Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине Железобетонные конструкции для специальности 1-70 07 01 Строительство тепловых и атомных электростанций
.pdfБЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет |
Строительный |
Кафедра |
Строительные конструкции |
СОГЛАСОВАНО |
СОГЛАСОВАНО |
Заведующий кафедрой |
Декан |
В.Ф. Зверев |
С.Н. Леонович |
__________________ 2019 |
_______________ 2019 |
ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
для специальности |
1-70 07 01 «Строительство тепловых и атом- |
|
ных электростанций» |
Составители: Бондарь В.В., Зверев В.Ф., Коледа С.М.
Рассмотрено и утверждено На заседании Совета строительного факультета «25» ноября 2019
протокол № 3
Перечень материалов
Учебно-методический комплекс содержит электронный документ, состоящий из разделов:
1. Теоретический раздел – конспект лекций.
2 Вспомогательный раздел – учебная программа по дисциплине «Железобетонные конструкции» (регистр. № УД-СФ69-11/уч.), утвержденная 31.05.2017 г., список рекомендуемой основной и дополнительной литературы.
3.Практический раздел – конспект практических занятий с примерами расчета железобетонных конструкций.
4.Раздел контроля знаний – вопросы к зачету по дисциплине.
Пояснительная записка
Цели ЭУМК
Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Железобетонные конструкции» разработан в соответствии с утвержденным учебным планом для специальности 1-70 07 01 «Строительство тепловых и атомных элекстростанций».
Основной целью изучения дисциплины «Железобетонные конструкции» является формирование знаний по основам расчета и проектирования строительных конструкций, приобретение умения правильно представлять работу конструкций под нагрузкой, выбирать наиболее целесообразные в каждом конкретном случае материалы и проектные решения.
Основная задача преподавания дисциплины заключается в том, чтобы научить студентов проектировать технически и экономически обоснованные строительные конструкции зданий и сооружений, отвечающие требованиям надежности, дать студентами практические навыки по расчету железобетонных конструкций, использованию нормативной, справочной и научно-технической литературы, показать роль выдающихся ученых в развитии конструкций, ознакомить с основными тенденциями развития и перспективами применения железобетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве.
В результате освоения дисциплины будущий специалист должен:
—знать: физико-механические свойства конструкций из железобетона; требования норм по проектированию конструкций зданий и сооружений; конструкции и конструктивные системы зданий и сооружений; современные требования к расчету и конструированию железобетонных конструкций.
—уметь: ставить и решать задачи, связанные с проектированием зданий и сооружений, выбором их оптимального конструктивного решения; на основании принятой конструктивной схемы осуществлять расчеты с подбором сечений, назначать армирование элементов; пользоваться нормативной, справочной и специальной литературой (ТКП, СТБ, СНБ, ТК, ГОСТ и др.); читать рабочие чертежи.
—владеть: основами расчета несущей способности и эксплуатационной пригодности строительных конструкций; методологией анализа новейших достижений строительной науки.
2
Оглавление |
|
Цели и задачи дисциплины........................................................................... |
7 |
Раздел 1. Сопротивление железобетона...................................................... |
9 |
Тема 1.1. Курс железобетона, его цели и задачи. .......................................... |
9 |
Тема 1.2. Физико-механические свойства бетона ....................................... |
14 |
Тема 1.3 Арматура для железобетонных конструкций............................... |
25 |
Тема 1.4 Железобетон. Физико-механические свойства Сущность |
|
предварительного напряжения. ............................................................................. |
32 |
Тема 1.5. Основы теории сопротивления железобетона и методы |
|
расчета железобетонных конструкций ................................................................. |
43 |
Перечень контрольных вопросов по 1 разделу....................................... |
55 |
Раздел 2. Проверка предельных состояний несущей способности (I |
|
группа ПС). Конструктивные элементы железобетоных и каменных |
|
конструкций. .......................................................................................................... |
57 |
Тема 2.1. Проверка предельных состояний несущей способности на |
|
основе расчетной деформационной модели сопротивления для сечений |
|
(общий случай для изгибаемых элементов). ........................................................ |
57 |
2.1.1. Модель сопротивления сечения, основанная на применении |
|
прямоугольной эпюры напряжений (только для изгибаемых элементов)........ |
57 |
2.1.2. Модель сопротивления сечения, основанная на использовании |
|
параболически-линейной диаграммы деформирования бетона (только |
|
изгибаемых элементов)........................................................................................... |
59 |
2.1.3. Модель сопротивления сечения, основанная на использовании |
|
билинейной диаграммы деформирования бетона (только для изгибаемых |
|
элементов) ................................................................................................................ |
64 |
2.1.3. Расчет изгибаемых элементов по наклонным сечениям................... |
66 |
Тема 2.2 Железобетонные сжатые и растянутые элементы. ...................... |
71 |
2.2.1. Общие понятия. Конструктивные особенности ................................ |
71 |
3
2.2.2. Расчет сжатых и растянутых элементов с использованием |
|
модели сопротивления сечения, основанной на применении |
|
прямоугольной эпюры напряжений. ..................................................................... |
76 |
2.2.3. Частично нагруженные площадки (местное сжатие)........................ |
80 |
Перечень контрольных вопросов по 2 разделу....................................... |
83 |
Содержание практических занятий по 2 разделу................................... |
84 |
Раздел 3. Расчет предельных состояний эксплуатационной |
|
пригодности (II группа ПС). Каменные конструкции. ............................... |
101 |
Тема 3.1. Трещиностойкость и перемещения элементов |
|
железобетонных конструкций ............................................................................. |
101 |
3.1.1. Сопротивление железобетонного элемента раскрытию |
|
нормальных трещин.............................................................................................. |
102 |
3.1.2. Расстояние между трещинами, нормальными к продольной |
|
оси элемента........................................................................................................... |
104 |
3.1.3. Расчет ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной |
|
оси элемента........................................................................................................... |
108 |
3.1.4. Минимальная площадь армирования, необходимая для |
|
ограничения ширины раскрытия трещин ........................................................... |
111 |
3.1.5. Расчет ширины раскрытия наклонных трещин. .............................. |
112 |
3.1.6. Расчет железобетонных конструкций по деформациям ................. |
114 |
Тема 3.2. Каменные конструкции................................................................ |
117 |
3.2.1. Термины и определения ..................................................................... |
117 |
3.2.2. Материалы для каменных и армокаменных конструкций.............. |
122 |
3.2.3. Прочностные характеристики каменной кладки ............................. |
132 |
3.2.4. Расчет элементов каменных и армокаменных конструкций по |
|
несущей способности............................................................................................ |
143 |
3.2.5. Изгибаемые элементы каменных конструкций. Расчет балок |
|
из армированной каменной кладки. .................................................................... |
151 |
Перечень контрольных вопросов по 3 разделу..................................... |
153 |
4
Раздел 4. Железобетонные конструкции многоэтажных |
|
промышленных и гражданских зданий и сооружений................................ |
154 |
Тема 4.1. Общие принципы проектирования железобетонных |
|
конструкций зданий и сооружений ..................................................................... |
154 |
4.1.1. Деформационные швы........................................................................ |
155 |
4.1.2. Типизация сборных элементов, унификация размеров .................. |
158 |
4.1.3. Конструкции плоских перекрытий.................................................... |
160 |
4.1.4. Балочные сборные перекрытия. Компоновка конструктивной |
|
схемы. ..................................................................................................................... |
161 |
4.1.5. Проектирование ригеля. Основные положения по расчету и |
|
конструированию. ................................................................................................. |
165 |
4.1.6. Ребристые монолитные перекрытия с плитами опертыми по |
|
контуру ................................................................................................................... |
172 |
4.1.7. Безбалочные сборные перекрытия .................................................... |
175 |
4.1.8. Безбалочные монолитные перекрытия ............................................. |
176 |
4.1.9. Железобетонные конструкции промышленных многоэтажных |
|
зданий. .................................................................................................................... |
178 |
4.1.9. Железобетонные конструкции гражданских многоэтажных |
|
зданий ..................................................................................................................... |
181 |
4.1.10. Статический расчет рам. Общие сведения..................................... |
183 |
Тема 4.2. Железобетонные фундаменты..................................................... |
186 |
4.2.1. Типы фундаментов. Конструктивные требования к габаритам и |
|
армированию.......................................................................................................... |
186 |
4.2.2. Конструктивные особенности столбчатых фундаментов............... |
188 |
Перечень контрольных вопросов по 4-му разделу............................... |
197 |
Раздел 5. Железобетонные конструкции одноэтажных |
|
производственных зданий ................................................................................. |
199 |
Тема 5.1. Железобетонные конструкции одноэтажных |
|
промышленных зданий. Здания ТЭС и АЭС. Объемно- |
|
планировочные и конструктивные решения. ..................................................... |
199 |
|
5 |
5.1.1. Конструктивные схемы одноэтажных зданий ................................. |
199 |
5.1.2. Компоновка поперечной рамы .......................................................... |
207 |
5.1.3. Общие положения по статическому расчету каркаса здания......... |
209 |
5.1.4. Колонны. Типы поперечных сечений. Особенности расчета |
|
двухветвевых колонн. Проектирование консолей колонны............................. |
211 |
5.1.5. Балки и фермы покрытия ................................................................... |
220 |
5.1.6. Арки покрытия .................................................................................... |
226 |
5.1.7. Подкрановые, фундаментные и обвязочные балки. |
|
Общие сведения..................................................................................................... |
229 |
5.1.8. Здания ТЭС. Объемно-планировочные и конструктивные |
|
решения. Общие сведения.................................................................................... |
231 |
5.1.9. Здания АЭС. Объемно-планировочные и конструктивные |
|
решения. Общие сведения.................................................................................... |
233 |
Тема 5.2. Расчет и конструирование складок и оболочек......................... |
244 |
5.2.1. Классификация оболочек, области их применения. Общие |
|
положения по расчету оболочек. ......................................................................... |
244 |
5.2.2. Основные принципы конструирования тонких оболочек. ............. |
248 |
Тема 5.3. Расчет и конструирование железобетонных куполов............... |
249 |
Перечень контрольных вопросов к 5-му разделу................................. |
253 |
Содержание практических занятий к разделам 3-5............................. |
256 |
Лабораторные работы................................................................................ |
343 |
Перечень контрольных вопросов к зачету ............................................ |
344 |
Перечень контрольных вопросов к экзамену ....................................... |
346 |
ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................. |
349 |
6
Цели и задачи дисциплины
Курс «Железобетонные конструкции» имеет большое значение в общей подготовке инженеров строительных специальностей. При изучении данного курса рассматриваются вопросы проектирования, расчета и конструирования железобетонных и стальных конструкций, применяемых в инженерных сооружениях.
Основной целью изучения дисциплины «Железобетонные конструкции» является формирование знаний по основам расчета и проектирования строительных конструкций, приобретение умения правильно представлять работу конструкций под нагрузкой, выбирать наиболее целесообразные в каждом конкретном случае материалы и проектные решения.
Основная задача преподавания дисциплины заключается в том, чтобы научить студентов проектировать технически и экономически обоснованные строительные конструкции зданий и сооружений, отвечающие требованиям надежности, дать студентами практические навыки по расчету железобетонных конструкций, использованию нормативной, справочной и научно-технической литературы, показать роль выдающихся ученых в развитии конструкций, ознакомить с основными тенденциями развития и перспективами применения железобетонных и стальных конструкций в промышленном и гражданском строительстве.
В результате освоения дисциплины будущий специалист должен:
знать:
–физико-механические свойства железобетонных и каменных;
–требования норм по проектированию конструкций зданий и сооружений;
–конструкции и конструктивные системы зданий и сооружений;
–современные требования к расчету и конструированию железобетонных конструкций.
уметь:
–ставить и решать задачи, связанные с проектированием зданий и сооружений, выбором их оптимального конструктивного решения;
–на основании принятой конструктивной схемы осуществлять расчеты с подбором сечений, назначать армирование элементов;
–пользоваться нормативной, справочной и специальной литературой (ТКП, СТБ, СНБ, ТК, ГОСТ и др.);
–читать рабочие чертежи;
владеть:
–основами расчета несущей способности и эксплуатационной пригодности строительных конструкций;
–методологией анализа новейших достижений строительной науки;
–читать рабочие чертежи.
Освоение данной учебной дисциплины обеспечивает формирование следующих компетенций:
-АК-1. Уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических задач.
-АК-4. Уметь работать самостоятельно.
7
-АК-7. Иметь навыки, связанные с использованием технических устройств, управлением информацией и работой с компьютером.
-АК-9. Уметь учиться, повышать свою квалификацию в течение всей жизни.
-СЛК-1. Обладать качествами гражданственности.
-СЛК-5. Быть способным к критике и самокритике.
-СЛК-6. Уметь работать в команде.
-ПК-1. Применять современные методы возведения объектов, обеспечивающие высокий технико-экономический уровень выполнения строительных процессов.
-ПК-2. Применять современные методы эксплуатации, технического обслуживания и ремонта объектов.
-ПК-6. Организовывать и проводить испытания сооружений и оборудования водохозяйственных систем.
-ПК-7. Разрабатывать проекты инженерных систем, используя современные методы и технологии проектирования.
-ПК-20. Владеть современными средствами коммуникаций и обработки информации.
Для изучения данной дисциплины необходимо усвоить следующие курсы:
– «Теоретическая механика» (разделы: статика, кинематика, динамика);
– «Сопротивление материалов», «Теория упругости» (разделы: деформации растяжения и сжатия, кручение, изгиб, основы теории напряженно-деформированного состояния);
– «Строительная механика» (разделы: кинематический анализ сооружений, расчетные схемы сооружений, расчет статически неопределимых систем, метод конечных элементов, расчет сооружений по несущей способности, современное программное обеспечение для расчетов на ЭВМ);
– «Строительные материалы» (разделы: основные свойства строительных материалов, неорганические вяжущие вещества, бетоны и растворы на неорганических вяжущих);
Согласно учебному плану для очной формы получения высшего образования на изучение учебной дисциплины отведено всего 302 часа, из них аудиторных – 144 часа.
Распределение аудиторных часов приведено в таблице 1.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
Курс |
Се- |
Лек- |
Лабора- |
Практиче- |
Курсовое |
Форма теку- |
|
местр |
ции |
торные |
ские |
проектиро- |
щей аттеста- |
|
|
час. |
занятия |
занятия |
вание |
ции |
|
|
|
час. |
час |
|
|
3 |
6 |
48 |
- |
16 |
|
Зачет |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
7 |
48 |
16 |
- |
16 |
Экзамен |
|
|
|
|
|
|
|
8
Раздел 1. Сопротивление железобетона
Тема 1.1. Курс железобетона, его цели и задачи.
Строительные конструкции – это несущие системы, надежность которых определяется статическим или динамическим расчетом, подтверждающим их способность эффективно сопротивляться действующим нагрузкам и воздействиям.
Классификация конструкций по материалу:
-железобетонные;
-бетонные;
-металлические (стальные и алюминиевые);
-каменные и армокаменные;
-деревянные;
-с использованием пластмасс;
-пневматические конструкции;
-комбинированные.
Требования, предъявляемые к строительным конструкциям:
1.Надежность, включающая требования по несущей способности, эксплуатационной пригодности и долговечности;
2.Технологичность;
3.Соответствие фактических условий зксплуатации функциональному назначению конструкций;
4.Оптимальная материалоемкость;
5.Минимальная продолжительность возведения;
6.Минимальная трудоемкость изготовления;
7.Эстетичность.
Достоинства и недостатки железобетонных и каменных конструкций.
Достоинства |
|
Недостатки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Железобетонные конструкции |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
- большая несущая способность; |
- большая масса конструкций; |
|
|
||
- долговечность; |
- |
трудность |
усилений |
и |
|
- высокая атмосферостойкость и |
переделок; |
|
|
|
|
химическая стойкость; |
- |
высокая |
тепло- |
и |
|
- высокая огнестойкость; |
звукопроводность; |
|
|
|
|
- повсеместное распространение |
- появление трещин из-за усадки и |
|
|||
сырья (щебень, песок, вода); |
при силовых воздействиях; |
|
|
||
- возможность создавать любые |
- выдержка до набора прочности |
|
|||
формы (монолит); |
(можно ускорить процесс твердения). |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
- |
малые |
эксплуатационные |
|
|
|
расходы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Каменные конструкции |
|
||
|
|
|
|||
- |
относительно большая несущая |
- большая масса конструкций; |
|||
способность; |
|
- |
высокие трудозатраты при |
||
- долговечность; |
возведении; |
|
|||
- |
высокая атмосферостойкость и |
- |
сравнительно |
высокая |
|
химическая стойкость; |
теплопроводность. |
|
|||
- высокая огнестойкость; |
|
|
|
||
- |
низкие |
эксплуатационные |
|
|
|
расходы |
|
|
|
|
|
Сущность железобетона
Железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной работы в конструкции бетона и стальных стержней.
Благодаря своим физико-механическим свойствам, доступности исходных материалов, железобетонные конструкции являются базой современного индустриального строительства. Железобетон на данном этапе применяется не только при изготовлении типовых конструкций в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве, но и при возведении тонкостенных покрытий (оболочек) в основном для зданий больших пролетов, для возведения инженерных сооружений (бункера, резервуары, силосы), в транспортном строительстве (метро), в энергетическом строительстве (гидроэлектростанции, атомные электростанции).
Бетон – искусственный камень, обладающий большой прочностью при сжатии, при этом, сопротивление бетона растяжению в 10-20 меньше чем при сжатии.
В железобетоне растягивающие усилия передаются арматуре, которая в виде стержней (в основном стальных, так как возможна установка стеклопластиковой) вводится в основном в растянутых зонах конструкции.
Эффективность железобетона объясняется следующими его свойствами:
•благодаря хорошему сцеплению арматуры с бетоном, обеспечиваются совместные деформации до определенного уровня напряжений;
•близкие коэффициенты температурного линейного расширения бетона и арматуры;
•бетон надежно защищает арматуру от воздействия агрессивных сред, предохраняет от воздействия огня при пожаре.
Преимущества железобетонных конструкций:
10