Курс лекций для студентов специальности 5В073000 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

а — кольцевого профиля; б - серповидного профиля;
в — профиля, разработанного И. Н. Тихоновым
С 1990 г. многие металлургические заводы стран СНГ, производящие арматурный прокат для строительства, начали массовое освоение зарубежных рынков сбыта своей продукции, ориентируясь при этом на требования стандартов стран-покупателей арматурной стали. Основные производители арматуры в СНГ перешли на выпуск нового проката с периодическим профилем европейского образца по СТО АСЧМ 7-93 и ГОСТ 1088-94 (рис. 41, б). В странах Европы и СНГ серповидный профиль широко используется и выполняется согласно нормам EN-10080-1 (1998). По сравнению с кольцевым серповидный профиль способствует формированию более высоких (выше на 4.. .8 %) прочностных и пластических свойств при прокатке, не имеет концентраторов напряжений в виде пересечений, однако имеет худшие показатели, характеризующие прочность и жесткость сцепления с бетоном. Многочисленными исследованиями доказано, что в массивных конструкциях с большой толщиной защитного слоя бетона экономически целесообразно применять кольцевой профиль из- за его высокой анкерующей способности. В конструкциях тонкостенных, особенно предварительно напряженных, объективно применение арматуры серповидного профиля для обеспечения высокой степени их эксплуатационной надежности.
В 2002 г. руководителем Центра проектирования и экспертизы НИИЖБ (Москва) И. Н. Тихоновым было найдено оригинальное компромиссное решение, которое позволяет в основном разрешить противоречия между профилями по ГОСТ 5781 и СТО АСЧМ 7-93. Новый арматурный профиль по своей конструкции и взаимодействию с бетоном выгодно отличается от кольцевого и серповидного главным образом из-за чередования по длине стержня вершин смежных серповидных поперечных ребер во взаимно перпендикулярных осевых плоскостях (рис. 41, в). Он обеспечивает высокую жесткость и прочность сцепления при низкой распорности в бетоне. На рис. 42 показаны внешне разнообразные виды холоднодеформированной арматуры. Виды арматурных сеток и каркасов и типы закладных деталей сборных железобетонных элементов представлены на рис. 43, 44.


42. Виды холоднодеформированной арматуры

В зависимости от способа армирования различают железобетонные изделия с обычной и предварительно напряженной арматурой. При обычном армировании производится укладка в бетон стальных стержней, сеток или каркасов. Однако при изгибе такой способ армирования не предохраняет от образования трещин в растягиваемой зоне бетона. Чтобы предельная деформация наступала в бетоне и стали одновременно, нужно соединить бетон с частично растянутой арматурой. Это достигается ее предварительным напряжением.

При напряжении арматуру после укладки в форму растягивают тем или иным способом, закрепляют в растянутом состоянии и после заполнения формы бетонной смесью и ее затвердевания освобождают от растяжения. При этом арматура сокращается и увлекает сцепившийся с нею бетон, обжимая железобетонный элемент в целом.
Таким образом, цель натяжения арматуры - создание в бетоне предварительного обжатия, превышающего растягивающее напряжение, возникающее при эксплуатации бетона. При нагрузке предварительно напряженные изделия растягивающей или изгибающей силой арматура будет продолжать упруго растягиваться и воспринимать усилия (так как при натяжении арматуры используется далеко не весь предел ее прочности). При этом напряжения сжатия в бетоне начнут уменьшаться, достигнут нулевого значения и только уже близко к пределу разрушения конструкции возникнут растягивающие усилия, причем значительно меньшие, чем в бетоне, армированном без предварительного напряжения. Трещины образуются значительно позже, а величина их меньше.


Рис. 43. Виды арматурных сеток и каркасов а, б, в - плоские; г, д, е - пространственные; ж - круглый; и - гнутый





Рис. 44. Типы закладных деталей сборных железобетонных элементов

Предварительное напряжение позволяет применять для армирования высокопрочную сталь, снижая расход металла в 2... 2,5 раза. Соответственно используется и бетон повышенной прочности, что дает возможность уменьшить сечение конструкции. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используется прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность и непроницаемость. Пониженный расход металла, меньшая масса и повышенная трещиностойкость предварительно напряженного бетона обеспечили широкое его распространение. В России, где впервые в мире было начато серийное заводское производство сборных, предварительно напряженных конструкций, темпы роста их производства были исключительно высоки и значительно опережали темпы роста производства всего сборного железобетона.

Натяжение арматуры производится двумя способами: механическим - с помощью домкратов и других натяжных машин и электротермическим - с нагревом арматурных элементов электрическим током. После нагрева формы, закрепленные на жестких упорах, остывают, сжимаются и в них возникают необходимые напряжения. Электротермический способ является более экономичным и производительным.
В современном строительстве бетон и железобетон - основные строительные материалы. Благодаря универсальности и комплексу ценных свойств железобетонные конструкции на тяжелых и легких бетонах используются для строительства всех типов зданий и инженерных сооружений. Так, массовое строительство жилых зданий осуществляется из сборного железобетона, причем из него выполняют все элементы здания. В многоэтажных кирпичных зданиях фундаменты и перекрытия - железобетонные. Промышленные здания и инженерные сооружения в основном возводят из железобетона.
Широкое применение железобетона обеспечивает экономию металла и древесины в строительстве, способствует повышению эффективности труда и темпов строительных работ. В зависимости от способа изготовления железобетонные конструкции могут быть монолитными и сборными.
Монолитный железобетон. Так называют железобетон, изготовляемый непосредственно на строительной площадке. На месте возведения конструкции устанавливают опалубку. Назначение опалубки - придать бетонной смеси при ее укладке форму будущей конструкции. Опалубку выполняют из древесины, фанеры, стали или различных их комбинаций. Обычно применяют разборно-переставную опалубку из мелких или крупных щитов.
В опалубку укладывают арматуру, затем заливают бетонную смесь. Последнюю уплотняют глубинными или поверхностными вибраторами, навешиваемыми на опалубку.
Бетон после укладки первые 7...10 дней необходимо защищать от высыхания, а зимой - от замерзания. В противном случае не будет достигнута требуемая прочность. Бетон твердеет обычно естественным путем, зимой возможен его подогрев. Опалубку снимают до достижения бетоном достаточной прочности, чаще всего через 7.10 дней.
В последние годы монолитный железобетон применяют все шире. Из него возводят здания и сооружения, не поддающиеся разделению на однотипные элементы, при особо больших или динамических нагрузках на конструкции зданий и сооружений (например, фундаменты и каркасы многоэтажных жилых и промышленных зданий, особенно в сейсмических районах), гидротехнические сооружения и т.п.
С каждым годом расширяется строительство из монолитного бетона городских и сельских жилых зданий. Особенно эффективно такое строительство в случае применения специально изготовленной металлической опалубки многократного использования, что позволяет добиться большой точности изготовления строительных конструкций при низких трудозатратах.
Для монолитного строительства используются тяжелые и легкие бетоны на быстротвердеющих цементах. При правильной организации труда скорость строительства из монолитного бетона не уступает скорости монтажа из сборных элементов.


Рис. 4 5. Храм Христа Спасителя (слева) и подземный торгооый коопглекс « Охотый ряд» (спраааа

За последние годы в городах России построено много нестандартных сооружений из монолитного бетона, в том числе и такие уникальные, как храм Христа Спасителя, подземный торговый комплекс на Манежной площади в Москве и др. (рис. 45). В монолитных конструкциях более эффективно достигаются необходимые эксплуатационные качества зданий: герметизация

наружных стен, звукоизоляция, огнестойкость, долговечность.
Сборный железобетон. Сборные железобетонные изделия и конструкции представляют собой крупноразмерные элементы, изготовляемые на заводе или полигоне домостроительного комбината. Основное преимущество таких конструкций - высокомеханизированные и автоматизированные методы их изготовления; на стройплощадке эти элементы только монтируют, что резко сокращает сроки строительства, повышает производительность труда и позволяет широко применять новые эффективные материалы (легкие и ячеистые бетоны, отделочную керамику, пластмассы).
Для изготовления сборных железобетонных конструкций применяют все основные виды бетона: тяжелые, легкие и ячеистые. Бетоны часто применяют в сочетании с материалами специального назначения (теплоизоляционными, звукоизоляционными,
гидроизоляционными, антикоррозионными), которые значительно улучшают эксплуатационные качества сборных конструкций и повышают их долговечность.
Из сборного железобетона изготовляют все части зданий: фундаменты, стены подвала, наружные и внутренние стены, элементы каркаса, междуэтажные перекрытия, кровлю, лестницы и др. Сборный железобетон является наиболее индустриальным видом строительной технологии. Именно сборный железобетон обеспечил решение жилищной проблемы в нашей стране.

8. 
   Основные виды сборных железобетонных изделий
   

Изделия для фундаментов зданий. К ним относятся фундаментные плиты (блоки) - массивные железобетонные элементы трапециедальной или прямоугольной формы, укладываемые при устройстве фундамента непосредственно на грунт (рис. 46, а).