных частей стен. В местах выступающих балконов для размещения верхней арматуры поверх плоских перекрытий устраивается массивная полоса из бетона.

Армирование железобетонных плит

Плиты — это строительные конструкции, работающие на изгиб. В отношении несущей способности различают одноосно-напряженные и двухосно-напряженные плиты. По количеству пролетов, которые необходимо перекрывать, различают однопролетные и многопролетные перекрытия. Плиты, которые выходят за одну концевую опору, называют консольными плитами. По положению арматуры в плите различают нижнюю и верхнюю арматуру. Нижняя арматура называется также пролетной арматурой, верхняя называется опорной арматурой. Плиты перекрытий в надземном строительстве преимущественно армируются арматурными сетками.

Одноосно-напряженные плиты

Армирование одноосно-напряженных плит состоит из главной арматуры и поперечной арматуры. Рабочей арматурой называются стержни, расположенные в направлении пролета и воспринимающие растягивающие напряжения при изгибе. Поперечная арматура устанавливается под прямым углом к рабочей арматуре и служит для распределения нагрузок. Кроме того, поперечная арматура воспринимает нагрузки, действующие поперек направления пролета. Поэтому рабочая арматура называется также главной или несущей арматурой, а поперечная арматура называется распределительной арматурой. Для армирования плит действительны указания по армированию согласно существующих строительных стандартов. Главная арматура состоит из несущих стержней, диаметр которых и расстояния между которыми следует принимать согласно арматурному чертежу. При укладке стержней нельзя нарушать указания по максимальным и минимальным расстояниям между стержнями.

Сечение главной арматуры дается на 1 м ширины полосы плиты и обозначается кратко ГА. Поперечная арматура состоит из стержней меньшей площади сечения. В арматурных сетках со склада допустимые расстояния между стержнями и сечения согласно существующих стандартов, учитываются уже при изготовлении сеток. Дополнительное армирование — это, например, армирование краев, добавочное армирование или нижнее армирование консольных плит. Краевое армирование устраивается как верхнее армирование на конечных опорах. Оно является защемляющим армированием и служит для восприятия нагрузок при непредвиденных защемлениях плиты, например в каменной кладке. Краевую арматуру называют также обрывной арматурой. Ее длина должна составлять около V4 ширины пролета плиты, ее сечение должно составлять не менее 25% сечения пролетной арматуры. Для этого часто применяются остатки сеток.

Добавочная арматура под отдельными и полосовыми нагрузками задается, как правило, в арматурных чертежах. Если это не имеет места, то необходимо стержни располагать в продольном и поперечном направлении. Добавочная арматура по свободным, не опертым краям плит, например у консольных плит, состоит из арматуры вдоль края и хомутов обрамления. Для обрамления краевой арматуры могут применяться закладные хомуты или соответствующим образом изогнутые арматурные стержни, причем свободная длина хомута должна соответствовать двойной толщине плиты. Добавочная арматура необходима также в местах отверстий и выемок, например у проемов для каминных труб. Также и консольные плиты должны иметь добавочное армирование. Добавочное армирование устанавливается как нижняя арматура. Для этого особенно подходят Q-сетки.

Одноосно-напряженные однопролетные плиты

Однопролетные плиты имеют в нижней части плиты пролетную арматуру, которая изображена на арматурном чертеже как нижняя арматура. Если на опорах возникает защемление, то может потребоваться краевая арматура как верхняя арматура. Пролетная арматура может в соответствии с распределением усилий быть уложена ступенчатым образом. Однако в этом случае все равно, по крайней мере, половина арматуры должна идти от опоры до опоры. Если для пролетной арматуры применяются арматурные сетки со склада, то по расположению сеток различают однослойное и двухслойное армирование. Однослойное армирование представляет собой наиболее экономичное решение с точки зрения затраты труда при арматурных работах.

При двухслойном армировании пролетная арматура может быть расположена ступенчато путем штабельного размещения стержней, и тем самым может быть достигнута экономия стали. Различают штабельное размещение добавочной арматуры и расположенное в разбежку штабельное размещение. Двухслойное сеточное армирование со штабельным размещением добавочной арматуры состоит из основной и добавочной сеток. С помощью сеток, расположенных в разбежку, получают двухслойное армирование с расположенным в разбежку штабелированием.

Одноосно-напряженные многопролетные (неразрезные) плиты

При многопролетных плитах требуется как пролетное армирование, так и армирование на опорах. Опорная арматура и краевая арматура показываются в арматурных чертежах как верхняя арматура. Опорная арматура проходит над несущими стенами в верхней части сечения плиты и может быть ступенчато оборвана согласно распределению усилий. Ее положение должно быть зафиксировано достаточным количеством поддерживающих каркасов.

Если применяют арматурные сетки со склада для опорного армирования, то, как и при пролетном армировании, различают различные схемы расположения арматуры.

Краевая арматура в углах плит усиливается, причем в большинстве случаев в качестве армирования углов применяют половину Q-сетки. Она должна укреплять углы от поднятия, так как при нагрузке возникает опасность выгибания углов.

В надземном строительстве часто применяются двухпролетные плиты, нагрузка на которые является равномерно распределенной. При этом различают двухпролетные плиты с равными и с неравными пролетами. Неразрезные плиты с одинаковыми пролетами имеют в обоих пролетах пролетное армирование с одинаковым поперечным сечением арматуры и опорное армирование, которое, как правило, имеет большее сечение арматуры, чем пролетная арматура. Опорная арматура устанавливается симметрично по центру несущей стены. В случае неразрезных плит с неравными пролетами в пролетах меньшей длины пролетная арматура имеет меньшую площадь в сечении, чем в больших пролетах. Опорная арматура заходит дальше в меньший пролет, чем в пролет большей длины.

Если неразрезная плита подвешивается к прогону, то пролетная арматура должна отгибаться с небольшим уклоном и достаточно далеко заводиться над нижней арматурой прогона. Опорную арматуру вследствие частого расположения хомутов в прогоне следует выполнять из отдельных стержней. При этом следует учитывать, что отдельные стержни требуют большей длины заанкеривания, чем сетки. Если требуются большие сечения арматуры, то армирование может быть выполнено двухслойным. При штабельном расположении пролетной арматуры однослойная часть арматуры в районе концевой опоры всегда меньше, чем у средней опоры. Также и при двухслойном армировании на опорах опорная арматура выступает дальше в меньший пролет. При применении ступенчато расположенных сеток со склада, так называемых экономичных пролетных сеток, при однослойной арматуре площадь сечения арматурной стали может быть подобрана соответственно распределению растягивающих усилий.

Одноосно-напряженные плиты с консолью

Главная арматура однопролетной плиты с консолью состоит из пролетной арматуры и опорной арматуры в районе консоли. Кроме того, требуется установка дополнительной арматуры консольной плиты в нижней части сечения, устройство хомутов на свободных краях и краевое армирование. Главная арматура может быть однослойной или двухслойной.

Двухосно-напряженная однопролетная плита

Двухосно-наряженные плиты под равномерно распределенной нагрузкой имеют нижнюю арматуру как главное армирование и верхнюю арматуру как армирование углов и краевое армирование. Главная арматура образуется двумя слоями перекрещивающихся несущих стержней. При квадратном плане в обоих направлениях стержни имеют одинаковую площадь сечения. Прямоугольные плиты в направлении более короткого пролета более нагружены, чем в направлении более длинного пролета. Поэтому говорят о главном несущем направлении и второстепенном несущем направлении. В главном несущем направлении для наибольших расстояний между стержнями действуют правила для одноосно-напряженных плит.

Арматурные стержни во второстепенном несущем направлении необходимо укладывать вторым слоем. В главном и второстепенном несущих направлениях для наибольших расстояний между стержнями действуют предписания для одноосно-напряженных плит. Угловая арматура, называемая также арматурой кручения, необходима для предотвращения образования трещин в углах плиты. Если угловая арматура устанавливается конструктивно, то сечение главной арматуры должно быть соответствующим образом увеличено. Краевая арматура на концевых опорах устанавливается так же, как и в одноосно-напряженных плитах. Для армирования двухосно-напряженных плит применяются в большинстве случаев арматурные сетки, причем армирование может быть выполнено однослойным или двухслойным.

Плиты лестничных маршей и площадок

Лестницы из железобетона могут быть выполнены с несущими ступенями и с ненесущими ступенями на маршевых плитах. Ненесущие ступени устанавливаются на несущие маршевые плиты. Маршевые плиты воспринимают нагрузки и передают их на стены или каркас здания. Часто применяются ребристые лестницы. Как правило, лестничные плиты напряжены, т.е. работают в продольном направлении. Образуется изогнутая (ломаная) плита, которая в большинстве случаев армируется как одноосно-напряженная плита. В местах переломов требуется дополнительное армирование. В местах излома различают выступающие и внутренние углы. В местах выступающих углов арматура проходит, непрерывно обрамляя угол снизу. В местах внутренних углов она перекрещивается у верхней части угла и проходит далее непрерывно по нижней части плиты.

Лестничные плиты могут опираться на торцовые стены лестничных клеток и работать по всей длине лестничной клетки или лежать на площадках. Напряженные по всей длине лестничной клетки лестничные плиты называются лестничными плитами с одинаково защемленными площадками. Главная арматура проводится от опоры до опоры. У лестничных маршевых плит, которые опираются на площадки, работающие в поперечном направлении, главная арматура марша заанкеривается в плитах площадок. Площадки либо опираются по двум противоположным сторонам и одноосно-напряжены, либо опираются по трем сторонам и напряжены по двум осям.

Арматура из-за мест переломов выполняется в большинстве случаев из отдельных стержней. Главная арматура маршей и площадок может быть выполнена также из арматурных сеток. При этом следует учитывать, что сетки применяются без краевых выпусков или по краям должны быть установлены отдельные стержни. Часто в местах перелома для распределения усилий устанавливают непрерывно проходящие через этот участок дополнительные стержни.

Установка арматуры

Для армирования плоскостных конструкций, как, например, массивных плит, подходят преимущественно арматурные сетки, в особенности арматурные сетки со склада, потому что они всегда имеются в наличии. Армирование производится по проверенным арматурным чертежам. При применении сеток со склада для подготовки арматуры, кроме того, требуется эскиз разрезки.

При однослойном армировании сетками несущие стержни должны быть обращены к наружной поверхности бетона. При двухслойном армировании сетками несущие стержни могут располагаться в одной плоскости или в двух плоскостях. Укладка нижней арматуры производится, как правило, от одного угла пролета перекрытия при соблюдении предписанного перехлеста. Если пролет перекрытия опирается на железобетонную балку, то несущие стержни должны заходить в арматуру балки. При этом стержни поперечной арматуры в местах хомутов могут вырезаться.

Укладка верхней арматуры производится так же, как и у нижней арматуры, однако она должна опираться на устойчивые поддерживающие каркасы, высота которых должна быть согласована с толщиной плиты. Площадки либо опираются по двум противоположным сторонам и одноосно напряжены, либо опираются по трем сторонам и напряжены по двум осям. Арматура из-за мест переломов выполняется в большинстве случаев из отдельных стержней.

Главная арматура маршей и площадок может быть выполнена также из арматурных сеток. При этом следует учитывать, что сетки применяются без краевых выпусков или по краям должны быть установлены отдельные стержни. Часто в местах перелома для распределения усилий устанавливают непрерывно проходящие через этот участок дополнительные стержни. Расстояния между поддерживающими каркасами зависят от жесткости арматуры и вида бетонирования. Арматура из более тонких стержней требует более коротких расстояний между поддерживающими каркасами, чем в случае более толстых стержней. Перед началом бетонирования арматуру должен проверить ответственный руководитель строительства.

БАЛКИ перекрывают отверстия в сооружениях, несут нагрузку и передают ее через опоры на поддерживающие конструкции, как, например, на колонны или стены. В большинстве случаев они имеют прямоугольное сечение шириной b и толщиной А, которая также называется высотой. Так как балки преимущественно работают на изгиб, они должны быть выполнены так, чтобы сечение было вертикальным. Размеры поперечного сечения по сравнению с длиной балки малы. Поэтому говорят о стержнеобразных изгибных прогонах. Балки вблизи опор могут быть усилены увеличенными размерами сечения. Балочные плиты — это балки, которые в верхней части расширены плитами. Несущая способность балочных плит основана на совместном действии балок и плит. Поэтому плиты и балки должны быть связаны между собой арматурой так, чтобы была обеспечена прочность на сдвиг.

Толщина плит должна составлять минимум 7 см, а высота сечения балок не должна быть меньше 10 см. Балочные плиты, как правило, бетонируются за один рабочий проход. Различают односторонние и двухсторонние балочные плиты. Ширина балки (ребра) обозначается Ьк, общая толщина (высота) балочной плиты обозначается А, а ширина плиты, которая совместно работает под нагрузкой, обозначается ВП. За счет прочного на сдвиг соединения возникающие в верхней части усилия сжатия при изгибе частично передаются на плиту. При этом получается большая площадь сечения, работающая на сжатие. Это приводит к тому, что линия нулевых напряжений смещается в сторону плиты и несущая арматура в растянутой зоне нагружается более эффективно. Если балочные плиты выполняются как неразрезные балки, то плита воспринимает напряжения сжатия при изгибе только в пролетах.

В районе опор плита находится в растянутой зоне, причем силы сжатия должны восприниматься только балкой с шириной сечения не менее 1/3 от номинальной. Если невозможно устройство балочных плит с плитой сверху, то ребро может устраиваться и над плитой. При этом говорят о железобетонном прогоне сверху. В случае железобетонного прогона сверху плиты, как балки на двух опорах, все усилия воспринимаются только балкой (ребром). Если балка является многопролетной, то в районе опор плита также участвует в работе по восприятию усилий сжатия при ширине сечения плиты. Балки и балочные плиты — это конструкции, работающие преимущественно на изгиб, у которых нагрузка распределяется в продольном направлении.

Арматура состоит в основном из продольной арматуры и хомутов. Кроме того, в высоких сечениях требуется также стержневая арматура. Продольная арматура может быть растянутой, верхней стержневой и монтажной. Растянутая арматура воспринимает усилия от изгиба. Она может состоять из отдельных стержней или из пучков арматуры, суммарное сечение которых обозначается А. Арматурные стержни растянутой арматуры могут быть расположены не более чем в два слоя один над другим, причем минимальные расстояния между стержнями должны выдерживаться. По форме изгиба различают прямые и отогнутые стержни. Прямые стержни воспринимают силы растяжения, а отогнутые стержни — дополнительно в местах отгибов — усилия сдвига. Стержни отгибаются в большинстве случаев под углом в 45°. В случае высоких балок отгибы целесообразно устраивать под углом 60°.

Отогнутые стержни по возможности следует располагать внутри, а в углах хомутов должны устанавливаться только прямые стержни. Растянутая арматура в соответствии с распределением усилий может располагаться ступенчато, причем ступенчатое окончание стержней может быть с прямыми концами стержней или с отогнутыми концами стержней. При этом концы стержней должны быть заанкерены в бетоне на соответствующую длину заанкеривания. Много стержней меньшего диаметра дают лучшую ступенчатую градацию, чем меньше и балочных плитах их количество большего диаметра. Укладка нижней арматуры производится, как правило, от одного угла пролета перекрытия при соблюдении необходимого перехлеста.

Укладка верхней арматуры производится так же, как и нижней арматуры, с той разницей, что она должна опираться на устойчивые поддерживающие каркасы, высота которых согласовывается с толщиной плиты и положением арматуры. Расстояния между поддерживающими каркасами зависят от жесткости арматуры и вида бетонирования. Арматура из более тонких стержней требует более коротких расстояний между поддерживающими каркасами, чем в случае более толстых стержней. Перед началом бетонирования арматуру должен проверить ответственный руководитель строительства.

Железобетонные балки и железобетонные балочные плиты

Балки перекрывают отверстия в сооружениях, несут нагрузку и передают ее через опоры на поддерживающие конструкции, как, например, на колонны или стены. В большинстве случаев они имеют прямоугольное сечение шириной b и толщиной h, которая также называется высотой. Так как балки преимущественно работают на изгиб, они должны быть выполнены так, чтобы сечение было вертикальным. Размеры поперечного сечения по сравнению с длиной балки малы. Поэтому говорят о стержнеобразных изгибных прогонах. Балки вблизи опор могут быть усилены увеличенными размерами сечения. Балочные плиты — это балки, которые в верхней части расширены плитами.

Несущая способность балочных плит основана на совместном действии балок и плит. Поэтому плиты и балки должны быть связаны между собой арматурой так, чтобы была обеспечена прочность на сдвиг. Толщина плит должна составлять минимум 7 см, а высота сечения балок не должна быть меньше 10 см. Балочные плиты, как правило, бетонируются за один рабочий проход.

Различают односторонние и двухсторонние балочные плиты. Ширина балки (ребра) обозначается bw, общая толщина (высота) балочной плиты обозначается /г,. а ширина плиты, которая совместно работает под нагрузкой, обозначается В. За счет прочного на сдвиг соединения возникающие в верхней части усилия сжатия при изгибе частично передаются на плиту. При этом получается большая площадь сечения, работающая на сжатие. Это приводит к тому, что линия нулевых напряжений смещается в сторону плиты и несущая арматура в растянутой зоне нагружается более эффективно. Если балочные плиты выполняются как неразрезные балки, то плита воспринимает напряжения сжатия при изгибе только в пролетах.

В районе опор плита находится в растянутой зоне, причем силы сжатия должны восприниматься только балкой с шириной сечения bw. Если невозможно устройство балочных плит с плитой сверху, то ребро может устраиваться и над плитой. При этом говорят о железобетонном прогоне сверху. В случае железобетонного прогона сверху плиты, как балки на двух опорах, все усилия воспринимаются только балкой (ребром). Если балка является многопролетной, то в районе опор плита также участвует в работе по восприятию усилий сжатия при ширине сечения прилегающие к ней плиты. Балки и балочные плиты — это конструкции, работающие преимущественно на изгиб, у которых нагрузка распределяется в продольном направлении. Арматура состоит в основном из продольной арматуры и хомутов. Кроме того, в высоких сечениях требуется также стержневая арматура. Продольная арматура может быть растянутой, верхней стержневой и монтажной.

Растянутая арматура воспринимает усилия от изгиба. Она может состоять из отдельных стержней или из пучков арматуры, суммарное сечение которых обозначается Д.. Арматурные стержни растянутой арматуры могут быть расположены не более чем в два слоя один над другим, причем минимальные расстояния между стержнями должны выдерживаться. По форме изгиба различают прямые и отогнутые стержни. Прямые стержни воспринимают силы растяжения, а отогнутые стержни — дополнительно в местах отгибов — усилия сдвига. Стержни отгибаются в большинстве случаев под углом в 45°. В случае высоких балок отгибы целесообразно устраивать под углом 60°.

Отогнутые стержни по возможности следует располагать внутри, а в углах хомутов должны устанавливаться только прямые стержни. Растянутая арматура в соответствии с распределением усилий может располагаться ступенчато, причем ступенчатое окончание стержней может быть с прямыми концами стержней или с отогнутыми концами стержней. При этом концы стержней должны быть заанкерены в бетоне на соответствующую длину заанкеривания. Много стержней меньшего диаметра дают лучшую ступенчатую градацию, чем меньше их количество большего диаметра.

Часть растянутой арматуры необходимо вести от опоры до опоры, а именно на концевых опорах — минимум одну треть всего количества растянутых стержней, а у промежуточных опор — одну четверть от всех растянутых стержней. Если для восприятия сдвиговых усилий применяются отогнутые стержни, то места отгибов должны располагаться на расстоянии от опор согласно строительных стандартов. Отогнутые стержни только тогда работают на сдвиг, когда они вблизи опор дополняются хомутами, расположенными на меньшем расстоянии, чем в пролете. Армирование ребер применяется для предотвращения трещинообразования на боковых поверхностях в балках и ребрах балочных плит высотой более 1 м.

Оно состоит из продольных стержней, сечение которых должно составлять не менее 8% сечения растянутой арматуры. Стержни армирования ребер могут устанавливаться на расстоянии не более 20 см. Монтажная арматура обеспечивает связывание жесткого арматурного каркаса. Монтажные стержни устанавливаются в верхних углах хомутов. При неразрезных балках монтажные стержни по возможности не должны стыковаться, для того чтобы они могли использоваться для опорной арматуры.

Если стыки неизбежны, то места стыковки должны располагаться от концевых опор до середины пролета и выполняются с перехлестом. Хомуты служат преимущественно для восприятия сдвиговых усилий. Хомуты охватывают сечение балки по всей ширине и высоте, обеспечивают совместную работу сжатой и растянутой зон и помогают избежать усадочных трещин. Кроме того, они позволяют изготовить жесткий арматурный каркас. Арматура хомутов может состоять из отдельных стержней, из арматурных сеток или из хомутовых сеток. По форме выгиба различают открытые и закрытые хомуты. Чаще всего устанавливаются закрытые хомуты. Хомуты могут быть выполнены, например, двухразрезными и четырехразрезными. У низких, широких балок необходимо применение многоразрезных хомутов. Хомуты могут устанавливаться вертикально или наклонно, в основном под углом 45° к оси балки. Расстояния между хомутами принимаются по арматурным чертежам. Замыкание хомутов должно производиться по примерам изготовления, приведенным в Нормах.

Железобетонные однопролетные и многопролетные балки

Железобетонные балки выполняются как однопролетные балки, неразрезные (многопролетные) балки и консольные балки. Силы растяжения при изгибе воспринимаются продольной арматурой, сдвиговые усилия воспринимаются вертикальными хомутами, отогнутыми стержнями или наклонными хомутами. Часто расстояния между хомутами уменьшают в направлении опор. Арматура может изготавливаться заранее или устанавливаться отдельными стержнями в опалубку. Предварительное изготовление арматурных каркасов производится в следующем порядке:

• Установка монтажных козел на соответствующем расстоянии друг от друга.
• Укладка монтажных стержней.
• Разметка расстояний между хомутами на монтажных стержнях с учетом изменяющихся расстояний.
• Надевание хомутов и привязывание их монтажной проволокой.
• Укладка прямых и отогнутых продольных стержней.
• Привязывание стержней в местах пересечений.
• Установка нижних и боковых дистанционных прокладок.
• Проверка арматурного каркаса по чертежу.
• Обозначение каркаса позиционной маркой.

Постержневое изготовление каркаса в опалубке производится в порядке следующих операций:

• Очистка опалубки.
• Установка дистанционных прокладок на опалубке.
• Установка хомутов и отгибание их концов.
• Установка верхних угловых стержней или монтажных стержней.
• Укладка дистанционных прокладок для нижней арматуры.
• Установка прямых и отогнутых продольных стержней.
• Укрепление боковых дистанционных прокладок.
• Выгибание открытых концов хомутов.
• Устройство концевых крюков.
• Выравнивание арматуры и связывание ее в узловых точках.
• Проверка арматуры по чертежу.

Балочные плиты

Армирование однопролетных балочных плит производится так же, как и в балках. При неразрезных балочных плитах около половины опорной арматуры укладывается вне ширины ребра, по обе стороны от ребра в плите. При этом следует учитывать, что для заанкеривания стержней получаются различные длины, так как большинство стержней в плите относятся к области связи I, а в ребрах — к области связи II. Кроме того, в районе промежуточных опор должно быть устроено сдвиговое армирование из хомутов, а не из отогнутых продольных стержней. Это устройство арматуры имеет то преимущество, что арматура укладывается в один слой и может быть образован промежуток для вибрирования. Высоту хомутов надо выбирать таким образом, чтобы защитный слой бетона плиты выдерживался бы и при двухслойном расположении арматуры.

Внимание! Данная статья написана эксклюзивно для сайта www.сайт. Полная или частичная перепечатка материалов возможна только при условии размещения прямой (индексируемой поисковыми системами) ссылки на источник (например: ).

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, постройке аэродромов, дорог, опор и столбов для линий электропередачи, связи, освещения, подвесных дорог и пр. 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 железобетонных плавучих доков и судов. На атомных электростанциях устраиваются железобетонные ограждения против радиации.

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 — методу выполнения, виду арматуры и виду 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 сборным железобетонным конструкциям 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 и пр., при к-рых достигаются большая скорость изготовления и снижение их веса. Сборно-монолитные Ж. к. представляют собой сочетание сборных элементов с монолитным бетоном, обеспечивающее надежную связь между ними.

Обычные железобетонные конструкции выполняются главным образом с гибкой арматурой в виде отд. стержней или сварных сеток и каркасов» Сварная арматура благодаря ее лучшему 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 бетонирование производится в подвесной опалубке с использованием арматуры как несущей конструкции; требуется повышенный расход стали.

Тяжелый бетон (объемный вес более 1800 кг/м3) широко применяется в монолитных и сборных Ж. к. Цементно-песчаный бетон, приготовляемый способом виброперемешивания, используется для тонко стенных конструкций. Железобетонные конструкции из легкого и ячеистого бетонов применяются гл. обр. 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, по направлению к-рых 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 лежащей на двух опорах и равномерно нагруженной, изгибающие моменты, равные на опорах нулю, постепенно возрастают к середине, достигая там максимума; при этом увеличиваются к середине и растягивающие напряжения в нижней зоне плиты. Во избежание разрушения плиты из-за малого сопротивления бетона растяжению арматура располагается в зоне растяжения, близ 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 подвержены растяжению, а верхние — сжатию; 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, воспринимающая растягивающие напряжения и в нижней и в верхней зонах. В многопролетных неразрезных плитах и балках арматура располагается в соответствии с эпюрой наибольших положительных и отрицательных моментов. В консольной плите (балке) растягивающие усилия возникают в верхней части сечения, где и помещается арматура. В соответствии с увеличением момента плиту у опоры обычно делают толще.

Арматурные стержни, воспринимающие основные усилия, называются рабочими. В балочных плитах имеются 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, предназначенная 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 ограничены 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 косвенной, укладывается в виде спирали из круглой стали или отд. кольцами. Во внецентренно сжатых элементах (стойках рам, арках, сводах 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 монолитные ребристые и безбалочные перекрытия; в СССР они применяются реже, преимущественно в пром. стр-ве. Если часть бетона, находящегося в растянутой зоне толстой плиты и служащего главным образом для связи между растянутой арматурой и сжатой зоной 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, имеющая ширину ребристой плиты В и полную ее высоту h. Ребристая плита экономичнее и обладает меньшим собственным весом, чем плита прямоугольного сечения, и, следовательно, при одинаковой полезной нагрузке подвергается воздействию меньшего изгибающего момента. Тонкие части плиты в промежутках между ребрами испытывают под нагрузкой также изгиб в другом направлении и должны быть снабжены арматурой, перпендикулярной ребрам.

В ребристом перекрытии балки обычно идут в двух направлениях: главные — по линиям колонн; второстепенные, опирающиеся на главные балки,- перпендикулярно им; плита, перекрывающая балки, монолитно с ними связана. Арматура концентрируется в ребрах, где она значительно сильнее, чем в сплошной плите. Касательные и главные растягивающие напряжения, распределенные в обыкновенной плите по значительной площади и не играющие 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 могут быть с плитами, опертыми по контуру, если соотношение сторон плит, образуемых пересечением балок, менее 1,5. Арматура таких плит в обоих направлениях будет рабочей. При этом стержни, параллельные балкам, около них располагаются реже, чем в середине плиты, т. к. в этих бетонная плита монолитно связана непосредственно с колоннами, верхняя часть (капитель) к-рых с этой целью расширяется наподобие 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 экономичны квадратные панели. Пролеты редко превышают 6 ж.

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 ные Ж. 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 крупные панели, применение к-рых способствует макс, индустриализации стр-ва и лучшему использованию подъемно-транспортных механизмов. Сборные железобетонные балки изготовляются различных сечений — прямоугольные, тавровые с полкой поверху или понизу, полые, двутавровые, П-образные и др. Наиболее распространены 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 грузоподъемностью кранов: в жилищном стр-ве обычно 1,5, 3 и 5 /п, в промышленном — до 10 т, а в нек-рых случаях — до 40 т и больше. 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 ж и 12 ж при пролетах от 6 до 36 ж. Железобетонные стойки бывают прямоугольного и двутаврового сечения, а при особенно большой высоте — двухветвенные (спаренные). Фундаменты под сборные стойки устраивают железобетонные ступенчатые — монолитные или сборные стаканного типа. В качестве 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) мХ Х12 м или двухконсольные панели 3 мХ 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 выгодные в технико- экономическом отношении пространственные тонкостенные системы — разного рода оболочки и складки, сборные или сборно- монолитные. На рис. 7, а и б приведены схемы двух сборных большепролетных оболочек — пологой оболочки двоякой кривизны, перекрывающей 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, волнистые 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 балочной схемы с железобетонным каркасом и самонесущими стенами фундаменты, как правило, бывают железобетонные монолитные 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 при помощи сварки закладных деталей. Омоноличивание бетоном обеспечивает надежное их 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 сооружения на крупные элементы, если при этом использование мощных кранов невыгодно, при наличии в перекрытиях многих проемов и отверстий, затрудняющих применение типовых сборных элементов, и в ряде др. случаев.

Часто в сборно-монолитных железобетонных конструкциях растянутую зону образуют сборные элементы, служащие опалубкой, а сжатую зону — обычный монолитный бетон или железобетон. Зимой бетонирование сборно-монолитных Ж. к., как и монолитных, связано с некоторыми трудностями. Пример сборно-монолитного междуэтажного перекрытия. Из 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 предельному 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 воззрениями на прочность конструкций и их предельное состояние и необходимостью унифицировать методы расчета конструкций из разных материалов метод расчета Ж. к. в СССР был пересмотрен. При действовавшем ранее методе расчета по 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 противления, представляющие 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 по 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 напряжению в арматуре, равному 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 ограничено и во многих случаях статич. расчет производят, предполагая упругую работу конструкции.

За рубежом расчет железобетонных конструкций производится обычно по методу «упругого железобетона», т. е. по допускаемым напряжениям. Однако в социалистич. странах и в нек-рых капиталистич. (Австрия, Англия, Бразилия, США) в ряде случаев применяют также расчет по стадии разрушения. Метод расчета по предельным состояниям введен, например, в Венгрии.

Лит.: Мурашев В. И., Сигалов Э. Е., Байков В. Н., Железобетонные конструкции. Общий курс, под ред. П. Л. Пастернака, М., 1962; Сахновский К. В., Железобетонные конструкции, 8 изд., М., 1959; Пастернак П. Л., Антонов К. К., Дмитриев С. А., Железобетонные конструкции, М., 1961; Справочник проектировщика, под ред. В. И. Мурашева, [т. 5], М., 1959; Гвоздев А. А., Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия, М., 1949; Инструкция по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий, М., 1960; Берг О. Я., Физические основы теории прочности бетона и железобетона, М., 1961; СН и П, ч. 2, разд. В, гл. 1 — Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования, М., 1962.

Железобетон по сравнению с другими строительными материалами появился сравнительно недавно и почти одновременно в Европе и Америке. Его история насчитывает не более 150 лет. Однако к настоящему времени он получил самое широкое распространение в строительстве, имеет свою историю и своих выдающихся деятелей.

Железобетонные конструкции — несущие элементы зданий и сооружений, изготовляемые из железобетона, и сочетания этих элементов.

Появление железобетонных конструкций связано с большим ростом промышленности, транспорта и торговли во второй половине XIX в., когда необходимо было строительство новых фабрик, заводов, портов и многих других капитальных сооружений. К этому времени были развиты цементная промышленность и черная металлургия. Им предшествовал многовековой опыт строительства из камня, неармированного бетона, дерева и двухсотлетний опыт строительства из металла.

Исследования покрытий Царскосельского Дворца показали, что русские мастера еще в 1802 г. применяли армированный бетон, однако они не считали, что получили новый строительный материал, и не патентовали его.

Первым изделием из железобетона была лодка, построенная Ламбо во Франции в 1850 г. Первые патенты на изготовление изделий из железобетона были получены Монье в 1867… 1870 гг. В 1892 г. французский инженер Ф. Геннебик предложил монолитные железобетонные ребристые перекрытия и ряд других рациональных строительных конструкций, и все последующие арматурные чертежи вычерчены условно, будто бетон является прозрачным, а арматура хорошо видимой по всей толще бетона. В России железобетон стали применять с 1886 г. для перекрытий по металлическим балкам.

В 1885 г. в Германии инж. Вайс и проф. Баушингер провели первые научные опыты по определению прочности и огнестойкости железобетонных конструкций, сохранности железа в бетоне, сил сцепления арматуры с бетоном и пр. Тогда же впервые инж. М. Кёнен высказал предположение, подтвержденное опытами, что арматура должна располагаться в тех частях конструкции, где можно ожидать растягивающие усилия.

В 1886 г. М. Кёнен предложил первый метод расчета железобетонных плит, который способствовал развитию интереса к новому материалу и более широкому распространению железобетона в Германии и Австро-Венгрии.

В 1891 г. талантливейший русский строитель проф. Н. А. Белелюбский первым провел серию испытаний железобетонных конструкций: плит, балок, арок, резервуаров, силосов для зерна, моста пролётом 17 м, которые по методике испытаний и полученным результатам во многом превосходили работы зарубежных ученых и послужили базой для широкого распространения железобетона в строительстве. В 1911 г. в России были изданы первые технические условия и нормы для железобетонных сооружений.

Время появления предложений Ф. Геннебика, т. е. конец XIX в., можно считать началом первого этапа в развитии железобетона, характеризуемого появлением в практике разного рода железобетонных стержневых систем. С этого времени повсеместно вошел в практику и метод расчета бетонных конструкций по допустимым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов. На развитие железобетона в этот период большое влияние оказали труды ученых Н. М. Абрамова (по расчёту армированного железобетона) и И. Г. Малюги, А. А. Байкова, Н. А. Жидкевича, М. Беляева и др. (по разработке основ технологии бетона).

В 1904 г. в г. Николаеве по проекту инженеров Н. Пятницкого и А. Барышникова был построен первый в мире морской маяк из монолитного железобетона высотой 36 м, со стенами толщиной 10 см вверху и до 20 см внизу. Примерно в то же время были осуществлены безбалочные междуэтажные перекрытия склада молочных продуктов в Москве. Приоритет создания этих конструкций принадлежит русскому инженеру, впоследствии выдающемуся ученому проф. А. Ф. Лолейту. Однако в дореволюционной России не было условий для подлинного прогресса в развитии железобетона.

Впервые идея предварительного напряжения элементов, работающих на растяжение, была выдвинута и осуществлена в 1861 г. русским артиллерийским инж. А. В. Гадолиным применительно к изготовлению стальных стволов артиллерийских орудий.

Вопрос о применении предварительно напряженной арматуры в железобетонных конструкциях был поднят в 1928 г. в работах Э. Фрейссипэ, а затем в работах немецких инженеров Ф. Дишингера, Е. Хойера, У. Финстервальдера и др., послуживших началом практическому применению предварительно напряженных железобетонных конструкций.

После революции железобетонное строительство в России получило невиданный в мире размах. Необходимость максимально экономить материал и снижать стоимость железобетонных конструкций вынуждала советскую школу учитывать все наиболее передовое в европейской и американской практике и широко развивать собственные теоретические и экспериментальные исследования в области железобетона. В этих целях, вскоре после революции, был создан ряд научно-исследовательских институтов и лабораторий для теоретического и экспериментального изучения физико-механических свойств бетона и железобетона. В строительных и транспортных вузах были организованы кафедры строительных конструкций. Все это позволило в короткий срок подготовить высококвалифицированных специалистов по железобетону. Это, в свою очередь, способствовало значительному расширению применения железобетона в гидротехническом и жилищно-гражданском строительстве.

В 1925… 1932 гг. советские ученые В. М. Келдыш, А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев. П. Л. Пастернак и другие на базе широких экспериментальных работ разработали общие методы расчета статически неопределимых стержневых систем (арок и рам), которые позволили запроектировать и построить много уникальных для своего времени общественных и промышленных зданий из железобетона: Центральный телеграф, Дом «Известий», здания министерств легкой промышленности и земледелия в Москве, почтамт и Дом промышленности в Харькове, Дома Советов в Ленинграде, Минске, Киеве и ряд других крупных сооружении.

В гидротехническом строительстве впервые железобетон был применен при строительстве Волховской ГЭС (1921… 1926 гг.), крупнейшей по тому времени. Плотина сооружалась на железобетонных кессонах, транспортируемых к месту установки на плаву. Главное здание станции железобетонное каркасное, с железобетонными аркадами, поддерживающими путь 130-тонного мостового крана. Так же широко железобетон был применен в главной подстанции и во всех вторичных подстанциях. Волховстрой явился первой большой практической школой советских специалистов по железобетону. Вслед за Волховской ГЭС были построены ДнепроГЭС (1927… 1932 гг.), Нижне-Свирская ГЭС (1928… 1934 гг.), в которых бетон и железобетон применялись еще более широко.

Примерно в 1928 г. железобетон стал широко использоваться в строительстве тонкостенных пространственных конструкций: разнообразных оболочках, складах, шатрах, сводах и куполах. Советский ученый В. 3. Власов первым разработал общий практический метод расчета оболочек, значительно опередив зарубежную науку в этой области. В 1937 г. вышла в свет первая в мире «Инструкция по расчету и проектированию тонкостенных покрытий и перекрытий», составленная на основе теоретических и экспериментальных работ, проведенных под руководством А. А. Гвоздева.

Первый тонкостенный купол значительного диаметра (28 м) был построен в 1929 г. в Москве для планетария, а самый большой в то время гладкий купол диаметром 55,5 м был сооружен в 1934 г. над зрительным залом театра в Новосибирске. Конструкцию купола разработал инж. Б. Ф. Матери по идее и под руководством П. Л. Пастернака.

Применение в строительстве рамных и тонкостенных пространственных систем с использованием их жесткости и монолитности следует считать вторым этапом в развитии железобетона.

В 1936 г. в СССР впервые был применен предварительно напряженный железобетон для изготовления опор канатной сети на закавказских железных дорогах. Широкому внедрению предварительно напряженных железобетонных конструкций во многом способствовали работы ученых В. В. Михайлова, А. А. Гвоздева, С. А. Дмитриева и др.

Огромную работу по изучению и созданию теории и практики железобетонных конструкций и по разработке наиболее прогрессивных решений проводят Научно-исследовательский институт бетона и железобетона (НИИЖБ) и многие другие научно-исследовательские и проектные институты.

На основе глубокого изучения физических и упругопластических свойств железобетона, а также экспериментальных данных А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев и другие (1931… 1934 гг.) создали теорию расчета железобетона по разрушающим усилиям. Она была положена в основу норм (ОСТ 90003-38), по которым рассчитывали все промышленные и гражданские здания и сооружения.

Широкую индустриализацию железобетонного строительства, развитие предварительно напряженных конструкций, внедрение высокопрочных материалов и разработку нового метода расчета железобетонных конструкций следует считать началом третьего этапа в развитии железобетонных конструкций. Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1965 г. башня Большого московского телецентра общей высотой 522 м. Нижняя часть до высоты 385 м выполнена из монолитного предварительно напряженного железобетона. Диаметр башни внизу 18,0 м, а вверху — 8,5 м при толщине стенки соответственно 46 и 30 см. На отметке 65 м ствол башни переходит в коническое основание диаметром по низу 61 м. На высоте 360 м расположены ресторан на 420 человек и смотровые площадки на 600… 700 человек. Нижняя часть конического основания выполнена в виде опорных конструкций (ног) высотой 17,3 м. На отметке 42 м оболочка конического основания имеет диафрагмовое кольцо, воспринимающее усилие от анкеровки канатов предварительно напряженной арматуры.

Советские ученые и инженеры осуществляли плодотворные научные и конструкторские исследования по всем направлениям теории и практики железобетона. Накопленный опыт и мощная строительная индустрия являются прочным фундаментом, обеспечивающим дальнейший прогресс железобетонных конструкций в нашей стране.

Появление железобетонных конструкций в ХIX веке стало настоящим прорывом в строительных технологиях. На сегодняшний день без них невозможно представить ни один строительный объект. В этой статье мы рассмотрим, какие существуют железобетонные конструкции, и какими характеристиками они обладают.

Общие сведения

Что такое железобетон

Бетон, как известно, отличаются высокой прочностью на сжатие, однако, его сопротивление на растяжение не велико – в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. Поэтому неармированные бетонные конструкции используются очень редко. Чтобы устранить этот недостаток, в его структуру добавляют стальную проволоку или прутья, отлично работающие на растяжения ().

Таким образом, железобетон представляет собой материал, образованный бетоном и металлической арматурой, расположенной внутри него. В совокупности получается единая конструкция, которая обладает высокой прочностью, благодаря совокупности свойств бетона и металла.

Впервые железобетонные изделия стали патентовать в конце ХIX века. С тех пор прошло более 150 лет, и за это время, конечно же, железобетон серьезно усовершенствовался. Однако, можно с уверенностью сказать, что его «эволюционный» процесс еще не завершен.

Виды армирования

В наше время железобетонные конструкции армируются не только для увеличения прочности бетона на растяжение, но и на внецентренное и осевое сжатие, кручение и пр. Кроме того, рабочая арматура позволяет уменьшить размер сечения элементов, а также снизить вес конструкций.

Наряду с обычным армированием, на сегодняшний день широко распространены предварительно напряженные железобетонные конструкции. Их особенностью является то, что при изготовлении бетон подвергается обжатию, а сама арматура – предварительному растяжению.

Предварительное напряжение позволяет существенно повысить трещиностойкость, а также снизить деформации элементов конструкций. С предварительным напряжением обычно выполняют большепролетные железобетонные конструкции, а также другие элементы, на которые предполагается большая нагрузка на растяжение.

Особенности железобетонных конструкций

Достоинства

Среди достоинств железобетонных конструкций можно выделить:

• Долговечность – благодаря надежной сохранности арматуры, которая находится под слоем бетона, железобетон обладает исключительной долговечностью. Кроме того, материал отлично справляется с атмосферными воздействиями.
• Прочность – со временем прочность железобетона не уменьшается, а даже увеличивается.
• Возможность изготовления своими руками, к примеру, при возведении фундамента . Для этого надо лишь выполнить опалубку и изготовить металлический каркас из арматуры, после чего опалубка заливается бетонным раствором.
• Пожаростойкость – железобетон отлично противостоит огню. Причем, для повышения огнестойкости, в состав добавляют специальные заполнители, такие как базальт, шамот, доменные шлаки и др. Кроме того, повысить огнестойкость можно путем увеличения защитного слоя до 3-4 см.
• Сейсмостойкость – в отличие от других строительных материалов, железобетон, благодаря монолитности, хорошо противостоит сейсмической активности.
• Хорошие эксплуатационные качества – железобетон может принять любые архитектурные или конструктивные формы.
• Учитывая прочность и долговечность материала, его цена вполне доступная .

Недостатки

К недостаткам железобетонных конструкций относятся следующие моменты:

• Большой вес;
• Высокая тепло- и звукопроводность;
• Склонность к растрескиванию.

Совет! Чтобы утеплить железобетон, используют теплоизоляционные материалы, такие как пенополистирол и минеральная вата. Инструкция по монтажу теплоизоляции довольно простая.

Виды конструкций из железобетона

Все существующие железобетонные конструкции можно условно поделить на три типа:

Сборные	В последнее время пользуются большой популярностью, так как их использование позволяет максимально механизировать строительство. Кроме того, изготовление ЖБИ в заводских условиях позволяет применять прогрессивную технологию приготовления раствора, а также его укладки и обработки.
Монолитные	Используются при возведении сооружений, которые не поддаются разделению и унификации. К таким относятся некоторые гидротехнические сооружения, тяжелые фундаменты, сооружения, выполняемые в скользящей опалубке и пр.
Сборно-монолитные	Как не сложно догадаться, являются сочетанием монолитного бетона и сборных элементов, которые укладываемого на объекте. Закладные детали для железобетонных конструкций позволяют соединить между собой сборно-монолитные изделия не только при помощи бетона, но и путем сварки металлических элементов.

По области применения конструкции могут быть:

• для общественных сооружений и жилых домов;
• для промышленных строений;
• для зданий общего назначения.

Совет! Книга Железобетонные конструкции одноэтажных промышленных зданий – Заикин А.И. позволит детально ознакомиться с особенностями и выполнением расчета фундаментов, колонн, плит перекрытий и прочих железобетонных конструкций, применяемых при строительстве промышленных сооружений.

Как уже было сказано выше, ЖБИ также делятся на:

• Предварительно напряженные;
• Ненапряженные.

Наиболее распространенные виды конструкций из железобетона

Теперь ознакомимся с наиболее распространенными типами железобетонных конструкций, которые повсеместно применяются в строительстве.

К таким относятся:

• Фундаменты;
• Панели;
• Балки и плиты перекрытий;

Каждый из этих элементов обладает своим предназначением и конструктивными особенностями.

Фундамент

Фундаменты из железобетона устраивают под стены строений, колонны и столбы, а также под тяжелые станки и машины.

Фундаменты бываю двух типов:

• Сборными;
• Монолитными.

Кроме того, они различаются по типу конструкции на:

• Ленточные – под несущие стены;
• Ступенчатые и пирамидальные – под отдельные опоры.

Колонны

Чаще всего применяются в промышленных зданиях, в которых перекрытия подвергаются большим нагрузкам от оборудования. В этом случае выполняют каркас, состоящий из колонн, балок и прочих элементов.

Кроме того, широко распространены каркасно-панельные сборные здания, в которых колонны являются одним из основных несущих элементов. Они воспринимают на себя нагрузки и через фундамент передают их на грунт.

Панели

При возведении каркасно-панельных строений, для изготовления стен используют панели. Их площадь может составлять до 25 квадратных метров.

Также следует отметить, что существуют бескаркасные панельные здания. В этом случае всю нагрузку воспринимают на себя стены и перегородки, т.е. сами панели.

Плиты и балки

Данные конструкции относятся к изгибаемым элементам. Плитами называются плоские изделия, длина и ширина которых значительно больше толщины. Балки же являются линейными элементами, длина которых существенно больше поперечных размеров.

Плиты и балки чаще всего используют для устройства плоских перекрытий и покрытий. Как уже было сказано выше, обычно их выполняют предварительно напряженными. Кроме того, имеются и другие некоторые конструктивные особенности железобетонных изгибаемых элементов, что связано с областью их применения.

Вывод

Используют в самых разных областях строительства, поэтому они бываю разных видов. В качестве примера мы привели лишь наиболее распространенные типы конструкций. В действительности же их существует гораздо большее количество.

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.