Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине Строительные конструкции для студентов специальности 1-70 01 01 - Производство строительных изделий и конструкций

3

4

Цели и задачи дисциплины

Курс «Строительные конструкции» имеет большое значение в общей подготовке инженеров строительного профиля. Ни одно здание или сооружение нельзя правильно возвести и успешно эксплуатировать без знания данной дисциплины. Строительные конструкции являются базой современного надземного и подземного строительства. Они применяются при возведении промышленных и гражданских зданий, различных инженерных сооружений, в энергетическом, сельскохозяйственном строительстве и др.

Основной целью изучения дисциплины «Строительные конструкции» является формирование знаний по основам расчета и проектирования железобетонных конструкций заводского изготовления, 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 железобетонные конструкции зданий и сооружений, отвечающие требованиям прочности, жесткости, трещиностойкости, долговечности, эстетичности; раскрыть мировоззренческие вопросы дисциплины, дать студентам практические навыки по расчету железобетонных и металлических конструкций, использованию нормативно-справочной и научно-технической литературы, показать роль выдающихся ученых в развитии конструкций, ознакомить с основными тенденциями развития и перспективами применения железобетонных и металлических конструкций в промышленном и гражданском строительстве, дать навыки по разработке и использованию подсистемы автоматизированного проектирования конструкций.

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

–основные физико-механические свойства бетона, арматуры и железобе-

тона;

–основные положения расчета строительных конструкций;

–основы конструирования сборных железобетонных конструкций зданий и инженерных сооружений;

–конструктивные схемы одно- и многоэтажных зданий;

уметь:

–рассчитывать нагрузки, сечения и конструировать железобетонные элементы зданий и сооружений;

владеть:

–методиками расчета железобетонных конструкций зданий и сооруже-

ний;

–приемами армирования сборных и монолитных железобетонных конструкций.

–приемами контроля трещиностойкости и несущей способности конструкций.

5

Освоение данной учебной дисциплины обеспечивает формирование следующих компетенций:

–АК-1. Уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических задач.

–АК-2. Владеть системным и сравнительным анализом.

–АК-4. Уметь работать самостоятельно.

–АК-6. Владеть междисциплинарным подходом при решении проблем.

–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-10. Налаживать контроль качества производственного процесса и выпускаемой продукции в соответствии с действующими нормативными документами.

–ПК-13. Анализировать и оценивать тенденции развития техники и технологий.

–ПК-14. Создавать условия для получения продукции, соответствующей действующим стандартам и нормам, используя оперативную информацию о технологическом процессе производства строительных материалов, изделий и конструкций.

–ПК-17. Обосновывать расчетами режимы выполнения технологических операций производственного процесса получения строительной продукции, включая ведение бетонных работ в монолитном строительстве.

–ПК-19. В соответствии с действующими нормами и правилами осуществлять контроль качества выполнения технологических операций производственного процесса, приемо-сдаточный контроль производимой продукции, включая контроль качества бетона монолитных конструкций.

–ПК-20. В составе группы специалистов по проектированию предприятий строительной отрасли, строительных объектов или самостоятельно разрабатывать проекты технологических линий, цехов и заводов по производству строительных материалов, изделий (конструкций) и технологические регламенты (карты) на изготовление изделий (конструкций) и ведение бетонных работ.

–ПК-21. Анализировать перспективы и направления развития технологий и приемов производства строительных материалов, изделий и конструкций.

–ПК-24. В составе коллектива специалистов или самостоятельно осуществлять рационализаторскую и изобретательскую деятельность.

–ПК-27. Организовать работу по подготовке сообщений, рефератов, научных статей и заявок на выдачу охранных документов на объекты промышленной деятельности.

6

–ПК-33. Организовывать и осуществлять испытания физикотехнических и эксплуатационных свойств строительных материалов и изделий в соответствии с требованиями нормативно-технической литературы в области строительства.

–ПК-37. Осуществлять поиск, систематизацию и анализ информации по перспективам развития отрасли, инновационным технологиям, проектам и решениям.

–ПК-38. Работать с научной, технической и патентной литературой.

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоить следующие курсы:

– «Сопротивление материалов» (разделы: деформации растяжения и сжатия, кручение, изгиб, основы теории напряженно-деформированного состояния);

–«Строительная механика» (разделы: расчетные схемы сооружений, арки и рамы, плоские фермы, метод конечных элементов, расчет сооружений по несущей способности, современное программное обеспечение для расчетов на ЭВМ);

–«Строительное материаловедение» (разделы: основные свойства строительных материалов, неорганические вяжущие вещества, бетоны и растворы на неорганических вяжущих);

–«Архитектура» (объемно-планировочные и конструктивные решения гражданских и промышленных зданий и сооружений).

Согласно учебному плану для дневной формы получения высшего образования на изучение учебной дисциплины отведено всего: 236 час, из них аудиторных – 114 часа.

Распределение аудиторных часов приведено в таблице 1.

7

Раздел 1. Основы теории расчета и конструирования железобетонных конструкций

Тема 1.1. Общие сведения о железобетоне

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, что практически не позволяет применять бетон в качестве растянутых и изгибаемых элементов.

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 линейные коэффициенты температурного расширения;

–бетон надежно защищает арматуру от воздействия агрессивных сред, предохраняет от воздействия огня при пожаре.

Преимущества железобетонных конструкций: 1. Долговечность – 800-100 лет; 2. Огнестойкость;

3. Стойкость против атмосферных воздействий;

4. Относительно малые эксплуатационные расходы на содержание зданий и сооружений из железобетонных конструкций;

5. Относительно низкие затраты энергии на производство железобетонных конструкций;

6. Возможность изготовления и возведения конструкций нужной и рациональной формы;

7. Возможность использования при производстве местных материалов;

8. Возможность использования железобетонных конструкций в качестве ограждающих несущих конструкций одновременно.

Недостатки железобетонных конструкций:

–большой собственный вес

8

– раннее образование трещин в растянутой зоне сечения

При приложении к изгибаемому элементу нагрузки, в верхней зоне возникает сжатие, в нижней зоне – растяжение (рис. 1.1). Нейтральная ось – линия, разделяющая сжатую и растянутую зоны бетона. Первая стадия работы изгибаемого элемента – до образования трещин.

Рис. 1.1. Характер образования трещин и разрушения бетонной (а) и железобетонной (б) балок

сс – нормируемое сжимающее напряжение в бетоне;сt – нормируемое растягивающее напряжение;

fcm – среднее значение цилиндрической прочности бетона на сжатие;

fctm – среднее значение предела прочности бетона при осевом растяжении; xeff – высота сжатой зоны бетона;

Mcr – момент, при котором образуются трещины.

При увеличении нагрузки до определённого значения в растянутой зоне бетона напряжение сt достигает предельного значения fctm, в результате в изгибаемом элементе образуются нормальные трещины (вторая стадия работы изгибаемого элемента). В этом случае бетонная конструкция (без армирования) разрушается хрупко до достижения своих предельных значений fcm, то есть в этом случае несущая способность бетонной конструкции ограничена её прочностью на растяжение. В железобетонных конструкциях (с арматурой в растянутой зоне) в сечениях с трещиной бетон выключается из работы, а растягивающие усилия в железобетонном элементе воспринимает арматура. В момент образования трещин нагрузка на балку составляет всего 15..20% от предельной нагрузки.

Третья стадия (разрушение) наступает тогда, когда напряжение в растянутой арматуре достигает своих предельных значений (предел текучести) – с последующим разрушением бетона в сжатой зоне. Рациональное проектирование железобетонной конструкции – когда достижение предельных напря-

9

жений в сжатой части бетона и в растянутой арматуре наступают практически одновременно.

В сжатых железобетонных конструкциях продольная сжимающая нагрузка воспринимается бетоном и арматурой (то есть арматура устанавливается для усиления сжатых зон бетона). При этом продольная арматура воспринимает часть сжимающих усилий, поперечная (хомуты) – для восприятия растягивающих усилий.

Стремление уменьшить влияние раннего образования трещин, привело к созданию предварительно напряженных железобетонных конструкций

(рис. 1.2).

Рис. 1.2. Предварительно напряженная балка при натяжении арматуры на упоры (а), возможные эпюры напряжения в бетоне после отпуска напрягаемой арматуры (б) и в стадии разрушения (в)

При выполнении предварительного напряжения растущее напряжение арматуры передаются на затвердевший бетон, который подвергается предварительному обжатию, причём этому предварительному обжатию подвергаются растянутые от будущей внешней нагрузки зоны железобетонного элемента. Предварительное напряжение в 2..3 раза повышает трещиностойкость и жесткость конструкций по сравнению с обычным железобетоном. При этом несущая способность предварительно напряженных конструкций практически не зависит от величины предварительного напряжения арматуры.

10