ЖБК / 7сем / Лекции курс ЖБК / Лекция 1

Железобетонные и каменные конструкции

Лекция 1. Общие требования к строительным конструкциям. Из истории развития каменных конструкций.

Основные требования к строительным конструкциям

Современное строительство — это преимущественно поточный механизированный процесс сборки и монтажа зданий и сооружений из готовых, полностью отделанных деталей и конструкций, изготов-ляемых в условиях промышленного производства.

При проектировании зданий, сооружений и конструкций разрабатывают несколько вариантов решений с выявлением технико-экономических показателей расхода материалов, трудоемкости воз-ведения конструкций, стоимости и сроков строительства. Поэтому, строительные конструкции должны удовлетворять различным тре-бованиям: эксплутационным, техническим, экономическим, производственным, эстетическим.

Важнейшее требование к строительным конструкциям — экономичность их изготовления и эксплуатации. Экономичность конструкции основана на целесообразном использовании свойств применяемых материалов и рациональном их расходовании при преимущественном использовании местных материалов, не требующих дальних перевозок. Экономичность конструкции зависит от расходов на ее изготовление, трудовых затрат на заводах и на строительной площадке, затрат транспортных средств для перевозки составляющих ее материалов и изделий.

Большое значение для экономичности конструкций и эффектив-ности их применения в строительстве зданий имеет индустриаль-ность изготовления и монтажа. Должна быть обеспечена возмож-ность изготовления конструкций в заводских условиях с тем, чтобы на строительной площадке выполнялась только установка готовых конструктивных элементов на место с сокращением до минимума отделочных работ и особенно так называемых «мокрых» процессов. Это необходимо потому, что строительство зданий должно осуществ-ляться в кратчайшие сроки, в любое время года.

Эксплуатационные требования сводятся к тому, чтобы конструк-ция наилучшим образом удовлетворяла своему назначению, была удобна и безопасна при эксплуатации и обеспечивала бы наименьшие затраты для поддержания ее в надежном состоянии.

Технические требования заключаются в том, что конструкции должны иметь достаточную прочность, устойчивость, выносливость, жесткость, трещиностойкость и все это обеспечивает долговечность зданий и сооружений.

Конструкции должны быть рассчитаны на силовые воздействия, под которыми понимаются воздействия внешних нагрузок, от смешения опор, изменения температуры, усадки и других природных явлений.

Современные строительные конструкции делят на металлические (преимущественно стальные), бетонные и железобетонные, каменные и армокаменные, конструкции из дерева и пластмасс. История развития строительных конструкций связана с развитием производительных сил общества.

Каменные конструкции - наиболее древние, поскольку простейшие их виды можно было выполнять примитивными инструментами. В течение многих веков основным строительным материалом был камень. Известны сооружения из необработанных естественных камней еще каменного века. До наших дней сохранились гробницы египетских фараонов – пирамиды, возведённые из огромных тёсанных камней. Высота самой большой из них – пирамиды Хеопса, возведённой около 2700 г. До н.э. в Гизе, равна 146,6 м (ныне – 137 м); для постройки пирамиды было использовано 2,3 миллиона камней весом от 2,5 до 30 тонн.

Позже для каменных конструкций применяли естественный камень, кирпич — как сырец, так и обожженный. Сырцовый кирпич использовался ещё 8 тысяч лет назад, позже распространение получил более прочный и долговечный обожжённый кирпич. В Древнем Египте обожжённый кирпич стал использоваться с XIV в до н.э., в III в. до н.э. часть Великой китайской стены была возведена из обожжённого кирпича.

Опыт применения каменных конструкций в древности насчитывает большое количество исключительно интересных сооружений. К ним, например, относятся Колизей в Риме  ( I в. н.э.), многоярусные акведуки в Сеговии ( Испания, II в. н.э.), Пантеон в Риме  ( II в. н.э.), Софийский собор в Константинополе  ( VI в. н.э.) и многие другие.

На Руси обожжённый кирпич и известковый раствор широко применялись в строительстве. Примером может служить Десятинная церковь в Киеве ( X¸XI вв.). Дальнейшее распространение каменных конструкций в России продолжилось в XV веке. После строительства Аристотелем Фиораванти в 1478 г. Успенского собора в Москве в разных городах России отмечается интенсивное развитие строительства из кирпича и камня. Яркими примерами монументаль-ных каменных сооружений, иллюстрирующими богатую историю отечественного зодчества, служат Московский Кремль и кремли других городов России, Храм Василия Блаженного в Москве, построенный Постником Бармой, творения выдающихся зодчих Баженова В.И., Казакова М.Ф., Захарова А.Д., Воронихина А.М. и многих других.

Каменные конструкции, имеющие корни, уходящие далеко в глубь тысячелетий, актуальны и по сей день, и, благодаря своим положительным качествам, широко используются в современном строительстве.

В общем случае каменная кладка представляет из себя композитную конструкцию, образованную кладочными элементами – камнями, соединёнными между собой кладочным раствором. В качестве кладочных элементов используются стеновые изделия на основе природных и искусственных каменных материалов.

Каменные материалы подразделяют:

• по происхождению – на природные и искусственные;

• по величине – камни крупные, мелкоштучные и кирпич;

• по материалу – искусственные: глиняные, силикатные, бетонные, легкобетонные, ячеистые; природные: гранит, известняк, туф и др.

Основная характеристика каменных материалов – прочность на сжатие, определяемая маркой по временному сопротивлению сжатию. Установлены для каменных материалов марки 4-1000 (кгс/см2).

Важное свойство –морозостойкость Мрз (от Мрз 10 до Мрз 300). Для стен зданий сроком службы 100 лет Мрз ³ 25.

Керамические стеновые изделия

Кирпичи полнотелый и пустотелые (250х120х65 мм)

Пустотелые камни (250х120х138 мм)

Силикатные стеновые изделия

Кирпичи полнотелый и пустотелый модульный

Пустотелый камень

Бетонные стеновые изделия

По объёмному весу бетона камни подразделяются на три группы:

• блоки из тяжёлых бетонов  ( плотностью более 1800 кг/м3 );

• блоки из лёгких бетонов  ( плотностью до 1800 кг/м3 );

• блоки из ячеистых бетонов  ( плотностью менее 1200 кг/м3 ).

Плотность бетона определяется его структурой и видом заполнителя. Тяжёлые бетоны для камней изготовляют на щебне и гравии плотных каменных пород, а также на металлургических шлаках. Лёгкие бетоны – на щебне и гравии пористых естественных и искусственных материалов  ( туфа, пемзы, керамзита, гранулиро-ванных шлаков ). Ячеистые бетоны получают путём искусственного порообразования смеси вяжущего, кремнезёмистого компонента и воды при помощи газообразователя  ( газобетон, газосиликат )  или пенообразователя  ( пенобетон, пеносиликат ).

Бетонные камни изготавливаются сплошными и пустотелыми. Пустотелые камни могут иметь сквозные пустоты и пустоты, пере-крытые сверху диафрагмой. Действующим стандартом (ГОСТ 6133‑84) установлена предельная масса бетонного камня - 31 кг. Средняя плотность пустотелых камней не должна быть более 1650 кг/м3, полнотелых камней – 2200 кг/м3. Основные типы бетонных камней имеют размеры 390´190´188 мм  (целый камень) и 390´90´188 мм  (продольная половинка).

В Республике Башкортостан с 1994 года началось освоение новой для отечественных строителей продукции – высокопустотных вибропрессованных бетонных блоков.

Такая продукция производится на вибропрессовом оборудовании линий фирмы «Besser» ( США )  в г. Уфе и г. Салавате на следующих предприятиях:  СП «Интерстройсервис» АО КПД, СП «Берлек» АО БНЗС  и  ОАО «Бессер-блок»  Дорстройтреста КбшЖД.

Основным звеном этих линий является вибропрессовое оборудование, на котором производится формовка изделий из достаточно жёстких бетонных смесей с пониженным расходом цемента и низким водоцементным отношением. Одновременное воздействие вибрации и прессования позволяет получать на таких бетонных смесях камни высокой прочности, имеющие точные геометрические размеры с малыми допусками. Многообразие прессформ расширяет возможности этого оборудования и позволяет производить изделия широкой номенклатуры на одной и той же линии, путём несложной операции по замене матрицы и прессующего башмака.

\

На вышеперечислен-ных предприятиях используются линии типа  V3‑12 Vibrapac, имеющие оптималь-ные технические характеристики при сравнительно низких эксплуатационных затратах.

Производительность этой линии – 50 млн. шт. условного кирпича в год

Номенклатура стеновых изделий, производимая предприятиями Башкирии, представлена в ТСН 51-303-2000. РБ «Каменные и армокаменные конструкции на основе вибропрессованных бетонных изделий»

Высокопустотные вибропрессованные бетонные блоки стеновые БС 1

(размеры основного блока БС 1.1 390´190´190 мм)

Высокопустотные вибропрессованные бетонные блоки стеновые БС 2

(размеры основного блока БС 2.1 390´240´190 мм)

Высокопустотные вибропрессованные бетонные блоки стеновые БС 3

(размеры основного блока БС 3.1 390´290´190 мм)

Полнотелые вибропрессованные бетонные блоки БС 4

(размеры основного блока БС 4.1 390´190´90 мм)

Пустотные вибропрессованные бетонные блоки БС 5

(размеры основного блока БС 5.1 390´190´190 мм)

Вибропрессованные бетонные блоки перегородочные и облицовочные (размеры основного блока БП (БО) 1.1 390´90´190 мм,

пустотность блоков БП 1 и БО 1 составляет около 30%)

Технологическое оборудование фирмы «Besser» введением в бетонную смесь красителей позволяет получать изделия с объёмным окрашиванием, а наличие дополнительной гильотины – изделия с текстурой лицевой поверхности под естественный камень.

Блок высокопустотный рядовой БС 1.1 с пустотностью 50 %

Блок пустотелый рядовой БС 5.1 с пустотностью 35 %

Эффективность наружных стен зданий с применением высокопус-тотных вибропрессованных бетонных блоков на стадии строительства обусловлена следующими их достоинствами:

• оптимальность по конфигурации, обеспечивающая значительное повышение эффективности использования материала по сравнению с полнотелыми изделиями в конструктивных элементах, работающих на сжатие (несущие стены зданий, столбы, колонны), разрушение которых предопределяется потерей устойчивости;

• специфика конфигурации, позволяющая использовать высоко-пустотный блок как опалубочный элемент с возможностью после-дующего создания внутреннего каркаса по сборно-монолитной технологии путем обетонирования пустот и введения вертикальной и поперечной рабочей арматуры;

• высокая точность изделий, изготавливаемых на вибропрессовом оборудовании, стабильность геометрических размеров изделий, позволяющая обеспечить высокое качество кладки;

• сравнительно малый вес основного типа изделия, эквивалентного по объему 8 стандартным кирпичам (15 - 18 кг);

• возможность формирования на основе этих изделий тонкостенных несущих конструкций, обеспечивающих значительное снижение расхода конструкционного материала и до 2 - 3 раз нагрузки от собственного веса стены, минимизацию изгибающего момента от опорной реакции плиты перекрытия на несущий слой наружной стены здания.

Комплексная кладка

Комплексная кладка – каменная конструкция в виде кладки с включе-нием в неё бетонного или железобетонного внут-реннего каркаса, работа-ющего совместно с кладкой. Комплексная кладка выполняется на основе пустотной кладки путём введения в её вертикальные полости арматурных стержней с последующим их обетонированием