Редакция № 1 - Государственный университет имени Шакарима

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г.Семей
Документ СМК 3 уровня
УМКД
УМКД
Учебно-методические
Редакция № 1
материалы по дисциплине
«Архитектура и строительные
«__»______2013г
конструкции»
УМК 042-14.2.05.01.20 - 11 /
01-2013
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Архитектура и строительные конструкции»
для специальностей
5В072900 - «Строительство»
5В073000 – «Производство строительных материалов, изделий и
конструкций»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Семей 2013
Содержание
1
2
3
Лекции
Практические и лабораторные занятия
Самостоятельная работа студента
1 Конспект лекции
Модуль 1 Архитектура
Тема 1. Общие сведения о зданиях. Требования, предъявляемые к
зданиям (1 час).
План лекции
1. Задачи и содержание курса
2. Основные сведения о зданиях
3. Требования предъявляемые к зданиям
Общие сведения о зданиях. Требования, предъявляемые к зданиям
Архитектура – это искусство создавать материально-организованную
среду обитания человека.
В нашем понятии архитектура охватывает вопросы, связанные с
проектированием и строительством зданий и сооружений.
К понятию строительство относим вопросы решения технических
задач возведения зданий и сооружений.
Здание – это наземные постройки, имеющие внутреннее пространство
составленные из отдельных взаимосвязанных – несущих и ограждающих
элементов, предназначенные для удовлетворения потребности человеческого
общества.
Наземные постройки, не имеющие внутреннего пространства, а также
все подземные и подводные называют инженерными сооружениями.
Внутреннее пространство здания состоит из отдельных помещений.
Помещение - это огражденное со всех сторон, имеющий выход, единое
пространство внутри здания. Помещение полы, которых находятся на одном
уровне, образуют этаж.
В зависимости этажи бывают: цокольные менее половины высоты
помещения, более – подвальными, находящиеся в подземной части.
Наземные этажи – это все этажи, уровень пола которых выше уровня
земли вокруг здания.
1.



Здание классифицируют по следующим признакам:
По назначению:
Жилые – для постоянного и временного проживания (жилые дома,
общежития).
Общественные – для социального обслуживания и размещения
административные учреждений (школы, детсады, вузы, кинотеатры,
театры, и т.д.)
Промышленные – для размещения различных производств (заводы,
фабрики).
 Сельскохозяйственные
–
для
обслуживания
потребностей
сельскохозяйственного производства (котовники, овощехранилище).
Жилые и общественные здания, объединяясь, составляют группу,
называемую гражданскими.
2.





По этажности:
Одноэтажные
Малоэтажные (1-3 этажа)
Многоэтажные (4-9 этажей)
Повышенные этажности (10-20 этажей)
Высотные (более 20 этажей)
3. По конструкции несущих стен:
 Мелкоэлементные (из кирпича, мелких блоков)
 Крупноэлементные (из крупных блоков, панелей, объемных блоков)
4. По способу возведения:
 Полносборные (монтируемые из конструкции и деталей заводского
изготовления)
 Неиндустриальные (выкладываемые из мелких элементов - кирпича,
камня, дерева)
 Монолитные (из железобетона)
5. По степени долговечности, (т.е. по способности конструктивных
элементов сохранять требуемое эксплутационные качества):
 I-я – со сроком службы более 100 лет
 II-я – 50 – 100 лет
 III- я - 20-50 лет
 IV-я – до 20 лет (временные здания)
6. По степени огнестойкости, (т.е. по возможности конструктивных
элементов сохранять при пожаре функции несущих и ограждающих
элементов):
 I-III степень – с каменными конструкциями
 IV степень – с деревянными оштукатуренными
 V степень – с деревянными неоштукатуренными
7. По классом, (т.е. по совокупности требовании, касающихся степени
долговечности, огнестойкости и других эксплуатационных качеств):
 I класс – крупные пром и общественные, а также жилые дома в девять
этажей и более
 II класс – не большие пром и общественные здания и жилые дома до 9этажей
 III класс- здания со средним эксплутационным качеством и жилые
дома до 5-этажей
 IV класс – временные здания
Требования, предъявляемые к зданиям
Любое здание должно отвечать следующим требованиям:
1. Функциональная (технологическая) целесообразность – здание
должно быть удобно для труда, отдыха или другого процесса. Качество
среды и удобства помещения зависит от следующих факторов:
а) пространство, необходимое для деятельности человека, размещения
оборудования и перемещения людей;
б) состояние воздушной среды (микроклимат) - запас воздуха для
дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности. Состояние
воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т.е.
количеством содержание вредных примесей (газов, пыли);
в) звуковой режим – условия слышимости в помещении и защита от
мешающих звуков (шума), возникающих как в помещении, так и извне,
оказывающих вредное влияние на организм и психику человека;
г) световой режим – условия работы органов зрения, определяемые
степенью освещенности помещения;
д) видимость и зрительное воспитание – условия для работы людей,
связанные с необходимость видеть плоские и объемные объекты в
помещении. Условия видимости тесно связаны со световым режимом;
2. Техническая целесообразность,
т.е.
здание должно надежно
защищать людей от вредных атмосферных воздействии (низких температур,
осадков, ветра), быть прочным (выдерживать различные внешние
воздействия и нагрузки) и долговечными (не терять своих прочностных
качеств во время эксплуатации).
Техническая целесообразность здания определяется конструктивным
решениям. Для принятия оптимальных конструктивных решений
необходимо знать внешние воздействия, воспринимаемое зданием в целом и
его отдельными элементами, а также нагрузки.
Любое здание воспринимает внешние воздействия, которые можно
разделить на два вида: силовые и не силовые.
К силовым воздействиям относятся виды нагрузок:
а) постоянные (от собственного веса элементов здания, давления грунта
на фундаменты);
б) временные длительные (от веса стационарного оборудования,
длительно хранящихся грузов, собственного веса временных элементов
здания);
в) кратковременные (от веса подвижного оборудования (кранов), людей,
мебели, снега, воздействия ветра);
г) особые (от сейсмических воздействий, воздействие в результате аварии
оборудование).
К не силовым относятся:
а) температурные воздействия, вызывающие изменение линейных
размеров материалов и конструкции;
б) воздействия атмосферной и грунтовой влаги, содержащиеся в
атмосфере и воздуха помещения, вызывающие изменение свойств
материалов конструкции
в) движение воздуха, вызывающее не только от ветра, но и его
проникновение внутрь конструкции и помещения, изменение их
влажностного и теплового режима
г) воздействие солнечных радиации, вызывающее в результате местного
нагрева изменение физико-технических свойств поверхности материала
конструкции, изменение светового и теплового режима помещений;
д) воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в
воздухе, которые в присутствии влаги могут привести к разрушению
материала конструкции здание (коррозия)
е) биологические воздействия, вызываемые микроорганизмами или
насекомыми, приводящие к разрушению конструкции из органических
материалов;
ж) воздействие звуковой энергии (шума) от источников, находящиеся
вне и внутри здания, нарушение нормальной акустический режим
помещения;
В соответствии с перечисленными воздействиями к зданию и его
конструктивным
элементам
предъявляется
комплекс
технических
требований:
а) Прочность – способность воспринимать внешнее воздействия без
разрушения и существенных деформации здания;
б) Устойчивость (жесткость) – способность сохранять равновесие при
внешних воздействиях. Устойчивость – сопротивление опрокидыванию и
сдвигу; жесткость – неизменяемость его геометрических размеров и форм;
в) Долговечность, (т.е. срок службы) – означает прочность, устойчивость
и сохранность здания в течение срока службы;
Долговечность зависит от следующих факторов:
 Ползучести материалов, т.е. от процесса малых непрерывных
деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного
воздействия нагрузок;
 Морозостойкости материалов, т.е. от способности влажного материала
противостоять многократному поперечному замораживанию и
оттаиванию;
 Влагостойкости материалов, т.е. их способности противостоять
разрушающему
действию
влаги
(размягчению,
набуханию,
расслоению, короблению и т.д.);
 Коррозиостойкости, т.е. от способности материала сопротивляться
разрушению, вызывающему химическими и электрохимическими
процессами;
 Биостойкости, т.е. от способности органических строительных
материалов противостоять действию насекомых и микроорганизмов;
3.
Архитектурно-художественные
требования–здание
должна
эстетически выглядеть по внешнему виду благоприятно воздействовать на
психологическое состояние и сознание людей.
Архитектурно-художественная выразительность зданий достигается при
помощи архитектурной композиции (композиция от латинского слова –
составление или сочетание) – построение здания, предполагающего
установление единства функционального назначения, конструктивной
структуры и эстетических качеств.
Архитектурная композиция здания включает в себя композицию всех
его слагающих элементов:
внешних объемов внутренних пространств, фасадов и интерьеров,
отдельных частей здания, деталей и т.д.
Основными компонентами архитектурной композиции здания является
его внутреннее пространство и внешний объем.
Композиция внутренних пространств здания представляет собой
построение помещений, основанное на единстве функциональной
целесообразности каждого помещения и их функциональной связи между
собой, конструктивных структур и художественных выражений.
Композиция внешних объемов здания представляет собой объемное
посторенние для восприятия сознанием и зрением человека.
4. Экономические требования – это экономическая целесообразность,
предусматривающая при минимальной затрате труда, средств и времени на
постройку здания для получения максимальной полезной площади.
Экономические требования затраты (при строительстве) включают также
эксплутационные расходы в течение срока использования здания.
5. Природоохранные требования заключается, что проектируемое
здание должно отвечать санитарно - гигиеническим условиям для жизни и
труда
человека.
Для
решения
данной
проблемы
необходимо
предусматривать:
 Максимально сохранять естественный рельеф, почвенный покров и
зеленные насаждения;
 Предельно сокращать выброс вредных веществ в атмосферу, а также
промышленные стоки в соответственные водоемы;
 Отводить поверхностные воды со скоростями, исключающими
возможность эрозии почвы или используя, спец. сооружения;
 Предотвращать при вертикальной планировке
территорий
возникновение оползневых и просадочных процессов, нарушение
режима грунтовых вод и заболачивание территории;
 Предусматривать
централизированный
сбор
и
удаление
промышленных отходов, не допуская их выброс в естественные
системы без полного обезвреживания;
 Предусматривать строительство и ввод в эксплуатацию очистных
сооружений водопроводов и канализации с максимальным
использованием оборотных систем;
 Предотвращать затопление, заболачивания и эрозию почв до ввода в
эксплуатацию обводнительных систем;
 Исключить возможность неорганизованных выбросов вредных
веществ в атмосферу.
6. Противопожарные требования, учет которых гарантирует при
соответствующем подборе конструкции достаточную степень огнестойкости.
Понятие о конструкциях здания













Здание состоит из: подземной и надземной части.
Подземная часть включает:
фундаменты,
подвалы,
технические подполья,
приямки.
Надземная часть включает:
Цоколь;
Стены;
Опоры (колонны);
Перекрытия и покрытия;
Крыша и кровля;
Окна и двери;
Полы;
Лестницы;
Перегородки и т.д.
Контрольные вопросы для СРС
1. Какие вопросы, связанные с проектированием и строительством зданий и
сооружений охватывает архитектура?
2. По каким признакам классифицируют жилые здания?
3. Какие требования предъявляются к жилым зданиям?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 2. Основы проектирования и проектно-сметная документация
(1 часа)
План лекции
1. Основы проектирования.
2. Проектно-сметная документация.
3. Рабочие чертежи.
4. Стадии проектирования.
Для строительства любого здания, прежде всего разрабатывают
проектно-сметную документацию (ПСД). Состав и содержание ПСД на
любой стадии проектирования определяет СНиП 1. 02. 01 – 85 «Инструкция
о составе, порядке разработки согласования и утверждения ПСД на
строительство предприятий, зданий и сооружений». ПСД разрабатывают
специальные проектные организации.
Заказчик проекта в соответствии с «Правилами о договорах на
выполнение проектных работ» заключает договор с проектной организацией
– генеральным проектировщиком на разработку ПСД. Заказчик выдаёт
проектное задание и предоставляет все необходимые исходные данные.
Задание на проектирование составляет заказчик с участием генерального
проектировщика на основании утверждённых технико-экономических
обосновании (ТЭО) и технико-экономических расчётов (ТЭР).
Исходными данными для проектирования зданий являются:
- документация об отводе земельного участка:
-материалы топогеодезической съёмки участка строительства;
-данные о геологических и гидрогеологических условиях участка
строительства;
-технические условия на присоединение к внешним инженерным сетям и
сооружениям;
-материалы по существующей сохраняемой застройке (Обмерные и
технические данные) и зелёным насаждениям.
-Материалы по подземным сооружениям, подземным и надземным
коммуникациям.
Задание на проектирования зданий содержит следующие материалы:
-область применения проекта с указанием строительно-климатических
районов:
-указания и необходимые исходные данные об особых условиях
строительства (сейсмичность, группа просадочности грунтов, вечная
мерзлота и т. д.)
-стадийность проектирования;
-типы зданий (этажность, количество секции, расчётная вместимость, состав
помещений, строительный объём и т.д.);
-номера типовых проектов;
-требования к объёмно-планировочному решению;
-требования к конструктивному решению;
-указания о ДСК и ЖБИ, для изготовления изделий для строительства;
-характеристики инженерного и технологического оборудования;
-указания для определения сметной стоимости;
-сроки и очерёдность строительства;
-требования по благоустройству;
-мероприятия по ГО;
-указания о необходимости выполнения научно-исследовательских и опытноэкспирементальных работ в процессе проектирования и строительства;
-указания об объёме основных положений по производству СМР.
Проектирование осуществляется на основании ТЭО в одну или две
стадии:
А) в одну стадию – технорабочий проект (Технический проект,
совмещённый с рабочими чертежами);
Б) в две стадии – технический проект и рабочие чертежи.
Проектирование в одну стадию допускается при разработке технических
несложных объектов.
Проекты жилых, общественных и промышленных зданий составляются в
две стадии.
Технический проект предназначен для рассмотрения и оценки
архитектурно-планировочного
решения,
принятого
инженерного
оборудования
и
транспорта,
решения
вопросов
изготовления
индустриальных строительных изделий и организации строительства,
сметной стоимости и основных ТЭО и ТЭР с целью определения и
целесообразности строительства запроектированного объекта и принятие
соответствующего решения об утверждении проекта.
Технический проект жилых и общественных зданий подразделяются:
1 – часть – Архитектурно строительные чертежи (в том числе по
инженерному оборудованию, технологии и организации строительства).
2 – часть – Сметы и ТЭО и ТЭР.
3 – часть – Иллюстративный материал.
Технический проект промышленных зданий состоит:
1 – часть – Технико-экономическая.
2 – часть – Ген. План и транспортные схемы.
3 – часть – Технологическая с разделом «Автоматизация технологических
процессов».
4 – часть – Организация труда и систем управления производством.
5 – часть – Организация строительства.
6 – часть – Сметы.
7 – часть – Жилищное строительство.
Рабочие чертежи составляют для выполнения всех СМР по
запроектированному объекту.
При их разработке следует:
- применять минимально допустимые масштабы изображений;
-не допускать чрезмерной детализации;
-не приводить на чертежах узлов, соединений имеющихся в альбомах
типовых конструкций;
-показывать симметричные изображения (кроме основных планов и разрезов)
только до оси симметрии.
Рабочие чертежи подразделяются:
- архитектурно-строительную;
- отопления и вентиляции;
- водоснабжение и канализации;
- газоснабжения;
- систем автоматизации санитарно-технических устройств;
- электрооборудования;
- слаботочных устройств;
- технологии производства;
- чертежи КМ, КЖ, КД;
- чертежи встроенных предприятий общественного обслуживания;
- узлы и детали (нетиповых);
- строительных изделий заводского изготовления;
- сметы;
В рабочие чертежи промышленных зданий должны быть включены:
- технологические чертежи планов и разрезов;
- чертежи ген. плана с указанием коммуникации, транспортных путей и
данные по вертикальной планировке, благоустройству и озеленению
территории;
- схемы технологических трубопроводов сетей и устройств энергоснабжения,
связи водопровода и т.д.;
- чертежи устройств, связанных с охраной труда и техники безопасности.
В разделе архитектурно-строительные чертежи имеются:
1) генплан;
2) фасады;
3) планы всех этажей;
4) планы технического подполья или подвала;
5) планы фундаментов;
6) разрезы;
7) план перекрытий и покрытий;
8) план крыши;
9) план кровли;
10) план полов;
11) узлы и детали;
12) схемы расположения элементов сборных конструкции и элементов
заполнения оконных проёмов;
Типовое проектирование
Основы проектирования жилых зданий.
При проектировании жилых домов учитывают природно-климатические
факторы.
По природно-климатическим факторам территория СНГ разделена на четыре
климатических района:
- сурового климата – 1
- умеренного – 2
- континентального – 3
- жаркого – 4
Каждые климатические районы подразделяются на подрайоны:
Инсоляция – это естественное освещение жилых помещений.
Санитарные нормы предусматривает прямое солнечное освещение не менее
3-х часов в день (с 22 марта по 22 сентября). Недостаточная инсоляция в
северных районах или избыток её на юге создают неблагоприятные условия
для проживающих.
Ориентация. Во всех климатических районах не допускается
ориентировать окна жилых комнат на северную сторону горизонта от 310˚ до
50˚, а в 3 и 4 районах из-за перегрева помещений – на западную сторону от
200˚ до 290˚ . При двухсторонней ориентации жилых комнат (с окнами,
выходящими на обе стороны здания) на неблагоприятные стороны горизонта
ориентируется лишь часть помещений: одна комната в 2-х – 3-х комнатной
квартире, две в 4-х комнатных квартирах.
Проветривание. В домах, проектируемых в 3 и 4 климатических районах,
предусматривают сквозное или угловое проветривание. Одно –
двухкомнатные квартиры в 3 климатическом районе допускается
проветривать через лестничную клетку. Такой способ проветривания
обеспечивает нормальный санитарно-гигиенический режим помещений.
Контрольные вопросы для СРС
1.Что представляет основой проектирования?
2. Что представляют собой рабочие чертежи?
3. Сформулировать стадии проектирования.
Рекомендуемая литература
1. СНиП РК 3.02.-01-2001 «Жилые здания».
2. ГОСТ 21.501-93 Правила выполнения архитектурно – строительных
рабочих чертежей
Тема 3. Строительные нормы и правила (1 часа)
План лекции
1. Строительные нормы и правила
Строительные нормы и правила СНиП
СНиП состоит из следующих частей:
Часть «Строительные материалы, изделия, конструкции и
оборудование» содержит главы:
-номенклатуры и основных размеров строительных материалов и
деталей, требование к их качеству.
-указаний по выбору и применению строительных материалов, деталей
конструкций при проектирований и возведений зданий от их класса.
-основные правила перевозки, хранения и приёмки строительных
материалов, конструкции.
Часть «Нормы проектирования», содержит главы:
-основных положений по классификации зданий и сооружений, единой
модульной системе, противопожарные требования,
строительная
климатология и геофизика, строительным конструкциям и основаниям,
по строительной теплотехнике, естественное и искусственное
освещение, нагрузки строительству в сейсмических районах, а также
условных и графических, и буквенных обозначений.
-нормы проектирования каменных, бетонных, ж/б, стальных и
деревянных несущих конструкции, а также оснований и фундаментов
зданий.
- нормы проектирования планировки и застройки населённых
местности и ген. планов пром, жилых, общественных зданий,
- нормы проектирования наружного и внутреннего водопровода и
канализаций, отопления, вентиляции, газоснабжения
- нормы проектирования морских и речных гидротехнических
сооружений, железных и автомобильных дорог, мостов, труб и
тоннелей.
Часть «Правила производства и приёмки строительных работ» содержит
главы:
-общие положения по организации и механизации строительства и
проектированию организации строительных работ
-правила производства строительных работ;
-требования к качеству строительных работ и основные допуски;
-правила промежуточной и окончательной приёмки строительных
работ, а также указания по приёмке в эксплуатацию законченных
строительством предприятий, зданий и сооружений.
Часть «Сметные нормы на строительные работы» содержит главы:
-правила определения сметной стоимости строительных материалов,
деталей и конструкций;
-нормы для определения сметной стоимости машино – смен;
-нормы амортизационных отчислений по строительным машинам и
оборудованию;
-сметные нормы на общестроительные и специальные строительные
работы.
Например: СНиП 2 – 3 - 79* «Строительная теплотехника»
2 – часть – 2; 3 – глава – 3; 79 – год выпуска 1979
* - имеется поправки и позже издана.
Контрольные вопросы для СРС
1. Из каких частей состоят строительные нормы и правила?
2. Какие пункты вошли в раздел «Правила производства и приёмки
строительных работ»?
Рекомендуемая литература
1. СНиП РК 3.02.-01-2001 «Жилые здания».
2. ГОСТ 21.501-93 Правила выполнения архитектурно – строительных
рабочих чертежей
Тема 4. Строительная теплотехника, акустика, светотехника и
климатология (1 часа)
План лекции
1. Строительная физика
2. Строительная теплотехника
3. Строительная акустика
4. Строительная светотехника
Строительная физика
Строительная физика – наука, занимающаяся вопросами
температурно-влажностного режима, звукоизоляции и освещения помещений
здания.
Разделами строительной физики являются:
 Строительная теплотехника;
 Строительная акустика;
 Строительная светотехника.
Строительная теплотехника
Рассматривает теплозащитные и санитарно – гигиенические качества
ограждающих конструкции зданий. Указанные качества зависят:
 От свойства ограждающей конструкции;
 От характера и величины внешних воздействий, температуры и
влажности наружного воздуха;
 От количества и характера атмосферных осадков, направления и
скорости ветра.
Исходя из вышеизложенного, вопросы строительной теплотехники
рассматриваются в сочетании с данными строительной климатологии.
Строительная климатология – наука, изучающая для различных
географических районов условия климатического режима, подлежащий учету
при проектирования.
При расчете теплозащитных свойств ограждающих конструкции
рассматривают сопротивление теплопередачи - Ro.
Процесс перехода теплоты через ограждающую конструкцию состоит
из 3-х этапов:
1. тепловосприятия с внутренней стороны (со стороны более нагретого
воздуха);
2. теплопроницания через ограждения;
3. теплоотдачи с наружной стороны (со стороны более холодного
воздуха).
На каждом этапе
тепловому потоку приходится преодолевать
соответствующие термические сопротивления, из которых складывается и
сопротивление теплопередаче - Ro.
- для многослойного ограждения
Ro = 1/αв +Σ Ri + 1/ αн ,
где Ri = δ i / λ i- термическое сопротивление i-го слоя;
δ i – толщина i-го слоя, м;
λ i- расчетный коэффициент теплопроводности, Вт/(м · Со);
αн – коэффициент конвективной теплоотдачи (для зимних условий)
наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м · Со);
αв – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждения,
Вт/(м · Со);
Основные принципы конструирования ограждающих конструкций,
вытекающие из теплотехнических требований, заключаются в следующем.
Величина - Ro должна быть на меньше требуемого по санитарно –
гигиеническим условиям значения - Ro тр, зависящего от назначения
помещения, его температурно-влажностного режима, вида ограждения, а
также местных климатических условий:
п (tв – tн)
тр
Ro =___________
∆ tн αв
где п – коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности
ограждения по отношению к наружному воздуху;
tв – расчетная температура внутреннего воздуха, Со;
∆ tн – нормируемый температурный перепад между температурами
внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения, Со;
tн – расчетная температура наружного воздуха – зимняя, принимается с
учетом тепловой инерции – D;
Величина, определяющая теплоустойчивость ограждения, является его
тепловая инерция – D, характеризующая свойство конструкции сохранять
или медленно изменять распределение температур внутри конструкции.
Тепловая инерция – величина безразмерная.
Тогда:
D =Σ Ri S i
где S i - коэффициент теплоусвоения материала i-го слоя, Вт/(м · Со).
Для конструкции:
 малой инерционности D › 1,5
 средней инерционности D › 4
 безинерционных D › 1,5
 большой инерционности D › 7
Воздухопроницаемость – свойство ограждения пропускать через себя
воздух.
Фильтрация наружного воздуха сквозь ограждения происходит в
основном по двум причинам:
1. тепловой напор, возникающий вследствие разности температур
воздуха внутри и вне здания в холодный период года.
2. ветровой напор, который создает избыточное давление на
отдельных участках ограждений.
Степень воздухопроницаемости – i [ кг/ (м·с·Па)]
Коэффициент воздухопроницаемости численно равен массе воздуха
(кг), фильтрующего в 1 сек. через 1 м 2 поверхности материала при его
толщине в 1 м и при перепаде давления 1·Па.
Для оценки воздухопроницаемости ограждения определяют его
сопротивления воздухопроницанию (м2·с·Па/кг)
n
Rou = Σ · Ru,
i
где Ru =δ / i, (Па·с/кг)
δ – толщина i-го слоя;
Для расчета ограждения на воздухопроницаемость находят - Rou и
сравнивают ее с нормативной величиной требуемого сопротивления
воздухопроницанию - Rou тр , которая зависит от требуемого сопротивления
теплопередаче и расчетной скорости ветра
Rou тр = Σ ∆р i,
где Σ – коэффициент, принимаемый для жилых и общественных зданий,
равным – 2; Σ = 2;
∆р i - расчетная разность давлений от теплового напора и ветра, мм вод.
ст.
υ2 ρн
∆р i = ______; (мм вод . ст. или Па)
g
где υ – скорость ветра, м/с;
ρн – объемная масса наружного воздуха, кг/м3;
g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести.
Избыточное давление при расчете инфильтрации через ограждения
определяется:
∆Rt = 0,7 Н (ρн – ρв); (Па)
где ρв – объемная масса теплового воздуха;
Н – наибольшее расстояние между центрами приточных и вытяжных
проемов, м;
Тогда:
∆Р = ∆ р i + ∆ р t;
Влажное состояние ограждающей конструкции
Влажностное состояние ограждающих конструкций влияет на
теплозащитные свойства, поскольку теплопроводность увлажненных
материалов больше, а сопротивление теплопередаче конструкции меньше.
От влажностного материала зависит долговечность конструкции.
Увлажненная конструкция быстро разрушается от мороза, коррозии и т.д.
Количество влаги в граммах, содержащиеся в 1 м3 воздуха, называется
абсолютной влажностью.
Степень
насыщения
воздуха
влагой
определяется
его
относительная влажность – φ.
Относительная влажность – φ – отношение парционального давления
водяного пара – е в рассматриваемой воздушной среде к максимальному
предельному значению парционального давления, соответствующему
температуре этой среды, выраженное в %-х:
е
φ =___100%
Е
Чтобы вычислить – φ, определяют сопротивление теплопередаче - Ro,
ограждающей конструкции стен, после чего находят температуру внутренней
поверхности стен – τв:
tв - tн
τв = tв – ______ Rв
Ro
где Rв = 0,133 грд. м2 ч/ккал (0,1/4 Со/ Вт)
после определения Ro и τв по таблице СНиП выписывают значение – е - τв и Е
- tв и окончательно определяют – φ.
Влажностный режим помещений может быть:
 сухим φ< 50%;
 нормальным φ= 50÷60%;
 влажным φ= 61÷75%;
 мокрым φ>75%;
Строительная акустика
Подразделяется на два направления:
1. Архитектурная акустика исследует условия, определяющие хорошую
слышимость в помещениях, а также разрабатывает архитектурно –
планировочное и конструктивное решение для обеспечения
слышимости хорошей;
2. Строительная акустика изучает вопросы звукоизоляции помещений,
т.е защиту помещений от внешних шумов и вопросы снижения шума в
помещениях, в которых находятся сам источник.
Звукоизоляционные качества ограждений от падения звуковых волн
определяются коэффициентом звукопроницаемости – τ.
τ =( рпр/ рп)2
где рп и рпр – звуковые давления соответственно в падающей и прошедших
волнах.
Величина R =10 lg (1/τ) – называется собственной изоляцией
ограждения воздушного шума и измеряется в децибелах (ДВ).
Практики звукоизолирующая способность данного ограждения от
внешнего шума определяется:
R = L1-L2+10 lg A/B
где L1 – средний уровень звукового давления в помещений с источником
звука, ДБ;
L2 – то же, в изолируемом помещении;
А-площадь ограждения, через которую проникает шум в защищаемом от
шума помещение, м2;
B-постоянная изолируемого помещения, м2.
Для уменьшения шума решают оптимальные конструктивные решения
и технологические решения:
 Различные конструкции пола и стен;
 Звукопрокладок в сантехнических оборудованиях и изоляция
стояков;
 Применение малошумных лифтов и т.д.
Строительная светотехника
Решает вопросы оптимального освещения помещений здания.
Освещения бывает естественная и искусственная, совместная.
Естественное освещение – источник солнце. Искусственными
источниками является – свет от электрических ламп.
На практике в качестве характеристики естественной освещенности
помещений используют относительную величину – коэффициент
естественной освещенности (к.е.о.) %:
Е=(Ев/Вн)100,
где Ев – освещенность поверхности внутри помещения;
Ен – освещенность открытой наружной поверхности.
Для обеспечения необходимой степени естественного освещения
соблюдается условие
е≥ентр
где ентр – нормальный требуемый коэффициент естественного освещения,
зависящий от светового климата и т.д.
ентр = е · м · с
где е – значение к.е.о, в % (СНиП);
м – коэффициент светового климата, в зависимости от района
расположения здания, табл.
С – коэффициент солнечности климата, опред. по табл.
Контрольные вопросы для СРС
1. Что рассматривает строительная физика?
2. Приведите основные формулы для расчета строительной теплотехники
ограждающих конструкций.
3. Какие направления рассматривает строительная акустика?
4. Какие вопросы решает строительная светотехника?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 5 Основания и грунты (1 час)
План лекции
1.Основания.
2.Грунты.
Основанием здания или сооружения называют массив грунтов
непосредственно воспринимающий нагрузку от здания и подвергающийся
деформированию.
Грунты - геологические породы, образующие верхнюю часть земной
коры, предназначенные для инженерной деятельности людей. Грунты –
состоят из твёрдых частиц минералов и пор, заполненных в сухом виде
воздухом. Во влажном грунте поры заполняются частично или полностью
водой. Грунт является маловлажным, когда водой заполнено до 50% объёма
пор, влажным до 80%, водонасыщенным – свыше 80% пор. Влажность
существенно влияет на несущую способность оснований. Чем выше
влажность, тем меньше несущая способность основания.
Грунты основания подразделяются на:
1) скальные
2) нескальные
Скальные грунты представляют собой сплошной или трещиноватый
массив и имеющий жёсткие связи между твёрдыми частицами. Скальные
грунты, практически несжимаемы при нагрузках от зданий, являются
надёжными основаниями.
Нескальные грунты подразделяются на:
1) Крупнообломочные – это грунты содержащие по массе более
50% твёрдых частиц с размерами более 2 мм. В зависимости от
крупности твёрдых частиц различают:
• валунные (более 200 мм)
• щебенистые (более 10мм)
• Гравийные (более 2мм)
2) Песчаные грунты содержат в своём составе по массе менее 50%
твёрдых частиц более 2 мм не обладают свойством пластичности. В
зависимости от крупности зёрен пески могут быть:
• гравелистые
• крупные
• средней крупности
• мелкие
• пылеватые
3) Глинистые грунты связанные в зависимости от показателя
числа пластичности глинистые грунты бывают:
• супеси
• суглинки
• глины
4) Грунтовые воды, заполняющие поры основания, влияют на
выбор типов фундаментов, глубину заложения, гидроизоляцию и
водозащитные мероприятия. Грунтовые воды могут размыть грунты
основания. Агрессивные грунтовые воды разрушают фундамент.
Основания различают естественные и искусственные:
1) Естественные основания – это грунты имеющие достаточную
несущую способность в природном залегании. Качество естественных
оснований зависит от вида грунта, уровня грунтовых вод и других
факторов.
2) Искусственные основания – это массив грунта улучивший
физико-механические свойства путём закрепления или уплотнения.
Основания обладающие чрезмерной сжимаемостью и недостаточной
несущей способностью требует искусственного улучшения грунтов и
в.п.
Основные способы устройства оснований:
1) механическое уплотнение.
а) уплотнение тяжёлыми трамбовками.
Контрольные вопросы для СРС
1.Что такое основания зданий и сооружений?
2. Как классифицируются грунты?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 6 Фундаменты, подвалы и техподполья (1 час)
План лекции
1. Классификация фундаментов
2. Свайные фундаменты, их классификация.
Фундаменты - это подземная конструкция зданий или сооружений,
предназначенная для передачи нагрузки на основания.
Классификация фундаментов:
1. по глубине заложения:
- мелкого заложения (до 3 м.)
- глубокого заложения (более 3 м.)
2. по способу возведения:
- сборные
- монолитные
3. по материалу изготовления:
- каменные
- бетонные
- железобетонные
-деревянные
4. по форме конструкции:
- ленточные
- столбчатые
- свайные
- массивные
Высотой фундамента называют расстояние от обрыва до подошвы - hф
Глубиной заложения фундамента называют расстояние от отметки
поверхности планировки до подошвы фундамента - h2.3.
Под шириной подошвы фундамента понимают меньший размер подошвы - b.
Размеры подошвы фундамента назначают по расчету.
При выборе глубины заложения подошвы фундамента решают вопросы о
несущем слое грунта и принимаемом типе основания. На глубину заложения
влияют следующие факторы:
- инженерно-технические и гидрогеологические условия площадки
строительства;
- климатические условия района строительства;
- особенности возводимого и соседних сооружений;
- способ производства работ по отрывке котлованов и возведению
фундаментов.
Гибкие фундаменты, в которых учитывают деформации
распределении давления по подошве.
Жесткие фундаменты, в которых деформации изгиба не учитывают.
при
Фундаменты подразделяются:
Фундаменты мелкого заложения:
а) монолитные ленточные фундаменты. бетонную смесь укладывают в заранее
установленную опалубку слоями толщиной 0,2 м с послойным вибрированием.
Размер втапливаемых камней не должен превышать 1/3 толщину стен
фундамента. Уширение нижней части осуществляется уступами минимальной
высотой 0,3 м при соотношении к заложению от 2:1.
Свайные фундаменты, их классификация.
Свайным фундаментом называют стержни в толще грунтового массива,
объединенные ростверком, воспринимающие нагрузки от здания.
Свайные фундаменты состоят из погруженных в грунт стержней,
объединенных поверху балкой ростверка.
Конструкции свайных фундаментов классифицируют:
1. по характеру работы:
-сваи-стоики, передающие нагрузку на нижележащий слой нижним концом в
массив плотных грунтов.
- висячие сваи, передающие нагрузку через нижний конец и по боковой
поверхности (трения).
2. по виду материала:
- железобетонные
- бетонные
- деревянные
- металлические
3. по конструктивным решениям:
- забивные
- набивные
4. по глубине заложения:
- короткие сваи (3-6 м)
- длинные (более 6 м).
Фундаменты из забивных свай.
В качестве типовых утверждены железобетонные забивные сваи
различных конструкций.
Типы, марки, основные размеры, технические требования к сваям, правила
приемки, методы испытания, маркировка, правила транспортирования и
хранения свай, а также допустимые отклонения от размеров и формы свай
приведены в ГОСТ 19804-84 и ГОСТ 17382-82.
Рабочие чертежи свай, данные о воспринимаемых усилиях, расходе
материалов приведены в альбомах типовых изделий серии: 1.011-6 (вып. 1),
1.011-3 м (вып. 1.2), 1.011-5, 1.821-1.
Забивные сваи изготавливают в заводских условиях и на полигонах.
Готовые сваи доставляют на строительную площадку и погружают на
месте строительства в заданных точках с помощью молотов и
вибровдавливающих агрегатов.
Контрольные вопросы для СРС
1. Приведите классификация фундаментов.
2. Что такое свайные фундаменты, их классификация?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 7 Наружные стены и их элементы (1 час)
План лекции
2. Классификация стен.
3. Требования к стенам
Стены
Стенами называют вертикальные конструктивные элементы здания,
предназначенные для защиты воздействия окружающей среды.
Наружные стены при необходимости рассекаются вертикальными
деформационными швами, температурно-усадочными швами, осадочными и
др.
Температурно-усадочные швы устраиваются во избежание образования
в стенах трещин (температура, усадка). Расстояние между температурноусадочными швами: 40-100 м для каменных стен, 75-150 м – для бетонных
стен.
Осадочные швы предусматриваются в местах резки переходах этажности.
Классификация стен.
1) по месту расположения: - наружные, - внутренние;
2) по статической функции: - несущие, - самонесущие, - ненесущие
(навесные);
3) по материалу стен: - бетонные, - каменные, - деревянные, - из местных
материалов;
4) по числу слоёв стен: - однослойные, - многослойные.
Толщину наружных стен определяют по расчёту теплотехническому и
зависит от многих факторов (климатических, материала конструкции, вида
здания).
Требования к стенам.
- прочность, устойчивость, долговечность;
- теплозвукоизоляционность;
- огнестойкость;
- индустриальность.
Контрольные вопросы для СРС
1. На какие группы подразделяются стены?
2. Какие предъявляются требования к стенам?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 8 Панельные, блочные и кирпичные стены (1 час)
План лекции
1. Каменные (кирпичные) стены
2. Здание из крупных блоков
3. Панельные стены
Каменные стены
Стены из кирпича.
Камень правильной формы, имеющий шесть плоскостей, называют
кирпичом. Длинные боковые грани кирпича называют ложками, наибольшая
плоскость – постелью. Каменная кладка выполняется рядами. Прикладке
камня длинной стороной вдоль стены образуется ложковый ряд, при укладке
короткой – тычковый ряд. Все наружные ряды кладки с обеих сторон
называются верстами. Версты бывают наружные и внутренние. Кирпич –
искусственно изготовленный камень, весом не более 4,5 кг.
Стены крупнопанельных зданий.
Стеновые панели имеют большие линейные размеры (длина и высота)
на одну или две комнаты и меньшую толщину (220-340 мм).
Панели изготовлены с полной отделкой наружной поверхности и с
внутренней поверхностью, подготовленной под окраску, с установленными
оконными переплётами и дверями.
а) Панели размером на комнату
б) Панели размером на две комнаты
2700
в) Двухрядные (простеночные и поясные панели)
Простеночные
Поясные
6000
Стеновая панель, ввиду её значительной длины и высоты при
небольшой толщине, не обладает самостоятельной устойчивостью, поэтому
устойчивость панельной стены обеспечивается жесткими креплениями
стеновых панелей к перекрытию, к панелям поперечных стен и к смежным
панелям. В результате получается жесткая и устойчивая объемная ячейка,
внутреннее пространство которой представляет отдельное помещение.
Сочетание таких ячеек и составляет структуру всего здания, являясь его
несущим остовом.
Различают 3 основные конструкционные схемы таких зданий:
1. Основные несущие элементы поперечные и продольные внутренние
стены и стены наружные. Расстояние между поперечными
внутренними стенами 2,7-3,6 м. Перекрытия из железобетонных плит
размером на комнату, с опиранием на 3 или 4 стороны толщиной 120
мм.
Наиболее ответственные и сложные по испытанию в конструкциях
крупнопанельного
здания
являются
стыки
между
панелями.
Конструкционные решения стыков классифицированы по следующим
признакам:
- по устройству наружной зоны (открытые, с водоотбойной лептой и
закрытые, защищенные цементным размером).
- по способу заделки (утепленные, с прокладкой эффективного утеплителя)
- по способу сопряжения (сварные, петлевые, болтовые, самозаклеивающие).
Стены из крупных блоков
Здания, в которых стены смонтированы из больших искусственных
камней, называют крупноблочными. Систему раскладки блоков в пределах
высоты этажа называют разрезкой.
В зависимости от количества уложенных рядов различают разрезку:
- двухрядную – по высоте этажа уложено 2 блока;
- трёхрядную - по высоте этажа уложено 3 блока.
В крупноблочных зданиях название блоков зависит от их
местоположения в стене. Наружные стены двухрядного разреза монтируют
из следующих типов основных блоков:
- простеночных (толщина блоков 40-60 см);
- подоконных, с нишами для приборов отопления, устанавливаемых
между простеночными;
- перемычных, с четвертно для опирания плит междуэтажного
перекрытия, перекрывающих междуоконный проём;
- рядовых, устанавливаемых на глухих участках стен;
- поясных, для укладки междуэтажных перекрытий возводящих на
глухих участках стен, без четверти.
Внутренние стены монтируют из блоков однорядной разрезки,
толщиной 20-30 см, их ширина зависит от габаритов здания и размеров
дверных проёмов.
Специальные блоки – карнизные, цокольные, парапетные,
сантехнические.
Контрольные вопросы для СРС
1. Что представляют собой каменные (кирпичные) стены?
2. Что представляет собой здание из крупных блоков?
3. Какие строительные конструкции применяются в панельных стенах?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 9 Внутренние стены и перегородки (1 час)
План лекции
1. Внутренние стены
2. Перегородки
Внутренние стены и перегородки
Внутренние стены и перегородки – это внутренние вертикальные
ограждающие конструкции в зданиях. Внутренние стены выполняют в
здании ограждающие и несущие функции, перегородки — только
ограждающие.
Конструкции внутренних стен и перегородок должны удовлетворять
нормативным требованиям прочности, устойчивости, огнестойкости,
звукоизоляции.
Основным типом перегородок в многоэтажных жилых домах стали
крупнопанельные перегородки.
Панели перегородок делают высотой на этаж с лицевыми поверхностями
подготовленными под окраску или оклейку обоями. Максимальная длина
панели 6 метров. Панели изготовляют из гипсобетона, армированного
деревянными рейками. По контуру их окаймляют деревянными брусками
80x60 мм. Для защиты при перевозке и монтаже. Дверные проёмы в панели
также окаймляют брусками. Толщина панелей 80 мм.
Для межквартирных перегородок делают панели толщиной 130-150 мм. В
виде слоистой конструкции для повышения звукоизоляции.
Иногда их делают из 2-х обычных панелей с воздушной прослойкой в 40 мм.
Общая толщина равна 200 мм.
Кроме того, применяют:
1.-перегородочные плиты высотой на этаж и шириной 0.3; 0.6; 0.8; 1.2 мм.
(плитные перегородки)
2.-подвижные перегородки, трансформирующие внутреннее пространство
квартир
Их, в свою очередь, разделяют на:
-складчатые
-откатные
-подъёмные
Контрольные вопросы для СРС
1. Что такое внутренние стены?
2. Что представляют собой конструкции перегородок?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 10 Перекрытия и покрытия (1 час)
План лекции
1. Перекрытия
2. Покрытия
Перекрытия
Перекрытия – горизонтальные несущие и ограждающие конструкции,
делящие здания на этажи и воспринимающие нагрузки от собственного веса,
веса вертикальных ограждающих конструкций, а также от веса предметов
интерьера, оборудования и людей, находящихся на них. Эти нагрузки
передаются от перекрытий на несущие стены здания.
Перекрытия обеспечивают звуко- и теплоизоляцию, они также
отвечают высоким требованиям жесткости и прочности на изгиб.
Для перекрытий используют железобетонные плиты – сплошные и
длинномерные многопустотные.
а)
Плиты перекрытий:
а) сплошные
б) многопустотные
б)
Плита, опертая торцами, работает как баночная плита, т.е.
деформируется под нагрузкой в одном направлении. Обычно плиту опирает
короткими сторонами, и рабочим пролетом является её длинная сторона (а).
При опирании плиты длинными сторонами рабочим пролетом является её
короткая сторона (б). Если плита, размеры которой близки в квадрату, оперта
на 4 стороны, то рабочим пролетом становятся и короткий, и длинный и
нагрузки распределяются по 2 направлениям (в). Такие плиты называются
опертыми по контуру.
а)
б)
в)
Контрольные вопросы для СРС
1. Что представляют собой перекрытия?
2. Что представляют собой покрытия?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 11 Полы и их виды (1 час)
План лекции
1. Полы
2. Виды полов
Полы
Полы – это конструкции, постоянно подвергающиеся механическим
воздействиям. Полы по междуэтажным перекрытиям должны обладать
звукоизоляционными свойствами. В санитарном узле и в бойлерной
покрытие пола выполняется из керамической плитки.
В зависимости от назначения помещений и расположения их по
этажам, используются следующие конструкции полов:
Конструкция пола
Слои пола
Примен
ение
Функции
1 – паркетная доска (25 мм);
2 – прокладочный слой
рубероида;
3 – лаги (40 мм);
4 – цементно-песчаная
стяжка (30 мм);
5 – керамзит (40 мм);
6 – ж/б плита перекрытия
(220 мм).
Гостиная
Теплоизоля
ционная
1 – паркетная доска (25 мм);
2 – прокладочный слой
рубероида;
3 – лаги (40 мм);
4 – Ленточная прокладка из
звукоизоляционной ДВП
(30 мм);
5 – ж/б плита перекрытия
(220 мм).
Общая
комната
Звукоизоля
ционная
Санузел и
бойлерна
я
Гидроизоля
ционная
теплоизоля
ционная и
гигиеничес
кая
Кухня
Гидроизоля
ционная и
теплоизоля
ционная
Холл,
коридор
(1 этаж),
веранда,
тамбур.
Теплоизоля
ционная
1 – керамическая плитка;
2 – цементно-песчаная
стяжка (15 мм);
3 – слой рубероида;
4 – цементно-песчаная
стяжка (15 мм);
5 – керамзит (40 мм);
6 – ж/б плита перекрытия
(220 мм).
1 – теплоизоляционный
линолеум;
2 – цементно-песчаная
стяжка (15 мм);
3 – слой рубероида;
4 – цементно-песчаная
стяжка (15 мм);
5 – керамзит (40 мм);
6 – ж/б плита перекрытия
(220 мм).
1 – теплоизоляционный
линолеум;
2 – цементно-песчаная
стяжка (30 мм);
3 – керамзит (40 мм);
4 – ж/б плита перекрытия
(220 мм).
1 – линолеум на мастике;
2 – цементно-песчаная
стяжка (30 мм);
3 – сплошной слой из
звукоизоляционной ДВП;
4 – ж/б плита перекрытия
(220 мм).
Спальня,
кабинет,
коридор
(2 этаж).
Звукоизоля
ционная
В помещениях полы примыкают к стенам. Для того, чтобы не было
зазоров между полом и стенами, по всему периметру помещения
прибиваются деревянные плинтусы. В помещениях, где поверхностью пола
служит керамическая плитка, используется плинтус из фасонной
керамической плитки.
Контрольные вопросы для СРС
1. Какие виды полов существуют?
2. Какие особенности устройства полов?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 12 Крыша и кровля. (1 часа)
План лекции
1. Крыша
2. Кровля из волнистых асбестоцементных листов
Крыша
В многоэтажных жилых домах применяют как чердачные крыши, так и
совмещённые покрытия. При наличии чердака покрытие выполняют из
сборных железобетонных плит, установленных с небольшим уклоном для
стока воды.
В бесчердачных зданиях перекрытие верхнего этажа совмещается с
покрытием и называется совмещённым покрытием.
-вентилируемые
-невентилируемые
Невентилируемые применяют в зданиях, помещения верхнего этажа
которых имеют боковые вентиляционные решётки.
Над
помещениями
с
повышенной
влажностью
устанавливают
вентилируемые покрытия.
Назначение вентилируемого покрытия – удаление влаги из утепляющего
слоя и предохранения за счёт воздушных прослоек от перегрева солнечными
лучами.
Невентилируемые покрытия обычно выполняют из сборных
легкобетонных плит, которые являются одновременно несущим и
теплоизоляционным элементом.
Конструкцию
вентилируемых
покрытий
выполняют
с
вентиляционными каналами и воздушной прослойкой. Для покрытия с
вентиляционными каналами применяют сборные плиты из лёгкого бетона, в
нижней части которой делают слой из тяжёлого бетона с рабочей арматурой
(этот слой выполняет и другую функцию), а в верхней – вентиляционные
каналы.
В современных многоэтажных жилых домах крышу часто используют
как площадку для отдыха и др. целей. В этой случае эксплуатируемая кровля
носит название крыши-террасы. Конструкцию кровли крыш-террас
выполняют аналогично обычным рулонным кровлям, но сверху устраивают
дополнительный слой, который служит полом.
Пол делают горизонтальным из отдельных плит, укладываемых на слой
гравия или крупнозернистого песка. Плиты могут быть железобетонными, из
природного камня, из керамики.
Кровля из волнистых асбестоцементных листов
Волнистые асбестобетонные листы укладывают при уклонах ската
18 – 300 по разреженной обрешетке из брусков или досок. Укладку ведут
горизонтальными рядами (от карниза к коньку) с напуском до 120-140 мм.
Смежные листы в горизонтальных рядах стыкуют в нахлестках с напуском на
волну.
Закрепляют уложенные листы гвоздями с оцинкованной шляпкой, под
которые подкладывают шайбу из рубероида.
Конек и ребра крыши закладывают фигурными листами (шаблонами), а
разжелобки накрывают оцинкованной сталью.
Рулонная кровля
Кровли из рулонных материалов бывают толевые и рубероидные.
Толь представляет собой картон, пропитанный каменноугольным
дегтем и посыпанный с обеих сторон песком. Не обладая большей атмосфера
- устойчивостью и прочностью, он применяется с малым сроком службы (на
5-6 лет однослойный).
Полотнища устраивают насухо параллельно коньку, начиная снизу, со
стороны карниза, с нахлесткой верхнего полотна на нижнее.
В местах нахлесток полотна прибивают к обрешетке толевыми (с
широкой шлепкой, гроздями). Шляпки гвоздей промазывают сверху
мастикой.
Для изготовления рубероида используются специальный картон
повышенного качества, который пропитывают битумом, а затем покрывают с
одной или двух сторон тугоплавным битумом.
Рубероид имеет большую прочность, чем толь и его шире используют в
применении.
Рубероидные кровли применяются при малых уклонах (50 и менее).
Долговечность 10-15 лет.
Чердачные кровли имеют i=100 до300 и 2-хслойные, а при меньших
уклонах 3-х и 4-хслойные.
Свес крыш также покрывается кровельной сталью. Край рубероида
нахлестывается на эту полосу на 100-150 мм и приклеивается битумной
мастикой.
Снова клеят в три слоя в виде полосы шириной в целое полотнище
(от750 до 1750 мм). Ширина нахлестки 150мм.
Контрольные вопросы для СРС
1. Из чего состоят несущие конструкции крыши?
2. Какие особенности кровли из волнистых асбестоцементных листов?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 13 Лестницы. (1 час)
План лекции
1. Классификация лестниц
Классификация лестниц
Конструктивные устройства для сообщения между этажами называют
лестницами.
В них различают площадки и марши.
Лестничные площадки, расположенные в уровне пола этажа,
называют этажами, а промежуточные по высоте этажа – междуэтажными.
Лестничные марши имеют определенные названия:
 Цокольный;
 Междуэтажный;
 Подвальный;
 Чердачный.
Марш состоит из ступеней, горизонтальную плоскость которых
называют проступью, а вертикальную – подступенком.
Ступени, примыкающие к лестничной площадке, называют
фризовыми.
Лестницы классифицируют:
1. по названию:
 основные (повседневного сообщения);
 вспомогательные (для связи с подвалом и чердаком);
 служебные (для общих зданий);
 аварийные;
 пожарные.
2. по числу маршей
 одно-;
 двух-;
 трехмаршевые.
Контрольные вопросы для СРС
1. Что называют лестницами?
2. Укажите классификацию лестниц.
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 13 Окна и двери. (1 час)
План лекции
1. Окна
2. Двери
Окна — элементы здания, предназначенные для освещения и
проветривания помещений.
Двери служат для связи между изолированными помещениями и
для входа в здание.
Окна в здании бывают с двойным остеклением. Толщина оконных
блоков — 140 мм, что дает право судить о достаточной их тепло- и
звукоизоляции. Бывают окна одно-, двух- и трехстворчатые. Рамы в
окнах деревянные, металлопластиковые. Стандартные размеры окон:
2100х1800 мм — трехстворчатые;
1800х1800 мм и 1500х1800 мм — двухстворчатые;
900х1800 мм — одностворчатые;
В оконных проемах устанавливаются также деревянные подоконные
плиты и сливы из оцинкованной стали.
В оконных проемах предусматриваются четверти, оконные блоки
при установке упираются в них, делаются откосы из цементнопесчаного раствора.
Двери в здании бывают однопольные и двупольные, остекленные
и глухие. Остекление некоторых дверей необходимо, в основном, с
целью добиться более равномерного освещения помещений, но попутно
улучшается и интерьер коттеджа. Стандартные размеры дверей:
высота — 2100 мм;
ширина: 700, 860, 900, 1200 мм.
При изготовлении окон и дверей используется исключительно
качественное листовое стекло толщиной 6 мм и высококачественная
древесина во избежание появления трещин и щелей в процессе
эксплуатации.
Контрольные вопросы для СРС
1. Для каких целей предназначены окна?
2. Каковы особенности дверных проемов?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Тема 15 Жилые здания. (1 час)
План лекции
1. Классификация жилых зданий.
2. Объемно – планировочное решение жилых зданий
3. Квартира, ее состав и принципы проектирования
Классификация жилых зданий
А) Жилые здания по своему назначению, т.е по контингенту заселения
подразделяются;
1. квартирные дома для семейного заселения и постоянного
проживания;
2. общежития – для временного (длительного) проживания рабочих на
периоды работы и учащиеся молодежи на время учебы;
3. гостиницы – для кратковременного проживания;
4. дома - интернаты – для постоянного проживания инвалидов и
престарелых.
В жилищном строительстве квартирные дома для посемейного заселения
составляют 90 % и более.
Б) По капитальности в соответствии СНиП 2.08.01-89 «Жилые здания»
подразделяются:
 I – класс – здания любой этажности, степень долговечности основных
конструкций и огнестойкости не ниже I –ой степени.
 II – класс – здания высотой не более 9-этажей, долговечности и
огнестойкости не ниже II – степени.
 III – класс – здания высотой не более 5- этажей, долговечности III –
степени и огнестойкости III – степени.
 IV – класс – здания высотой не более 2- этажей, долговечности III –
степени, огнестойкость не нормируется.
В) По этажности подразделяется:
 Малоэтажные – до 2 этажей;
 Средней этажности – 3-5 этажей;
 Многоэтажные – 6 и более;
 Повышенной этажности – 11-16 этажей;
 Высотные – более 16 этажей.
Г) По материалу несущей и ограждающей конструкции:
1. Каменные – стены – из крупных элементов (панелей, блоков) и
мелких элементов (кирпич, керамические блоки), монолитные (бетон,
легкие бетоны)
Перекрытия – железобетонные сборные и монолитные.
2. Деревянные – стены и перекрытия из бревен, щитов и т.д.
3. Смешанные – стены – колонные, перекрытия – деревянные.
Д) По числу квартир:
 Одноквартирные (индивидуальные);
 Двухквартирные;
 Многоквартирные.
Е) По характеру застройки:
 Для сельской местности;
 Городского строительства.
Ж) По планировке квартир:
 Усадебные;
 Блокированные;
 Секционные;
 Коридорные;
 Галерейные;
 Смешанные.
Требования, предъявляемые к жилым зданиям.
К требованиям, предъявляемым к жилым зданиям, относятся:
 Функциональные;
 Технические;
 Физико-технические;






Санитарно-гигиенические;
Противопожарные;
Градостроительные к застройке, размещения зданий;
Архитектурно - художественные;
Экономические;
Инженерным оборудованием.
Объемно – планировочное решение жилых зданий
Важнейшим требованием при проектировании жилых зданий –
обеспечение правильного соотношения плащей жилых и подсобных
помещений и рациональное использование, расположение помещений, в
соответствии с их функциональными назначением:
Функциональные требования к проектированию жилых зданий:
1. создание благоприятных условий расселения в соответствии с
демографическими составом населения и современным нормативным
обеспечением жилой площадью;
2. установление основных функциональных групп помещений жилищ и
обеспечение требуемых взаимосвязей между ними в соответствии с
протекающими в них жизненными процессами;
3. Учет особенностей жизненного режима населению в зависимости от
вида трудовой и профессии расселяемых;
4. Учет влияния природно-климатических условий на жизненный режим
населения.
Основной принцип расселения – это представление каждой семье
отдельной квартиры.
Исходя из функциональных требований решают объемно – планировочное
решение жилых зданий.
По объемному параметру здания определяется – шагом, пролетом,
высотой здания
и этажа, длиной и
шириной здания, формой и
конфигурацией здания.
По планировке (расположению) квартир в здании подразделяется:
1. Усадебные (одноквартирные) – отдельно стоящие одно –
трехэтажное здание, с приусадебным участком, для проживания одной
семьи.
Приквартирный (приусадебный) участок
 Земельный участок, примыкающий к дому (квартире) с
непосредственным выходом на него.
2. Блокированный жилой дом – здание квартирного типа, состоящий из
двух и более квартир, каждая из которых имеет непосредственный
выход на приквартирный участок.
3. Жилое здание секционного типа – здание состоящих секций или из
нескольких секций, квартиры, которой имеют выход на одну
распределительный узел и лестничную клетку.
4. Жилые здание коридорного типа - здание, в котором квартиры (или
комнаты в общежитии) имеют выходы через общий коридор не менее
чем на две лестницы, причем квартиры расположены по обеим сторона
коридора.
1
1- усадьба
2
2- приквартирный участок
1
1- квартиры
2- приквартирный
участок
2
2
1
1
1- лестничная
клетка секции
2- лифт
3- квартиры
3
1
0
3
3
2
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
3
0
2
0
1-квартиры
2-коридор
3-лестничная клетка
5. Жилые здание галерейного типа – здание, в котором квартиры
(комнаты) имеют выходы через общую галерею не менее чем на две
лестницы, причем квартиры расположены по одной стороне галерей.
1
0
1
0
1
0
1
0
2
0
3
0
1-квартиры
2-галерея
3-лестничная клетка
Лестнично-лифтовой (холл) узел – помещение, предназначенное для
размещения вертикальных коммуникации – лестничной клетки и лифтов.
Лифтовой холл – помещение перед входами в лифты.
Веранда – застекленное неотапливаемое помещение, пристроенное к
зданию или встроенное в него.
Тамбур – проходное пространство между дверями, служащие для
защиты от проникания холодного воздуха, дыма и запахов при входе в
здание, лестничную клетку и другие помещения.
Терраса – ограждения открытая пристройка к зданию в виде площади
для отдыха, которая может иметь крышу, размещается на земле или над
нижерасположенным этажом.
Жилые здания имеют следующие основные помещения:
 Квартиру (одно, двух, многокомнатные)
 Не жилые этажи (подвал, погреб, технические подполья)
 Лестнично-лифтовой узел;
 Мусоропроводы
 Хозяйственные пристройки и помещения (гаражи, летние кухни,
кладовые и т.д.).
Квартира, ее состав и принципы проектирования
Важнейшим требованием к проектированию квартир – это обеспечение
правильного соотношение площадей жилых и подсобных помещений и
рационального взаимное расположение комнат, в соответствии с их
функциональным назначением и взаимосвязи.
В зависимости от характера жизненных процессов, протекающих в
комнатах квартир, их подразделяют на две основные функциональные
группы:
1. I – группа – предназначена для отдыха, сна и возможно занятий.
Данная группа должна создавать более тихую зону квартиры,
удаленную по возможности от источников шума.
2. II – группа – для хозяйственно – бытовых процессов, общения,
приема гостей.
Данная группа должна быть удобно для взаимосвязи всех помещений
дневной активности и с входом в квартиру.
Планировка, число комнат и размеры квартиры зависят от численности
семьи, нормы жилой площади на одного человека. В настоящее время
исходят из нормы жилой площади 12-15 м2 на человека.
В каждой квартире, кроме однокомнатной, независимо от численности
и других характеристик семьи наряду со спальнями должна быть общая
комната, которая используется для нескольких функций общего характера.
Помимо комнат каждая квартира имеет кухню, санитарный узел, переднюю
или коридор.
Таким образом, каждая квартира имеет следующие функциональные
зоны:
1. входной распределительный узел, (передняя, коридор);
2. хозяйственный узел, часто совмещенный с зоной приема пищи, (кухня,
кухня – столовая);
3. санитарно – рабочая зона, (туалет, ванная);
4. зона отдыха, (спальня);
5. общественно - рабочая зона, (общая комната);
6. вспомогательная зона, (коридор, кладовые);
Основой объемно – планировочного решения любой квартиры является
правильное взаиморасположение различных функциональных зон.
Квартиры бывают:
 однокомнатные;
 двухкомнатные;
 трехкомнатные;
 четырехкомнатные;
 пятикомнатные;
Однокомнатные квартиры предназначены для заселения ее одним
человеком или семьей из двух человек.
Квартира состоит: спальня, кухня, санузел (совмещенный), коридор.
Жилая площадь от 12,5 – 22 м2 (15-30 м2).
Двухкомнатная квартира – жилая площадь 27-32 м2 предназначена для
заселения семьей из трех человек.
Квартира состоит: общая комната, спальня, кухня, санузел, коридор.
Трехкомнатная квартира – жилая площадь 35-44 м2 предназначена для
заселения ее семьей из четырех человек.
Общая комната – предназначена для отдыха, общения семьи, приема
гостей, личных занятий, приема пищи и может иметь 1-2 спальных места (в
однокомнатной квартире).
Размещается в общей комнате следующие разновидности мебели:
столовой раздвижной стол, стулья, тахту или диван, шкафы для книг,
посуды, столик для телевизора, кресла, музыкальный центр и инструмент.
Общая комната может быть подразделена на два помещения –
гостиную и столовую.
Первая предназначена для отдыха, общения семьи, приема гостей,
размещение телевизора.
Вторая – для приема пищи, хранения столовой посуд. Между гостиной
и столовой возможно устройство раздвижной перегородки. Кухня и соловая
могут быть связаны дверью или окошком для передачи пищи.
Площадь общих комнат 15-18 м 2.
Спальни предназначены для сна, занятий, хранения одежды, белья,
возможно книг. В спальнях размещают: кровати, прикроватные тумбы,
шкафы – платяно - бельевые, туалетный столик, детская мебель.
Площадь спален принимают:
На 1 человека – 8 - 10 м2;
Супругов – 12 – 13 м2
Двух детей 10 – 12 м2
Кухни – предназначены для приготовления пищи и для других
хозяйственно – бытовых процессов, а также для хранения посуды, продуктов
и часто для повседневного приема пищи.
Площадь кухни 7-12 м2.
Санитарные узлы состоят ванная – умывальной и уборной.
Передние – предназначены для переодевания верхней одежды и обуви.
В них размещаются вешалку с полкой для обуви, стул, зеркало, шкаф для
уличной одежды.
Площадь не менее 3 м2.
Хозяйственные кладовые для хранения предметов повседневной
потребности и одежды.
Летние помещения квартир представляют собой балконы, лоджии,
террасы.
Контрольные вопросы для СРС
1. Как классифицируются жилые здания?
2. Какие требования существуют к объемно – планировочному решению
жилых зданий?
3. Какова структура квартир ее состав и принципы проектирования?
Рекомендуемая литература
1. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М.Конструкции гражданских зданий. Изд.
АСВ, Москва, 2004 г.
2. Шерешевский И.А.Конструирование гражданских зданий, Москва, Изд.
«Архитектура С», 2005 г.
Модуль 2 Строительные конструкции
Лекция № 1. Современные строительные конструкции и области их
применения
План лекции:
1) Виды строительных конструкций и области их применения
2) Требования к строительным конструкциям
3) Понятия о предельных состояниях
4) Понятие о расчете строительных конструкций по предельным
состояниям
1. Строительные конструкции принято делить в зависимости от
конструкционных материалов, из которых они изготовлены:
каменные и армокаменные;
бетонные и железобетонные;
металлические (стальные и алюминиевые);
деревянные и пластмассовые.
Каменные конструкции применяются в качестве стен, реже - столбов
зданий. Для увеличения прочности их армируют, чаще всего стальными
сетками.
Бетонные и железобетонные конструкции нашли широкое применение как
в подземной, так и в надземной частях здания. Они бывают:
-монолитные, которые изготавливают на строительной площадке;
-сборные изготавливают на заводах ЖБИ и привозят на стройплощадку в
готовом виде;
-сборно-монолитные состоят из сборных элементов, соединенных
монолитными участками.
Железобетонные конструкции (ЖБК) отличаются от бетонных наличием
внутри арматурных каркасов (чаще всего стальных).
Металлические конструкции (МК) делают из стали, реже - из
алюминиевых сплавов. Алюминиевые конструкции дороже стальных. МК
широко применяют для промышленных, высотных зданий и различных
сооружений.
В качестве элементов МК применяют изделия прокатные или составные.
Прокатные делают на металлургических заводах (прокатные станы), где
получают профильную сталь – уголки, швеллеры, двутавры. Составные
элементы образуют соединением между собой листов или профилей, чаще
всего с помощью сварки.
Деревянные конструкции (ДК) делают из цельной или клееной
древесины. Из цельной древесины можно получать составные элементы с
помощью болтов или гвоздей (они называются нагелями).
Для склеивания древесины применяют синтетические водостойкие клеи.
Клееные ДК легче металлических и железобетонных. Они нашли широкое
применение в гражданском и сельскохозяйственном строительстве.
2. К строительным конструкциям предъявляются требования, которым
они должны удовлетворять на стадиях проектирования, изготовления,
транспортирования, монтажа и эксплуатации.
-долговечность (деревянные конструкции менее долговечны, но при
надлежащих условиях эксплуатации, предохранении от увлажнения,
гниения могут существовать очень долгое время)
-надежность (безопасная, безаварийная работа конструкций )
-огнестойкость (ЖБ и каменные конструкции огнестойки. Менее
огнестойки предварительно-напряженные ЖБК. МК неогнестойки. Более
огнестойкими являются массивные деревянные конструкции, но они
возгораемы)
-экономичность (правильный выбор СК, наиболее полное использование
их прочности, рациональные конструктивные решения)
-индустриальность (металлические, сборные ЖБ, крупноблочные
каменные и заводского изготовления ДК являются индустриальными)
-унификация (применение типовых конструкций, минимальное число
типоразмеров, оптимальная технология изготовления и монтажа )
-эстетичность и др.
3. Предельными называются такие состояния для здания, сооружения
при которых они перестают удовлетворять заданным
эксплуатационным требованиям.
Предельные состояния конструкций подразделяются на две группы:
I – по несущей способности
II – по деформациям (по пригодности к нормальной
эксплуатации)
К предельным состояниям первой группы относятся (рисунок 14):
общая потеря устойчивости формы (а, б);
потеря устойчивости положения (в, г);
хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (д);
разрушение под совместным воздействием силовых факторов и
неблагоприятных влияний внешней среды и др.
Рисунок 14 - Предельные состояния первой группы
К предельным состояниям второй группы относятся состояния,
затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие их
долговечность вследствие появлений недопустимых перемещений (прогибов,
осадок, поворотов), колебаний и трещин.
4. Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям
имеет своей целью не допустить наступления ни одного из
предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции при
их эксплуатации в течении всего срока службы, а также при их
возведении.
Суть расчета заключается в том, чтобы величины усилий, напряжений,
деформаций, перемещений, раскрытия трещин не превышали предельных
значений, установленных нормами проектирования. Вся сложность расчета
заключается в том, чтобы определить величины напряжений, деформаций и
т.д., возникающих в конструкциях под действием нагрузок. Сравнить их с
предельными значениями обычно не составляет труда.
I группа – расчет по несущей способности
Несущая способность конструкции
удовлетворяется неравенство типа
считается
обеспеченной,
если
N≤Ф
(1)
где
N= Nн γf – расчетные, т.е. наибольшие возможные усилия, могущие
возникнуть в сечении элемента (для сжатых и растянутых элементов – это
продольная сила, для изгибаемых – изгибающий момент и т.д.). Они зависят
в первую очередь от нагрузки и определяются по правилам строительной
механики в зависимости от конструктивной схемы, способов соединения
конструкций и т.д.
Nн – усилие в элементе от нормативной нагрузки (СНиП),
γf - коэффициент надежности по нагрузке, учитывает ее отклонение в
неблагоприятную сторону;
Ф – наименьшая возможная несущая способность сечения элемента,
подвергающегося сжатию, растяжению или изгибу. Она зависит от
прочностных свойств материала конструкции, формы и размеров сечения и
может быть выражена в следующем виде:
Ф = (A, Rн, γm, γn)
(2)
Rн – нормативное сопротивление материала, определяют путем испытаний,
γm – коэффициент надежности по материалу. Величину R=Rн/ γm называют
расчетным сопротивлением;
А – геометрический фактор (площадь поперечного сечения – при растяжении
и сжатии, момент сопротивления – при изгибе и т.д.);
γn – коэффициент надежности по назначению (ответственности здания).
Практический расчет сводится к проверке условия:
σ≤R
(3)
σ –напряжения в элементе от расчетной нагрузки.
Предельные состояния второй группы не наступят, если будет выполнено
условие
f ≤ [f ]
(4)
f – определенная расчетом деформация конструкции (перемещение, угол
поворота сечения и т.д). Для изгибаемых элементов это прогиб конструкции
или ее элемента, для стержневых систем – укорочение или удлинение
стержней, для оснований – величина осадки;
[f] – предельная (допускаемая) деформация конструкции (перемещение,
амплитуда колебаний или раскрытие трещин) устанавливается в
соответствии с требованиями СНиП.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
Нагрузки и воздействия
Сочетание нагрузок
Степень ответственности зданий и сооружений
Нормативные и расчетные сопротивления материалов и нагрузок.
Лекция № 2. Понятие о железобетоне. Сущность железобетона.
План лекции:
1. Область применения.
2. Совместная работа арматуры и бетона.
3. Достоинства и недостатки железобетона
1. Железобетонные конструкции широко используют в капитальном
строительстве при воздействии температур не выше 50°С и не ниже 70°С.
Во многих случаях конструкции из железобетона (особенно предварительно
напряженного) целесообразнее каменных или стальных.
Их применяют:
-в атомных реакторах, мощных прессовых устройствах, морских
сооружениях, мостах, аэродромах, дорогах, фабрично-заводских,
складских и общественных зданиях и сооружениях;
-в тонкостенных пространственных конструкциях, силосах,
бункерах и резервуарах;
-напорных трубопроводах;
-фундаментах под прокатные станы и машины с динамическими
нагрузками, башнях, высоких дымовых трубах, сваях, подпорных
стенах и многих других массивных сооружениях;
-устройство набережных, тепло- и гидроэлектростанций, плотин,
шлюзов и других гидротехнических сооружений;
-в санитарно-техническом и подземном строительстве, горных
разработках.
ЖБК имеют широкую перспективу для дальнейшего развития. Основными
направлениями в совершенствовании ЖБК (снижение стоимости при
повышении качества) являются:
-применение конструктивных решений, снижающих массу
конструкций; использование местных строительных материалов,
легких бетонов;
-повышение долговечности, надежности и технологичности
конструкций,
снижение
их
приведенных
затрат,
материалоемкости, энергоемкости, трудоемкости изготовления и
монтажа;
-разработка новых, уточнение существующих методов расчета
конструкций;
-развитие методов расчета с использованием ЭВМ;
-повышение
конструкций;
сейсмической
и
динамической
стойкости
-увеличение долговечности конструкций в зданиях с
агрессивными средами, а также при эксплуатации в низких и
высоких температурах.
2. Железобетон – комплексный строительный материал, в котором бетон и
стальная арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под
нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон в основном предназначен для
восприятия сжимающих усилий, а арматура – преимущественно
растягивающих. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже
(в 10…20 раз) – растяжению. Это неблагоприятно для изгибаемых и
растянутых элементов, широко распространенных в зданиях и сооружениях.
Так, при приложении нагрузки в верхней зоне сечения балки возникает
сжатие, в нижней – растяжение. (рисунок 15, а). Когда напряжения в
растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению,
образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того
как будет использована прочность балки на сжатие. Это обстоятельство
сильно сужает область применения неармированного бетона.
Рисунок 15 Схемы разрушения балок
Армирование (усиление) растянутой зоны изгибаемых элементов стальными
стержнями, обладающими значительно более высокой прочностью на
растяжение, чем бетон, позволяет существенно повысить их несущую
способность. Предположим, что в растянутой зоне уложена мягкая сталь
(рисунок 15, б). В процессе загружения балка будут вначале работать
подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны
балка не разрушится, т.к. растягивающие усилия будут восприняты
арматурой. Несущая способность армированной балки намного выше, чем
бетонной.
Работа
балки,
армированной
высокопрочной
сталью
принципиально не будет отличаться от работы балки, армированной мягкой
сталью, однако несущая способность ее будет значительно выше. Все же в
такой балке еще до исчерпания несущей способности прогибы и ширина
раскрытия трещин возрастают настолько, что становятся недопустимыми по
условиям эксплуатации.
Исследования показали, что высокопрочную сталь можно успешно
применять в предварительно напряженных конструкциях. Идея
предварительного напряжения заключается в том, чтобы предварительно
натянуть арматуру и закрепить ее в таком состоянии, а после укладки и
твердения бетона отпустить ее. При этом арматура, стремясь сократиться,
обжимает бетон. Конструкции такого типа и называются предварительно
напряженными.
При приложении нагрузки к предварительно напряженной балке (рисунок 15,
в) растягивающие напряжения в нижней зоне сечения суммируются со
сжимающими напряжениями от предварительного натяжения, и только
тогда, когда последние погасятся, в нижней зоне будут возникать
растягивающие напряжения. Трещины появляются при значительно более
высокой нагрузке, в результате чего прогибы конструкций и ширина
раскрытия трещин при эксплуатационных нагрузках остаются в допустимых
пределах.
3. Большое распространение ЖБ в современном строительстве вызвано его
значительными техническими и экономическими преимуществами по
сравнению с другими строительными материалами:
-до 70% массы ЖБ составляют местные материалы (гравий, песок
и др.);
-значительный технико-экономический эффект при применении
сборного и предварительно-напряженного ЖБ
-долговечность бетона (его прочность со временем может
увеличиваться)
-хорошее сопротивление атмосферным воздействиям, что
особенно важно при строительстве открытых инженерных
сооружений (мостов, труб и т.д.);
-высокая огнестойкость;
-высокая сейсмостойкость;
-низкие эксплуатационные расходы по содержанию и уходу;
-выполнение любых конструктивных и архитектурных форм;
-затраты времени на изготовление и монтаж ЖБК сопоставимы с
другими СК.
К недостаткам ЖБК следует отнести:
-большой собственный вес;
-высокая тепло- и звукопроводность;
-сложность производства работ, особенно в зимнее время, и при
изготовлении предварительно-напряженных конструкций;
-потребность в квалифицированных кадрах, специальном
оборудовании;
-возможность появления трещин до приложения
эксплуатационной -нагрузки (от усадки, собственных
напряжений);
-низкое сопротивление растяжению.
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция № 3. Основные физико-механические свойства железобетона.
План лекции:
1. Классификация.
2. Усадка бетона
3. Прочность бетона
4. Классы и марки бетона
1. Бетон для ЖБК должен обладать вполне определенными, наперед
заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью,
хорошим сцеплением с арматурой, достаточной непроницаемостью для
защиты арматуры от коррозии. В состав цементного камня входит:
кристаллический сросток, гель, поры и капилляры, вода, воздух, частицы
цемента.
Бетоны подразделяют по ряду признаков:
структуре – бетоны плотной структуры, у которых пространство между
зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим;
крупнопористые мало- и беспесчаные; поризованные, т.е. с
заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего;
ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами;
плотности – более 2500 кг/м3 (особо тяжелые); 2200 - 2500 кг/м3
(тяжелые); 1800 - 2200 кг/м3 (мелкозернистые); 500 - 2000 кг/м3 (легкие);
виду заполнителей
специальных;
–
на
плотных
заполнителях;
пористых;
зерновому составу – крупнозернистые (с крупными и мелкими
заполнителями); мелкозернистые (с мелкими заполнителями);
условиям твердения – естественного твердения; подвергнутый
тепловлажностной обработке при атмосферном давлении; подвергнутый
автоклавной обработке при высоком давлении.
Согласно СНиП 2.03.01 – 84* для изготовления бетонных и ЖБК
предусмотрены следующие виды бетонов:
тяжелый средней
заполнителях);
плотности
2200
-2500
кг/м3
(на
плотных
мелкозернистый средней плотности свыше 1800 кг/м3 (на мелких
заполнителях);
легкий плотной и поризованной структуры (на пористых заполнителях);
ячеистый автоклавного и неавтоклавного твердения
специальный - напрягающий
В качестве плотных заполнителей для тяжелых бетонов применяют
щебень и песок. Пористые заполнители могут быть естественными
(перлит, пемза, ракушечник) или искусственными (керамзит, шлак). В
зависимости
от
вида
пористых
заполнителей
различают
керамзитобетон, шлакобетон и т.д.
2. Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной
воздушной среде (усадка бетона (рисунок 16, а)) и увеличиваться в объеме
при твердении в воде (набухание бетона).
Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих
факторов:
количества и вида цемента – чем больше цемента на единицу объема
бетона, тем больше усадка; при этом высокоактивные и глиноземистые
цементы дают большую усадку; бетоны на расширяющемся и
безусадочном цементе усадки не дают;
количества воды – с увеличением В/Ц возрастает усадка;
крупности заполнителей – при мелкозернистых песках и пористом щебне
усадка больше. Чем выше способность заполнителей сопротивляться
деформированию, тем усадка меньше;
условия твердения – при влажных усадка меньше.
Усадка наиболее интенсивно происходит в начальный период твердения, в
дальнейшем она постепенно затухает (рисунок 16а).
Рисунок 16 Усадка бетона:
а) – образование усадочных трещин; б), в) – схемы деформации
симметрично и несимметрично армированных элементов
Количество арматуры и ее распределение по сечению элемента влияют на
проявление усадки бетона (рисунок 16 б, в). Арматура, обладающая большим
модулем упругости, из-за сцепления с бетоном вовлекается в его совместную
работу и тем препятствует усадочным деформациям бетона.
3. Прочность (способность сопротивляться воздействию внешних сил, не
разрушаясь) бетона зависит от многих факторов: структуры, марки и вида
цемента, водоцементного отношения, вида и прочности заполнителей,
условий твердения, вида напряженного состояния, формы и размера
образцов, длительности загружения.
Прочность бетона нарастает с течением времени. Наиболее интенсивный ее
рост происходит в начальный период твердения (28 суток).
Бетон имеет различную прочность при разных силовых воздействиях
(сжатии, растяжении, изгибе, срезе).
Кубиковая прочность R – временное сопротивление сжатию бетонных
кубов. За стандартные лабораторные образцы принимают кубы 15х15х15 см.
Испытывают их при температуре 20 °С через 28 дней твердения в
нормальных условиях (рисунок 17).
Рисунок 17 Схема работы бетона при сжатии:
а – концентрация напряжений у микро- и макропор; б – разрыв
бетона в поперечном направлении; в – при наличии трения по
опорным плоскостям; г – при отсутствии трения (1 - смазка)
Наклон трещин разрыва обусловлен силами трения, развивающихся на
контактных поверхностях. Силы трения, направленные внутрь, препятствуют
свободным поперечным деформациям куба и создают эффект обоймы. После
разрушения куб приобретает форму усеченных пирамид, т.к. удерживающее
влияние сил трения уменьшается к центру. Если при осевом сжатии
устранить влияние сил трения (смазка), трещины разрыва становятся
вертикальными, а временное сопротивление уменьшается ~вдвое. Согласно
стандарту кубы испытывают без смазки контактных поверхностей.
Чем меньше размер куба, тем больше его прочность. Кубиковая прочность
служит только для контроля качества бетона, т.к. реальные конструкции по
форме отличаются от кубов.
Призменная прочность Rb – временное сопротивление сжатию бетонных
призм с отношением высоты призмы h к стороне a, равном 4. Опыты
показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она
уменьшается с увеличением отношения h/a. Влияние сил трения на торцах
призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношении h/a=4
значение Rb становится почти стабильным и равным примерно 0,75R. В
реальных расчетах принимается призменная прочность бетона.
Прочность на растяжение Rbt зависит от прочности цементного камня и
сцепления его с заполнителем. При осевом растяжении прочность бетона в
10…20 раз меньше прочности на сжатие.
Рисунок 18 Схемы испытания образцов
а) – на раскалывание; б) – на изгиб; в) - на срез; г) – на скалывание; д)
- зависимость предела прочности бетона от длительности
загружения
Значение Rbt определяют испытаниями: на разрыв – образцов в виде
восьмерки, на раскалывание – образцов в виде цилиндра, на изгиб –
бетонных балок (рисунок 18 а, б) или по эмперическим формулам.
Прочность бетона на срез и скалывание. В чистом виде срез представляет
собой разделение элемента на две части по сечению, к которому приложены
перерезывающие силы (рисунок 18 в). В ЖБК чистый срез встречается редко,
обычно он сопровождается действием продольных сил.
Сопротивление бетона скалыванию возникает при изгибе железобетонных
балок до появления в них наклонных трещин (рисунок 18 г).Временное
сопротивление скалыванию при изгибе в 1,5…2 раза больше Rbt.
4. Классами по какому-либо признаку называют среднестатистические
значения основных контрольных характеристик бетона, задаваемых при
проектировании. Различают следующие классы:
В – по прочности на сжатие (кубиковая прочность). Указывают в проекте
во всех случаях как основную характеристику;
Вt – по прочности на осевое растяжение. Назначают в тех случаях, когда
эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на
производстве.
Марками оценивают основные физические свойства бетона. Различают
следующие марки бетона:
F – по морозостойкости; назначают для конструкций,
подвергающихся в увлажненном состоянии замораживанию и
оттаиванию (F50-F500);
W – по водонепроницаемости; назначают для конструкций, к
которым предъявляются требования ограниченной
проницаемости (резервуары). Предельное давление воды при
котором еще не наблюдается ее просачивание через
испытываемый образец толщиной 150 мм (W2-12 кгс/см2);
D – по плотности; назначают для конструкций, к которым
предъявляются требования теплоизоляции (D 500-2000 кг/м3);
S - по самонапряжению; характеризует величину
предварительного напряжения в бетоне а уровне центра тяжести
арматуры. Назначают для конструкций, изготовляемых на
напрягаемом цементе (жб трубы, покрытия дорог, аэродромов).
(S 0,6-4)
Классом бетона по прочности на осевое сжатие В (МПа) называется
временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм,
испытанных в соответствии со стандартами через 28 суток хранения при
температуре 20±2 °С.
В зависимости от вида и условий работы ЖБК установлены следующие
классы бетона на сжатие:
-для тяжелых бетонов на цементном вяжущем: В7,5; В10; В12,5;
В15; В20; В30…В60;
-для напрягающих бетонов: В20…В60;
-для легких бетонов при марке по средней плотности:
D600…D900 – B1…B7 и т.д. (см. СНиП 2.03.01-84*).
Выбор оптимального класса бетона производят в каждом конкретном случае
в зависимости от типа конструкции, способов ее изготовления и монтажа,
условий эксплуатации.
Вопросы для самоконтроля:
1. Деформативность бетона
2. Модуль упругости и упругопластичности
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №4 (2 часа)
Арматура для железобетонных конструкций
План лекции
1. Назначение и виды арматуры
2. Основные физико-механические свойства арматуры
3. Классификация арматуры
4. Арматурные изделия
5. Арматурные проволочные изделия
6. Стыки арматуры.
7. Сцепление арматуры с бетоном
8. Защитный слой бетона
1. Арматурой называются стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с
расчетом, конструктивными или производственными требованиями.
Арматуру в ЖБК устанавливают преимущественно для восприятия
растягивающих усилий или усиления сжатого бетона (рисунок 21).
Являясь важнейшей составной частью железобетона арматура должна
отвечать специальным требованиям:
надежно работать совместно с бетоном на всех стадиях
эксплуатации конструкции;
использоваться до физического или условного предела текучести
при исчерпании несущей способности конструкции;
обеспечивать удобство арматурных работ и возможность их
механизации (пластические свойства, свариваемость).
Арматура, устанавливаемая по расчету, называется рабочей; по
конструктивным и технологическим соображением – монтажной.
Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия –
сварные и вязаные сетки и каркасы.
По способу изготовления различают горячекатаную стержневую арматуру
(получаемую способом проката) и холоднотянутую проволочную (вытяжка в
холодном состоянии).
Рисунок 21 Армирование железобетонных конструкций:
а – плиты; б – балки; в –колонны
По форме поверхности арматура бывает гладкой и периодического профиля.
Выступы в виде ребер или вмятины на поверхности арматуры значительно
улучшают сцепление с бетоном (рисунок 22).
По способу применения арматуру бывает напрягаемая и ненапрягаемая.
Рисунок 22 Виды арматуры периодического профиля
а –стержневая; б –проволочная; в – серповидного профиля
2. Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой
«напряжения - деформации», получаемой путем испытания на растяжение
стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм «σ - ε»
подразделяются на (рисунок 23):
стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали);
твердые стали с неявно выраженной площадкой текучести
(низколегированные, термически упрочненные стали);
стали с линейной зависимостью почти до разрыва (высокопрочная
проволока).
Рисунок 23 Диаграмма деформирования арматурных сталей
Основные прочностные характеристики:
-для мягких сталей – физический предел текучести – σу;
-для низколегированных и термически упрочненных – условный предел
текучести σ0,2, принимаемый равным напряжению, при котором
остаточные деформации составляют 0,2 % и условный предел упругости
σ0,02, при котором остаточные деформации 0,02%.
-для высокопрочной проволоки – временное сопротивление и
предельное удлинение при разрыве – σu, характеризующее пластические
свойства стали.
В зависимости от типа конструкций и условий эксплуатации необходимо
учитывать другие свойства арматурных сталей:
Свариваемость – способность арматуры к надежному соединению с
помощью электросварки без трещин и других дефектов в зоне сварного
шва. Хорошей свариваемостью обладают горячекатаные
малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сваривать
термически упрочненные и упрочненные вытяжкой стали.
Реологические свойства – ползучесть и релаксация. Ползучесть
проявляется лишь при больших напряжениях и высоких температурах.
Более опасна релаксация, которая зависит от химического состава стали,
технологии изготовления, напряжения, температуры. Учет ее важен при
расчете предварительно напряженных конструкций.
Усталостное разрушение наблюдается при действии многократно
повторяющейся нагрузки при пониженном сопротивлении и носит
хрупкий характер (зависит от числа повторений нагрузки и
характеристики цикла нагружения).
Динамическое упрочнение имеет место при действии кратковременных
динамических нагрузок большой интенсивности (взрывных,
сейсмических)
3. Все арматурные стали разделяют на классы, объединяющие стали с
одинаковыми прочностными и деформационными свойствами. При этом к
одному классу могут относиться стали, отличающиеся по химическому
составу, т.е. разных марок.
Стержневая арматура обозначается буквой А и римской цифрой (чем
больше цифра, тем выше прочность) бывает:
-горячекатаная гладкая класса А-I;
-периодического профиля классов А-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI;
-термически упрочненная периодического профиля классов Aт-III, AтIV, Aт-V, Aт-VI;
-механически упрочненная класса A-IIIв.
Для дополнительной характеристики вводятся индексы: С, К, СК
(свариваемость и коррозионная стойкость).
Холоднотянутая проволочная арматура обозначается буквой В и римской
цифрой и подразделяется на:
-обыкновенную арматурную проволоку класса Вр-I ( для сварных
сеток);
-высокопрочную арматурную проволоку класса В-II, Bp-II (в
качестве напрягаемой арматуры).
Мягкие стали классов A-I, А-II, A-III чаще всего используют в качестве
рабочей или конструктивной ненапрягаемой арматуры.
Твердые стали A-IV, A-V, A-VI, Aт-VII применяют в качестве
предварительно-напрягаемой арматуры.
Стремление унифицировать требования отечественных и зарубежных
стандартов, а также существенное удорожание материалов привели к
созданию новых классов свариваемой арматуры: А 400С, А 500С, А 600С,
которые не отражены в СНиП 2.03.01-84*, но начинают производиться и
использоваться для изготовления ЖБК.
4. Для ускорения производства работ ненапрягаемая гибкая арматура
объединяется в каркасы и сетки с помощью сварки или вязки.
Сварные каркасы (рисунок 24 а) образуют из продольных и поперечных
стержней. Рабочие стержни устраивают в один или два ряда.
Рисунок 24 Арматурные изделия
а - типы арматурных каркасов; б - сварные арматурные сетки
Плоские каркасы обычно объединяются в пространственные, которые
должны обладать достаточной жесткостью для возможности складирования,
транспортирования и сохранения проектного положения в форме.
Сварные сетки (рисунок 24 б) бывают плоские и рулонные, с
продольной и поперечной рабочей арматурой. Максимальный диаметр
стержней 5…8 мм. Длина сетки в рулоне 50…100 мм, при использовании в
конструкциях ее разрезают.
5.
Напрягаемую арматуру предварительно напряженных конструкций
изготовляют из отдельных стержней или проволок, объединяемых в
арматурные изделия – канаты и пучки.
Арматурный канат – наиболее эффективная напрягаемая арматура; он
состоит из группы проволок, свитых так, чтобы было исключено их
раскручивание (рисунок 25 а). Канаты обычно изготовляют из 7 или 19
проволок одного диаметра (обозначение К-7 или К-19).
Арматурные пучки состоят из параллельно расположенных
высокопрочных проволок (рисунок 25 в). Проволоки (14, 18, 24 шт)
располагают по окружности с зазорами, обеспечивающими проникание
цементного раствора внутрь пучка, и обматывают мягкой проволокой.
Пакеты располагают в два ряда по высоте в шахматном порядке для
уменьшения размеров и лучшего заполнения бетонной смесью пространства
между ними (рисунок 25 б). Они унифицированы по маркам в зависимости от
количества проволок (3, 4, 6, 8, 12 и 14) и обозначаются УНАЭ=п/Вр-II-5, где
п – число проволок.
Рисунок 25 Арматурные проволочные изделия:
а – проволочные канаты; б –пакеты; в – пучки
6. По месту изготовления стыки делят на заводские и монтажные.
Рисунок 26 Сварные стыки ненапрягаемой арматуры
В зависимости от вида арматуры и условий изготовления применяют разные
виды сварных стыков:
контактные (рисунок 26 а);
дуговые ванные в инвентарной форме (рисунок 26 б);
с накладками (рисунок 26 в, г);
внахлестку (рисунок 26 д, е);
тавровые (рисунок 26 ж);
контактно-точечные (рисунок 26 з).
Сварные стыки арматуры выполняют в соответствии с ГОСТами.
Рисунок 27 Стыки плоских сеток внахлестку
Внахлестку соединяют сварные и вязаные сетки (рисунок 27) и каркасы.
Стыки располагают вразбежку.
Рисунок 28 Стыки напрягаемой арматуры и канатов
При необходимости напрягаемую арматуру чаще всего стыкуют посредством
обжатой обоймы (сваривать ее нельзя). В отдельных случаях ее стыкуют при
помощи гаек, муфт, втулок (рисунок 28 а).
Канаты стыкуют посредством напрессовки на их концы соединительной
муфты, инвентарных зажимов, сваркой опрессованных муфт, внахлестку
сжимами из высокопрочной стали или с обмоткой вязальной проволокой.
7. Сцепление арматуры с бетоном является одним из фундаментальных
свойств железобетона, которое обеспечивает его существование как
строительного материала.
Надежное сцепление арматуры с бетоном создается тремя основными
факторами:
Сопротивлением бетона усилиям смятия среза, обусловленным
выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т.е.
механическим зацеплением арматуры за бетон (рисунок 29 б);
Силами трения, возникающего на поверхности арматуры благодаря
обжатию арматурных стержней бетоном при его усадке (рисунок 29 а);
Склеиванием поверхности арматуры с бетоном благодаря вязкости
коллоидной массы цементного теста.
Прочность сцепления возрастает с повышением класса бетона, уменьшением
водоцементного отношения, с увеличением возраста бетона с повышением
рельефности арматуры.
Распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине
заделки стержня неравномерно; наибольшее напряжение τc max не зависит от
длины анкеровки Lan. Среднее напряжение сцепления определяют как
частное от деления усилия в стержне N на площадь заделки (u – периметр
сечения).
τс=N/(Lanu)
(1.7)
Рисунок 29 Сцепление арматуры бетоном
а - гладким; б - периодического профиля
При недостаточной заделке к концам стержней приваривают коротыши или
шайбы.
8. В ЖБК арматуру следует располагать на некотором расстоянии от их
наружной поверхности, чтобы вокруг нее образовался защитный слой.
Защитный слой обеспечивает совместную работу арматуры с бетоном на
стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, а также защиту
арматуры от коррозии, высоких температур и других воздействий.
При назначении толщины защитного слоя учитывают вид и размеры
конструкции, условия эксплуатации, диаметр и назначение арматуры:
-в плитах и стенах толщиной более 100 мм, а также в балках и
ребрах высотой до 250 мм – не менее 15 мм;
-в балках и ребрах высотой 250 мм и более, а также в колоннах –
не менее 20 мм;
-для хомутов и поперечных стержней сварных каркасов балок и
колонн при высоте элементов менее 250 мм – не менее 10 мм;
-то же при высоте элементов более 250 мм – не менее 15 мм;
Расстояние от концов продольной ненапрягаемой арматуры до торцов
элементов должно быть 10…20 мм. Для конструкций, эксплуатируемых в
агрессивных средах, при повышенной температуре или влажности толщина
защитного слоя увеличивается на 10…20 мм.
Вопросы для самоконтроля:
1) Анкеровка арматуры в бетоне
2) Усадка и ползучесть железобетона
3) Коррозия железобетона
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №5
Предварительно напряженный железобетон
План лекции
1. Сущность предварительного напряжения
2. Способы создания предварительного напряжения
3. Потери предварительного напряжения
4. Усилия предварительного обжатия
5. Приведенное сечение
6. Напряжение в бетоне при обжатии
1. Предварительно напряженными называют такие ЖБК, в которых в
процессе изготовления искусственно создают значительные сжимающие
напряжения в бетоне натяжением высокопрочной арматуры (рисунок 31).
Рисунок 31 Схема создания предварительного напряжения
а –заготовка арматуры; б – вытяжка арматуры; в – отпуск натяжных
устройств; г – упругое обжатие бетона
В последние годы применение предварительного напряжения стало одним из
основных направлений совершенствования ЖБК. Оно позволяет:
-существенно уменьшить расход стали за счет использования арматуры
высокой прочности;
-повысить трещиностойкость конструкций, увеличить жесткость,
уменьшить прогибы;
-повысить выносливость конструкций, работающих под воздействием
многократно повторяющихся нагрузок (от кранов, автотранспорта и
т.п.);
-увеличить срок службы конструкций в агрессивных средах;
-уменьшить расход бетона и снизить массу конструкций;
-расширить область применения железобетона, заменив им дефицитные
сталь и дерево в таких конструкциях, как напорные трубопроводы,
резервуары, шпалы и т.д.
2. В производстве предварительно напряженных элементов возможны два
способа создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на
упоры и натяжение ее на бетон.
Натяжение на упоры применяют в конструкциях малых и средних
пролетов, изготовляемых в заводских условиях. Арматуру заводят в форму
до бетонирования элемента, один конец ее закрепляют в упоре, другой
натягивают до заданного контролируемого напряжения. После приобретения
бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием Rbp арматуру
отпускают с упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину,
арматура обжимает бетон, поскольку имеет с ним надежное сцепление
(рисунок 32).
Рисунок 32 Натяжение арматуры на упоры
Натяжение на бетон применяют главным образом для большепролетных
конструкций (ферм, мостов…). В этом случае изготовляют
малоармированный или бетонный элемент, в котором устраивают каналы
или пазы для размещения напрягаемой арматуры. Каналы имеют размеры на
5…15 мм больше диаметра арматуры и создаются путем укладки
тонкостенных трубок, оставляемых в теле конструкции, или с помощью
каналообразователей, извлекаемых из свежеуложенного бетона. Затем
арматуру натягивают до заданного напряжения и закрепляют на торцах
конструкции. В процессе натяжения арматуры происходит обжатие бетона.
После этого канал заполняют цементным раствором под давлением (рисунок
33).
Рисунок 33 Натяжение арматуры на бетон
Натяжение арматуры на упоры производится механическим,
электротермическим, электротермомеханическим способами, а на бетон –
механическим.
3. Предварительное натяжение имеет большое значение для последующей
работы элементов под нагрузкой. Чем оно выше, тем больше его
положительное влияние на работу конструкций. Максимальное
предварительное напряжение арматуры ограничено опасностью ее обрыва и
возможным развитием неупругих деформаций. При малых предварительных
напряжениях в арматуре и малом обжатии бетона эффект предварительного
напряжения с течением времени будет утрачен.
Рекомендуется назначать предварительное напряжение для стержневой и
проволочной арматуры, расположенной в растянутой и сжатой зонах в
следующих пределах:
σsp+p≤Rsn; σsp-p≥0,3Rsn
(1.8)
где
p – допустимое отклонение предварительного напряжения арматуры,
принимаемое: при механическом способе натяжения – 0,05 σsp; при
электротермическом – 30+360/L, МПа (L – длина стержня, м).
Начальные предварительные напряжения в арматуре не остаются
постоянными, с течением времени они уменьшаются вследствие потерь,
обусловленных физико-механическими свойствами материалов, технологией
изготовления и конструкцией элементов. Различают первые потери
предварительного напряжения в арматуре, происходящие при изготовлении
элемента и обжатия бетона, и вторые потери - после обжатия бетона (таблица
1).
Таблица 1
Основные виды потерь предварительного напряжения арматуры
Причины потерь предварительного
напряжения
Потери при натяжении
арматуры
на упоры
на бетон
1. Релаксация напряжений арматуры
σ1
σ7
2. Разность температуры натянутой арматуры
и устройства, воспринимающего усилие
натяжения при пропаривании или прогреве
бетона
σ2
-
3. Деформация анкеров, шайб и прокладок
натяжных устройств
σ3
σ3
4. Трение арматуры об огибающие
приспособления, о стенки канала или
поверхности конструкций
σ4
σ4
5. Деформация стальных форм для
изготовления конструкций
σ5
-
6. Быстронатекающая ползучесть бетона
σ6
-
7. Релаксация напряжений арматуры
-
σ7
8. Усадка бетона
σ8
σ8
9. Ползучесть бетона
σ9
σ9
10. Смятие бетона под витками спиральной
или кольцевой арматуры (при диаметре
конструкций до 3 м)
-
σ10
11.Деформация швов между блоками
составных конструкций
-
σ11
Первые потери
1. Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры;
зависят от способа натяжения и вида арматуры. В стержневой арматуре при
механическом способе натяжения σ1=0,1σsp-20, при электротермическом и
электротермомеханическом - σ1=0,3σsp.
2. Потери от температурного перепада, т.е. от разности температур натянутой
арматуры и устройств, воспринимающих усилие натяжения при
пропаривании или прогреве бетона: σ2=1,25 Δt для бетонов классов ниже
В40; σ2=1Δt для бетонов классов В45 и выше. Здесь Δt – разность температур
арматуры и упоров, воспринимающих усилия натяжения.
3. Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств,
вследствие обжатия шайб, смятия высаженных головок, смещения стержней
в зажимах или захватах при механическом натяжении на упоры σ3=(λ/l)Еs,
где λ=2 мм – обжатие опрессованных шайб; λ=1,25+0,15d - смещение
стержней в инвентарных зажимах (d – диаметр стержня); l- длина
натягиваемого стержня.
При электротермическом натяжении σ3=0
При натяжении на бетон σ3={(λ1+λ2)/l}Еs
4. Потери от трения арматуры σ4:
- о стенки каналов или поверхность конструкции при натяжении на бетон;
- об огибающие приспособления при натяжении на упоры.
5. Потери от деформации стальных форм зависят от конструкции, длины
формы и т.д. При отсутствии данных принимают σ5=25 МПа.
6. Потери от быстронатекающей ползучести бетона зависят от условий
твердения, уровня напряжений и класса бетона. Развиваются они при
обжатии и в первые два – три часа после обжатия. При естественном
твердении σ6=40σbp/Rbp при уровне напряжений σbp/Rbp ≤α, где α =0,25+0,025
Rbp ≤0,8 σbp – напряжения обжатия в бетоне на уровне центра тяжести
арматуры.
Вторые потери
7. Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на бетон
принимают такими же как и при натяжении на упоры, т.е. σ1=σ7.
8. Потери σ8 от усадки бетона и соответствующего укорочения элемента
зависят от вида бетона, способа натяжения арматуры, условий твердения.
9. Потери от ползучести бетона обусловлены укорочением элемента от
длительно действующей силы предварительного обжатия и зависят от вида
бетона, условий его твердения, напряжений в бетоне.
Если σbp/Rbp ≤0,75, то бетон испытывает линейную ползучесть. Тогда
σ9=150α σbp/Rbp.
Если σbp/Rbp >0,75, то имеет место нелинейная ползучесть. Тогда
σ9=300α(σbp/Rbp-0,5)
10. Потери от смятия бетона под витками спиральной или кольцевой
арматуры учитывают только в элементах с натяжением ее на бетон путем
навивки (в трубах, резервуарах диаметром до 3 м): σ10=70-22d .
11. Потери от деформаций обжатия стыков между блоками сборных
конструкций σ11=(nλ/l)Es, где λ=0,3…0,5 – обжатие стыка, n – число швов.
Полные потери предварительного напряжения арматуры разделяют на две
группы (таблица 2). σlos,1 – первые потери, происходящие до обжатия бетона;
σlos,2 – вторые потери, происходящие после обжатия бетона.
Таблица 2
Группы потерь предварительного напряжения арматуры
Способ натяжения
арматуры
σlos,1
σlos,2
на упоры
σ1+ σ2+ σ3+ σ4+ σ5+ σ6
σ8 + σ9
на бетон
σ 3 + σ4
σ7 + σ8+ σ9 + σ10+ σ11
Суммарные потери могут достигать 200…300 МПа. Согласно нормам их
принимают не менее 100 МПа.
4. При расчете предварительно напряженных конструкций возникает
необходимость определять напряжения в бетоне и арматуре от усилий
предварительного обжатия на различных стадиях работы элемента.
Усилие предварительного обжатия бетона принимают равным
равнодействующей усилий в напрягаемой и ненапрягаемой арматуре
(рисунок 34):
Р=σspАsp+ σ'spА'sp- σsАs- σ'sА's
(1.9)
Рисунок 34 Схема распределений усилий обжатия
А эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжести приведенного
сечения определяют из условия равенства моментов равнодействующей и
составляющих:
еор=(σspАspуsр - σ'spА'spу'sр - σsАsуs + σ'sА'sу's)/Р
(1.10)
5. Чтобы определить напряжения в сечениях предварительно напряженных
ЖБК в стадии I (до образования трещин), рассматривают приведенное
бетонное сечение, в котором площадь сечения арматуры заменяют
эквивалентной площадью сечения бетона. Исходя из равенства деформаций
арматуры и бетона, приведение выполняют по отношению модулей
упругости двух материалов α=Еs/Еb. Геометрические
приведенного сечения определяют по формулам:
параметры
Площадь приведенного сечения элемента составит (рисунок 35):
Рисунок 35 Схема приведенного сечения
Аred=А +αАsp+ αА'sp+ αАs+ αА's
(1.11)
Статический момент приведенного сечения относительно оси I - I,
проходящий по нижней грани сечения:
Sred=ΣAiyi
(1.12)
Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до оси I - I:
yo=Sred/Ared
(1.13)
Момент инерции приведенного сечения относительно оси, проходящей через
центр тяжести приведенного сечения:
Ired=Σ{Ii +Ai (yo - y)2}
(1.14)
где
А – площадь сечения бетона;
Аi – площадь части сечения;
yi - расстояние от центра тяжести i-й части сечения до оси I – I;
Ii – момент инерции i-й части сечения относительно оси, проходящей через
центр тяжести сечения.
6. При обжатии в бетоне развиваются неупругие деформации, эпюра
нормальных напряжений приобретает криволинейное очертание.
Напряжения в бетоне определяют как для внецентренно сжатого элемента:
Σbp =Р/Аred ±Реopy/Ired
(1.15)
В зависимости от цели расчета напряжения в бетоне определяют в разных
уровнях по высоте сечения:
-при установления контролируемого напряжения в арматуре,
натягиваемой на бетон - в уровне усилий в напрягаемой
арматуре;
-при проверке предельных напряжений при обжатии – в уровне
крайнего сжатого волокна;
-при расчете потерь σ6 от быстронатекающей ползучести и σ9 от
ползучести – на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры.
6. При обжатии в бетоне развиваются неупругие деформации, эпюра
нормальных
напряжений
приобретает
криволинейное
очертание.
Напряжения в бетоне определяют как для внецентренно сжатого элемента:
Σbp =Р/Аred ±Реopy/Ired
(1.15)
В зависимости от цели расчета напряжения в бетоне определяют в разных
уровнях по высоте сечения:
-при установления контролируемого напряжения в арматуре,
натягиваемой на бетон - в уровне усилий в напрягаемой
арматуре;
-при проверке предельных напряжений при обжатии – в уровне
крайнего сжатого волокна;
-при расчете потерь σ6 от быстронатекающей ползучести и σ9 от
ползучести – на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры.
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №6
Экспериментальные основы теории сопротивления железобетона.
План лекции
1. Задачи теории сопротивления железобетона
2. Три стадии напряженно-деформированного состояния ЖБ элементов
1. Главная задача теории сопротивления железобетона состоит в изучении и
оценке напряженно-деформированного состояния ЖБК, в представлении
инженеру научно обоснованных средств для проектирования долговечных,
надежных и экономичных ЖБК.
Конечная цель расчета нормальных, наклонных и пространственных сечений
элементов заключается в определении по известному изгибающему моменту
подобрать такое сечение балки, чтобы несущая способность ее была
обеспечена, или же, если сечение балки известно, проверить, достаточно ли
оно для того, чтобы конструкция не разрушилась.
Определенное расчетом соотношение площади сечения арматуры к площади
нормального сечения элемента должно соответствовать минимуму стоимости
элемента и конструкции в целом.
В задачу теории сопротивления железобетона входит также создание и
совершенствование методов расчета на местное действие нагрузки (смятие,
продавливание, отрыв).
Теорию сопротивления железобетона строят с учетом особенностей
напряженно деформированного состояния элементов на различных стадиях
нагружения их внешней нагрузкой. При этом определение предельных
усилий в сечении, нормальном к продольной оси элемента, производят
исходя из следующих предпосылок:
-сопротивление бетона растяжению принимают равным нулю,
сопротивление бетона сжатию принимают равным Rb;
-деформации (напряжения) в арматуре определяют в зависимости
от высоты сжатой зоны сечения с учетом деформаций
(напряжений) от предварительного напряжения;
-растягивающие напряжения в арматуре принимают не более
расчетного сопротивления растяжению Rs;
2. При постепенном увеличении внешней нагрузки можно наблюдать три
характерные стадии напряженно-деформированного состояния
железобетонных элементов (рисунок 36).
Рисунок 36 Стадии напряженно-деформированного состояния
Стадия I – до появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда
напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и
растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно.
При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре невелики, деформации
носят упругий характер. Зависимость между напряжениями и деформациями
– линейная, эпюры напряжений – треугольные.
Стадия II – после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда
растягивающие усилия в местах образования трещин воспринимаются
арматурой и участком бетона над трещиной, а на участках между трещинами
- арматурой и бетоном совместно.
С дальнейшим увеличением нагрузки в бетоне сжатой зоны развиваются
неупругие деформации, эпюра нормальных напряжений искривляется, а
ордината максимального напряжения перемещается с края сечения в его
глубину.
Стадия III – стадия разрушения, характеризующаяся относительно коротким
периодом работы элемента, когда напряжения в растянутой стержневой
арматуре достигают физического или условного предела текучести, в
высокопрочной проволоке – временного сопротивления, а напряжения в
бетоне сжатой зоны – временного сопротивления сжатию.
Случай 1. Разрушение начинается с арматуры растянутой зоны и
заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Напряжения достигают
предела текучести, что приводит к интенсивному раскрытию трещин и
увеличению прогиба. Высота сжатой зоны бетона уменьшается, напряжение
в сжатой зоне растет и достигает величины Rb, вследствие чего бетон
разрушается. Носит пластический характер.
Случай 2. При избыточном содержании растянутой арматуры разрушение
происходит внезапно (хрупкое разрушение) от полного исчерпания несущей
способности бетона сжатой зоны. При этом напряжения в арматуре не
достигают предела текучести, что характерно для переармированных сечений
со слабой сжатой зоной.
Стадия III положена в основу расчета прочности.
Напряженно-деформированные состояния предварительно напряженных
элементов после образования трещин в бетоне растянутой зоны сходны с
элементами без предварительного напряжения (рисунок 37).
Рисунок 37 Стадии напряженного состояния изгибаемого элемента с
напрягаемой арматурой
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №7
Расчет прочности ЖБ изгибаемых элементов по нормальным и
наклонным сечениям
План лекции
1.
Виды изгибаемых элементов и их конструктивные особенности.
2. Особенность конструирования предварительно напряженных
элементов, усиление концевых участков балок.
3. Характер разрушения изгибаемых элементов по нормальным и
наклонным сечениям
4. Расчет прочности изгибаемых элементов прямоугольного и
таврового профиля с одиночной арматурой по нормальным
сечениям
5. Расчет прочности изгибаемых элементов по наклонным сечениям
на действие поперечной силы
1. Наиболее распространенные изгибаемые элементы ЖБК – плиты и балки.
Балками называют конструкции, длина которых l значительно больше
поперечных размеров h и b. Плитами называют плоские конструкции,
толщина которых h значительно меньше длины l и ширины b.
Из плит и балок образуют многие ЖБК, чаще всего - плоские перекрытия и
покрытия, сборные и монолитные, а также сборно-монолитные (рисунок 38 а,
б). Наименьшая толщина плиты должна удовлетворять требованиям
прочности и жесткости. Плиты в монолитных конструкциях делают
толщиной 50…100 мм. Толщина сборных плит 25…35 мм.
Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными (рисунок 38
в, г).
Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы
они воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при
изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов.
Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3…10 мм, располагают их
с шагом 100…200 мм. Поперечные стержни сеток устанавливают для связи
рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций.
Рисунок 38 Схемы перекрытий из железобетонных элементов
Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового,
двутаврового, трапециевидного сечения (рисунок 39).
Рисунок 39 Поперечное сечение балок и схемы армирования
Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет 1/10…1/20
часть пролета в зависимости от нагрузки и типа пролета. Ширину
прямоугольных балок b принимают в пределах (0,3…0,5)h
Рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда
с надежным сцеплением с бетоном.
В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами
действуют поперечные силы, что вызывает необходимость устройства
поперечной арматуры. Ее количество определяют расчетом и по
конструктивным требованиям.
Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные или вязаные
каркасы
(рисунок
40).
Между
поперечными
стержнями
(хомутами)расстояние должно быть от h/2 до h/3 или 150…500 мм.
Рисунок 40 Схемы армирования балок
2. В предварительно напряженных изгибаемых элементах арматуру
располагают в соответствии с эпюрами изгибаемых моментов и поперечных
сил, возникающих от нагрузки.
Наиболее рациональная форма поперечного сечения изгибаемых
предварительно напряженных элементов – двутавровая, а при толстой стенке
- тавровая. Напрягаемую арматуру компонуют в растянутых зонах
поперечных сечений так, как показано на рисунке 41.
Рисунок
41
Примеры
размещения
арматуры
а –высокопрочной проволокой; б – стержнями периодического профиля; в –
пучками или канатами в каналах
В предварительно напряженных балках особое значение имеет
конструирование приопорных участков. Здесь происходит передача
значительных усилий обжатия с арматуры, на бетон через торцовые анкеры.
Здесь же возникают местные перенапряжения в торцовой части элемента, изза чего могут образоваться трещины. Поэтому надо усиливать концевые
участки
предварительно
напряженных
элементов
с
помощью
дополнительной поперечной арматуры в виде сварных сеток или хомутов,
охватывающих все продольные стержни, а также увеличением сечения
элемента на этих участках.
3. Изгибаемыми называют элементы, подверженные действию одного
изгибающего момента или изгибающего момента с поперечной силой.
В качестве примера рассмотрим однопролетную железобетонную балку,
свободно лежащую на двух опорах, симметрично загруженную двумя
сосредоточенными силами (рисунок 43). Участок балки между грузами
находится в условиях чистого изгиба; в его пределах действует только
изгибающий момент М, поперечная сила Q=0. На определенной ступени
загружения в бетоне растянутой зоны этого участка образуются нормальные
трещины (направленные перпендикулярно продольной оси балки). На
участках одновременного действия М и Q образуются наклонные трещины.
Рисунок 43 Схема изгибаемого элемента
В железобетонных нормально армированных изгибаемых элементах
разрушение начинается с растянутой арматуры. По достижении в ней
предела текучести резко уменьшается высота сжатой зоны бетона, что
вызывает ее разрушение. Лишь в балках с очень большим количеством
растянутой арматуры разрушение может начаться со сжатой зоны; при этом
напряжения в арматуре будут ниже предела текучести, что экономически
невыгодно.
В соответствии с характером разрушения балок по нормальным сечениям
различают два случая расчета:
первый случай, когда расчет ведется в предположении, что
первопричиной исчерпания прочности
элемента будет
достижение в растянутой арматуре расчетных сопротивлений;
второй случай, когда расчет ведется в предположении, что
прочность элемента исчерпывается вследствие разрушения
сжатой зоны бетона раньше, чем напряжения в растянутой
арматуре достигнут расчетного сопротивления.
Если главные растягивающие напряжения превысят сопротивление бетона
растяжению, возникают наклонные трещины (рисунок 44).
Рисунок 44 Схемы разрушения по наклонному сечению
При дальнейшем увеличении нагрузки наклонные трещины раскрываются и
в конечной стадии происходит разрушение элемента вследствие
раздробления бетона над вершиной наклонной трещины и развития
напряжений в поперечных стержнях-хомутах до предельных значений.
Напряжения в продольной арматуре могут и не достигать предельных
значений.
4. Расчетные формулы прочности нормальных сечений любой симметричной
формы вводят из условия равновесия элемента в предельном состоянии
ΣМ=0 и ΣХ=0.
В случае одиночного армирования ненапрягаемой арматурой уравнение
ΣХ=0 можно записать в следующем виде:
(1.15)
RbAbc= RsAs
Уравнение ΣМ=0 записывают в таком виде:
М ≤ Мu= RbAbczb = RbSbc
(1.16)
Рисунок 45 К расчету изгибаемых элементов
а – схема напряжений и усилий; б –схема разрушения
Для прямоугольных сечений (рисунок 45) расчетные формулы прочности
нормальных сечений получают из уравнений (1.15, 1.16) путем подстановки в
них геометрических характеристик прямоугольных сечений:
Аb= bx; zb= ho- 0,5x; Sb= Аb zb = bx(ho- 0,5x)
(1.17)
Rbbx = RsAs; x = RsAs/(Rbb)
ξ = x/ho= RsAs /(Rbbho);
M ≤ Rbbx(ho- 0,5x)
(1.18)
где
ξ – относительная высота сжатой зоны.
Удобно пользоваться также выражением моментов, взятых относительно оси,
проходящей через центр тяжести сжатой зоны:
M ≤ RsAs(ho- 0,5x)
(1.19)
Формулы (1.17), (1.18) или (1.19) применяют совместно. Они действительны
при x<ξRho, где ξR– граничная относительная высота сжатой зоны, при
которой растягивающие напряжения в арматуре начинают достигать
предельных значений σs→Rs.
ξR= xR/ho = ω/{1 + σsR/σscu (1 - ω/1,1)}
(1.20)
При одной и той же несущей способности элемента сечение арматуры
получается тем меньше, чем больше рабочая высота сечения ho.
Следовательно, можно получить сечения элементов с большим и меньшим
содержанием арматуры.
Коэффициент армирования
μ = As/(bho)
(1.21)
и процент армирования μ100 с учетом соотношений bxRb= RsAs и ξ=x/ho
могут быть представлены следующим образом:
μ = ξRb/Rs;
100μ = 100ξRb/Rs
(1.22)
Отсюда можно установить максимально допустимое содержание арматуры в
прямоугольном сечении по предельным значениям ξR.
Тавровые сечения часто встречаются как самостоятельные конструктивные
элементы или в составе сборных, монолитных или сборно-монолитных
конструкций. Тавровое сечение элемента состоит из полки и ребра и имеет,
как правило, одиночное армирование (рисунок 46).
Рисунок 46 Тавровое сечение
В сравнении с прямоугольным тавровое сечение значительно выгоднее, т.к.
при одной и той же несущей способности расходуется меньше бетона
вследствие сокращения размеров растянутой зоны.
При большой ширине полок участки свесов, более удаленные от ребра,
напряжены меньше. Поэтому в расчет вводят эквивалентную ширину свесов
полки b'f, ограничивая ее значение при расчете согласно нормам.
Если нижняя граница сжатой зоны располагается в пределах полки (рисунок
46 б), то тавровое сечение рассчитывают как прямоугольное с размерами b'f,
и ho, поскольку площадь бетона в растянутой зоне на несущую способность
не влияет.
Расчетные формулы (для элементов без предварительного напряжения):
Rb b'f x = RsAs
M ≤ Rb b'f (ho- 0,5x) или M ≤ αm Rb b'f ho2
(1.23)
(1.24)
Когда нижняя граница сжатой зоны размещается ниже полки, то в этом
случае сжатая зона сечения состоит из сжатых зон ребра и свесов полки.
Положение нижней границы сжатой зоны определяется из уравнения
RsAs= Rbbx + Rb(b'f- b)h'f
(1.25)
Условие прочности при моментах, проходящих через точку приложения
равнодействующей усилий в растянутой арматуре, имеет следующий вид:
M ≤ Rb bx (ho- 0,5x) + Rb(b'f - b) h'f(ho – 0,5 h'f)
Для тавровых сечений должно быть соблюдено условие x≤ξRho.
Вопросы для самоконтроля
1. Анкеровка напрягаемой арматуры
2. Расчет поперечных стержней
3. Условия прочности по наклонным сечениям
(1.26)
Лекция №8
Виды каменных и армокаменных конструкций.
План лекции
1.
Общие сведения и область
применения
2.
Основные факторы, влияющие на
прочность кладки при сжатии, растяжении и изгибе
3.
Деформативные свойства
1. Каменная кладка состоит из искусственных или природных камней,
объединенных в монолитный материал с помощью раствора. Каменные
конструкции возводят уже в течение нескольких тысячелетий, но они до
настоящего времени не утеряли своего значения и широко применяются в
зданиях и сооружениях различного назначения в качестве наружных и
внутренних стен, столбов фундаментов и т.д.
Достоинствами их являются огнестойкость, хорошие тепло- и
звукоизоляционная
способности,
долговечность,
небольшие
эксплуатационные расходы. Во многих случаях каменные материалы
являются местными.
К недостаткам их относится большая собственная масса и значительные
затраты ручного труда при возведении.
В настоящее время широко применяются многослойные наружные
кирпичные стены с включением в них эффективных теплоизоляционных
материалов. Для увеличения несущей способности каменной кладки
применяют ее армирование стальной арматурой; такую кладку называют
армокаменной.
В качестве строительных растворов променяют смеси из неорганического
вяжущего (цемент, известь, глина), мелкого заполнителя (песок), воды и
специальных добавок. По виду применяемых вяжущих строительные
растворы подразделяют на цементные, известковые и смешанные (цементноизвестковые, цементно-глиняные). Строительные растворы должны в
свежеизготовленном
состоянии
обладать
подвижностью
и
водоудерживающей способностью, а в затвердевшем состоянии –
обеспечивать необходимую прочность кладки.
Каменные материалы классифицируют:
По происхождению:
-Природные камни, добываемые в каменных карьерах (бут,
щебень);
-Искусственные камни, изготовляемые путем обжига (кирпич,
керамические камни, облицовочные плитки), и необожженные
камни (кирпич силикатный, шлаковый, бетонные камни);
По структуре:
-Полнотелый кирпич и сплошные камни;
-Пустотелый кирпич и камни с пустотами различной структуры.
Для ручной каменной кладки применяют кирпич керамический
обыкновенный, пустотелый, силикатный и т.д. с размерами 250х120х65 мм и
модульный (утолщенный) с размерами 250х120х88. Для уменьшения массы
предусмотрены пустоты (рисунок 49 а).
Также применяют керамические камни размером 250х120х138 (рисунок 49
б).
Рисунок 49 Виды кирпича (а) и камни керамические (б)
Для обеспечения монолитности и прочности сплошной кладки соблюдают
перевязку вертикальных и горизонтальных швов. Широко применяют
однорядную (цепную) и многорядную системы перевязки кладки (рис.50).
Рисунок 50 Схемы перевязки кладки стен
Средняя толщина вертикальных и горизонтальных швов кладки 10 мм.
В облегченных кладках часть основного материала кладки заменяют
теплоизоляционными материалами. Виды облегченных кладок (рисунок 51):
Рисунок 51 Виды каменной кладки
а – кладка с теплоизоляционными плитами, расположенными у
поверхности стен; б - кладка с теплоизоляционными плитами внутри
стены и гибкими связями между наружными кирпичными стенами; в,
г – колодцевая кладка с вертикальными поперечными стенками; д –
кирпично-бетонная кладка с горизонтальными перемычками; е –
кладка с уширенным швом, заполненным теплоизоляционным
материалом.
2. Прочность каменной кладки зависит от прочности и вида камня и
раствора, возраста кладки, ее качества, обусловленного квалификацией
каменщика, и других факторов.
При восприятии кладкой сжимающих усилий деформации растворов в
горизонтальных швах значительно превышают деформации каменных
материалов, поэтому кладка разрушается от растягивающих усилий в камне,
возникающих под влиянием поперечных деформаций раствора. Увеличение
толщины швов ведет к уменьшению прочности кладки. Разрушение кладки
при сжатии начинается с раскрытия вертикальных швов и появления
местных вертикальных трещин в отдельных камнях. При дальнейшем
повышении нагрузки мелкие вертикальные трещины соединяются по высоте
и расчленяют кладку на отдельные столбы. Небольшое увеличение нагрузки
приводит к потери устойчивости этих столбов и кладка разрушается.
Прочностные и деформативные характеристики кладки получают при
испытании призматических образцов-эталонов, размеры оснований которых
38х38 или 51х51 см, высота 110…120 см.
Расчетное сопротивление осевому сжатию R применяют при расчете стен,
столбов, простенков. Эта характеристика всегда меньше прочности камня
какой бы прочный раствор не использовался.
Расчетные сопротивления кладок осевому растяжению Rt, растяжению при
изгибе Rtb, срезу Rsq зависят от вида сечения, по которому происходит
разрушение кладки. Возможны два случая разрушения кладки:
по
неперевязанным
сечениям,
которыми
горизонтальные швы кладки (рисунок 52 а);
являются
по перевязанным сечениям, которыми являются вертикальные
швы кладки; в этих случаях сечение имеет ступенчатую форму
(рисунок 52 б).
Рисунок 52 Разрушение кладки при растяжении и график деформаций при
сжатии
4. Основные деформативные характеристики кладки определяют по
нелинейной диаграмме «σ-ε» (рисунок 2.4 в). Они складываются из упругой и
неупругой составляющих. Неупругие деформации проявляются при
длительной нагрузке от ползучести в растворных швах.
При небольших напряжениях кладка работает упруго, ее деформативность
характеризуется модулем упругости (начальным модулем деформации)
Ео=tgφo, который для неармированной кладки определяется по формуле:
Ео=αRu
(2.1)
где
α – упругая характеристика кладки;
Ru – временное сопротивление (средний предел прочности) осевому сжатию
кладки.
В соответствии с нормами величина модуля деформаций кладки Е при
расчете конструкций по прочности определяется по формуле Е= 0,5Ео. При
определении деформации кладки от продольных и поперечных сил, периода
колебаний каменных конструкций, жесткости модуль деформаций
принимается равным Е= 0,8Ео.
Вопросы для самоконтроля:
1) Прочность и морозостойкость камней
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №9
Элементы каменных конструкций
1. Элементы с сетчатым армированием
2. Элементы с продольным армированием
3. Особенности расчета
1. Для повышения несущей способности каменную кладку при центральном
и внецентренном сжатии с небольшими эксцентриситетами армируют
поперечными сетками. Арматурные стержни, уложенные в горизонтальных
швах каменной кладки, обладая более высоким модулем упругости, чем сама
кладка, препятствуют ее поперечному расширению при действии
вертикальных усилий.
Поперечную арматуру применяют в виде прямоугольных сеток и сеток типа
«зигзаг» (рисунок 55 а) из сталей классов А-I и Вр-I. Прямоугольные сетки
требуют для своей укладки большой толщины шва и применяются при
диаметре проволоки 3…6 мм. Сетки «зигзаг» укладывают в двух смежных
горизонтальных швах так, чтобы направление стержней в них было взаимно
перпендикулярным. Расстояние между стержнями должно быть не более 12
см и не менее 3 см. Сетки укладывают не реже чем через 5 рядов кладки из
обыкновенного кирпича или 40 см для других видов камней.
Процент армирования принимается не менее 0,1 и не более 1 при сетчатом
армировании.
Рисунок 55 Способы усиления каменной кладки
2. Цель продольного армирования каменных конструкций (рисунок 55 б) –
повысить сопротивляемость кладки растягивающим усилиям и обеспечить
монолитность, сейсмостойкость и устойчивость отдельных конструкций и
всего сооружения в целом. Продольная арматура может быть установлена
внутри кладки или снаружи, в пазах или на поверхности в слое раствора.
Марку раствора применяют не ниже 50. Во всех случаях продольная
арматура связывается с кладкой хомутами, расстояние между которыми
должно быть от 15d до 20d.
Для армирования кладки применяют арматурную сталь классов А-I…А-III и
обыкновенную арматурную холоднотянутую проволоку класса Вр-I.
Работа армокаменных конструкций с продольным армированием аналогична
работе ЖБК такого же типа, поэтому расчет их производят по той же
методике, что и железобетонных.
3. Армирование дает эффект повышения несущей способности каменной
кладки при соблюдении следующих условий:
-
Эксцентриситет не должен выходить за пределы ядра сечения
(для прямоугольных элементов ео<0,17h);
-
Гибкость сжатых элементов не должна превышать следующих
величин: λh<15 или λi<53;
Минимальный процент армирования составляет 0,1%;
Высота ряда кладки должна быть не более 150 мм;
Процент армирования кладки не должен быть выше
определяемого по формуле
μ ≤ 50R/(1-2eo/y)Rs
(2.9)
Центрально-сжатые элементы каменных конструкций, армированные
сетками (столбы, фундаменты), рассчитывают аналогично неармированным
элементам по формуле
N ≤ mg φ Rsk A
(2.10)
Внецентренно сжатые элементы каменных конструкций с сетчатым
армированием (простенки, парапеты, фундаменты) при поперечном сечении
любой формы рассчитывают по формуле
N ≤ mg φ1 Rskb Aсω
(2.11)
Для поперечных сечений прямоугольной формы формула (3.11) приобретает
вид
N ≤ mg φ1 Rskb A(1-2ео/у)ω
(2.12)
Сетчатое армирование допускается в тех случаях, когда повышение марок
кирпича, камня или раствора не обеспечивает требуемой прочности кладки, а
площадь поперечного сечения не может быть увеличена.
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №10
Материалы металлических конструкций
План лекции
1. Общие сведения, область применения
2. Строительные стали
3. Требуемые свойства металлов и методы их оценки
4. Влияние различных факторов на свойства стали
1. МК применяются во всех видах зданий и сооружений, особенно если
необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки.
В зависимости от конструктивной формы и назначения МК можно разделить
на 8 видов:
-промышленное здания (каркасы зданий);
-большепролетные покрытия зданий (пролетом больше 30 м до 150 м),
системы и конструктивные формы – балочные, рамные, арочные,
висячие, комбинированные (пространственные и плоские);
-мосты и эстакады на железнодорожных и автомобильных магистралях;
-листовые конструкции (резервуары, газгольдеры, бункеры, трубы);
-башни, мачты радио и TV, опоры ЛЭП;
-каркасы многоэтажных зданий (гражданское строительство);
-крановые и другие подвижные конструкции;
-прочие конструкции (конструкции промышленности атомной
энергетики, платформы для разведки и добычи газа и нефти в море,
спортивные сооружения и др.).
Все эти разнообразные конструкции объединены двумя основными
факторами, позволяющими изучать их как единый вид:
исходным материалом для всех конструкций является прокатный металл,
выпускаемый по единому стандарту: лист, уголок, швеллер, двутавр,
труба и т.д. (рисунок 56);
Рисунок 56 Профильная и листовая сталь
а) прокатные профили; б) сварные; в) гнутые; г) листовая сталь
все конструкции объединены одним технологическим процессом их
изготовления, в основе которого лежат холодная обработка металла
(резка, гибка, образование отверстий…) и соединение деталей в
конструктивные элементы (сборочно-сварочные операции).
МК обладают следующими достоинствами:
-надежность- обеспечивается близким совпадением их
действительной работы (распределение напряжений и
деформаций) с расчетными предположениями, однородностью
структуры;
-легкость - МК являются очень легкими конструкциями. Легкость
конструкции определяется следующим выражением:
С = ρ/R, (м-1)
где
ρ - плотность;
R – расчетное сопротивление материала.
Для малоуглеродистой стали - С = 3.7·10-4, м-1;
для высокопрочной стали -
С = 1.7·10-4, м–1
для дюралюмина -
С = 1.1·10-4, м–1;
-индустриальность – изготовление на заводах, монтаж
механизированный
(3.1)
-непроницаемость - высокая плотность металла и его соединений
необходимая для изготовления резервуаров, газгольдеров и т.д.
МК имеют следующие недостатки:
-Коррозия – окисление от агрессивных газов. Алюминий более
стоек к коррозии. Хорошо сопротивляется коррозии чугун;
-небольшая огнестойкость.
У стали - при t = 200°C уменьшается модуль упругости Е, а при t = 600°C
сталь переходит в пластическое состояние. Алюминиевые сплавы становятся
пластичными при t = 300°C.
При проектировании МК должны учитываться следующие основные
требования:
условия эксплуатации – основные требования;
экономия металла;
транспортабельность;
технологичность;
скоростной монтаж;
долговечность;
эстетичность;
типизация;
внедрение поточного метода изготовления и монтажа МК.
2. По химическому составу стали бывают:
углеродистые обыкновенного качества, механические свойства
зависят в основном от содержания углерода. Состоят из Fe и
углерода с некоторой добавкой кремния (или Al) и Mn.
низколегированные, содержащие легирующие добавки,
повышающие прочность, ударную вязкость, коррозионную
стойкость.
Углерод (У) – повышает прочность, снижает пластичность и ухудшает
свариваемость, поэтому применяют для МК низкоуглеродистые стали с "У"
не > 0.22%.
Легирующие добавки:
Кремний (С)– 0.3÷1.1% - применяется как хороший раскислитель,
связывает избыточный О2. Повышает прочность, но снижает
пластичность, свариваемость и коррозионную стойкость.
Марганец (Г) – 0.64÷1.5% - повышает прочность и вязкость стали,
является хорошим раскислителем и, соединяясь с серой, снижает её
вредное влияние. При содержании (Г) более 1.5% сталь становится
хрупкой.
Медь (Д) – несколько повышает прочность и улучшает стойкость стали
против коррозии. Если (Д) > 0.7% способствует старению стали и
повышает её хрупкость.
Хром и никель (Х, Н) – не > 0.3% повышает прочность и улучшает
коррозионную стойкость.
Алюминий (Ю) – хороший раскислитель, повышает ударную вязкость,
нейтрализует вредное влияние фосфора, повышает ударную вязкость.
Ванадий и молибден (Ф, М) – Ф = 0.07÷0.15% и М = 0.15÷0.25% увеличивают прочность и предотвращают разупрочнение при сварке.
Азот (А) - в несвязанном состоянии способствует старению стали и
делает её хрупкой, поэтому его должно быть не > 0.009%. В химически
связанном состоянии с Ю, Ф, титаном (Т) и др. позволяет получить
мелкозернистую структуру и улучшает механические свойства.
Вредные примеси:
Фосфор – не > 0.04%, повышает хрупкость стали, особенно при
пониженных to (хладоломкость), и снижает пластичность при
повышенных.
Сера - не > 0.05%, делает сталь красноломкой (склонной к образованию
трещин) при t° 800 – 1000°С.
Кислород – действует подобно сере, но в более сильной степени и
повышает хрупкость стали.
Водород - не > 0.0007%, снижает пластичность и временное
сопротивление, повышает хрупкость.
По прочности (механическим свойствам) стали делятся на три группы:
обычной прочности (малоуглеродистые) (σу < 290 МПа);
повышенной (σу = 295 ÷ 400 МПа);
высокой прочности (σу > 440 МПа).
По виду поставки
термообработанные.
стали
подразделяются
на
горячекатаные
и
Группы поставки по назначению
А – по механическим свойствам,
Б – по химическому составу,
В – по механическим свойствам и по химическому составу.
Поскольку для несущих строительных конструкций необходимо обеспечить
прочность и свариваемость, а также надлежащее сопротивление хрупкому
разрушению и динамическим воздействиям, сталь для этих конструкций
заказывается по группе В, т.е. с гарантией механических свойств и
химического состава (ВСт3кп2, ВСт3Гпс…)
Основным стандартом для МК является ГОСТ 27772-88, согласно которому
изготавливают:
-фасонный прокат из сталей С235, С245, С255, С285, С345,
С345К, С375.
-для листового и универсального проката и гнутых профилей
используют так же стали С390, С390К, С440, С590, С590К.
Стали С345, С375,С390 и С440 могут поставляться с повышенным
содержанием меди (повышенная коррозионная стойкость), при этом к
обозначению стали добавляется буква "Д".
Здесь буква "С" - сталь строительная , цифра – предел текучести sу в МПа и
"К" - вариант химического состава. При термическом улучшении свойств
добавляется буква "Т" - С345Т.
В зависимости от t° эксплуатации МК и степени опасности хрупкого
разрушения стали С345 и С375 поставляются 4-х категорий, и обозначаются
С345-1, С345-2 – нормируется ударная вязкость при t° = -40°C и t° = -70°C.
Прокат поставляется партиями одной плавки-ковки и режима
термообработки.
3. Прочность – сопротивляемость материала внешним силовым
воздействиям без разрушения. Определяются испытаниями стандартных
образцов на растяжение статической нагрузкой с записью диаграммы σ=F/A
и e=Δl/l · 100% .
Основными характеристиками прочности металла являются временное
сопротивление σu - наибольшее напряжение при разрушении образца и σу предел текучести – напряжение, при котором деформации растут без
изменения нагрузки.
Упругость - свойство материала восстанавливать первоначальную форму
после снятия нагрузок.
Пластичность – свойство материала сохранять остаточные деформации
после снятия нагрузки без разрушения.
Мерой пластичности стали служит относительное остаточное удлинение при
разрыве δравн – равномерное удлинение по всей длине образца.
Для металлов, не имеющих площадки текучести, определяется условный
предел текучести σ02, т.е. такое напряжение, при котором остаточное
относительное удлинение достигает 0.2 %.
Ползучесть – непрерывное деформирование во времени без увеличения
нагрузки.
Твердость – свойство поверхностного слоя металла сопротивляться упругой
и пластической деформациям или разрушению при внедрении в него
индектора из более твердого материала.
Усталость металла – склонность металла к разрушению при действии
многократно-повторных нагружений.
Упругость материала – определяется модулем упругости Е = tgα, и
пределом упругости σe, т.е. таким максимальным напряжением, при котором
деформации после снятия нагрузки исчезают. До σр материал работает
линейно по закону Гука:
σ = Е · ε.
(3.2)
Обычно принимают, что предел пропорциональности sр соответствует
напряжениям, при которых Е уменьшается в 1,5 раза, а предел упругости σe напряжениям при которых ε = 0.05%.
Ударная вязкость «КС» - способность противостоять разрушению при
воздействии ударной нагрузки. Склонность металла к хрупкому разрушению
и чувствительность к концентрации напряжений проверяются испытанием на
ударную вязкость - определяется величина работы, затраченной на
разрушение надрезанного эталонного образца на маятниковом копре.
В надрезанном образце напряжения распределены неравномерно, с пикой у
корня надреза. Температура, при которой происходит спад ударной вязкости,
или она снижается ниже 30 Дж/см2 принимается за порог хладоломкости.
Резкое снижение ударной вязкости наблюдается у состаренного металла.
Значения «КС» установлены стандартами на сталь. Таким образом, ударная
вязкость является комплексным показателем состояния металла – хрупкое
или вязкое.
Оценка технологических свойств металла производится по химическому
составу.
Свариваемость. Установлено, что при повышении прочности стали
увеличением содержания углерода ("С") и легирующих добавок, возрастает
опасность появления околошовных закалочных микроструктур, холодных
трещин и т.п. При этом, действие углерода особенно отрицательно, поэтому
свариваемость оценивается химическим составом (углеродному
эквиваленту).
Хладостойкость определяется to хрупкости, при которой возможен переход
от вязкого к хрупкому разрушению микросколом (зерна металла
раскалываются по определенным кристаллографическим плоскостям). Это
опасно, т.к. разрушение происходит внезапно, распространяясь с высокой
скоростью, часто при весьма низких напряжениях. Является фактором,
препятствующим дальнейшему повышению прочности стали легированием.
4. а) Старение – перестройка структуры и изменение прочности и
пластичности в течение длительного времени, этому способствуют:
механические воздействия, особенно развитие пластических деформаций
(механическое старение), температурные колебания (термическое старение),
т.к. оно снижает сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому
разрушению, это явление рассматривается как отрицательное для сталей.
Наиболее подвержена старению кипящая сталь.
Для алюминиевых сплавов термическое старение используется для
повышения прочности.
б) Наклеп – повышение упругой работы материала в результате
предшествующей пластической деформации. Металл становится более
жестким. Пластичность снижается, повышается опасность хрупкого
разрушения, что неблагоприятно сказывается на работе МК. Наклеп
возникает и в процессе изготовления МК при холодной гибке, пробивке
отверстий, резке ножницами.
в) Влияние температуры. До t° =200÷250°С механические свойства стали
не меняются, при t°=250-300°С прочность несколько повышается, а
пластичность снижается. Нагрев выше 400°С приводит к резкому падению σу
и σu, и при t° =600÷650°С наступает температурная пластичность, т.е. сталь
имеет низкую огнестойкость.
При отрицательных t° прочность возрастает, σу и σu сближаются, ударная
вязкость падает и сталь становится хрупкой. Порог хладостойкости
понижается до t°, при которой ударная вязкость становится меньше 30-40
ДЖ/см2. Так, для стали С235 (Ст3кп) порог от 0 до –10t°С, а С255 (Ст3сп) to = - 20… - 30°С, низколегированные стали имеют порог to -40°С и ниже.
Выбор сталей для МК производится на основе вариантного проектирования
и ТЭО и зависит от следующих параметров: t° среды эксплуатации,
характера нагружения, вида напряженного состояния и уровня возникающих
напряжений, способа соединения элементов, толщины проката.
В зависимости от степени ответственности конструкций зданий и
сооружений, а также от условий их эксплуатации все виды конструкций
разделены на 4 группы, а стали для них принимаются по СНиП II-23-81*,
таблица 50* (приложение 1).
Лекция №11
Работа металлических конструкций
План лекций
1. Виды и механизм разрушения материалов
2. Работа стали при одноосном напряжении
3. Работа стали при повторных нагрузках
4. Концентрация напряжений
5. Коррозия металла и методы борьбы с ней.
1. В зависимости от степени развития пластических деформации разрушение
может быть:
хрупкое – происходит путем отрыва, без заметных деформаций,
внезапно. При этом разрушаются межатомные связи. Прочность
кристалла составляет 3300кН/см2;
пластическое – менее опасное, сопровождается значительными
деформациями и является результатом сдвига одной части кристалла
относительно другой, а напряжения для сдвига составляют ≈1300кН/см2 ,
что намного больше σу металлов (не >100 кН/см2).
Таким образом, один и тот же материал может разрушиться и хрупко и
пластично в зависимости от вида нагруженного состояния, наличия
концентраторов напряжений, температуры и т.п. Расхождение между
теоретической
и
реальной
прочностью
объясняется
дефектами
кристаллической решетки, которые бывают:
точечные – отсутствие атома в узле решетки – наличие
инородного атома в узле или вне узла;
линейные – краевые и винтовые дислокации (оказывают
наибольшее влияние) (рисунок 61);
поверхностные – границы зерен, двойниковые прослойки и т.п.
объемные – поры и инородные включения.
Рисунок 61 - Виды дислокаций
а – краевая дислокация; б – винтовая дислокация
С увеличением числа дислокаций прочность кристалла (зерна) падает, но при
большей плотности – прочность снова возрастает.
Таким образом, для повышения прочности материалов можно идти двумя
путями: 1-ый – уменьшение числа дефектов кристаллической решетки, т.е.
приближение к идеальной, 2-ой – направленное изменение решетки и
повышение плотности дислокаций
пластическая деформация и т.п.).
(легирование,
предварительная
При поликристаллическом строении перлит и границы зерен затрудняют
общий сдвиг одной части образца по другой и способствуют увеличению
сопротивления пластическим деформациям и повышению прочности стали.
Свойства монокристалла различны по разным направлениям, но при
большом количестве хаотично ориентированных кристаллов сталь ведет себя
как изотропный материал.
2. Стадия 1 (рисунок 62) – упругая работа, связь между σ и ε линейна и
подчиняется закону Гука (4.1). σmax = σp;
Е=2,06·105 Мпа – cоnst.
Деформации удлинения в этой стадии происходят только в результате
упруговозвратимого искажения атомной решетки. После снятия нагрузки
образец принимает первоначальные размеры.
Стадия 2 – упруго-пластическая работа, появляются отдельные сдвиги в
зернах феррита, линейная связь между σ и ε нарушается, деформации
начинают расти быстрее напряжений. Е - переменный.
Стадия 3 – текучесть, ε растут при N = сonst, происходит интенсивное
движение дислокаций и увеличение их плотности, развитие линий сдвига в
зернах феррита. Протяженность площадки текучести низкоуглеродистых
сталей 1.5÷2.5%. Здесь ε = εост + εупр и σmax = σт. После снятия нагрузки
упругая часть деформаций возвращается (линия разгрузки || линии нагрузки),
а необратимая остается, приводя к остаточным деформациям.
Стадия 4 – развитие деформаций сдерживается, линии сдвига искривляются,
движение дислокаций затрудняется и рост ε возможен только при
увеличении нагрузок. Стадия самоупрочнения – повышение сопротивления
внешним воздействиям после площадки текучести до временного
сопротивления. Материал работает как упругопластический.
При σ близких к σu, продольные и поперечные деформации локализуются и в
слабом месте образуется шейка с последующим разрывом.
Показатели предела текучести, временного сопротивления и относительного
удлинения устанавливаются в стандартах на сталь.
Здесь, важным показателем (кроме предела текучести σт = σу; σu и ε) является
отношение σt/σu~0,6 - характеризует резерв прочности, т.к. рабочие s в
элементах МК не больше σу. Это отношение справедливо для сталей обычной
и повышенной прочности.
Для высокопрочных сталей σ02/σu = 0.8÷0.9, что ограничивает использование
работы материала в упругопластической стадии.
Отношение σp/σu= 0.8÷0.85 характеризует сопротивление малым
пластическим деформациям и оказывает большое влияние на устойчивость
сжатых элементов.
Рисунок 62 Диаграмма растяжения стали и образования шейки
Диаграммы "σ - ε" для различных сталей существенно различаются по
параметрам. Если построить эти зависимости в относительных координатах
σ/σ02 и ε/ε02 (где σ02 - условный σт, установленный по εост= 0.2%), то различия
будут очень малыми (в начале площадки текучести). Это позволяет
использовать при расчетах унифицированную диаграмму (рисунок 63 а), и
более того, для упрочнения расчетных предпосылок при работе конструкций
в стадии 2 диаграмму "σ - ε" без большой погрешности (в сторону некоторого
запаса)
можно
заменить
идеализированной
диаграммой
упруго
пластического тела (рисунок 63 б).
Рисунок 63 Унификация диаграмм работы сталей (а); идеализированная
диаграмма работы стали (б)
При сжатии коротких образцов сталь ведет себя аналогично растянутым, σu
невозможно, т. к. сталь расплющивается.
3. При повторном загружении металла в упругопластической стадии
возникает наклёп, область упругой работы увеличивается, а пластичность
падает.
При многократном повторном нагружении возникает явление усталости
металла, при котором прочность снижается и разрушение происходит при
σ < σu и даже меньше σу.
Способность металла сопротивляться усталостному разрушению называется
выносливостью, а σвб - вибрационной прочностью. Разрушение происходит
вследствие накопления числа дислокаций и их концентрации.
σвб зависит от числа циклов загружения «n», вида загружения и
коэффициента асимметрии ρ=σmin/σmax.
При большом числе циклов кривая σвб асимптотически приближается к
некоторому пределу, называемому пределом выносливости (усталости),
который устанавливается при n = 2·106 циклов (рисунок 66).
Рисунок 66 - Зависимость вибрационной прочности σвб от числа
циклов n
1 – для стали; 2 – для алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы σуст не имеют, а их σвб при увеличении числа циклов
постоянно снижается.
Для низкоуглеродистой стали при ρ = 0; σуст = σт, а при ρ = -1; σуст = 0.6 · σт.
Для низколегированных сталей (С345 - С390) σуст ≈ σт при ρ = 0.25, а при ρ =
-1; σуст = 0.5 · σт.
У сталей С=440 и 540 σуст не отличается от сталей повышенной прочности,
поэтому применение их в этих случаях не всегда оправдано.
Большое влияние на работу МК оказывает концентрация σ, что учитывается
эффективным коэффициентом концентрации β=
>1.0; (это sуст
без
концентраторов и
для образца с концентратором σ). Так, при круглом
отверстии σуст снижается в 1.4 раза, а при остром – в 3.5 раза. Особенно
чувствительны в этом отношении стали повышенной и высокой прочности.
4. В местах искажения сечения (у отверстий, выточек, надрезов, трещин и
т.п.) происходит искривление линий силового потока. Обтекая препятствия,
они сгущаются, что характеризует повышение "σ" в этих местах.
Искривления свидетельствуют о появлении двух главных напряжений σ1 и
σ2 (плоское напряженное состояние), а при большой толщине элемента
возникает и σ3 - объемное напряженное состояние (рисунок 67).
Рисунок 67 – Концентрация напряжений
Неравномерность
концентрации
;
распределения
.
"σ"
характеризуется
коэффициентом
(3.4)
АНТ – площадь ослабленного сечения, которая зависит от радиуса кривизны
(остроты) надреза:
у круглых отверстий К = 1.5 ÷ 3.0;
у острых надрезов К = 6 ÷ 9
Чем выше концентрация σ, тем меньше пластические деформации. При
статических нагрузках и нормальной to влияние на прочность концентрации
напряжений невелико и их можно не учитывать.
Эти явления опасны при эксплуатации
температурах, динамических нагрузках.
конструкций
при
низких
6. Коррозией называется разрушение поверхности металлов, вызываемое
электрохимическими процессами, происходящими в материале. В результате
коррозии уменьшаются поперечные сечения и несущая способность
элементов конструкций. Скорость коррозии зависит от степени
агрессивности среды и от формы поперечных сечений конструкций.
Скопление пыли на поверхности конструкций и ее периодическое
смачивание увеличивают скорость коррозии, поэтому наиболее устойчивы к
коррозии элементы трубчатого сечения и вертикально расположенные
элементы. Коррозия наиболее интенсивна, когда в атмосфере есть сернистые
или хлористые соединения.
Для предохранения от коррозии стальные конструкции должны быть
тщательно очищены и окрашены.
Скорость коррозии алюминиевых сплавов меньше чем стали в 5-10 раз. В
обычных условиях эксплуатации алюминиевые конструкции не нуждаются в
защите от коррозии, т.к. быстро покрываются прочной окисной пленкой.
Конструкции, находящиеся в среде высокой агрессивности, покрывают
эмалями или лаками.
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №12
Работа и особенности расчета элементов металлических конструкций
План лекции
1. Основные понятия, определения и положения расчета металлических
конструкций
2. Виды напряжений и их учет при расчете элементов МК.
3. Основы расчета на прочность центрально растянутых или сжатых
элементов
1. Проектирование металлических конструкций это многоэтапный процесс,
включающий выбор конструктивной формы, расчет и разработку чертежей
для изготовления и монтажа конструкций.
Цель расчёта - строгое обоснование габаритов конструкций, размеров
поперечных сечений элементов и их соединений, обеспечивающих заданные
условия эксплуатации в течение всего срока с необходимой надежностью и
долговечностью при минимальных затратах материалов и труда на их
создание и эксплуатацию. Таким образом, реальное проектирование, это
процесс поиска оптимального конструктивного решения.
Расчет состоит из следующих этапов: установление расчетной схемы, сбор
нагрузок, определение усилий в элементах конструкций, подбор сечений,
проверка
допустимости
напряженно-деформированного
состояния
конструкции в целом, её элементов и соединений.
До 1951 года металлические конструкции рассчитывались по методике
допускаемых напряжений, где использовался единый коэффициент запаса. С
1951 года металлические конструкции рассчитываются по методике
предельных состояний, где вместо одного используются три основных
коэффициента, значения которых обоснованы методами математической
статистики и этот метод считается оптимальным, простым и научно
обоснованным.
2. В зависимости от вида напряжения подразделяются на:
основные - возникают от внешних воздействий (нагрузок) и
определяются по усилиям методами сопромата. К ним относятся и
искусственно создаваемые предварительные напряжения.
Поскольку
основные
напряжения
уравновешивают
внешние
воздействия и определяют несущую способность элементов
конструкций, они и выявляются расчетом и по ним, в основном, судят о
надежности конструкций;
дополнительные - возникают в результате дополнительных связей по
отношению к принятой расчетной схеме (например, из-за жесткости
узлов, дополнительных систем связей и т.д.). Они существенно влияют
на напряженное состояние конструкции, но в расчетах не учитываются,
т.к. не оказывают существенного влияния на несущую способность
конструкций;
местные бывают двух типов
- в результате внешних воздействий (рисунок 68);
Рисунок 68 Под катком крана
- в местах изменения или
(концентрация напряжений).
нарушения
сплошности
сечения
Местные напряжения могут привести к развитию чрезмерных
пластических деформаций, трещин или к потери устойчивости в тонких
элементах сечений (например, стенки двутавра), поэтому учитываются
в расчете.
начальные напряжения имеются в ненагруженном нагрузкой элементе
и имеют термическое и механическое происхождение. Их называют
также внутренними, собственными и остаточными. Складываясь с
основными напряжениями, они приводят к более раннему или позднему
переходу в стадию пластичности. Борьба с ними ведется, в основном,
конструктивными мероприятиями и при изготовлении металлических
конструкций.
3. Поведение их под нагрузкой, при условии обеспечения устойчивости
сжатого элемента, полностью соответствует работе материала при простом
растяжении - сжатии.
Предполагается, что напряжения в поперечном сечении элементов
распределяются равномерно. Для обеспечения несущей способности таких
элементов необходимо, чтобы эти напряжения от расчетных нагрузок в
сечении с наименьшей площадью не превышали расчетного сопротивления.
Таким образом, в соответствии с основным неравенством первого
предельного состояния имеем
σ = N/An ≤ R·γc,
где
(3.5)
R = Ry - если в стержне не допускается развитие пластических деформаций,
если пластические деформации допустимы, то R равняется наибольшему из
2-х значений Ry и Rn/γu, где γu = 1.3 - коэффициент надежности по материалу
при расчете конструкций по σв
Проверка по второму предельному состоянию сводится к ограничению
удлинений (укорочений) стержня от нормативных нагрузок
≤ D,
(3.6)
где
l – расчетная длина стержня;
D - предельная величина удлинения (укорочения).
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №13
Древесина как конструкционный строительный материал.
План лекции
1. Физико-механические свойства
2. Влияние влажности и температуры на прочность древесины
3. Работа древесины на растяжение, сжатие, изгиб, смятие
4. Строительная фанера
5. ДВП и ДСП
1. Физические и механические свойства древесины определяются ее
строением и структурой клеток.
Плотность зависит от породы, количества пустот, толщины стенок клеток и
содержания влаги. Она может быть различна даже в пределах одной и той же
породы.
Теплопроводность дерева по сравнению с металлом, железобетоном и
кирпичной кладкой меньше соответственно в 40, 10 и 6 раз.
Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон.
Чем больше плотность и влажность древесины, тем больше ее
теплопроводность.
Температурное расширение различно вдоль волокон и под углом к ним.
Коэффициент линейного температурного расширения вдоль волокон в 7-10
раз меньше, чем поперек волокон и в 2-3 раза меньше, чем у стали. Это
позволяет не устраивать температурные швы в протяженных деревянных
сооружениях.
Благодаря особенностям строения древесина является анизотропным
материалом. Ее механические свойства различны в различных направлениях
и зависят от угла между направлением действующего усилия и направлением
волокон. При совпадении направления силы и волокон прочность древесины
достигает максимального значения и уменьшается, если сила действует под
углом к волокнам.
2. При повышении влажности древесины ее прочность уменьшается,
деформативность увеличивается и модуль упругости снижается.
Влияние влажности в большей степени сказывается при работе деревянных
элементов на изгиб, сжатие вдоль волокон и скалывание.
Стандартная влажность – 15%.
При длительном действии температуры прочность древесины снижается: на
сжатие – на 20-40%, на растяжение – на 12-15%, на скалывание – на 15-20%.
Повышение температуры от 20 до 50° приводит к снижению модуля
упругости в 2,5 раза, что увеличивает деформативность.
3. Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон высок – для
сосны и ели он в среднем 100 МПа. Наличие сучков и присучкового косослоя
значительно снижает сопротивление растяжению.
При ослаблении деревянных элементов отверстиями и врезками их
прочность снижается вследствие отрицательного влияния концентрации
напряжений у мест ослаблений.
Диаграмма работы сосны на растяжение (1) имеет незначительную кривизну
и в расчетах может приниматься прямолинейной (рисунок 81 а). Значение
φ=0,5 рассматривается при этом как предел пропорциональности.
Рисунок 81 Приведенная диаграмма сосны (а); разрушение образца при
сжатии вдоль волокон (б)
Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль волокон дают значение
предела прочности в 2-2,5 раза меньшие, чем при растяжении. Влияние
пороков (сучков) меньше, чем при растяжении. Работа сжатых элементов в
деревянных конструкциях более надежна, чем растянутых. Широко
применяются металлодеревянные конструкции, имеющие основные
растянутые элементы из стали, а сжатые и сжато-изгибаемые из дерева.
Приведенная диаграмма сжатия (2) более криволинейна, чем при растяжении
(рисунок 81 а). До условного предела пропорциональности φ=0,5 она может
быть принята прямолинейной. Разрушение сопровождается появлением
характерной складки, образуемой местным изломом волокон (рисунок 81 б).
При поперечном изгибе значение предела прочности занимает
промежуточное значение между прочностью на сжатие и растяжение.
Поскольку при изгибе имеется растянутая зона, то влияние сучков и косослоя
значительно. Влияние пороков в бревнах при работе на изгиб меньше, чем в
пиломатериалах, т.к. в бревнах отсутствует наблюдаемый в пиломатериалах
выход на кромку перерезанных при распиловке волокон и их отщепление в
присучковом косослое при изгибе элемента.
Определение напряжения при изгибе по обычной формуле σ=М/W
соответствует линейному распределению напряжений по высоте сечения и
действительно при небольших напряжениях (рисунок 82 а). При дальнейшем
росте нагрузки и увеличении кривизны эпюра принимает криволинейный
характер (рисунок 82 б, в).
Рисунок 82 Эпюры напряжений при изгибе
Условный предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного
сечения. У круглого сечения он больше, чем у прямоугольного, у
двутаврового еще меньше. С увеличением высоты сечения предел прочности
снижается.
Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и под углом к ним.
Прочность древесины на смятие вдоль волокон мало отличается от
прочности на сжатие вдоль волокон. Смятию поперек волокон древесина
сопротивляется слабо. Смятие под углом занимает промежуточное
положение.
Рисунок 83 Работа на смятие
а – смятие поперек волокон; б – влияние угла сминающей силы; в –
образцы смятия поперек волокон
За нормируемый предел принимается напряжение при условном пределе
пропорциональности, когда происходит уменьшение деформаций древесины
(рисунок 83 а). Этот предел имеет наименьшее значение при смятии по всей
поверхности и максимальное на части длины и ширины (рисунок 83 в).
При смятии под углом α значение σпр возрастает с уменьшением угла
образуя эмпирическую кривую (рисунок 83 б).
4. Фанера представляет собой слоеный листовой материал, состоящий из
нечетного числа слоев, называемых шпонами и получаемых лущением
прямолинейных отрезков ствола дерева.
Фанерное сырье поступает на заводы в виде кряжей или чураков. В кряже
может быть 2, 3 и более чураков.
Смежные шпоны в пакете имеют взаимно перпендикулярное расположение
волокон и склеиваются между собой горячим или холодным прессованием.
Фанеру толщиной более 15 мм называют фанерными плитами. Фанера
обладает меньшей анизотропией свойств, чем природная древесина, а
явления усушки и разбухания соответствуют таковым у древесины в
направлении вдоль волокон.
Фанере присущи высокие прочностные свойства, малая масса (она в 4 раза
легче алюминия), низкая тепло- и звукопроводность, большая стойкость к
воздействию агрессивных сред и повышенная водостойкость.
Совокупность положительных свойств фанеры позволяют использовать ее в
строительстве. К строительной фанере относится клееная фанера марок ФСФ
(на фенолформальдегидном клее), ФК (на карбомидном клее) и
бакелизированная фанера ФБС (пропитана спирторастворимыми смолами) и
ФБСВ.
К строительной фанере относятся также фанерные плиты марки ПФ-А. Сорта
клееной фанеры и плит определяются в основном качеством древесины и
обработкой шпона наружных слоев.
Бакелизированную фанеру или фанеру повышенной водостойкости
применяют в качестве сборно-разборной опалубки для изготовления ЖБК.
Строительная фанера используется также для изготовления профильных
элементов.
5. Древеснослоистые пластики изготавливают из тонких листов березового,
липового или букового шпона, пропитанного и склеенного между собой
различными синтетическими смолами при высоком давлении и температуре.
ДСП обладают высокой прочностью, в 2-5 раз превосходящей прочность
натуральной древесины. Прочность ДСП на растяжение и изгиб выше, чем у
стали марки ст.3 и легких сплавов.
В зависимости от взаимного расположения волокон в смежных шпонах для
строительных целей изготовляют пластик марок ДСП-Б и ДСП-В,
обладающих различными физико-механическими свойствами.
Применяют ДСП для изготовления средств соединения элементов
конструкций в виде шпонок, нагелей, косынок, вкладышей; для щитовых
конструкций в холодных и теплых кровельных покрытиях; в трехслойных
конструкциях, для несущих и навесных панелей стен.
Древесностружечные плиты (ПС и ПТ) получают горячим прессованием
под давлением древесных стружек, пропитанных синтетическими смолами.
Плиты облицовывают с одной или двух сторон древесным шпоном, фанерой,
бумагой, пленками. Облицованные плиты имеют более высокие
механические показатели, ровную поверхность и хороший внешний вид.
Применяют древесностружечные плиты для производства встроенной
мебели, подшивки потолков, отделки стен, погонажных изделий, для
изготовления опалубки.
Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготовляют из отходов несортной
древесины, которую дробят в щепу и растирают до волокнистого состояния.
Добавляя 5% синтетических водостойких смол, получают твердые плиты, а с
увеличением смолы до 10% - сверхтвердые.
Применяют для утепления, звукоизоляции и отделки стен, перекрытий и
покрытий, изготовления дверей и т.д.
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Лекция №14
Соединения элементов деревянных конструкций.
План лекции
1. Основные виды соединений, принцип дробности
2. Соединения на нагелях
3. Особенности работы гвоздей
4. Соединения на металлических зубчатых пластинках
5. Соединения на клеях
6. Соединения на врубках
1. Применяемый для нужд строительства лесоматериал в виде бревен и
пиломатериала имеет максимальные размеры поперечного сечения 25-28 см
и предельную длину 6,5 м. Создание строительных конструкций больших
пролетов или высоты невозможно без соединения элементов.
По целевому назначению различают:
сращивание - увеличение длины элемента (рисунок 89 а, б);
сплачивание – увеличение размеров сечения (рисунок 89 в, г);
узловые соединения
Рисунок 89 Виды соединений
а – косой прируб; б – клеевое на зубчатый шип; в – на болтах; г – с помощью
клея.
По характеру работы различают виды соединений:
на клеях, работающих в основном на сдвиг;
на нагелях, работающих в основном на изгиб;
на врубках, передающих усилия с одного элемента на другой без
специальных связей;
на растянутых связях – болтах, хомутах, скобах, работающих
на растяжение.
Соединения бывают построечного и заводского изготовления. Все виды
соединений, кроме клеевых, являются податливыми. Даже при расчетных
нагрузках между соединяемыми элементами происходит сдвиг из-за обжима
соединения и производственных допусков. Клеевое соединение жесткое,
сдвига не происходит.
Жесткость соединительных элементов в узлах должна быть одинаковой, не
бывает клеегвоздевых или клеенагельных соединений.
Соединения элементов деревянных
следующим требованиям:
-обеспечивать возможность
наименьшей затратой труда;
конструкций
изготовления
должны
конструкций
отвечать
с
-не вызывать большого ослабления сечений соединяемых
элементов;
-обеспечивать плотную (без
устраняющую деформации;
зазоров)
постановку
связей,
-допускать легкость контроля за качеством изготовления и за
работой соединений в процессе эксплуатации;
-обладать надежностью в работе и малой ползучестью при
длительном воздействии нагрузок.
Надо избегать хрупких соединений, разрушение которых происходит
неожиданно и при малых деформациях. Отсутствие видимых признаков
разрушения не дает возможности своевременно принять меры против
обрушения конструкции. Хрупкое разрушение характерно для врубок,
работающих на скалывание.
Для соединений, обладающих вязкостью, характерно медленное нарастание
деформаций при длительном действии нагрузок. К вязким относятся
соединения на нагелях и гвоздях, древесина в которых работает на смятие.
Для придания вязкости соединениям растянутых деревянных элементов
используют принцип дробности, позволяющий избежать опасности
скалывания древесины увеличением площади скалывания. Применение
вместо одной сосредоточенно приложенной связи (жесткой для досок
толщиной 5 см) несколько рассредоточено приложенных вязкоподатливых
связей при одинаковой затрате стали намного увеличивает несущую
способность (рисунок 90).
Рисунок 90 Проявление принципа дробности
2. Нагели являются одним из наиболее широко применяющихся
механических рабочих связей. Нагелем называется гибкий стержень,
соединяющий элементы деревянных конструкций и препятствующий их
взаимному сдвигу.
Нагели бывают цилиндрические и пластинчатые (рисунок 91).
Цилиндрические – это стержни сплошного или трубчатого сечений (болты,
гвозди, шурупы, глухари). Их делают из стали, пластмасс, древесины
твердых пород (береза, дуб). Нагельные соединения работают на сдвиг
(нагели изгибаются, древесина нагельных гнезд сминается).
Рисунок 91 Соединения на нагелях
а – схема работы нагеля; б – виды нагелей; в - соединения на нагелях.
Цилиндрические нагели устанавливают в предварительно просверленные
гнезда. Диаметр отверстия принимают меньше или равным диаметру нагеля.
Для сплачивания двух или трех брусьев, составленных по высоте, применяют
пластинчатые нагели, вставляемые в подготовленные гнезда (рисунок 92).
Размеры пластинчатых нагелей и гнезд для них, а также расстановку следует
принимать по нормам. Направление волокон в пластинках должно быть
перпендикулярно плоскости сплачивания элементов. Расстановка нагелей
может быть прямой или в шахматном порядке.
Рисунок 92 Соединение на пластинчатых нагелях.
3. Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных элементов работают как
нагели. Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6
мм, поэтому их несущая способность не зависит от угла между направлением
силы и направлением волокон.
Минимальное расстояние между осями гвоздей принимают 15dгв.
Расстановка гвоздей может быть прямая, косая и в шахматном порядке.
Гвозди образуют более плотные соединения, чем нагели. Недостатком
гвоздевых соединений является заметная ползучесть при длительно
действующих нагрузках.
Рисунок 93 Особенности работы гвоздей
lвыд= lгв- δ-2-1,5dгв
(4.7)
dгв– диаметр гвоздя;
lгв –длина гвоздя.
4. Металлические зубчатые пластинки (МЗП) представляют собой стальные
оцинкованные пластины толщиной 1-2 мм с отштампованными с одной
стороны зубьями различной формы и длины. Их ставят попарно с двух
сторон соединяемых элементов (рисунок 94). Запрессовка осуществляется
специальными приспособлениями.
Рисунок 94 Соединения на МЗП
Несущую способность деревянных конструкций на МЗП определяют по
условиям смятия древесины в гнездах и изгиба зубьев пластин, а также по
условиям прочности пластин при работе на растяжение, сжатие и срез.
Применяются в решетчатых конструкциях.
5. Это наиболее эффективный и прогрессивный вид соединения (рисунок 95).
Позволяет получать клееные деревянные конструкции (КДК) разнообразных
очертаний (балки, арки, рамы). Конструкции склеивают из тонких сухих
строганных пиломатериалов и фанеры. Применяют водостойкие
синтетические клеи (фенольные, фенольно-резорциновые).
КДК изготавливают на заводах и привозят на стройплощадку упакованными
в полиэтиленовую пленку.
Рисунок 95 Клеевые соединения заводского изготовления
6. Врубкой называют соединение, в котором усилие элемента, работающего
на сжатие, передается другому элементу непосредственно, без вкладышей.
Рисунок 96. Лобовая врубка.
Применяются в узловых соединениях решетчатых конструкций (фермы,
башни) (рисунок 96). Для исключения опасности скалывания ставят
вспомогательные связи - аварийные болты, хомуты, скобы. Аварийная связь
должна полностью включаться в работу лишь при скалывании зуба
растянутого пояса и обеспечить временное закрепление нижнего конца
верхнего пояса.
Рекомендуемая литература:
1. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р. Строительные конструкции. Учебник для
ВУЗ-ов, -Ростов-на-Дону: Феникс, 2005-875с.
2. Бакиров К.К. Строительные конструкции 1. Раздел «Металлические
конструкции». Учебное пособие. - Алматы: КазГАСА, 2006.- 118с.
Контрольные задания для СРС
Целью самостоятельной работы студентов является закрепление
теоретических знаний и приобретение практических навыков в
проектировании жилых зданий, научиться пользоваться строительными
нормами и правилами, а также ГОСТами.
Тематика СРС
Построение фасадов жилых зданий
Построение планов жилых зданий
Построение разрезов жилых зданий
Построение планов фундаментов жилых зданий
Построение планов перекрытий и покрытий жилых
зданий
6. Построение плана кровли жилых зданий
7. Разработка архитектурно-конструктивных узлов
8. Построение генерального плана
1.
2.
3.
4.
5.
4 Методические указания для выполнения практических (семинарских
занятий)
Тема 1. Основы проектирования. Методика выполнения курсового проекта.
План занятия:
1. Основы проектирования жилых зданий.
2. Чертежи эскизного проекта жилых зданий:
- фасады (главный и боковой);
- план этажа;
- поперечный разрез;
- план фундаментов, перекрытий;
- генплан участка застройки;
- архитектурно – конструктивные узлы
3. Пояснительная часть должна обосновывать и пояснять в проекте
решения, доказывать их целесообразность и имеет содержание в следующем
виде:
Введение
1. Объемно-планировочное решение
2. Конструктивное решение
3. Технико-экономические показатели
4. Генплан
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Выбрав масштаб для выполнения чертежа, определяют его габариты с
учетом выносных и размерных линий, надписей. Композиционная
завершенность графических материалов листа обеспечивается: логически
придуманной
компоновкой;
подписями; оптимальной плотностью
заполнения листа графическим и текстовым материалом (80-85%). Чертежи
выполняют на ПЭВМ (программа AutoCAD) с соблюдением правил
оформления, установленных масштабов и условных обозначений,
предусмотренных ЕСКД.
Тема 2. Объемно-планировочное решение жилого здания.
План занятия:
1. Объемно-планировочное решение.
Объемно-планировочным
решением
называется
компоновка
(расположение) помещений заданных размеров и форм в одном комплексе,
подчиненные для удовлетворения функциональных назначений и
требований, предъявляемых к зданиям. Объемно-планировочное решение
характеризуется конфигурацией здания и размерами в плане, числом и
высотой этажей, составом и размещением квартир, а также расположением
функциональных зон. Объемно-планировочные решения дополняются
описанием степени огнестойкости и класса здания.
2. Планировка жилых квартир.
Жилые здания состоят из квартир предназначенных для постоянного и
временного проживания. Жилые здания по объемно-планировочной
структуре, т.е. по расположению квартир внутри здания подразделяются на
усадебные, блокированные, секционные, коридорные, галерейные и
комбинированные.
Квартиры в свою очередь имеют следующие основные зоны для
удовлетворения потребности человека во время проживания:
1. Общая зона – предназначена для удовлетворения семьи, приема гостей,
личных занятий;
2. Зона отдыха – спальни;
3. Входная распределительная зона – передняя, коридор;
4. Хозяйственная зона – кухня, кухня-столовая;
5. Санитарно-гигиеническая зона – туалет, ванна;
6. Вспомогательная зона – кладовые, погреб, гараж.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 3. Конструктивное решение жилого здания.
План занятия:
1. Конструктивной системой;
2. Строительной системой;
3. Конструктивной схемы
1. Конструктивная система представляет совокупность взаимосвязанных
несущих (вертикальных и горизонтальных) конструктивных элементов,
обеспечивающих прочность, устойчивость и жесткость здания.
Соответственно выбор вида вертикальных несущих конструктивных
элементов определяют основные конструктивные системы здания:
- каркасная;
- бескаркасная (стеновая);
- объемно-блочная;
- комбинированная.
2. Строительная система характеризуется видом материала несущих
конструктивных элементов и технологий возведения здания.
3. Конструктивная схема представляет собой размещение в пространстве
вертикальных и горизонтальных несущих конструктивных элементов
(продольные или поперечные несущие стены, с поперечными лил
продольными ригелями, безригельные).
При описании конструктивного решения последовательно освещают
конструктивную систему и схему, строительную систему, конструкцию и
материал фундамента, стен, перекрытия, перегородок, окон, дверей,
лестницы, покрытия, полов и крыш. При описании конструкции фундамента
указывают глубину заложения и защиту его от воздействия грунтовых вод.
Описывают
систему
водоотвода,
мероприятия
по
обеспечению
пространственной жесткости. В разделе “Стены” следует выполнить
теплотехнический расчет для определения толщины стен.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций (стены).
План занятия:
1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций (стен)
производят по методике изложенной СНиП II-3-79** “Строительная
теплотехника”. Наружную и внутреннюю отделку здания описывают
подробно путем самостоятельного выбора строительных материалов.
Пример теплотехнического расчета
Исходные данные:
Район строительства — г. Курск.
Зона влажности — нормальная
Расчетная зимняя температура, равная температуре наиболее холодной
пятидневки: t н = -26 оС.
Расчетная температура внутреннего воздуха: t в = 18 оС.
Относительная влажность воздуха: 60%.
Влажностный режим помещений — нормальный.
Уровень эксплуатации в нормальной зоне влажности: Б.
Коэффициент теплоотдачи для внутренних стен
в = 8,7 Вт/м2·˚С
Коэффициент теплоотдачи для наружных стен в зимних условиях
н = 23 Вт/м2·˚С
Коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности
ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху: П = 1.
Нормативный
температурный
перепад
между температурой
внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающих
конструкций Δtн = 6 оС.
Стена состоит из слоев:
1. Цементно-песчаная штукатурка:
 = 1800 кг/м3;  = 0,93; S =11,091.
2. Кирпич силикатный сплошной:
 = 1800 кг/м3;  = 0,81; S = 10,92
3. Цементно-песчаная штукатурка:
 = 1800 кг/м3  = 0,93 S =11,091.
1
2
3
Определяем требуемое сопротивление теплопередаче по формуле:
tв  tн
П
t н   в
18  26

 0 ,8429
6  8 ,7
R0тр 
R0тр
Определяем толщину слоя кладки из кирпича

1 1 3
1
  2
 2   R0тр 







в
1
3
н 


 2   0 ,8429 

1
0 ,015 0 ,02
1 



  0 ,81  0 ,52м
8 ,7
0 ,93
0 ,93 23 
Принимаем толщину слоя кладки из кирпича равной =0,64 м.
Проверим ее по формуле:
Д = R1S1 + R2S2 + … + RnSn , где Rn = n/n
R1 
0 ,015
0 ,64
0 ,02
 0 ,0161 R2 
 0 ,79 R3 
 0 ,0215
0 ,93
0 ,81
0 ,93
;
;
Д = 0,016111,091 +0,7910,92 +0,021511,091 = 9,04
что удовлетворяет условию Д>7.
Отсюда толщина стены будет:
 = 1+2+3 = 0,015+0,64+0,02 = 0,675 м
Окончательно принимаем толщину кирпичной кладки равной 640 мм.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 5. Построение фасадов.
План занятия:
1. Фасады
Фасады – это ортогональные проекции здания на вертикальную плоскость
(наружные стены здания, окна, входные двери, крыша).
Чертеж фасада дает представление о внешнем виде здания, его
архитектуре и соотношения его отдельных элементов. Фасады различают:
главный, дворовой, боковые (торцевые)
Главный фасад – это вид здания со стороны улицы или площади.
Определение других фасадов вытекает из их наименования. В проекте
обычно дают фасады всех сторон зданий. Наименование фасадов в проектах
определяется крайними координационными осями (фасад 1-17 или А-Н).
Наименование подписывают над изображением здания. Масштаб фасада
должен быть минимальным, но достаточно для показа рельефа стены,
проемов (оконных и дверных), отверстий в стенах. На чертежах фасад
указывают: деформационные швы; пожарные выходы; трубы наружного
водостока; пандусы у ворот; жалюзийные решетки; рисунки оконных
переплеты или контуры створок и проемов.
Если на фасаде имеются сложные участки их изображают отдельно в
более крупном масштабе, т. е. выполняется фрагмент фасада. Размеры на
чертежах фасада не проставляются.
На фасаде показывают: координационные оси, расположенные по краям
фасада, у деформационных швов в местах уступов в плане и перепадов высот
здания отметки (в метрах): уровня земли, верха стен, верха входных
площадок, элементов площадок (низ и верх оконных и дверных проемов,
расположенных на разных уровнях).
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 6. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. Планы жилого здания.
План – это изображение разрезов здания, расчетного мнимой горизонтальной
плоскостью, расположенной на 1/3 высоты изображенного этажа. Для жилых
зданий мнимую секущую плоскость располагают в дверных и оконных
проемах каждого этажа.
План здания дает представление о его конфигурации и размерах,
выявляет форму и расположение отдельных помещений, оконных и дверных
проемов, несущих стен и перегородок, лестничных клеток.
На планах показывается санитарно – техническое оборудование
(ванны, унитазы, раковины, расположение печей и дымовых или
вентиляционных каналов, расположение мебели).
При выполнении планов в мелком масштабе сложные участки
выполняются на фрагментах. Фрагмент представляет собой отдельный
участок какой-либо части плана, оказанный в большом масштабе и с
большой степенью детализации.
Для жилых зданий могут вычерчиваться планы отдельных секций.
На планах должны быть указаны:
1. Координационные оси здания, расстояние между крайними осями и
между осями.
2. Толщина стен и перегородок с их привязкой к координационными
осями.
3. Размеры проемов (оконных, дверных) и их маркировка.
Размеры помещений (в двух направлениях – ширина, высота). Указывается
площадь помещения в нижнем правом углу.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 7. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. Разрезы жилого здания.
Разрезом здания называется изображение здания, мысленное
рассеченное вертикальной плоскостью. Разрезы на чертежах служат для
выявления объемного и конструктивного решения здания, взаимного
расположения отдельных помещений и конструкций.
На чертежах применяют поперечные и продольные разрезы.
Направление взгляда разрезов применяют, как правило, по плану: снизувверх или справа – налево. При выполнении поперечного разреза секущую
плоскость располагают перпендикулярно коньку крыши или наибольшего
размера здания. Направление секущей плоскости выбирают, что бы она
проходила по наиболее важным конструкциям и частям здания: оконные и
дверных проемах, лестничным клеткам, балконам.
На разрезах наносят и указывают:
1 Координационные оси зданий и расстояние между ними и крайними
осями.
2 Отметки уровня земли, чистого пола, этажей и площадок.
3 Отметки низа несущей конструкции покрытия.
4 Толщину стен и их привязку к координационным осям.
5 Размеры и привязку по высоте проемов и отверстий
Тема 8. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. Генеральный план.
При размещении жилых зданий, предусматривается специальная
территория.
При отдельно стоящих зданиях минимальные размеры хозяйственного
двора определяется условиями разворота автомашин.
Хоздвор должен иметь уклон в сторону от здания, что обеспечивает
сток ливневых вод на улицу.
Участок выбирают ближе к зеленым массивам, в отдалении от
транспортных магистралей.
Защитная зона (зеленая) вокруг жилого участка от 1,5-3,0 м, что
позволяет высадить один ряд деревьев и кустарников. Со стороны
магистрали зеленную зону увеличивают до 6 м.
Ширина проездов вокруг жилого дома должна быть не менее 3,5 м, а
внутренние дорожки шириной 1-2м.
Ориентация спальных помещений предусматривает их обращение на
юг, юго-восток и восток, запад, юго-запад.
Зону отдыха располагают не менее высоты жилого дома от границы
зоны транспорта. Следует размещать спортивные зоны, от которых ее
необходимо отделить зеленной полоской с высоко растущими деревьями и
кустарниками.
Спортивную зону лучше расположить позади жилого здания или
сбоку, но не ближе 10 м. Ориентация длиной оси спортивного ядра должна
быть в направлении с севера на юг.
Площади для подвижных игр
и отдыха размещаются в
непосредственной близости к выходам жилого здания.
Площадка для младших детей оборудуются песочницей, горками,
декоративными скульптурами для лазания.
Хозяйственную зону располагают в непосредственной близости к
транспортной развязке. Для этой зоны предусматривается самостоятельный
въезд с улицы или внутреннего проезда жилого микрорайона.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 9. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. Планы фундаментов.
Планом фундамента называется разрез здания горизонтальной
плоскостью на уровне обреза фундамента. План фундамента показывает
конфигурацию фундамента под несущей стеной.
На плане фундамент показывает конфигурацию подошвы фундамента,
подбетонок, уступы для перехода от одной глубины заложения к другой и их
размеры, марки сборных элементов (фундамент, подушки, блоки с
размерами), монолитные участки.
Для полного выявления конструкции фундамента дают поперечные сечения.
На сечении изображают контуры фундамента, низа стены или цоколя, пол
помещения, поверхность земли, гидроизоляцию. На сечении проставляют
размеры уступов, отдельных элементов фундамент, ширину подошвы и
обреза фундамента, а также толщину стен с их привязкой к обоим осям. На
сечении ставят следующие отметки: уровень пола 1 этажа; обреза; подошвы;
уровень поверхности земли.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 10. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. Планы покрытий и перекрытий.
План перекрытий и покрытий – это раскладка плит перекрытия или
покрытия на несущие наружные и внутренние стены после монтажа.
На планах перекрытий и покрытий указывают:
- координационные оси, расстояние между ними;
- привязку несущих стен к координационным осям.
План чердачного или междуэтажного перекрытия из ЖБК и по
деревянным балкам выполняют в том масштабе, что и план здания. На плане
по деревянным балкам показывают: контуры несущих стен, расположение
прогонов и балок перекрытия, их анкировку, тип щитов перекрытия,
расположение люков.
На чертежах плана балок дают выноски отдельных узлов и деталей,
марки щитов, балок и прогонов, их шаг, расстояние от оси балок до оси
стены и другие необходимые размеры для определения и расположения
конструкции.
На плане перекрытия из ж/б конструкций показывают: контуры
наружных и внутренних несущих стен здания, схему расположения плит
перекрытия. На плане указывают марки плит перекрытия их число, ширину и
расстояние от края панели до плоскости стены, величину их опирания,
маркировку.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 11. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. План кровли.
План кровли обязателен для зданий с внутренним водостоком
независимо от сложности формы здания в плане.
В зданиях с наружным водостоком план кровли дается при сложной
конфигурации здания в плане, а также когда на крыше имеются надстройка,
вентиляционные устройства и т. д.
На плане кровли наносят:
- координатные оси с указанием расстояния между ними, оси у
деформационных швов, в местах уступов в плане и перепадов высот, у
водосточных воронок;
- размеры участков с различной конструкцией и материалом кровли;
- марки парапетных плит, элементов металлических ограждений
кровли и пожарных лестниц;
- схематический поперечный профиль кровли с указанием направления
и величины уклонов.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
Тема 12. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. Архитектурно-конструктивные узлы.
Архитектурно-конструктивные узлы подбираются по типовым проектам
разработанными институтами.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2час.
Тема 13. Рабочие чертежи. Архитектурно-строительная часть.
План занятия:
1. Окна и двери.
Размеры и габариты окон и дверей выбирают по ГОСТ «Окна» и «Двери».
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2час.
Тема 14-15. Рабочие чертежи.
План занятия:
1. Технико-экономические показатели
Основной задачей экономики проектирования зданий является выбор
рационального объемно – планировочного решения. Под рациональным
объемно – планировочным решением жилого здания понимают
экономически эффективное и удобное для эксплуатации решение.
На технико-экономические показатели объемно - планировочное
решение жилого здания оказывает влияние следующие параметры: длина и
ширина, высота этажа, высота здания, этажность, площадь и планировка
квартиры и комнат.
Оценку объемно – планировочного и конструктивного решений жилого
здания производят по следующим основным показателям:
- площадь застройки (S3) определяют по внешнему периметру здания на
уровне цоколя (по внешнему обводу стен);
- строительный объем (V) определяют умножением площади застройки на
высоту здания (Верх крыши);
- общая площадь (Sобщ) представляет сумму площадей помещений всех
этажей в чистоте (т.е. измеренных в пределах внутренних поверхностей
ограждений) за вычетом площадей лестничных клеток, внутренних стен,
опор и перегородок;
- жилая площадь (Sж) определяют как сумму площадей жилых комнат,
предназначенных для отдыха и проживания. Сюда не входят площади кухни,
передней и санитарного узла (туалет, ванная).
- планировочный коэффициент (К1) определяют как отношение жилой
площади к общей:
К1 
S жил .
S общ.
Данный коэффициент определяет эффективность планировочного решения;
- объемный коэффициент (К2) определяют как отношение объема здания к
жилой площади:
К2 
V
S жил .
Этот коэффициент указывает на рациональность – использования
объема здания.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3,4,5].
Контрольное задание по СРС: [2, 3] – 2часа.
5 Методические указания для выполнения практических работ
Лабораторные работы не предусмотрены по данной дисциплине
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Тема 1. Сбор нагрузок
Цель занятия: В соответствии со СНиП 2.01.07-85* выполнить сбор
нагрузок.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по сбору
нагрузок, задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете
в [1].
Тема 2. Расчет прочности изгибаемых элементов прямоугольного профиля
по нормальным сечениям.
Цель занятия: Подбор сечения, расчет армирования (рабочей,
монтажной, поперечной арматуры и ее шага).
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 3. Расчет прочности нормального сечения изгибаемых элементов
таврового профиля с одиночным армированием.
Цель занятия: Подбор сечения, расчет армирования (рабочей,
монтажной, поперечной арматуры и ее шага).
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 4. Расчет на прочность центрально-растянутых стальных
элементов.
Цель занятия: Подбор сечения растянутого элемента, проверка
прочности принятого или имеющегося элемента.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 5. Расчет на прочность центрально-сжатых стальных элементов.
Цель занятия: Подбор сечения сжатого элемента, проверка прочности
принятого или имеющегося элемента.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 6. Расчет сварных соединений
Цель занятия: Определить длину сварного шва
Пример: Рассчитать прикрепление растянутого стержня из стали С345,
состоящего из двух равнополочных уголков 80х7мм, к фасонке из такой же
стали толщиной t=12 мм (рисунок 1.3, б) сварка полуавтоматическая в
углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Усилие в стержне равно N
= 700кН.
Решение:
• по таблицам 51, 55*, 56 [3] для сварочной проволоки Cв-08Г2С
расчетное сопротивление металла шва Rωt=21,5кН/см2;
• по таблице 51 [3] принимаем для уголков толщиной 7 мм из стали С345
Run=490 Н/мм2=49 кН/м2 и по формуле (1.4 [2]) Rωz = 0.45⋅49 = 22.05
кН/см2;
• определяем усилие, приходящееся на один уголок
N1 = 0.5⋅N = 350кН;
• распределяем усилие N1 между швами на обушке и на пере уголка (для
равнополочного уголка)
0,7⋅N1 = 0.7⋅350 = 245 кН и 0,3⋅N1 = 0,3⋅350 кН;
• определяем, какое из сечений более опасно (расчетное сечение
соединения):
а) по границе сплавления Rωz⋅βz = 22,05⋅1,05 = 22,21 кН/см2 для фасонки
толщиной 1,2 см - Run=37 кН/см2;
б) по металлу шва βf⋅Rωt = 0,9⋅21,5 = 19,35 кН/м2;
коэффициенты βf и βz принимаются по таблице 34* [3] тогда βz⋅Rωz =
= 22,21 > βf ⋅Rωf = 19.35, значит расчетным сечением является сечение
по металлу шва;
• при толщине фасонки 12 мм по таблице 38* [3] минимальный катет
шва
kf,min= 6 мм, а при толщине уголка 7 мм максимальное значение катета
шва kf,max= 0,9⋅7 = 6,3мм. Принимаем катеты швов на обушке и пере
одинаковыми – kf = 6мм;
• определяем требуемые длины швов из формулы (1.1):
на обушке уголка lω1 = 0.7⋅N1/(βf⋅kf⋅Rωf) = 245/(0.9⋅0.6⋅21.5) = 21.1см;
на пере уголка lω2 = 0,3⋅N1/(βf ⋅kf Rωf) = 105/(0.9⋅0.6⋅21.5) = 9.04см;
• определяем предельную расчетную длину шва
85⋅βf ⋅kf = 85⋅0,9⋅0,6 = 45,9 см = 459мм > 211мм;
считаем, что шов работает равномерно по всей длине;
•
учитывая непровар в концевых участках шва, окончательно
принимаем
длину шва:
на обушке lω1 = 21,1+1=22.1 см, окончательно принимаем lω1 = 23 см;
на пере lω2 = 9,04+1 = 10.04 см окончательно принимаем lω2 = 11 см.
Тема 7. Расчет болтовых соединений.
Цель занятия: Научиться подбирать болты и рассчитывать их на
прочность исходя из данных.
Пример: Запроектировать стыки листов сечением 500х12мм из стали
С245 (рисунок 1.4). Болты класса точности В. На соединение действует
растягивающая сила N=1000 кН.
Решение:
• для стали С245 принимаем:
расчетное сопротивление
Ry=24 кН/см2 (таблица 51* [3]);
временное сопротивление отрыву Run=37 кН/см2 (таблица 51* [3]);
расчетное сопротивление смятию Rbp=46 кН/см2 (таблица 51* [3]);
• стык проектируем симметричным с двумя накладками толщиной 8мм
каждая;
• выбираем болты класса прочности 5.8 (таблица 58* [3]):
расчетное сопротивление срезу равно
Rbs=0.40⋅ Rbun=0.40⋅50=20 кН/см2;
• принимаем диаметр болтов db=20 мм;
• γb=0.9 для многоболтового соединения (таблица 35*[3]), γc=1.0;
• по формуле (1.8) определяем расчетное усилие, которое может быть
воспринято одним болтом на срез
Nb'= (20⋅0.9⋅3.14⋅22⋅2⋅1)/4=113.04 кН;
• на смятие по формуле (1.9) при Rbp=1.35⋅Run=1.35⋅37=50 кН/см2
Nb''=50⋅0.9⋅2⋅1.2⋅1=108 кН;
• Σt=12 мм (толщина накладок 2⋅8=16 мм, что больше толщины
соединяемого элемента);
• таким образом, требуемое число болтов определяем из условия смятия,
т.к. Nb,min=Nb''<Nb'. На полунакладке требуется болтов по (1.11[2])
n=N/Nb,min=1000/108=9.26,
• округляя в большую сторону принимаем 10 болтов, расположенных
в
два ряда по 5 болтов в каждом ряду;
• проверяем несущую способность листа, ослабленного отверстиями для
болтов, с учетом упругопластической работы элементов и накладок в зоне
стыка:
принимаем γc=1,1 и диаметр отверстий d=23мм (для точности класса
В);
тогда должно быть обеспечено условие
N= Ry⋅An⋅γc или 1,2 ⋅ (50 - 5 ⋅ 2,3) ⋅ 24 ⋅ 1,1 = 1220 > 1000 кН,
прочность соединяемых элементов обеспечена;
сечение накладок проверять не надо, т.к. Аn двух накладок больше
площади соединяемых элементов.
Тема 8. Проектирование балочной клетки
Цель занятия: Научиться проектировать конструкцию балочной
площадки с металлическим настилом.
Пример: Запроектировать конструкцию балочной площадки с
металлическим настилом толщиной tн=10 мм и размером ячейки 18*6 м
(рисунок 2.4). Нормативная равномерно распределенная нагрузка Рn=20 кН/м2,
коэффициент γƒ=1.2, материал балок – сталь С235 с Rу=23 кН/см2 , γс=1,
предельный прогиб [ƒ/l]≤1/250.
Решение:
• рассматриваем два варианта компоновки балочной клетки: первый –
нормальный тип и второй усложненный тип (рисунок 2.4, а и б):
• первый вариант:
приняв расстояние между балками настила 120 см делим пролет
главной балки на 15 равных промежутков;
определяем вес настила при tн=10 мм
qн=1⋅0.785=0.785 кН/м2;
тогда нормативная нагрузка на балку настила будет равна
qn=(Рн+qн)⋅а=(20+0.785)⋅1.2 = 24.94 кН/м = 0.2494 кН/см;
расчетная нагрузка q=(γƒ⋅Рн+γƒ⋅qн) = (1.2⋅20+1.05⋅0.785)⋅1.2 = 29.79 кН/м;
определяем расчетный изгибающий момент
М=q⋅ℓ2/8=29.79⋅62/8=134.04 кН⋅м;
требуемый момент сопротивления по (2.14) при сх=1.1
Wn.треб
.=530
см3;
1 – балка настила; 2 – вспомогательная балка; I – нагрузка; II – расчетная схема;
а – нормальный тип; б – усложненный тип
Рисунок 2.4 – К примеру расчета.
по сортаменту принимаем I33 по ГОСТ 8239-89* с Wx=597 см3;
Jx=9840 см4; q=42.2 кг/м; b=140 мм. Так как принято Wх>Wn, треб., то
прочность проверять не нужно;
проверяем прогиб балки по (2.19)
таким образом, сечение балки удовлетворяет условиям прочности
и прогиба;
общую устойчивость балок проверять не надо, так как их сжатые
пояса надежно закреплены настилом;
определяем расход металла на 1 м2 перекрытия
1.0⋅78.5+42.2/1.2=113.7 кг/м2.
• второй вариант:
шаг балок настила а = 600/6 = 100 см, пролет ℓ = 4.5 м;
определяем нормативную и расчетную нагрузки
qn = (20+0.785)⋅1.0 = 20.78 кН/м = 0.2078 кН/см;
q = (1.2⋅20+1.05⋅0.785) = 24.82 кН/м = 0.2482 кН/см;
расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления
М = 24.82⋅4.52/8 = 62.83 кН⋅м = 6283 кН⋅см;
по сортаменту принимаем I24 с Wx = 289 см3 >Wтреб; Jx = 3460 см4;
q = 27.3 кг/м;
проверяем прогиб балки по (2.19 [2])
принятое сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости;
нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределенной, так как число балок настила больше 5;
определяем нормативную и расчетную нагрузки
qn = (20+0.785+0.273)⋅4.5 = 94.76 кН/м ≈ 0.95 кН/см;
q = (1.2⋅20+1.05⋅(0.785+0.273))⋅4.5 = 113 кН/м;
расчетный изгибающий момент и требуемый момент сопротивления
М = 113⋅62/8 = 508.5 кН⋅м = 50850 кН⋅см;
по сортаменту принимаем I55 с Wx=2035 см3>Wтреб.; Jx=55962 см4;
q=92.6 кг/м; bt=18 cм; tƒ=1.65 cм;
проверяем прогиб балки по (2.19 [2])
проверяем общую устойчивость балок при lеƒ=100 см, с1х = сх
определяем отношение lеƒ/bt по формуле таблицы 8* [3]
принятое сечение удовлетворяет требованиям прочности, устойчивости
и жесткости (прогиба);
расход металла G=78.5+27.3/1+92.6/4.5=126.38 кг/м2;
• таким образом по расходу металла первый вариант выгоднее.
Тема 9. Расчет изгибаемых деревянных элементов
Цель занятия: Подбор сечения изгибаемого элемента, проверка
прочности принятого или имеющегося элемента.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 10. Понятие об относительной прочности конструкционных
материалов.
Цель занятия: Определение и сравнение относительной прочности
конструкционных материалов.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 11. Определение расчетных сопротивлений и веса деревянных
элементов. Расчет на центральное растяжение.
Цель занятия: определение расчетных сопротивлений и напряжений,
площади поперечного сечения и веса древесины.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 12. Расчет элементов деревянных конструкций центрального сечения на
центральное сжатие и поперечный изгиб.
Цель занятия: Определение коэффициента продольного изгиба,
напряжений, момента сопротивления и момента инерции.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
Тема 13. Расчет соединений элементов деревянных конструкций
Цель занятия: Проверка прочности соединений элементов
деревянных конструкций.
Теоретические сведения, примеры и некоторые указания по расчету,
задачи для самостоятельной работы и варианты заданий вы найдете в [1].
6 Тематический план самостоятельной работы студента с
преподавателем
Наименование
темы СРСП
Цель
занятия
Форма
проведения
Содержание
задания
Рекоменд
уемая
литерату
ра
Тема 1
Строительная
климатология
Углубление
знаний по
данной теме
Семинар
Тема 2 Понятие о
строительной
теплотехнике
Применение
законов
строительной
физики в
расчетах
Семинар
Тема 3 Понятие о
строительной
светотехнике
Применение
законов
строительной
физики в
расчетах
Семинар
Тема 4 Понятие о
строительной
акустике
Применение
законов
строительной
физики в
расчетах
Получение
практических
навыков
работы со
СНиПами
Семинар
Тема 5
Строительные
нормы и правила
Тема 6
Государственные
стандарты
Тема 7
Республиканские
строительные
нормы
Получение
практических
навыков
пользоваться
ГОСТами
Получение
практических
навыков
пользоваться
РСНами
Температуры
района
строительств
а,
напрвление
и скорости
ветра,
построение
розы ветров
Определение
параметров
температурн
овлажностног
о режимов
помещения
Определение
коэффициен
та
естественной
освещенност
и
Определение
параметров
слышимости
1,3,[5]
1,3,[5]
[5]
1,2,[5]
Практические Изучение
СНиПы
занятия
СниПов и
номограмм и
таблиц для
расчета
технических
параметров
зданий
Практические Изучение
ГОСТ
занятия
основных
ы
положений
ГОСТов
Практические Изучение
занятия
основных
положений
РСНов
РСНы и
СП
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ
1. Основные направления повышения технического уровня и снижения
себестоимости гражданского строительства.
2. Освещение и воздухообмен в жилых и общественных зданиях.
3. Звукопоглощающие облицовки и акустические экраны.
4. Современные виды кровли.
5. Противопожарные мероприятия, предусматриваемые в проектах
промышленных зданий.
6. Способы воздухообмена в помещениях промышленных зданий
7. Строительно-акустические методы снижения шума.
8. Эвакуация людей из промышленных зданий.
9. Технико-экономическая оценка промышленных зданий
10. Железобетонные
и
бетонные
конструктивные
элементы
промышленных зданий.
11. Влияние развития строительной техники на архитектуру.
12. Строительство в условиях вечной мерзлоты.
13. Строительство в сейсмических районах.
14. Современные строительные материалы и способы для устройства
полов.
15. Инновационные технологии в применении звукоизоляционных
материалов жилых и промышленных зданий.
.
7 Материалы для контроля знаний студентов в период рубежного
контроля и итоговой аттестации
Контрольные работы не предусмотрены по данной дисциплине. Рубежный
контроль и аттестация проводится по разделам курсовой работы или проекта.
7.1 Тематика письменных работ по дисциплине
Тематика рефератов:
1. Конструкции из дерева и пластмасс
1. Плоские сплошные деревянные конструкции
2. Плоские сквозные деревянные конструкции
3. Пространственные деревянные конструкции
4. Конструкции с применением пластмасс
2. Металлические конструкции
1. Балки перекрытий
2. Стропильные фермы
3. Колонны
4. Листовые конструкции
3. Железобетонные конструкций
1. Сущность железобетона
2. Особенности физико-механических свойств некоторых видов бетона
3. Неметаллическая арматура
4. Особенности заводского производства железобетона
4. Каменные и армокаменные конструкции
1. Проектирование каменных и армокаменных конструкции