Общие сведения строительных конструкций, их классификация по типу, материалу, форме, структуре.

Конспект лекций. Тема: 1. Общие сведения строительных конструкций, их классификация по типу, материалу, форме, структуре. Строительные конструкций по функ­циональному назначению условно можно разделить на несущие и ограждающие. Если такие конструкции, как арки, фер­мы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т. п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важ­нейших тенденций развития современных строительных кон­струкций. Несущие строи­тельные конструкции подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т. п.). Пространственные конструкциихарактеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов. Новые типы пространственных конструк­ций, например структурные конструкции из прокатных профи­лей на болтовых соединениях, отличаются как экономичнос­тью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы стро­ительных конструкций: бетонные и железобетонные, стальные, каменные, деревянные. Бетонные и железобетонные конструкции — наиболее распро­страненные как по объему, так и по областям применения. Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального из­готовления, используемых при возведении жилых, обществен­ных и производственных зданий и многих инженерных сооруже­ний. Применение высокопрочных бетонов и ар­матуры, рост производства предварительно напряженных кон­струкций, расширение областей использования легких и ячеис­тых бетонов способствуют уменьшению массы, снижению стоимости и расхода материалов в железобетонных конструк­циях. Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролетных зданий и сооружений, для цехов с тяжелым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой емкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области использования стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. Существенное преимущество сталь­ных конструкций по сравнению с железобетонными — их мень­шая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных об­ластях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах. Основная область применения Каменных конструкций — сте­ны и перегородки. Здания из кирпича, природного камня, мел­ких блоков и т. п. в меньшей степени удовлетворяют требовани­ям индустриального строительства, чем крупнопанельные зда­ния. Поэтому их доля в общем объеме строительства постепенно снижается. Основное направление в развитии современных Деревянных конструкций — переход к конструкциям из клееной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения контруктивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с дере­вянными конструкциями других видов. Несущие и ограждающие Клееные конструкции Находят широкое применение в сельском строительстве. В современном строительстве значительное распростра­нение получают новые типы индустриальных конструкций — Асбестоцементные изделия и конструкции, пневматические строи­тельные конструкции, конструкции из легких сплавов и с приме­нением пластических масс. Их основные достоинства — низкая удельная масса и возможность заводского изготовления на ме­ханизированных поточных линиях. 2. Основное положение расчета строительных конструкций. Расчетные коэффициенты. Нормативные и расчетные нагрузки и сопротивления. Расчетные нагрузки несущих строительных конструкций и оснований производится по методу расчетных предельных состояний. Расчетными предельными состояниями называются такие состояния конструкций, при которых величины усилий, напряжений, деформаций или местных повреждений превышают величины, указанные в «Строительных нормах и правилах» или в «Технических условиях». Устанавливаются три расчетных предельных состояния: первое предельное состояние, определяемое несущей способностью (прочностью, устойчивостью или выносливостью); второе — определяемое развитием чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок; третье — определяемое образованием трещин или появлением местных повреждений. Установленные нормами наибольшие величины внешних воздействий (нагрузок), допускаемых при нормальной эксплуатации конструкций или оснований; называются нормативными нагрузками. Коэффициенты, учитывающие опасность превышения нагрузок по сравнению с их нормативными значениями, называются коэффициентами перегрузки. Произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки называется расчетной нагрузкой. Расчетные, нормативные нагрузки и коэффициенты перегрузки Классификация и характеристика нагрузок и воздействий. По времени действия нагрузки и воздействия относятся к постоянным (когда направление, место и время их приложения можно считать не­изменными), временным длительным и кратковременным (нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать) и особым. К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся: вес постоянных частей зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воз-действие пред­варительного напряжения. К временным длительным нагрузкам и воздействиям относятся: вес стационарного оборудования; вес жидкостей и сыпучих материалов в емкостях; давление газов и жидкостей в резервуарах,    газгольдерах и трубопроводах; нагрузка на перекрытия складов, библиотек, архивов и подсобных помещений, длительные температурные технологические воздействия и т. п. К кратковременным нагрузкам и воздействиям относятся: атмо­сферные — снеговые, ветровые, гололедные нагрузки и температурные климатические воздействия; нагрузки от подъемно-транспортного обо­рудования; нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий от массы людей, мебели и подобного легкого оборудования; ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования; нагрузки и воздействия, возникающие при перевозке строительных конструкций, монтаже и перестановке оборудования и т. п. К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки и воздействия, вызываемые неисправ­ностью или полом-кой оборудования и резкими нарушениями техноло­гического процесса; воздействия просадок основания, обусловленных коренным изменением структуры грунтов (деформаций просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании, просадка грунтов в районах горных выработок и карстовых районах).  Нормативные нагрузки. Характеристиками нагрузок являются их нормативные значения, принимаемые на основе статистических дан­ных или по номинальному значению. Нормативные значения нагру­зок от массы конструкций определяются по данным стандартов и заво­дов-изготовителей или по размерам, устанавливаемым в процессе про­ектирования на основе опыта предыдущих проектировок и справочных материалов. Нагрузка от грунтов устанавливается в зависимости от вида грунта и его плотности. Нормативные воздействия предваритель­ного напряжения конструкций устанавливают в процессе проектирования. Временные длительные нагрузки и воздействия на перекрытия складских помещений, архивов, библиотек и т. п. принимают по СНиП; вес оборудования - по стандартам, каталогам или по проектному за­данию; данные по газам, длительные температурные и другие воздей­ствия на конструкции устанавливают в зависимости от работы обору­дования и указывают в проектных заданиях. Кратковременные нагрузки и воздействия на перекрытия жилых и общественных зданий от массы людей, мебели и т. п., а также на пере­крытия производственных площадок устанавливают в соответствии с действующими инструктивно-нормативными документами. Нагрузки от серийного подъемно-транспортного оборудования принимают по соответствующим стандартам, а для индивидуального - по данным завод­ских паспортов. Нагрузки и воздействия от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, устанав­ливают на основе опыта эксплуатации этого оборудования и приводят в проектных заданиях. При расчете балок перекрытий, собирающих нагрузку с большой грузовой площади, а также для колонн высотных зданий нагрузку разрешается понижать в соответствии с нормативными документами. Снеговая нагрузка. Нормативное значение снеговой нагруз­ки р0 на 1 м2 площади горизонтальной проекции покрытия устанавлива­ют на основании данных гидрометеорологической службы как среднее арифметическое значение ежегодных максимумов запаса воды в снего­вом покрове, выбранных из результатов снегосъемок на защищенном от воздействия ветра участке, за период не менее 10 лет. Расчетные нагрузки и коэффициенты перегрузки (надежности по нагрузке).  Коэффициент n учитывает изменчивость нагрузок, завися­щую от ряда факторов, вследствие случайных отступлений от задан­ных условий нормальной эксплуатации. Коэффициенты надежности по нагрузке устанавливают после обработки статистических данных на­блюдений за фактическими нагрузками, которые отмечены во время эксплуатации сооружений. Эти коэффициенты зависят от вида нагруз­ки, вследствие чего каждая  нагрузка   имеет свое значение коэффициента. По СНиП II-6-74 и СТ СЭВ значения n для нагрузок от массы строительных конструкций принимаются в зависимости от способа их изготовления. Так, при заводском изготовлении элементов строитель­ных конструкций и при постоянном значении плотности он принимает­ся равным 1,1; при изготовлении в построечных условиях и колеблю­щемся значении плотности — 1,2—1,3; для металлических конструк­ций— 1,05. Если постоянная нагрузка оказывает благоприятное воз­действие на ра-боту сооружения (например, при проверке на опроки­дывание, против всплытия, скольжения и т. п.), коэффициент принима­ют равным 0,9. Более подробно значения коэффициентов перегрузки приведены в СНиП II-6-74 и в соответствующих разделах учебника. Коэффициенты перегрузки характеризуют толь-ко изменчивость на­грузок. Они не учитывают динамического воздействия на-грузки, кото­рое характеризуется специальным коэффициентом динамичности, пред­ставляющим собой отношение наибольшего напряжения (прогиба) при динамическом воздействии к напряжению (прогибу) при статическом воз-действии той же нагрузки. Коэффициенты не учитывают и перспек­тивного возрастания нагрузки с течением времени, например возраста­ния временной нагрузки на подкрановые балки при изменении грузо­подъемности кранов и т. п.  Сочетание нагрузок. Нагрузки воздействуют на конструкции не раздельно, а в сочетании друг с другом. Различают следующие сочетания нагрузок: а)основные сочетания, состоящие из постоянных и временных дли­тельных и кратко-временных нагрузок и воздействий; б)особые сочетания, состоящие из постоянных, временных дли­тельных, кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий. Одновременное появление наибольших значений нескольких нагру­зок менее вероятно, чем появление наибольшего значения одной; по­этому, чем сложнее сочетание, тем меньше вероятность появления наи­большего значения нагрузок в этом сочетании. Чрезвычайно малая вероятность одновременного появления нагрузок наибольшего значения учитывается на основании статистических данных и теории вероятно­сти умножением расчетных значений нагрузок или соответствующих им усилий на коэффициент сочетания nc Согласно главе СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия», при рас­чете конструкций на основные сочетания, включающие только одну кратковременную нагрузку, коэффициент сочетания nс принимают рав­ным единице. При рас-чете на основные сочетания, включающие не менее двух кратковременных нагрузок (воздействий), значения кратко­временных нагрузок (воздействий) умножают на коэффициент сочета­ний, равный 0,9.При расчете конструкций и оснований на особые сочетания нагру­зок и воздействий значения кратко-временных нагрузок и воздействий или соответствующие им усилия умножают на коэффициент сочетания, равный 0,8 (кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования зда­ний и сооружений в сейсмических районах). Сопротивление материала силовым воздействиям, установленное нормами в качестве характеристики его механических свойств, называется нормативным сопротивлением (Rн ). Коэффициенты, учитывающие опасность снижения сопротивления материалов по сравнению с нормативными сопротивлениями вследствие изменчивости механических свойств материалов, называются коэффициентами однородности материалов (К). Расчетным сопротивлением материала (R) называется сопротивление, равное произведению нормативного сопротивления на коэффициент однородности. Коэффициент, учитывающий особенности работы конструкций или оснований (концентрация напряжений, возможность хрупкого разрушения, влияние агрессивной среды и других неблагоприятных или благоприятных факторов и их комбинаций, не учитываемых в расчете прямым путем), называется коэффициентом условий работы конструкций или оснований (m). Расчет конструкций и оснований по первому предельному состоянию производится: по прочности или устойчивости — по расчетным нагрузкам, а по выносливости — по нормативным нагрузкам. Расчет по второму предельному состоянию производится по нормативным нагрузкам. Расчет по третьему предельному состоянию производится по нормативным или расчетным нагрузкам в зависимости от характера возникающих повреждений в соответствии с нормами проектирования конструкций или оснований. Нагрузки при расчете принимаются в следующих сочетаниях: 1)  основные сочетания, состоящие из нагрузок, постоянно действующих на сооружение или возникающих при его эксплуатации; 2)  дополнительные сочетания, состоящие из комбинаций нагрузок, входящих в основные сочетания с нерегулярно возникающими нагрузками, не связанными с нормальной эксплуатацией зданий; 3)  особые сочетания, состоящие из комбинаций основных и дополнительных нагрузок с нагрузками, имеющими аварийный характер и возникающими в исключительных случаях. Расчет конструкций и основании по первому предельному состоянию (прочности и устойчивости) производят по расчетным нагрузкам по формуле: N≤F, где N — расчетное усилие в конструкции (нормальные и поперечные силы, изгибающие моменты) от суммы воздействия расчетных нагрузок в наиболее невыгодной комбинации, F — несущая способность конструкции. В расчете по методу предельных состояний надежность конструкции обеспечивается за счет учета возможных отклонений как действительных нагрузок, так и характеристик материалов от среднестатистических значений в неблагоприятную сторону. Значения усилий Q, так же как и несущей способности Ф, зависят от изменчивости указанных факторов и статистически подчиняются закону нормального (гауссового) распределения (рис.3.4). Выполнение условия должно гарантировать несущую способность конструкций с уровнем надежности не менее 99,7 %. Таким образом, нормативные сопротивления материалов наряду с нормативными нагрузками являются определяющими величинами в расчете по методу предельных состояний. 3. Общие сведения по железобетону. Бетон и арматура, их свойства. Сущность железобетона. Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и арматурной стали . Наиболее выгодно применять железобетон для строительных конструкций, работающих на изгиб (как на схеме): При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения - растягивающее, воспринимаемое сталью, и сжимающее, воспринимаемое бетоном, и железобетонная конструкция в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надежно защищает ее от коррозии, так как в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью величин их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5 · 10-6 до 12 · 10-6, для стальной арматуры 12 · 10-6). Арматура - это стальные стержни, проволока, пряди, канаты или прокатные профили, закладываемые в бетон для получения железобетонных конструкций необходимой прочности, жесткости, трещиностойкости. По своему назначению в бетоне арматура подразделяется на рабочую и монтажную. Рабочая воспринимает нагрузки, монтажная необходима для обеспечения правильного расположения рабочей арматуры. Для улучшения свойств арматуры ее иногда подвергают упрочнению. Упрочнение может достигаться вытяжкой, протяжкой, обжатием, посредством нагревания и охлаждения (термически упрочненная арматура). В зависимости от способа армирования и состояния арматуры различают железобетонные изделия с обычным армированием и предварительно напряженные. Армирование бетона стальными стержнями, сетками или каркасами не предохраняет изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в растянутой зоне бетона, так как последний обладает незначительной растяжимостью (1...2мм на 1 м), тогда как сталь выдерживает без разрушения в 5...6 раз большие растягивающие напряжения, чем бетон. Появление трещин отрицательно влияет на 1 работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины проникают влага и газы, отчего создается опасность коррозии стальной арматуры. Бетоны классифицируют по следующим ведущим признакам: по основному назначению, виду вяжущего вещества и заполнителя и по структуре. По назначению бетоны бывают следующих видов: конструктивные — для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаменты, колонны, балки, плиты, панели перекрытий и др.); специальные — жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др., бетоны напрягающие, бетонополимеры, полимербетоны. По виду вяжущего вещества бетоны бывают: цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих веществах — портландцементах и его разновидностях; силикатные — на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными компонетами; гипсовые — с применением гипсоангидритовых вяжущих и бетоны на шлаковых и специальных вяжущих материалах. Бетоны изготовляют на обычных плотных заполнителях, на естественных или искусственных пористых заполнителях; кроме того, разновидностью является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды и тонкодисперсного кремнеземистого компонента. Он отличается высокой пористостью до 80...90% с равномерно распределенными порами размером 3 мм. В связи с этим бетоны классифицируют также по структуре: плотная, поризованная, ячеистая и крупнопористая. По виду заполнителя различают бетоны: на плотных заполнителях, пористых и специальных, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т. п.). По показателям прочности при сжатии тяжелые бетоны имеют марки от 100 до 800. Марка бетона — одно из нормируемых значений унифицированного рода данного показателя качества бетона, принимаемых по его среднему значению. К различным видам бетонов устанавливаются требования по показателям, характеризующим прочность, среднюю плотность, водонепроницаемость, стойкость к различным воздействиям, упругопластические, теплофизические, защитные, декоративные и другие свойства бетонов. Различают армирование железобетонных изделий ненапряженное (обыкновенное) и предварительно напряженное. Операции армирования и виды арматуры, применяемые при каждом из этих способов армирования, имеют ряд принципиальных отличий. Ненапряженное армирование осуществляется с помощью плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений. В железобетоне различают арматуру несущую (основную) и монтажную (вспомогательную). Несущая арматура располагается в местах изделия, в которых под нагрузкой возникают растягивающие напряжения; арматура воспринимает их. Монтажная арматура располагается в сжатых или ненапряженных участках изделия. Кроме этих видов арматуры применяют петли и крюки, необходимые при погрузочных работах, а также закладные части, крепления и связи сборных элементов между собой. Арматурные сетки и каркасы изготовляют в арматурном цехе, оборудованном резательными, гибочными и сварочными аппаратами. Процесс производства строится по принципу единого технологического потока, от подготовки арматурной стали до получения готового изделия. Арматурные сетки и каркасы изготовляют в соответствии с рабочими чертежами, в которых указаны длина и диаметр стержней, их количество, расстояние между ними, места приварки закладных деталей и расположения монтажных петель. При установке и раскреплении каркасов в форме необходима высокая точность, так как от этого зависит величина защитного слоя бетона в изделии, иначе может возникнуть коррозия арматурной стали. Прутковую арматурную сталь разрезают на стержни заданной длины, а также стыкуют сваркой в целях уменьшения отходов. 4. Сборные и монолитные Ж/Б конструкций зданий и сооружений. Преднапряжение ж/б конструкций. В современном строительстве все большее применение находят индустриальные методы возведения монолитных железобетонных конструкций с помощью агрегатных систем (в скользящей, объемно-переставной, крупнощитовой опалубках и др.), обеспечивающих ввод в эксплуатацию многоэтажных объектов в кратчайшие сроки и без больших капитальных затрат на сооружение заводов сборных конструкций. Такие здания и сооружения рационально строить в пионерных условиях, в сейсмических зонах, над горными выработками, в благоприятных для твердения бетона климатических условиях, а также при строительстве зданий с гибкой планировкой этажного пространства и больших нагрузках на перекрытия. Технологические процессы возведения монолитных зданий и сооружений отличаются высокой степенью механизации работ и тщательной отработкой техники и организации рабочих операций и процессов. Основой сборно-монолитной технологии является несущий каркас, состоящий из трех основных железобетонных элементов: вертикальных опорных колонн, предварительно напряженных ригелей, плит перекрытия. Узел соединения "колонна—ригель—плита" является монолитным. Весь каркас собирается без применения сварки. Применение сборно-монолитного каркаса возможно также в сейсмических районах (до 10 баллов). Эта возможность обеспечивается неразрезными сборно-монолитными дисками перекрытий и жесткостью соединительного узла (колонна—ригель—плита). Наружные и внутренние стены являются не несущими, а только ограждающими, что позволяет применять для их изготовления любые облегченные строительные материалы, удовлетворяющие требованиям СНиП по теплотехнике и современным архитектурно-планировочным решениям. Сборно-монолитная технология позволяет собирать каркасы с большими пролетами между колоннами, что дает возможность свободно планировать расположение помещений на этажах как в ходе строительства, так и во время эксплуатации. Индивидуальный расчет сечений несущих элементов в зависимости от их месторасположения в каркасе обуславливает малый расход металла при производстве ЖБИ. Полная заводская готовность элементов каркаса позволяет при его возведении практически полностью отказаться от электросварочных работ, существенно снизить энергоемкость строительства, расход материалов на строительной площадке, сроки строительно-монтажных работ и, в конечном счете, обуславливает низкую себестоимость жилья по сравнению с другими строительными технологиями. Основные элементы сборно-монолитного каркаса, их параметры и характеристики. Сборно-монолитный каркас конструктивно состоит из трех основных железобетонных элементов: колонн, ригелей и плит-несъемной опалубки. Дополнительно, по результатам расчета в каждом конкретном случае, в него могут включаться диафрагмы и связи жесткости. Колонны выполняются секционными. В зависимости от места (этажа) установки секции колонны подразделяются на нижние, средние и верхние, с уменьшением площади сечения по мере роста этажа. Длина секции колонны ограничивается технологическими возможностями транспортировки и монтажа. Секции колонн стыкуются между собой специальным разъемом "штепсельного" типа без применения сварки. В каркасе малоэтажных (до 12 метров) зданий устанавливаются безстыковые колонны. Сопряжение колонн с ригелями и сборно-монолитными перекрытием производятся с помощью соединительных элементов без применения сварочных работ. Для этого в местах примыкания плиты перекрытия и ригеля тело колонны лишено бетона, что позволяет в процессе сборки каркаса пропускать арматуру ригелей сквозь колонну. При омоноличивании сопряжения образуется жесткий узел, обеспечивающий устойчивость каркаса. Приведенные в таблице рекомендуемые сечения колонн позволяют возводить здания до 34-х этажей. Ригели изготавливаются из железобетона с предварительно напряженной арматурой. Сечения ригелей выбираются в диапазоне от 20 до 60 см, в зависимости от места их установки. При этом ширина ригеля принимается равной ширине колонны примыкания, его высота рассчитывается в зависимости от воздействующих на ригель нагрузок.  В верхних зонах ригелей конструктивно выполнены выступающие замкнутые хомуты, обеспечивающие с помощью соединительных элементов связь ригеля со сборно-монолитной плитой перекрытия. После омоноличивания плиты перекрытия возникает тавровое рабочее сечение, где сборный ригель является ребром тавра, а его верхней полкой служит примыкающий участок плиты перекрытия. Сборно-монолитные перекрытия Сборно-монолитные перекрытия состоят из сборных железобетонных предварительно-напряженных плит толщиной 60 мм, служащих несъемной опалубкой для устройства несущей монолитной плиты толщиной 100-190 мм, в теле которой устанавливается дополнительная арматура, обеспечивающая неразрезность диска перекрытия. Для усиления сцепления монолитного слоя со сборной плитой-опалубкой и совместности их работы под нагрузкой верхняя поверхность плиты-опалубки выполняется шероховатой при формовке.  Предварительно напряжённый железобетон (преднапряжённый железобетон) — это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям. Конструкции из преднапряженного железобетона по сравнению с ненапряженным имеют значительно меньшие прогибы и повышенную трещиностойкость, обладая одинаковой прочностью, что позволяет перекрывать большие пролеты при равном сечении элемента. При изготовлении железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается специальным устройством и укладывается бетонная смесь. После схватывания сила предварительного натяжения освобождённой стальной проволоки или троса передаётся окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от эксплуатационной нагрузки. Способы натяжения арматуры: • Механический способ — натяжение, как правило, с использованием гидравлических или винтовых домкратов • Электротермический способ натяжения — натяжение с использованием электротока для разогрева арматуры, при котором арматура удлиняется до определенных значений[3] • Электротермомеханический — способ, комбинирующий механический и электротермический. По виду технологии устройства подразделяется на: • натяжение на упоры (до укладки бетона в опалубку); • натяжение на бетон (после укладки и набора прочности бетона). Чаще второй метод применяется при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается в несколько этапов (захваток). Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в чехол с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста. В то время как натяжение на упоры подразумевает только прямолинейную форму натянутой арматуры, важной отличительной особенностью натяжения на бетон является возможность натяжения арматуры сложной формы, что повышает эффективность армирования. Например, в мостах арматурные элементы поднимаются внутри несущих железобетонных балок на участках над опорами-"быками", что позволяет более эффективно использовать их натяжение для предотвращения прогиба. Предварительно напряжённый железобетон является главным материалом междуэтажных перекрытий высотных зданий и защитных гермооболочек ядерных реакторов, а также колонн и стен зданий в зонах повышенной сейсмо- и взрывоопасности. Придавленная, как прессом, весом высокого аттика стена Колизея в Риме является свидетельством того, что еще архитекторы в древнем Риме понимали преимущества преднапряжения каменных конструкций, предназначенных для работы в условиях возможных землетрясений. Из блоков предварительно напряжённого железобетона сделана скульптура «Родина-мать» в Волгограде. Преднапряжение создают, в основном, за счет предварительного напряжения рабочей арматуры двумя способами. 1-й способ: заранее бетонируют конструкцию, оставляют в ней каналы, в них пропускают арматуру (пучки из проволок, канаты, стержни); после набора бетоном необходимой прочности арматуру натягивают, а ее концы закрепляют на торцах конструкции. Одновременно с натяжением арматуры происходит сжатие (обжатие) бетона. Поскольку усилие натяжения  передается на затвердевший бетон, способ называется “натяжением на бетон”. 2-й способ: вначале натягивают арматуру и закрепляют ее концы на упорах стенда или формы, затем бетонируют изделие, а после набора бетоном необходимой прочности отпускают с упоров арматуру. Упруго укорачиваясь, арматура обжимает бетон за счет сил сцепления. Этот способ называется “натяжением на упоры”. Преднапряжение можно создать и с помощью напрягающего цемента НЦ, при твердении которого бетон не уменьшается, а увеличивается в объеме, удлиняя за собой и арматуру: в ней возникают растягивающие напряжения, а сама она воздействует на бетон в виде сжимающих сил. Этот способ пока имеет очень ограниченное применение. Польза в повышении трещиностойкости и жесткости конструкций. Кроме того, преднапряжение позволяет применять высокопрочные бетоны и арматуру, что дает снижение расхода материалов и собственной массы конструкции. 5. Принцип проектирования и конструирования сборных и монолитных ж/б конструкций. Каменные и армокаменные конструкции. При проектировании каменных и армокаменных конструкций следует применять конструктивные решения, изделия и материалы:   а) наружные стены из: пустотелых керамических и бетонных камней и кирпича; облегченной кирпичной кладки с плитным утеплителем или засыпкой из пористых заполнителей; сплошных камней и блоков из бетона на пористых заполнителях, поризованных и ячеистых бетонов. Применение сплошной кладки из полнотелого глиняного или силикатного кирпича для наружных стен помещений с сухим и нормальным влажностным режимом допускается только при необходимости обеспечения их прочности;   б) стены из панелей и крупных блоков, изготовленных из бетонов различных видов, а также из кирпича или камней;  в) кирпич и камни марок по прочности на сжатие 150 и более в зданиях высотой более пяти этажей;  г) местные природные каменные материалы;  д) растворы с противоморозными химическими добавками для зимней кладки   Применение силикатных кирпича, камней и блоков; камней и блоков из ячеистых бетонов; пустотелого кирпича и керамических камней; глиняного кирпича полусухого прессования допускается для наружных стен помещений с влажным режимом при условии нанесения на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия. Применение указанных материалов для стен помещений с мокрым режимом, а также для наружных стен подвалов и цоколей не допускается. Влажностный режим помещений следует принимать в соответствии с главой СНиП по строительной теплотехнике. Прочность и устойчивость конструкций и их элементов должна обеспечиваться при возведении и эксплуатации, а также при транспортировании и монтаже элементов сборных конструкций. При расчете конструкций следует учитывать коэффициенты надежности. При проектировании зданий и сооружений следует предусматривать мероприятия, обеспечивающие возможность возведения их в зимних условиях. Для возведения каменных и армокаменных конструкций применяют искусственные и природные каменные материалы в виде кирпича, камней, мелких и крупных блоков и панелей, а также облицовочные и теплоизоляционные материалы, строительный раствор, бетон и арматуру. Искусственные и природные каменные материалы, а также бетоны, применяемые для изготовления камней, мелких и крупных блоков, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 4.206-83 в части плотности, прочности, морозостойкости и других показателей качества. Предполагаемый срок службы каменных материалов для наружной части стен и фундаментов и их проектные марки по морозостойкости принимают при проектировании с учетом влажностного режима помещений по указаниям. 6. Общие сведения о мет.конструкциях. Сортамент стального проката. Способы соединения элементов мет.конструкций. Основные типы мет.конструкций зданий и сооружений. Металлические конструкции широко применяются в современном строительстве. По конструктивной схеме их разделяют на две группы: стержневые системы – колонны, балки и фермы каркасов промышленных и гражданских зданий, мосты, башни и мачты и т. д., листовые конструкций (типа оболочек) — газгольдеры, резервуары, трубопроводы, бункеры и т. д. К преимуществам металлических конструкций относятся: а) легкость (конструкции из металла примерно в 4 раза легче железобетонных и каменных конструкций); б) хорошая транспортабельность; в) высокая скорость монтажа благодаря простоте сварных и болтовых соединений; г) индустриальность изготовления на высокомеханизированных заводах без значительных затрат ручного труда. Недостатками металлических конструкций следует считать: а) способность подвергаться коррозии, защита от которой требует привлечения значительных средств, вследствие чего эксплуатация металлических конструкций дороже; б) малая огнестойкость; в) дефицитность металла. В последнее время в практике строительства получили распространение легкие металлические конструкции из трубчатых и эффективных профилей проката. Их изготавливают на специализированных заводах. Такие конструкции легче обычных на 25—50 %, а сроки их возведений значительно меньше благодаря сборке из укрупненных блоков. Легкие металлические конструкции стали применять при возведении производственных и сельскохозяйственных зданий без крановой нагрузки с пролетами 18 м. Применение алюминиевых сплавов экономически оправданно в конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции: листовые покрытия больших пролетов, плиты покрытий и панели стен. Целесообразно использовать алюминиевые сплавы для большепролетных покрытий типа арок и куполов, где особенно важно уменьшение собственной массы, в сейсмически опасных районах (большая сейсмостойкость вследствие малой собственной массы), в отдаленных труднодоступных районах (уменьшение транспортных расходов из-за снижения веса) и в северных и восточных районах (способность сохранять пластичность при низких температурах).  СОРТАМЕНТ МЕТАЛЛА Элементы металлических конструкций ферм, балок, колонн образуются из профилей различной формы — листов, уголков, двутавров, швеллеров (фасонный прокат) и т. д. Сортаментом называют каталоги профилей, которые изготавливаются и поставляются металлургическими заводами. В сортамент обычно входит более сотни профилеразмеров, но в практике строительства применяют только некоторые из них, т. е. используется сокращенный сортамент наиболее употребительных профилей. Так, стальные профили получают с помощью прокатки, гнутьем из листов в холодном состоянии и сваркой (обычно замкнутые–круглые или прямоугольные трубы). Весь прокат разделяют на листовой и фасонный.  Листовая сталь чаще всего используется в строительстве. Ее масса в колоннах, балках, фермах составляет 40…60 % общей массы конструкции, Большая группа (резервуары, бункеры и т, д.) так и называется — листовые конструкции. Листовая сталь бывает толстолистовой, тонколистовой, универсальной, рулонной, полосовой, кровельной, листовой рифленой (для настилов), просечно-вытяжной (с большим количеством отверстий, не допускающих скопления пыли) и т. д. Толстолистовая сталь имеет толщину 5...160 мм, ширину 600…3600 мм и длину до 12 м (в строительстве обычно применяют листы толщиной до 40 мм, шириной до 2400 мм и длиной до 6м). Рис. 22.2. Профили сортамента а–е — прокатные; и–м — гнутые; н–т — прессованные Фасонный прокат поставляется в виде уголков (рис. 22.2,б,в), швеллеров (рис. 22.2,г), двутавров (рис.22.2,д). В некоторых случаях используют специальные прокатные профили, круглые с диаметром до 250 мм и квадратные со стороной до 100 мм (рис. 22.2,е, ж). Гнутые профили (рис. 22.2, и – м) имеют меньшую толщину по сравнению с прокатными, что позволяет в сжатых элементах конструкций получать экономию металла до 10 %. Прессованные профили (рис. 22.2, н – с) получают в результате продавливания нагретой заготовки через специальную матрицу с отверстием по форме профиля. Двутавры (рис. 22.2, д, н) и швеллеры (рис. 22.2, г, и, о) применяются в основном для изгибаемых и сжимаемых элементов (балок и колонн). Швеллеры и «зэты» (рис. 22.2, л) хорошо работают на косой изгиб. В последнее время металлургическими заводами стали выпускаться широкополочные двутавры (рис. 22.2, з). Их применение наиболее перспективно, так как они могут использоваться без предварительной обработки в качестве балок и колонн, что снижает в 2—З раза трудоемкость изготовления. Очень часто применяются уголки (рис. 22.2, б, в, м, н), поскольку они удобны при конструировании сечений любой конфигурации. Применение трубчатых профилей (рис. 22.2, к, р) дает существенный экономический эффект в сжимаемых конструкциях, так как они имеют примерно равную гибкость в различных плоскостях. Профили из алюминиевых сплавов чаще всего получают: прокаткой, прессованием и гнутьем. Для предотвращения потери местной устойчивости полок алюминиевых профилей на их концах создаются специальные утолщения, называемые бульбами. Это объясняется тем, что потеря устойчивости алюминиевых профилей наступает значительно раньше, чем у стальных из-за меньшего модуля упругости. С этой же целью края гнутых профилей отбортовываются. В последнее время осваивается производство широкополочных тавров (рис. 22.2, т), которые весьма эффективны при использовании в поясах ферм. Основные положения расчета металлических конструкций Строительные стали и алюминиевые сплавы представляют собой однородные материалы, подчиняющиеся закону Гука, и их расчет осуществляют по формулам сопротивления материалов (с некоторыми уточнениями, учитывающими пластические деформации сталей). Структура расчетных формул. Расчет по первой группе предельных состояний выполняется для всех металлических конструкций, подвергающихся силовым или агрессивным воздействиям внешней среды. В основу расчета положено условие непревышения наибольших напряжений расчетного сопротивления материала, которое гарантирует предотвращение потери несущей способности от разрушения материала, потери устойчивости или усталости. Помимо выполнения данного условия необходимо стремиться к тому, чтобы напряжения в сечении были близки к установленным расчетным сопротивлениям. Это дает возможность избежать перерасхода материалов и получать экономичную конструкцию. При расчете прочности расчетная формула имеет следующий вид:  (23.1) где N — продольная сила при растяжении; М — изгибающий момент при изгибе. Геометрическая характеристика, зависящая от распределения напряжений по сечению элемента (А – площадь при равномерном распределении; W – упругий или упругопластический момент сопротивления при изгибе); R – расчетное сопротивление металла; γс – коэффициент условий работы, а γn – коэффициент надежности по назначению сооружения. Расчет по второй группе предельных состояний должен обеспечить недопущение чрезмерного развития деформации (прогибов, углов поворота) и колебаний конструкций. Чаще всего расчет металлических конструкций сводится к проверке прогиба. В этом случае расчетная формула принимает следующий вид:  (23.2) где f/l — относительный прогиб конструкции, определяемый и результате расчета; fu/l — предельно допустимый относительный изгиб, определяемый нормами; l—пролет изгибаемой конструкции. 7. Основные сведения о дерев.конструкциях. Изделия из древесины. Способы соединения элементов дерев.конструкций. Клееные и металодеревянные конструкции. Примеры основных деревянных конструкций зданий и сооружений. Деревянные конструкции, строительные конструкции, изготовленные из древесины: Деревянные конструкции в виде стержневых систем могут иметь металлические, обычно растянутые, элементы (нижний пояс, раскосы, затяжки у арок и т.п.). Деревянные конструкции различают по назначению — несущие и ограждающие; по видам —балки, фермы, арки, рамы, своды, оболочки; по средствам соединения элементов между собой — с помощью гвоздей, нагелей, шпонок, вдавливаемых металлических креплений и клея (см. Соединения в строительных конструкциях). Деревянные конструкции — один из древнейших видов строительных конструкций. К основным достоинствам Деревянные конструкции. относятся: возможность использования местных материалов, малая объёмная масса, транспортабельность. В современном строительстве находят применение 2 основных типа деревянных конструкций.: конструкции, изготовляемые без применения клея, с элементами из брусьев и досок и податливыми соединениями на нагелях и гвоздях (например, металло-деревянные треугольные сегментные фермы, составные балки и др.), а также клеёные конструкции, имеющие в своем составе деревянные клеёные элементы заводского изготовления. Наиболее эффективны клеёные Деревянные конструкции. Важнейшие преимущества клеёных Деревянных конструкций: возможность получения монолитных элементов практически любых размеров и форм поперечного сечения, обладающих повышенной несущей способностью, долговечностью и огнестойкостью; высокая эффективность использования материала (главным образом маломерного и разносортного пиломатериала). Основные области рационального применения клеёных Деревянные конструкции — покрытия производственных, с.-х., общественных (спортивных, выставочных и др. зданий), некоторых промышленных зданий и сооружений (в том числе с химически агрессивной средой), строительство градирен, шахтных сооружений, мостов, эстакад, зданий и сооружений на Крайнем Севере, в отдалённых и лесоизбыточных районах, сейсмостойкое строительство. Заводской способ производства обеспечивает высокое качество клеёных элементов, снижает их стоимость. Клеёные Деревянные конструкции. изготовляются из пиломатериалов преимущественно хвойных пород, иногда с применением строительной фанеры (склеенной водостойкими, например фенолформальдегидными, клеями). Элементы деревянных конструкций., предназначенных для эксплуатации в наружных условиях (пролётных строений мостов, градирен, мачт, башен и др.), пропитывают защитными антисептическими составами. Готовые деревянные конструкции., используемые в покрытиях зданий, подвергают поверхностной обработке путём нанесения лакокрасочных составов, влагозащитных или против возгорания.  В строительстве применяют следующие виды лесных материалов и изделий: лесоматериалы круглые (бревна), пиломатериалы и заготовки, изделия строганые погонажные, материалы для полов, плиты столярные, материалы для кровель временных зданий, фанера и столярные изделия. К деревянным конструкциям относятся: несущие конструкции, изготовляемые из естественной (неклееной) древесины; комплекты изделий и деталей для домов заводского изготовления и клееные конструкции. Конструкции из древесины и индустриальные строительные детали изготовляют на специальных заводах. Комплекты деревянных изделий и деталей для домов заводского изготовления делят на следующие группы: комплекты для брусчатых домов; для каркасных домов со стенами несущего деревянного или железобетонного каркаса с различными заполнителями; для панельных домов со стенами из несущих панелей — деревянных (щитов), железобетонных или других материалов; для домов со стенами из местных каменных и других строительных материалов. Комплекты деревянных изделий и деталей изготовляют из древесины хвойных (сосны, ели, лиственницы, кедра, пихты) и лиственных пород (бука, березы, тополя, ольхи, осины, липы). Дома заводского изготовления производят одно- и двухэтажные, их собирают на строительной площадке из готовых элементов. Изделия и детали поставляют на стройку в готовом виде, исключающем их подгонку; детали и изделия, соприкасающиеся с землей, антисептируют. Клееные конструкции применяют в покрытиях, перекрытиях, мостах в качестве балок прямоугольного и двутаврового сечения, а также в виде арок и частей металлодеревянных ферм в виде криволинейных и прямолинейных блоков верхних поясов ферм и элементов решетки, рам и стоек, свай и шпунта, мостовых брусьев, шпал, клеефанерных щитов (покрытий, стен и перекрытий), а также инвентарной опалубки. Клееные конструкции изготовляют путем склейки из досок (брусков) или из досок (брусков) и фанеры. Влажность древесины для изготовления клееных конструкций не должна превышать 12%. Элементы конструкций, подвергающиеся увлажнению, изготовляют на водостойких клеях типа фенолоформальдегидного. толярные изделия из древесины производят следующих основных видов: элементы дверей, окон, перегородки и панели (щитовые, филенчатые, глухие и остекленные) для жилых зданий и ворота для промышленных зданий (распашные, открытые, подвесные и неподвижные, утепленные и неутепленные). Из древесины хвойных пород изготовляют столярные изделия, а из лиственных (бука, березы и др.) — только внутренние двери и фрамуги для помещений с относительной влажностью воздуха не более 70%. Изготовление щитовых дверей, столярных перегородок и панелей (внутреннего заполнения) производят из отходов лесопильного, деревообрабатывающего и фанерного производства. Оконные переплеты можно также изготовлять из клееных заготовок на водостойких клеях. В последнее время для изготовления пустотелых щитовых дверей в качестве заполнителей применяют отходы изоляционных древесноволокнистых плит. Запрессованные полоски обеспечивают необходимую жесткость дверных полотен. Двери с более ровными лицевыми поверхностями получают при использовании комбинированного заполнителя из твердых и рыхлых материалов. В качестве твердого материала используют деревянные бруски, а рыхлого материала — полоски из изоляционной древесноволокнистой плиты, ширина которых на 3...4 мм больше ширины заполнителя из твердых материалов. Клей наносят только на твердые заполнители. Подпрессованный рыхлый материал препятствует прогибанию облицовочного слоя и позволяет получить ровные лицевые поверхности пустотелых щитовых дверей. Соединения деревянных конструкций Способы соединения деревянных элементов, опыт выполнения которых формировался веками. При этом соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины — сращиванием. Кроме того, деревянные элементы каркаса могут соединяться в узлах конструкций под различными углами. Раньше, когда промышленное изготовление металлических соединителей (гвоздей, шурупов и т.п.) не было налажено и их себестоимость была высока, научились так подгонять концы или края деревянных заготовок друг к другу, чтобы они выдерживали эксплуатационную нагрузку и сопротивлялись воздействию окружающей среды. По способу передачи усилий соединения деревянных элементов разделяют на следующие виды: • соединения на механических связях (на болтах, гвоздях, шурупах, и т.п.); • соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей соединяемых элементов (шипов, врубок, нагелей и т.п.); • соединения на клеях. Рис. 1. Гвозди, используемые в строительстве: А — круглый гвоздь; Б — с выпуклой шляпкой; В — напольный гвоздь; Г — овальный гвоздь; Д — гвоздь без шляпки; Е — панельный гвоздь; Ж — штукатурный гвоздь; 3 — настенный гвоздь Рис. 2. Гвоздевые соединения каркасных секций Соединения на механических связях обладают достаточно высокой прочностью и надежностью. Передача сил в таких соединениях происходит от одного элемента к другому через отдельные точки и компенсируется силами трения между металлом и волокнами древесины (гвоздевое соединение) или упорами винтовой нарезки и прорезаемыми в древесине винтовыми желобками (соединение на шурупах). Гвоздевые соединения осуществляются при помощи гвоздей. Наиболее применимые из них даны на рис.1. Количество гвоздей определяют расчетным путем, а в некоторых случаях назначают конструктивно, например, при настилке полов, установке встроенного оборудования, обшивке потолков и перегородок и т.п. В гвоздевых соединениях конструкций, изготовляемых из древесины лиственницы и твердых лиственных пород, гвозди диаметром более 6 мм следует забивать в заранее просверленные отверстия (рис. 2). При забивке гвоздей следует придерживаться нескольких правил, которые повышают эффективность соединения и избавляют от нежелательных последствий: • чтобы древесина не раскололась во время забивания гвоздя, нужно притупить его кончик (или откусить его кусачками). Такой гвоздь будет сминать волокна древесины, а не раскалывать ее; • нужно помнить, что гвоздь, забитый вдоль волокон, держится намного слабее, чем гвоздь, забитый поперек волокон; • несколько забитых гвоздей, расположенных близко друг к другу вдоль одного слоя древесины, могут ее расколоть. Древесина расколется и в том случае, когда толстый гвоздь забить близко от кромки. Чтобы избежать этого, гвозди лучше брать меньшего диаметра, увеличивая их количество. Забивать их лучше в шахматном порядке. Рис. 3. Виды гвоздевых соединений: А — забивание под углом; Б — под углом во встречных направлениях; В — скрытность соединения подрубанием кромок; Г — два способа расположения режущих кромок на окончании гвоздя: в положении 1 режущие кромки расположены поперек волокон и не раскалывают заготовку; в положении 2 режущие кромик расположены вдоль и древесина может расколоться; Д — скрытность соединения при помощи пробки Рис. 4. Шурупы и глухари: А — глухарь; Б — утопленный шуруп; В — шуруп с высокой головкой; Г — самонарезающий шуруп; Д — шуруп с полукруглой головкой; Е — шуруп с удвоенной резьбой Некоторые приемы, которыми пользуются при забвении гвоздей показаны на рис. 3. Соединения на шурупах и глухарях (рис. 4) более надежны, так как для выдергивания шурупов потребуются достаточно большие усилия. Шурупы различаются размерами, формой шляпки и шагом резьбы. Как правило, часть поверхности стержня шурупа резьбы не имеет. Самыми крупными шурупами являются так называемые "глухари". Они имеют квадратную или шестигранную шляпку и закручиваются гаечными ключами. Некоторые из таких шурупов обладают прорезью на шляпке, что позволяет использовать отвертку. Расстановка шурупов и глухарей и размеры просверленных гнезд должны обеспечивать плотный обжим стержня с древесиной, исключая ее раскалывание. В древесину шуруп завертывают отверткой или электрошуруповертом, а не забивают. Рис. 5. Соединения на нагелях: 1 — дубовый нагель; 2 — стальной нагель-болт; 3 — пустотелый нагель; 4 — стальной нагель без шляпки; 5 — нагель-гвоздь; 6 — пластинчатые нагели Соединения на нагелях препятствуют взаимному сдвигу стыкуемых элементов, поэтому гвозди и шурупы в некоторой степени можно считать разновидностью нагелей. В нагельном соединении, находящемся под воздействием внешней нагрузки, сам нагель работает на изгиб, а древесина соединяемых элементов под нагелями подвергается смятию. Нагели бывают стальные, пластмассовые и деревянные, а по форме — цилиндрические и пластинчатые (рис. 5). В конструкциях, которые находятся в агрессивной среде, используют алюминиевые, пластмассовые и дубовые нагели. Соединения на клеях — наиболее прогрессивный способ соединения древесины, отвечающий индустриальным методам изготовления. Технологический процесс склеивания состоит из нескольких операций, поэтому правильная подготовка поверхностей и подбор склеиваемых деталей по годичным слоям древесины играют не последнюю роль в прочности соединения. Прочное и надежное соединение получится тогда, когда соблюдаются следующие условия: • влажность древесины при склеивании должна быть такой, как в и процессе эксплуатации. При этом обе склеиваемые детали должны иметь одинаковую влажность; • склеиваемые поверхности должны располагаться таким образом, чтобы годичные слои были направлены в противоположные стороны или под углом друг к другу; • сопрягаемые поверхности должны быть очищены от пыли, жировых включений и подогнаны друг к другу без зазоров; • соединяемые кромки лучше склеиваются, если они относятся к одной и той же части ствола (заболони или ядра); • тонкие заготовки лучше склеиваются, чем толстые. Рис. 6  Клеевые соединения: А — склеивание продольное; Б — склеивание впритык; В — склеивание "на ус"; Г — склеивание зубчатым шипом; Д — склеивание под углом 8. Большепролетные конструкции зданий и сооружений из различных кострукт. материалов. Область и применение, особенности проектного решения. Особое место в мировой архитектуре занимают большепролетные сооружения. С давних времен, возведение подобных объектов относится к особому направлению проектирования и строительства. Первой в истории человечества большепролетной конструкцией был бетонный купол римского Пантеона (125 г. н. э.) с диаметром основания 43 м. И это не случайно, так как с большепролетными конструктивными системами связана мечта строителей и архитекторов, покорить «пространство…» Может быть, поэтому, характерным признаком современных городов становятся большепролетные объекты. Промышленные здания, сооружения транспортной инфраструктуры, торговые, складские и спортивные комплексы – сегодня именно та область применения, где функциональные и эстетические свойства большепролетных конструкций проявляются особенно ярко. История и теория вопроса С учетом того, что технические возможности в те времена не позволяли строить из камня легкие сооружения, поэтому большепролетные конструкции отличались большой массивностью, а сами здания возводились порой в течение многих десятилетий. Для перекрытия больших пролетов использовали также и деревянные конструкции. В качестве примера можно привести здание бывшего Манежа в Москве, построенного в 1812 году, в котором пролеты 30 м были перекрыты именно этим материалом. Развитие черной металлургии в XVIII-XIX вв. дало строителям более прочные материалы, чем камень, дерево – это чугун и сталь. Благодаря этому во второй половине XIX в. большепролетные металлические конструкции получают широкое применение. Реализации проектов большепролетных сооружений способствовала технология создания железобетонных конструкций. Следует отметить, что ее совершенствование в XX в. привело к появлению тонкостенных пространственных конструкций. Наряду с этим во второй половине прошлого века начали широко применяться висячие покрытия, а также пневматические и стержневые системы. Для изготовления большепролетных конструкций используют различные материалы, в том числе древесину, железобетон и металл. Кроме этого большепролетные системы выполняются из специальных тканей, а в отдельных элементах могут применяться тросы и углепластик. Следует отметить, что при выборе материала для большепролетных конструкций предпочтение отдается тому материалу, который в конкретных условиях строительства наилучшим образом отвечает поставленной задаче. Большепролетная древесина Большепролетные клееные деревянные конструкции (БКДК) уже давно используют, например, при возведении аквапарков и крытых бассейнов в Европе. Эти современные строительные конструкции широко применяют и в России. Для изготовления большепролетных конструкций, в том числе криволинейных у нашего соседа работает семь предприятий. Сегодня в стране деревянные клееные конструкции производят более 10 предприятий. Но их продукция используется для строительства домов, коттеджей, мини-гостиниц и других объектов, которые не относятся к большепролетным сооружениям. Существует мнение, что деревянные конструкции недолговечны. Действительно при плохом уходе деревянные конструкции могут очень быстро выйти из строя из-за поражения древесины различными грибками и насекомыми. Основное правило для сохранения деревянных конструкций – создание условий для их вентиляции или проветривания. Важно также обеспечить сушку древесины перед ее применением в строительстве. Улучшение биологической стойкости древесины легко достигается с помощью давно разработанных и освоенных методов пропитки ее различными эффективно действующими антисептиками. Еще чаще возникают возражения против использования древесины по соображениям пожарной безопасности. Однако соблюдение элементарных правил противопожарной безопасности и надзора за сооружениями, а также использование антипиренов, повышающих огнестойкость древесины, позволяет значительно повысить противопожарные свойства древесины. Примером применения деревянных клееных балок может быть построенный в 1957 году колледж в Ашленде (штат Орегон, США), где в конструкции покрытия были использованы балки пролетом 40 м, шириной 0,23 м и переменной высотой 1,22-2,03 м, изготовленных из брусков сечением 41х23 мм. Один из первых проектов, реализованных в России с применением большепролетных клееных деревянных конструкций, – дворец спорта в Архангельске, зал которого перекрыт трехшарнирными клееными арками пролетом 63 метра. Большепролетный железобетон Использование сборного железобетона для возведения большепролетных зданий (торгово-развлекательные центры, складские и производственные комплексы) не новое направление деятельности. В целом следует отметить, что сборные железобетонные каркасы по своей экономичности, долговечности и огнестойкости сегодня относятся к наиболее прогрессивным и востребованным строительным конструкциям. Большепролетный металл В последнее десятилетие строительство большепролетных металлических зданий росло бурными темпами. Сегодня строительный рынок переживает не лучшие времена. Но даже в сложившейся ситуации, к наиболее оптимальным решениям, с точки зрения качества и сроков строительства, а также возврата инвестиционных ресурсов, по оценкам экспертов, по-прежнему относится технология быстромонтируемых зданий (БМЗ). Специалисты, работающие в этом сегменте строительства, отмечают, что системы и конструктивные формы большепролетных покрытий очень разнообразны. Здесь возможны балочные, рамные, арочные, висячие, комбинированные, причем как плоские, так и пространственные системы. По оценкам экспертов, большепролетные конструкции из металла находят широкое применение не только в промышленной архитектуре, но и в гражданской. Например, в городе Сумы компания Ruukki реализовала большепролетный проект – легкоатлетический манеж, размеры которого составляют 60х96х15,6 м. Проектированием и поставкой занималось российское подразделение Ruukki – компания «Руукки Рус», а поставка конструкций осуществлялась с завода Венталл (Калужская обл.). Этапы и особенности проектирования Рассматривая этапы и особенности проектирования большепролетных зданий и сооружений, отмечают, что еще до начала этой работы должны быть решены определенные вопросы. В первую очередь заказчику необходимо определиться с выбором площадки для строительства и получить документацию для предпроектной стадии. Далее решается вопрос с выбором организации для проектирования и сопровождения проекта. После этого проводится работа по выбору конструктивной схемы здания, обеспечению научного сопровождения при обоснованном выборе возведения большепролетного здания или сооружения, увязке всех технологических и инженерных систем для определения передающихся на несущие конструкции нагрузок. Важная роль в проектировании большепролетных объектов принадлежит выполнению расчетов несущих элементов с учетом работы всех конструкций здания или сооружения, воздействий и всех влияющих на них факторов и разработке мероприятий от возможных аварийных ситуаций в здании с планом эвакуации людей в случае их возникновения. После прохождения экспертизы на стадии «Проект», разрабатывается рабочая документация. Для снижения вероятности ошибок в принятых решениях важное значение приобретает оценка рабочего проекта независимым экспертом. Большое внимание при проектировании большепролетных зданий, следует уделять защите от прогрессирующего обрушения, некачественного изготовления фундаментов или монтажа несущих конструкций, воздействия сейсмических и динамических нагрузок. Кроме этого, необходимо предусматривать препятствия и мероприятия при возникновении возможных аварийных ситуаций на этапе эксплуатации здания (столкновение автотранспорта с несущей колонной, пожары, слив дождевых вод под фундамент и т. д.). Проектирование большепролетных сооружений связанно с большой ответственностью и довольно высокой квалификацией проектировщиков. Именно поэтому за такую работу возьмется не каждая проектная организация. Кроме этого, строительство подобных сооружений может потребовать использование специальной техники и больших ресурсов, которыми на сегодняшний день располагают не многие строительные фирмы. В целом проектирование должно основываться на выборе рациональных конструктивных решений, увязанных с функциональным назначением, архитектурой, методами изготовления и монтажа, условиями эксплуатации. Выдвигаемые идеи должны быть технически и экономически обоснованы. Очень важно для предупреждения аварийных ситуаций – обеспечение доступа к несущим конструкциям для постоянного мониторинга их состояния в процессе эксплуатации. На безопасности не экономят Большепролетные сооружения имеют повышенный уровень ответственности. Именно поэтому стоимость строительства таких объектов нельзя отнести к дешевым, и реализация подобных проектов вызвана в первую очередь технологической необходимостью создания свободного пространства внутри здания или сооружения. При этом стоимость большепролетных как и других строительных объектов формируется с учетом многих факторов, в том числе: назначения здания (требования к пожарозащите, теплотехнике ограждающих конструкций и т. д.); выбранного места строительства объекта (тип грунта, снеговые и ветровые нагрузки, сейсмичность и т. д.); выбранной конструктивной схемы здания или сооружения и материалов применяемых для фундаментов, каркаса и ограждающих конструкций. Кроме этого, стоимость зависит и от выбранного заказчиком вида сопровождения проекта (комплексный вид услуг «под ключ» от одной организации или привлечения нескольких организаций на разных этапах строительства). Безусловно, существуют и другие факторы, влияющие на стоимость большепролетных зданий и сооружений на разных этапах строительства, а также в процессе их эксплуатации. Формируя бюджет на создание таких объектов, следует помнить, что большепролетные сооружения должны характеризоваться высокой надежностью, которая может быть достигнута только за счет применения качественных материалов и современных технологий. Новое в большепролетных конструциях – троссовое покрытие. Как работает тросовое покрытие? Чтобы понять, как работает тросовое покрытие надо представить, большепролётное покрытие, которым перекрыли пролёт между двумя зданиями (например, пространственную перекрёстно-стержневую плиту). Теперь представим, что из-за большого пролёта это покрытие под собственным весом прогнулось, но ещё не успело разрушиться. И чтобы это покрытие не разрушилось, мы натянули под ним тросы в несколько рядов ( поясов) от одного опорного здания до другого, выполнили их преднапряжение и установили (через определённые расстояния по длине тросов), между поясами получившейся тросовой системы, распорные стойки, а между соседними тросами во всех поясах тросовой системы – распорки и/или растяжки. Многопоясность тросовой системы помогает добиться того, что наша тросовая система становится двояковыпуклой и подпирает собой снизу рассматриваемое нами прогнувшееся покрытие. При этом в покрытии, за счёт натяжения тросов и работы распорных стоек, не только исчезнет образовавшийся прогиб, но и возникнет прогиб с обратным знаком – вверх. После этих действий наше покрытие не разрушится, но напротив будет способно воспринимать дополнительные значительные нагрузки в соответствие с теми расчётными характеристиками тросовой системы, которые ей зададут строители. В результате - у нас получилось единое и надёжное большепролётное светопрозрачное тросовое покрытие. Рассмотрим основные отличительные и конкурентные преимущества концепции строительства большепролётных сооружений с многопоясными тросовыми покрытиями: • применение в качестве опор для большепролётных многопоясных тросовых покрытий не специально построенных для этого конструкций, а подготовленных для опоры основных зданий комплекса БСЗС, позволит максимально снизить стоимость неэффективных затрат на возведение защитного покрытия и одновременно увеличить общую надёжность сооружения; • различная высота опор для многопоясных тросовых покрытий, которая (предпочтительно) постепенно уменьшается от центра БСЗС к опорному контуру, позволит не только улучшить основные показатели несущих тросовых систем, но и обеспечит уклон светопрозрачных покрытий наружу сооружения; • многопоясность тросовых систем, обеспечивает им двояковыпуклость на любых величинах перекрываемых пролётов и даёт возможность, при всех суммарных расчётных нагрузках на систему, исключить любой возможный положительный прогиб покрытия. Кроме этого, все нагрузки (в том числе точечные), действующие на тросовое покрытие, рационально и надёжно перераспределяются пространственной многопоясной тросовой системой и воспринимаются если не всем количеством несущих тросов, то значительной их частью; • пространственное светопрозрачное покрытие содержит многопоясные тросовые системы, состоящие из высокопрочных предварительно напряженных тросов выполненных из стальных проволок и/или углеродных волокон, и расположенную поверх них жесткую рамную конструкцию несущую светопрозрачные элементы. Такая конструкция покрытия не только придаёт тросовым системам дополнительную жесткость, но и обеспечивает надёжность и целостность светопрозрачной оболочки в случаях аварийного выключения из работы отдельных тросов в системах покрытия; • значительная несущая способность многопоясных тросовых систем, а так же обеспеченная их устойчивость и жёсткость, позволяют, в качестве светопрозрачных элементов для покрытия защитного сооружения, использовать любые на выбор (без ограничений) светопрозрачные материалы, а так же размещать на тросовом покрытии всё необходимое оборудование и системы для обеспечения его качественной эксплуатации. При этом теплотехнические, оптические, прочностные и другие свойства применяемых светопрозрачных материалов должны соответствовать тем климатическим и погодным условиям, в которых будет эксплуатироваться БСЗС; • совокупность особенностей устройства и взаимного расположения тросовых и опорных конструкций даёт возможность придавать БСЗС самые