Железобетонные конструкции быстро монтируемых зданий

К основным преимуществам  железобетона, обеспечивающим ему широкое  распространение в строительстве, относятся: огнестойкость, долговечность, высокая механическая прочность, хорошая  сопротивляемость сейсмическим и другим динамическим воздействиям, возможность возводить конструкции рациональной формы, малые эксплуатационные расходы (по сравнению с деревом и металлом), хорошая сопротивляемость атмосферным воздействиям, возможность использования местных материалов. Затраты энергии на производство железобетонных конструкций значительно ниже, чем металлических и каменных.

   Недостатки  железобетона: большая плотность,  высокая тепло- и звукопроводность, трудоемкость переделок и усилений; необходимость выдержки до приобретения  прочности, появление трещин вследствие  усадки и силовых воздействий. Железобетонные конструкции по сравнению с конструкциями из других материалов (камня, стали, дерева) являются новыми. Их возникновение и развитие связано с развитием производительных сил общества. Появление железобетона совпадает с периодом бурного роста промышленности, торговли и транспорта во второй половине XIX в., в связи с чем потребовалось строительство большого количества фабрик, заводов, мостов и других инженерных сооружений. Техническая возможность появления железобетона к тому времени уже имелась — цементная промышленность и черная металлургия были достаточно развиты.

  Исследования  покрытий Царскосельского Дворца (пригород С.-Петербурга) показали, что  русские мастера еще в 1802 г.  применяли армированный бетон,  однако они не считали, что получили новый строительный материал и не патентовали его. За дату рождения железобетона принято считать 1850 г., когда француз Ламбо изготовил лодку из проволочной сетки, обмазанной цементным раствором, которая в 1855 г. демонстрировалась на Всемирной выставке в Париже. Первые патенты на изготовление изделий из железобетона в строительстве были получены Моньев 1857— 1870 гг.

  Создание  первых теоретических основ расчета  и проектирования железобетонных  конструкций оказалось возможным  благодаря работам исследователей и инженеров — Консидера, Геннебика, Мёрша и др. В эти годы были разработаны методы расчета железобетонных конструкций, в основу которых положены законы сопротивления материалов.

  В России  развитие железобетона было связано  с именем проф. Н. А. Белелюбского, который в 1888 и 1896 гг. в Москве и Петербурге провел публичные испытания различных натурнык железобетонных конструкций (плит, сводов, труб, мостов и т. п.). По полученным результатам эти испытания во многом превосходили работы зарубежных ученых и послужили базой для широкого распространения железобетона в строительстве. Появились оригинальные конструкции, предложенные русскими инженерами, получившие пшрокое распространение за рубежом. Например, В. П. Некрасовым было предложено армирование сжатых элементов горизонтальными сетками, А. Ф. Лолейт в 1908 г. впервые предложил и осуществил в натуре безбалочное перекрытие. Первые технические условия на железобетонные конструкции в России были изданы в 1911 г., а в 1913 г. в России было уже использовано в конструкциях 3,5 млн. м бетона и железобетона. Первыми наиболее крупными сооружениями, возводимыми с применением железобетона, были гидростанции: Волховская ГЭС (1921 — 1926 гг.), Днепрогэс (1927 — 1932 гг.), Нижнесвирская ГЭС (1928 — 1934 гг.).

  Наряду с  гидротехническим строительством  из железобетона возводятся заводы  тяжелого машиностроения (Магнитогорский, Краматорский, Запорожсталь), а также  производственные здания различного  назначения. Его использовали для  создания монолитных неразрезных балочных перекрытий, многопролетных и многоярусных рам, арок и других подобных конструкций. Начиная с 1928 г. в строительную практику вошли разработанные В. 3. Власовым, А. А. Гвоздевым, П. Л. Пастернаком и другими учеными тонкостенные пространственные покрытия – оболочки, складки, купола. Начиная с 1930 г. наряду с монолитными железобетонными конструкциями начали применять сборные железобетонные конструкции, выполняемые, как правило, на месте cтроительства. Эти конструкции ускорили ввод в эксплуатацию важнейших промышленных объектов (заводы «Шарикоподшипник», Уралмаш). Однако недостаточное количество мощной крановой техники, отсутствие заводов сборного железобетона в этот период и то обстоятельство, что не была проведена строгая  унификация основных размеров сооружений, не дали возможность внедрить в строительство сборный железобетон.   В 1928 г. французский инженер Э. Фрейсинэ впервые предложил и внедрил в строительство предварительно напряженные конструкции. В Советском Союзе предварительно напряженные конструкции начали применяться с 1930 г. С развитием строительства и накоплением экспериментальных данных были выявлены серьезные недостатки применяемого метода расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям. В конце 1931 г. А. Ф. Лолеит разработал основные положения новой теории расчета железобетона по разрушающим усилиям, которая более правильно отражала действительную работу железобетона я учитывала ого упругопластические свойства. Метод расчета железобетонных конструкций по разрушающим нагрузкам был внесен в нормативные документы в 1938 г. Выдающуюся роль в его создании помимо А. Ф. Лолейта сыграли А. А. Гвоздев, П. Л. Пастернак и другие ученые. Дальнейшим развитием теории железобетона явился созданный в СССР единый метод расчета конструкций по предельным состояниям, включенный в Строительные нормы и правила проектирования в 1955 г.; по мере накопления новых сведений о бетоне и железобетоне нормы периодически уточняются.

  В 1971 —1975 гг. они подверглись коренной  переработке. В 1983 г. в них внесены новые изменения, а обозначения приняты в соответствии со стандартами СЭВ. В 1954 г. был опу15ликован ряд постановлений, сыгравших огромную роль в деле развития и внедргаовя железобетона во всех областях строительной техники и прежде всего в области сборного железобетона как основной индустриальной базы строительства.

  В короткие  сроки была создана промышленность  сборных железобетонных конструкций.  Построено и введено в эксплуатацию  большое количество новых предприятий  сборного железобетона. Значительно улучшилась технология производства железобетона. Проведена унификация конструкций производственных, жилых и гражданских зданий, объекты строительства стали обеспечиваться в большей степени подъемным оборудованием.

 Проектные  организации разработали и выпустили большое количество проектов типовых сборных железобетонных конструкций для различных отраслей строительства. Все эти мероприятия способствовали значительному увеличению производства и применения сборного железобетона, в том числе и предварительно напряженного. 
 

Бетон и сталь  имеют разные физико - механические свойства. Бетон представляет собой  искусственный камень и он, как  и все природные камни, хорошо сопротивляется сжатию и значительно  хуже - растяжения. Прочность бетона при растяжении в 10-15 раз ниже, чем при сжатии. Сталь имеет существенно большую прочность и одинаково хорошо сопротивляется как сжатию, так и растяжения. Суть железобетона заключается в том, что он является целесообразным сочетанием этих двух материалов - бетона и стали, работающих совместно вплоть до разрушения. 
 

 Путем армирования  прочность элемента, который работает  на изгиб, по сравнению с  бетонным можно повысить более  чем в 20 раз. Исследовательским  путем установлено, что кроме  разрушения по нормальным сечениям, низкая прочность бетона на растяжение может также стать причиной разрушения и по наклонным сечениям. Для предупреждения этого в железобетонных балках предусматривается поперечная арматура в виде Хомутов, пересекающих направление наклонных трещин и воспринимают усилия растяжения в этих сечениях. В верхней сжатой зоне для закрепления хомутов предусматривают конструктивную продольную арматуру. 

Благодаря сочетанию  некоторых важных физико - механических свойств бетона и стальной арматуры стала возможной эффективная совместная работа этих материалов:

1. Бетон при  твердении прочно сцепляется  со стальной арматурой и под  нагрузкой оба эти материалы  деформируются совместно.

2. Бетон и  сталь имеют близкие значения  коэффициентов линейного температурного  расширения.

3. Бетон защищает  арматуру от коррозии и воздействия  огня.

 К достоинствам  железобетона относят:

1. Долговечность  - при правильной эксплуатации  железобетонные конструкции могут  служить неопределенно долгое  время без снижения ее прочности.

2. Хорошее сопротивление статическим и динамическим нагрузкам.

3. Огнеупорность.

4. Дешевизна  и хорошие эксплуатационные качества. 

К основным недостаткам  железобетона относятся:

1. Немалая собственный  вес. Этот недостаток в некоторой  степени устраняется при использовании легких заполнителей, а также при применении прогрессивных полостных и тонкостенных конструкций.

2. Повышенная  звуко-и теплопроводность в отдельных  случаях требуют дополнительных  затрат на тепло-или звукоизоляции.

3. Невозможность  простого контроля по проверке армирования изготовленного элемента.

4. Потребность  в квалифицированной рабочей  силе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ  КОНСТРУКЦИИ  БЫСТРОМОНТИРУЕМЫХ  ЗДАНИЙ: 

      Железобетонные конструкции в  настоящее время занимают лидирующее  место среди строительных конструкций  во всём мире. Они прочные, долговечные,  обладают хорошей огнестойкостью. БМЗ являются капитальными утеплёнными  железобетонными зданиями, относятся  ко II классу ответственности и не имеют ограничений по сроку эксплуатации. Перечисленные конструкции предназначены для строительства отапливаемых и неотапливаемых помещений с неагрессивной, слабоагрессивной или среднеагрессивной, к железобетону, газовой средой.Применяются в районах с сейсмичностью до 9 баллов.

    Быстромонтируемые здания являются бескаркасными. Плиты  покрытия опираются непосредственно  на стеновые панели, роль колонн выполняют  ребра наружного слоя стеновых панелей. Жесткость зданий обеспечивается сваркой закладных деталей плит покрытия между собой (создание диска) и сваркой закладных деталей плит покрытия к торцевым панелям. Основным конструктивным элементом зданий является секция, состоящая из двух стеновых панелей и одной кровельной.  Карнизная панель предназначена для сопряжения кровельной и стеновой панелей. Стеновые панели могут иметь оконные, дверные, воротные и технологические проемы. Проёмы может иметь также кровельная панель.

      Стеновые панели являются комплексными  трехслойными ребристыми железобетонными плитами, выполняющими несущие и ограждающие функции. Наружный (несущий слой) - толщина ребра 355 мм. В качестве утеплителя применяется пенополистирол. В зависимости от климатического района толщина утеплителя изменяется от 80 мм до 150 мм. С внутренней стороны утеплитель защищен цементно-песчаным раствором (штукатурным). Конструкция панели исключает мостики холода и  обеспечивает нормативное сопротивление теплопередаче. Стеновые панели могут быть с оконными, дверными, воротными и техологическими проемами, либо без них. Размеры стеновых панелей - ширина 3 м, высота от 3 до 9 м. 

    1. Несущий железобетонный слой (30 мм); 

    2. Утеплитель пенополистирол (75-150 мм) – теплотехнический расчет; 

    3. Роквул (Изовер); 

    4. Штукатурный растворный слой   (45 мм) 

    Кровельная  панель железобетонная, предварительно напряженная ребристая комплексная  плита размером 3х6 м, 3х9 м, 3х12 м с  высотой ребра 300 (450) мм. Плита имеет  специальные закладные детали: для  опирания на стеновые панели, крепления  карнизных панелей, соединения кровельных панелей соседних секций между собой и для подвески подкрановых балок (в промышленных зданиях). В качестве утеплителя применяется пенополистирол. 

    Плиты перекрытий (1-го этажа в двухэтажном  здании) - представляют собой железобетонные предварительно напряженные ребристые плиты, армирование которых исполняется в зависимости от нагрузок и назначения. В плитах имеются специальные закладные детали для образования жесткого узла со стеновой панелью. 

    Карнизные панели железобетонные, трехслойные, предназначены для сопряжения стеновых панелей с кровельной. Карнизная панель крепится к кровельной при помощи закладных деталей. 

    Фундаменты (свайные, столбчатые, ленточные и  др.) определяются местными грунтовыми условиями. Изготавливаются фундаментные подушки с предусмотренными закладными деталями. Для организации лестничной клетки двухэтажные здания комплектуются железобетонными лестничными маршами, площадками. 

    Колонны железобетонные квадратного сечения (250 х 250 мм). В верхней и нижней частях имеются специальные закладные для установки плит перекрытия и опирания колонн на фундамент.