171. Классификация арматуры и бетона, их расчетные характеристики.

Классификация арматуры.

Арматурную сталь, которая применяется повсеместно армирования конструкций из железобетона, принято классифицировать по следующим признакам:

• основная технология изготовления;

• условия применения;

• профиль;

• вид поставки.

В зависимости от базового принципа изготовления арматурную сталь делят на такие основные группы:

• стержневую, которую получают методом горячей прокатки стали;

• и проволочную, которую получают в результате холодного волочения стали.

По типу профиля проволочную арматурную сталь и стержневую делят на гладкую, а также периодического профиля. Считается, что последняя обладает улучшенным сцеплением с бетоном благодаря тому, что на ее поверхности имеются ребра.

Арматурную стержневую сталь по виду упрочняющей последующей обработки разделяю на такие типы:

• горячекатная;

• упрочненная в состоянии холода;

• упрочненная термически после проката.

Классы арматурной стали.

Помимо этого, в зависимости от механических свойств, гарантированных изготовителем, вся арматурная стержневая сталь подразделяется на классы. К примеру, гладкого профиля горячекатаная арматурная сталь имеет класс А-1. А вот класс арматурной горячекатаной стали периодического профиля можно определить по рисунку поперечно выступающих линий, которые имеются на поверхности стержня. Судят об этом и по окраске концов стержней. Если у стержней есть выступы на поверхности, которые расположены по винтовой линии, это означает, что изготовлены они из класса стали А-2. У стержней класса стали А-3 и А-4 выступы расположены «в елочку», то есть под углом друг к другу.

Для конструкций, напряженных предварительно, традиционно применяется высокопрочная арматура: горячекатаная класса А-5 и термически упрочненная класса Ат-4 – Ат-6, где с помощью индекса «т» обозначают, что арматура прошла термообработку.

Для арматурной стали, которая была упрочнена вытяжкой, обычно устанавливают два основных класса. Они обладают обозначениями, которые соответствуют исходному классу арматурной горячекатаной стали, но с добавлением другого индекса – буквы «в»: например, В-Шв и А-Нв. Из проволочной волоченной стали изготавливается арматура таких основных видов (их тоже всего два): арматурная проволока, а также проволочные арматурные изделия (каркасы и сетки).

Делят арматурную проволоку на обычную (т.е. низко углеродистую), которая изготовлена из стали класса В-1, а также высокопрочную (т.е. углеродистую), которая изготовлена из стали другого класса, В-П. Обыкновенная и высокопрочная проволочная арматурная сталь рассматривается на гладкую и профиля периодического. Когда обозначается периодический профиль, к букве «В» (что означает волоченая) добавляют обычно «Р» - что значит рифленая. К примеру: Вр-И. Арматурная проволока стали класса В-1 используется для изготовления ненапрягаемой сварной арматуры, а вот из класса В-2 изготавливают напрягаемую арматуру.

Стали разного класса и их применение.

Арматурная горячекатаная сталь класса А-1 и А-2 предназначается для употребления в роли не напрягаемой арматуры в стандартных железобетонных конструкциях. Напрягаемая стальная арматура класса А-1 и А-3 в основном применяется в ходе изготовления арматурных сварных изделий, потому к сталям этих марок предъявляются повышенные требования касательно свариваемости контактными сварками (точечной и стыковой, дуговой, ванной, шовной и сваркой под флюсом).

Горячекатаная сталь, которая была упрочнена вытяжкой, к примеру, класса А-Шв и А-Пв, главным образом предназначается для производства напрягаемых отдельных стержней арматуры в напряженных предварительно железобетонных конструкциях. Если есть необходимость, ее можно использовать, в том числе, для изготовления не напрягаемой арматуры. Упрочненная термически арматурная сталь употребляется исключительно для напрягаемой несварной арматуры в напряженных предварительно железобетонных конструкциях.

Арматурная обыкновенная проволока стали класса В-Н применяется для изготовления арматурных каркасов и сеток точечной контактной сваркой. Допускается применение этой проволоки и для изготовления каркасов вязаных балок высотой не больше 40 см. и колонн.

Высокопрочная стальная проволока классов Вр-П и В-П используется в качестве отдельных не сварных элементов напрягаемой арматуры, а также в виде непрерывной арматуры напряженных предварительно конструкций. Чтобы изготовить железобетонные арматурные конструкции, нужно использовать сталь высоко-, средне- и низкоугеродистую.  Сталь высоко углеродистая содержит в себе 0,6-2% углерода, показатели средне углеродистой составляют 0,25-0,6%, а вот низкоуглеродистой – менее, чем четверть процента углерода.

Содержание углерода в стальной массе.

Наличие углерода в стали и его количество резко влияет на ее качество. Если содержание углерода увеличивается, возрастает твердость стали и ее прочность, причем она хуже сваривается и становится более хрупкой. Чтобы улучшить некоторые свойства стали, в сплав нужно дополнительно вводить хром, вольфрам, никель, ванадий, молибден – так называемые легирующие составы, это иногда пять или шесть видов металла. Легированную сталь получают также в ходе увеличения содержания марганца и кремния в основном сплаве. Легированная сталь в одних случаях обладает повышенной прочностью, в других – коррозионной стойкостью и повышенной твердостью.

По общему содержанию легирующих смесей сталь подразделяется на три группы: высоколегированная – свыше 10%, среднелегированная – 6-10%, низколегированная – до 5% добавок. Марка стали и отражает ее химический состав, то есть содержание в ней разных элементов.

В написании марок стальных смесей и основных стандартах приняты такие обозначения металлов, которые добавляются в сплав: С — кремний; Г — марганец; Ц — цирконий; Т — титан; X —хром; М —молибден. При этом начальные цифры у марки показывают содержание в стали углерода из расчета в сотых долях процентов. Цифры непосредственно после буквенных обозначений говорят про содержание элемента, который соответствует этому обозначению, также в процентах. А вот отсутствие этой цифры указывает, что общее содержание элементов не превышает уровня в 1%. К примеру, марка стали арматурной 35 ГС означает, что в среднем содержание в сплаве углерода составляет 0,35%, а вот кремния и марганца – не больше чем по 1%.

Классификация бетонов

Бетоны классифицируют: по назначению, по виду вяжущего вещества, по средней плотности.

От плотности бетона зависят многие его свойства, на её величину влияют вид заполнителя, плотность цементного камня, структура бетонов.

По плотности бетоны делят на:

• особо лёгкие (менее 500 кг/куб. м);

• лёгкие (500-1800 кг/куб. м);

• тяжёлые (1800-2500кг/куб. м);

• особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/куб. м).

Изготавливают особо тяжелые бетоны на тяжелых заполнителях, к которым относятся: стальные опилки или стружка (сталебетон), железная руда (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барит (баритовый бетон). Бетоны, относящиеся к тяжёлым (плотность 2100-2500 кг/ куб. м.) производят на плотных заполнителях из горных пород, таких как: известняк, диабаз, гранит. Облегченный бетон (плотность 1800…2000 кг/ куб.м.) изготавливают на щебне из горных пород (плотность 1600-1900 кг/куб. м.). Производят легкие бетоны на основе пористых заполнителей, таких как: керамзит, вспученный шлак, аглопорит, туф, пемза.

К бетонам особо легкого класса относятся ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон), получаемые вспучиванием вяжущего вещества, воды и тонкомолотой добавки специальными способами, и крупнопористый бетон, изготовленный на легких заполнителях. Вяжущее вещество является основной составляющей бетона, по нему определяются его свойства.

Бетоны разделяют по вяжущему веществу на следующие типы:

• силикатные

• цементные

• гипсовые

• шлакощелочные

• полимерцементные

• специальные

Цементные бетоны изготавливаются на основе различных цементов. Они наиболее широко используются в строительстве. Основное место среди них занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях. Также успешно применяются бетоны на основе шлакопортландцемента и пуццоланового цемента.

К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные, бетоны для самонапряженных конструкций, а также бетоны для специальных целей на основе глиноземистого и безусадочного цемента.

Силикатные бетоны производят на основе извести. В этом случае для производства изделий применяется автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны производят на основе гипса. Их используют для внутренних перегородок, элементов отделки зданий, подвесных потолков. Их разновидностью являются гипсоцементные-пуццолановые бетоны, которые обладают повышенной водостойкостью. Применяются в объемных блоках санузлов, конструкциях малоэтажных домов.

Шлакощелочные бетоны изготавливаются на основе молотых шлаков, которые затворены щелочными растворами. Этот вид бетонов еще только начинает использоваться в строительстве.

Полимербетоны получают с помощью различных видов полимерного связующего, основу которого составляют смолы (эпоксидные, полиэфирные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), с помощью специальных добавок отвердеваемые в бетоне. Такие бетоны более подходят для службы в различных агрессивных средах и особых условиях воздействия (кавитация, истирание).

Получают полимерцементные бетоны на смешанном связующем, которое состоит из цемента и полимерного вещества (латексы, водорастворимые смолы).

Специальные бетоны производят с применением особых вяжущих веществ. Для жаростойких и кислотоупорных бетонов используют фосфатное связующее, жидкое стекло с кремнефтористым натрием. В качестве специальных вяжущих выступают шлаковые, стеклощелочные, нефелиновые, полученные из отходов промышленности.

Бетоны применяются для различных видов конструкций, как возводимых непосредственно на месте эксплуатации, так и изготовляемых на заводах сборного железобетона.

В зависимости от области применения различают следующие виды бетонов: обычный для железобетонных конструкций; гидротехнический для плотин, шлюзов и т.д.; бетон для ограждающих конструкций; бетон для полов, дорожных и аэродромных покрытий, тротуаров; специального назначения (для радиационной защиты, кислотостойкий, жароупорный).

Общие требования ко всем бетонам и их смесям следующие: до момента затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, обладать подвижностью и удобоукладываемостью, а также не подвергаться расслаиванию; бетоны должны обладать определенной скоростью твердения, соответствующими заданным срокам распалубки и ввода конструкций в эксплуатацию; стоимость бетона и расход цемента должны быть минимальными.

172. ПРЕДЕЛ ОГНЕСТОЙКОСТИ

 

2.2. За предел огнестойкости строительных конструкций принимается время (в часах или минутах) от начала их огневого стандартного испытания до возникновения одного из предельных состояний по огнестойкости.

2.3. Стандарт СЭВ 1000-78 различает следующие четыре вида предельных состояний по огнестойкости: по потере несущей способности конструкций и узлов (обрушение или прогиб в зависимости от типа конструкций); до теплоизолирующей. способности - повышение температуры на необогреваемой поверхности в среднем более чем на 160 °C или в любой точке этой поверхности более чем на 190 °С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220 °С независимо от температуры конструкции до испытания; по плотности - образование в конструкциях сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламя; для конструкций, защищенных огнезащитными покрытиями и испытываемых без нагрузок, предельным состоянием будет достижение критической температуры материала конструкции.

Для наружных стен, покрытий, балок, ферм, колонн и столбов предельным состоянием является только потеря несущей способности конструкций и узлов.

2.4. Предельные состояния конструкций по огнестойкости, указанные в п.2.3, в дальнейшем для краткости будем называть соответственно I, II, III и IV предельными состояниями конструкции по огнестойкости.

В случаях определения предела огнестойкости при нагрузках, определяемых на основании подробного анализа условий, возникающих во время пожара и отличающихся от нормативных, предельное состояние конструкции будем обозначать 1А.

2.5. Пределы огнестойкости конструкций могут быть определены и расчетным путем. В этих случаях испытания допускается не проводить.

Определение пределов огнестойкости расчетным путем следует выполнять по методикам, одобренным Главтехнормированием Госстроя СССР.

2.6. Для ориентировочной оценки предела огнестойкости конструкций при их разработке и проектировании можно руководствоваться следующими положениями:

а) предел огнестойкости слоистых ограждающих конструкций по теплоизолирующей способности равен, а, как правило, выше суммы пределов огнестойкости отдельно взятых слоев. Отсюда следует, что увеличение числа слоев ограждающей конструкции (оштукатуривание, облицовка) не уменьшает ее предела огнестойкости по теплоизолирующей способности. В отдельных случаях введение дополнительного слоя может не дать эффекта, например, при облицовке листовым металлом с необогреваемой стороны;

б) пределы огнестойкости ограждающих конструкций с воздушной прослойкой в среднем на 10% выше пределов огнестойкости тех же конструкций, но без воздушной прослойки; эффективность воздушной прослойки тем выше, чем больше она удалена от нагреваемой плоскости; при замкнутых воздушных прослойках их толщина не влияет на предел огнестойкости;

в) пределы огнестойкости ограждающих конструкций с несимметричным расположением слоев зависят от направленности теплового потока. С той стороны, где вероятность возникновения пожара выше, рекомендуется располагать несгораемые материалы с низкой теплопроводностью;

г) увеличение влажности конструкций способствует уменьшению скорости прогрева и повышению огнестойкости за исключением тех случаев, когда увеличение влажности увеличивает вероятность внезапного хрупкого разрушения материала или появления местных выколов, особенно опасно это явление для бетонных и асбестоцементных конструкций;

д) предел огнестойкости нагруженных конструкций уменьшается с увеличением нагрузки. Наиболее напряженное сечение конструкций, подверженное воздействию огня и высоких температур, как правило, определяет величину предела огнестойкости;

е) предел огнестойкости конструкции тем выше, чем меньше отношение обогреваемого периметра сечения ее элементов к их площади;

ж) предел огнестойкости статически неопределимых конструкций, как правило, выше предела огнестойкости аналогичных статически определимых конструкций за счет перераспределения усилий на менее напряженные и нагреваемые с меньшей скоростью элементы; при этом необходимо учитывать влияние дополнительных усилий, возникающих вследствие температурных деформаций;

з) возгораемость материалов, из которых выполнена конструкция, не определяет ее предела огнестойкости. Например, конструкции из тонкостенных металлических профилей имеют минимальный предел огнестойкости, а конструкции из древесины имеют более высокий предел огнестойкости, чем конструкции из стали при тех же отношениях обогреваемого периметра сечения к его площади и величины действующих напряжений к временному сопротивлению или пределу текучести. В то же время следует учитывать, что применение сгораемых материалов вместо трудносгораемых или несгораемых может понизить предел огнестойкости конструкции, если скорость его выгорания будет выше скорости прогревания.

Для оценки предела огнестойкости конструкций на основании вышеперечисленных положений необходимо располагать достаточными сведениями о пределах огнестойкости конструкций, аналогичных рассматриваемым по форме, использованным материалам и конструктивному исполнению, а также сведениями об основных закономерностях их поведения при пожаре или огневых испытаниях.

2.7. В случаях, когда в табл.2-15 пределы огнестойкости указаны для однотипных конструкций различных размеров, предел огнестойкости конструкции, имеющей промежуточный размер, может определяться по линейной интерполяции. Для железобетонных конструкций при этом должна осуществляться интерполяция и по величине расстояния до оси арматуры.

Разрушение железобетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил происходит в основном в результате образования нормальных трещин и последующего разрушения (раздробления) сжатой зоны бетона над нормальной трещиной или разрушения (разрыва) продольной растянутой арматуры, пересекающей нормальную трещину.

В соответствии с характером разрушения расчет железобетонных элементов на действие изгибающих моментов и продольных сил производится по нормальным сечениям, проходящим по нормальной трещине и бетону над ней.

Существует три основных метода расчета железобетонных элементов по нормальным сечениям: первый метод, применяемый ранее и именуемый как расчет по допускаемым напряжениям, второй метод, применяемый в последние годы и именуемый как расчет по предельным усилиям, и третий метод, применяемый в настоящее время и именуемый как расчет по деформационной модели. Все эти методы имеют существенные различия, однако представляется важным и полезным показать, что они основываются на общей характеристике деформирования бетона и арматуры - диаграммах деформирования, определяющих связь между напряжениями и деформациями бетона и арматуры.

173. РАСЧЕТНЫЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

2.1. При теплотехническом расчете наружных ограждающих конст­рукций отапливаемых мобильных (инвентарных) зданий температура на­ружного воздуха принимается для исполнения северного («С») - минус 20⁰С.

2.2. Расчетные температуры внутреннего воздуха принимаются для жилых и общественных зданий - 22⁰С, для производственных - 12⁰С.

2.3. Суточные колебания температуры внутреннего воздуха  , ⁰C, не должны превышать:

в жилых домах, детских и лечебно-профилактических учреждениях:

в зимний период……+ 1,5

в летний период……+ 2

в общественных зданиях прочего функционального назначения:

в зимний период……+ 2

в летний период……+ 3

2.4. Значение температурного перепада   между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхностей стен, ука­занное в СНиП II-3-79** (п. 2.2), в помещениях, имеющих более двух наружных ограждений, не считая пола, следует принимать на каждое до­полнительное наружное ограждение для жилых домов, детских и лечебно-профилактических учреждений меньше на 1⁰С; для общественных зданий прочего функционального назначения больше на 0,5⁰С.

Примечание. При обогреваемых полах перепады   между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренних поверх­ностей стен допускается принимать на один градус больше.

Температура необогреваемого пола должна быть не ниже: в жилых домах, детских и лечебно-профилактических учреждениях - 17⁰С; в обще­ственных зданиях прочего функционального назначения - 16⁰С. Расчетная температура поверхностей обогреваемого пола принимается равной 21⁰С.

 Бетонные и железобетонные конструкции должны быть обеспечены требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний: расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям настоящего Свода правил. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации сооружений и тепловых агрегатов, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

4.2 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных температур до 200 °С, следует предусматривать, как правило, из обычного бетона.

Фундаменты, которые при эксплуатации постоянно подвергаются воздействию температуры до 250 °С включительно, допускается принимать из обычного бетона.

Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия высоких температур, свыше 200 °С, следует предусматривать из жаростойкого бетона.

Несущие элементы конструкций тепловых агрегатов, выполняемые из жаростойкого бетона, сечение которых может нагреваться до температуры выше 1000 °С, допускается принимать только после их опытной проверки.

4.3 Циклический нагрев - длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция периодически подвергается повторяющемуся нагреву с колебаниями температуры более 30 % расчетного значения при длительности циклов от 3 ч до 30 дн.

Постоянный нагрев - длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция подвергается нагреву с колебаниями температуры до 30 % расчетного значения.

4.4 Для конструкций, работающих под воздействием температуры выше 50 °С в условиях периодического увлажнения паром, технической водой и конденсатом, расчет допускается производить только на воздействие температуры и нагрузки без учета периодического увлажнения. При этом в расчете сечения не должны учитываться крайние слои бетона толщиной 20 мм с каждой стороны, подвергающиеся замачиванию в течение 7 ч, и толщиной 50 мм при длительности замачивания бетона более 7 ч или должна предусматриваться защита поверхности бетона от периодического замачивания.

Окрашенная поверхность бетона или гидроизоляционные покрытия этих конструкций должны быть светлых тонов.

4.5 Конструкции рассматриваются как бетонные, если их прочность обеспечена одним бетоном. Бетонные элементы применяют преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента при постоянном нагреве. А также бетонные элементы из жаростойкого бетона применяют в конструкциях, которые не являются несущими (футеровка).

4.6 Жаростойкие бетоны в элементах конструкций тепловых агрегатов следует применять в соответствии с приложением А.

Классы жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения в соответствии с ГОСТ 20910 в зависимости от вида вяжущего, заполнителей, тонкомолотых добавок и отвердителя приведены в табл. 5.1.

174. Для правильной оценки поведения строительных конструкций в условиях реальных пожаров, прогнозирования их устойчивости и решения нормативных вопросов необходимо иметь научно-обоснованный метод перехода от условий и результатов испытаний по стандартной температурно--временной" кривой к условиям реальных пожаров. Под реальными пожарами в данном случае понимаются пожары, отличные от "стандартного", а также имеющую затухающую стадию.

Поскольку вопрос перехода от реальных пожаров к "стандартному" вызван проблемой оценки поведения строительных конструкций, то приведение пожаров необходимо проводить через анализ теплового воздействия этих пожаров на конструкцию.

Продолжительность "стандартного" пожара будет эквивалентна продолжительности реального пожара, если последствия теплового воздействия "стандартного" и реального пожаров на строительную конструкцию будут одинаковы. Таким образом, параметром, определяющим соот-

ветствие "стандартного" и реального пожаров,является эквивалентная продолжительность пожара иэкв>. выражающая продолжительность "стандартного" пожара, воздействие которого на конструкцию аналогично воздействию на нее реального пожара, при котором наступает предельное состояние по огнестойкости.

Существующий метод перехода от реальных пожаров к "стандартному" температурному режиму по равенству пло-. щадей под кривыми "температура-время", является некорректным и не имеет физического смысла. Предлагаемая методика определения тэкв основана на интегральной оценке тепловых нагрузок реального и "стандартного" пожаров по достижению конструкцией предельного состояния по огнестойкости.

В данном случае имеется в виду время достижения критической температуры арматуры, находящейся в растянутой зоне изгибаемой конструкций. Для сравнения двух тепловых нагрузок предлогается определять интеграл от плотности теплового потока на обогреваемой поверхности "стандартного и реального пожаров

175. Сечения плит могут быть сплошные с пустотами и ребристые. Плиты сплошного сечения Плиты сплошного сечения рациональны для совсем малых нролегов не более 2 м. При больших пролетах плита, будучи поднята за концы арматурой вверх, что легко может случиться. Плиты с пустотами Плиты с пустотами дают более рациональное расположение материала и сечении. Наиболее падежным и жестким, обеспечивающим хорошую связь между элементами, является способ соединения путем бетонирования зазоров ни всей высоте сечения.

Ребристые плиты - это один из основных видов плит перекрытий, которые используются в промышленном и частном строительстве. Их отличие от пустотных плит заключаются в том, что они выпускаются с ребрами в одном или двух направлениях. Такое решение позволяет повысить жесткость ребристых плит и помогает им выдерживать большие нагрузки на изгиб.

Как правило, плиты перекрытия ребристые используются для покрытия крыш жилых домов, производственных зданий и промышленных помещений. В качестве межэтажных элементов их используют редко, поскольку выступающих балки создают неплоский потолок. Кроме того, ребристые плиты перекрытий активно применяют про строительстве дорог второстепенного значения.

Ребристые плиты выпускают в 2-х вариантах:

• С ребрами вниз – перекрытия в промышленных зданиях.

• С ребрами вверх – для устройства пола.

В связи с тем, что ребристые плиты перекрытий являются несущими элементами, при их изготовлении используется тяжелый бетон не ниже марок М-300 по прочности, а также преднапряженную и ненапряженную арматуру.