36

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет

(КубГТУ)

Кафедра «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

«КОНСТРУКЦИИ ГОРОДСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ЗДАНИЙ»

Часть 1. «железобетонные и каменные конструкции»

для студентов всех форм обучения

специальности 270105 – «Городское строительство и хозяйство»

и по дисциплине

«ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ»

для студентов всех форм обучения

специальности 270115 – «Экспертиза и управление недвижимостью»

Автор: канд. техн. наук, доцент В.А. Гуминский

Краснодар - 2011

Введение

1855 г., Париж, 1-я всемирная выставка. Среди кринолинов, цилиндров и фраков, рядом с огромным локомотивом Круппа и розовым монгольфьером последней модели остался почти незамеченным экспонат француза Ламбо - лодка из металлической сетки, обмазанная цементным раствором, которую он изготовил в 1850 г. Под 50-метровыми стальными арками павильона скромно появился материал следующего века - железобетон.

Печально, но Ламбо не запатентовал необычный симбиоз бетона и стали и поэтому формально не считается первооткрывателем железобетона. И до сих пор в мире нет единого мнения, кто является «Колумбом» железобетона.

В 1854 г. Уилкинсон (Англ.) запатентовал огнестойкое перекрытие из бетона, армированное полосовым железом и проволокой. Формальность в виде патента была соблюдена, и Англия могла бы считаться родиной железобетона, но почему-то так считать тоже не принято.

В 1855 г. Гиат (США) предложил бетонные балки, армированные железом.

В период с 1852 г. по 1861 г. Куанье (Фр.) разработал конструкции железобетонных перекрытий и сводов.

В 1867 г. французский садовник Монье взял патент на изготовление цветочных кадок из проволочной сетки, покрытой цементным раствором, а позже - на другие виды конструкций (резервуары, трубы, плиты, шпалы). В 1967 г. Франция торжественно отметила 100-летие железобетона. Из трёх французов-пионеров железобетона чтят того, кто спустя 17 лет после изготовления своим соотечественником первого железобетонного изделия оформил идею документально.

Американцы же считают, что железобетон родился в США. 16 июля 1878 г. (через 28 лет после Ламбо и 11 лет после Монье!) на имя Тадеуша Хайата, американца польского происхождения, был выписан американский патент 206112, в котором дословно написано следующее: «Цементобетон - это бетон, изготовленный из цемента в таком сочетании со сталью круглого сечения, что сталь помещается в областях, где есть растягивающие усилия».

Может быть, американцы и правы в том смысле, что Хайат впервые сформулировал основной принцип железобетона, заключающийся в совместной работе двух материалов, из которых один (бетон) хорошо работает на сжатие, а другой (сталь) - на растяжение. А до Хайата существовал формальный железобетон, не оплодотворённый теоретической идеей; предшественники Хайата лишь интуитивно чувствовали, что сталь «укрепляет» бетон.

Позднее стальную «начинку» конструкций назвали арматурой, что в переводе с итальянского означает «вооружение». Сталь «вооружает» бетон: бетонная балка способна работать лишь до появления первой трещины, с её появлением балка разрушается; если же в растянутую при изгибе нижнюю зону балки поместить арматуру, то такая армированная балка будет работать и после появления трещин до тех пор, пока не исчерпается прочность арматуры или бетона сжатой верхней зоны балки.

В России железобетон известен с конца 50-х годов XIX века, однако впервые был применён военным инж. Д. Жаринцевым лишь в 1879 г. в г. Батуми при строительстве стен зданий. В 1904 г. в Николаеве был построен маяк из монолитного железобетона высотой 36 м. В это же время в Москве были возведены междуэтажные железобетонные перекрытия склада.

Прекращая на этом исторический экскурс, заметим только, что железобетонные конструкции были, есть и в обозримом будущем будут самыми широко распространёнными конструкциями. Без них немыслимо возведение общественных и жилых зданий, промышленных объектов, инженерных сооружений, гидротехническое и дорожное строительство.

Первым российским учёным-исследователем железобетона был проф. Н.А. Белелюбский (с 1891 г.). Российские и советские учёные внесли заметный вклад в развитие железобетонных конструкций и в создание методов их расчёта. Из десятков выдающихся учёных в этой области наиболее заметными, пожалуй, были проф. А.Ф. Лолейт, В.В. Михайлов и А.А. Гвоздев.

Общие требования к бетонным и железобетонным конструкциям, включая требования к бетону, арматуре, расчётам, конструированию, изготовлению, возведению и эксплуатации конструкций содержат Строительные Нормы и Правила (сокращённо СНиП). СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» официально введён постановлением Госстроя России с 1 марта 2004 г., практически стал использоваться с 2005 г.

Детальные указания по расчётам, конструированию, изготовлению и эксплуатации конструкций содержат соответствующие своды правил (сокращённо СП), разрабатываемые для отдельных видов конструкций в развитие СНиП. Всего предполагается разработать 17 СП. Мы будем пользоваться двумя первыми сводами правил: СП 52-101-2003 «Бетонные железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» и СП 52-102-2004 «Предварительно напряжённые железобетонные конструкции». В течение небольшого периода времени между выходами указанных СП предварительно напряжённые конструкции проектировали по уже отменённому постановлением Госстроя России СНиП 2.03.01-84 (далее будем называть его «старым»)..

СНиП 52-01-2003 распространяется на все типы конструкций, применяемых в промышленном, гражданском, транспортном, гидротехническом и всех других областях строительства, изготавливаемых из всех видов бетона и арматуры и подвергаемых любым видам воздействий.

Но СП 52-101-2003 и СП 52-102-2004 распространяются на конструкции только промышленных и гражданских зданий и сооружений, изготавливаемые только из тяжёлого бетона и эксплуатируемые только в нормальных условиях (климатических, в неагрессивной среде, при статическом действии нагрузки). Они не распространяются на все те специальные сооружения, на которые не распространялся старый СНиП. Кроме того, СП 52-102-2004 распространяется только на конструкции с натяжением арматуры до твердения бетона (на упоры), конструкции с натяжением арматуры на бетон им не рассматриваются.

Если история железобетона писалась одновременно с историей ХХ века, то каменные конструкции появились намного раньше - конструкции из природного камня возводили ещё в каменном веке. Даже век по этой причине называется каменным. Позже в качестве каменных конструкций применяли тёсаный камень, кирпич-сырец и обожжённый кирпич, соединяемые в кладке строительным раствором. До наших дней сохранилось много выдающихся памятников каменного зодчества: храмы Киевской Руси (Х в.), Архангельский собор в Московском Кремле (1333 г.), Кремлёвские стены (1367 г.) и др.

Армированная каменная кладка впервые была использована при сооружении собора Свети-Цховели в Грузии; в 1813 г. в Англии была построена армированная кирпичная заводская труба, в 1825 г. - тоннель под Темзой, в 1853 г. - резервуар для воды в Вашингтоне.

Многие годы в СССР кирпич был основным строительным материалом.

В 1927 г. при строительстве нескольких многоэтажных зданий впервые была применена кладка из крупных шлакобетонных блоков. Затем к блокам из лёгких бетонов добавились блоки из ячеистого и силикатного бетонов.

Но вскоре, и особенно после Великой Отечественной войны, кладка из мелкоштучных каменных материалов и даже крупных блоков перестала удовлетворять огромным объёмам капитального строительства в СССР. Сначала в 50-е годы нашли применение тонкостенные вибрированные кирпичные панели, обладающие большой степенью заводской готовности. Затем в массовом строительстве лидерство захватило крупнопанельное и объёмно-блочное домостроение из железобетона. В 1956 г. в г. Лихоборы была создана первая формующая машина для изготовления монолитных объёмных блоков. В 1957 г. в Череповце был освоен выпуск объёмных блоков санузлов, в 1958 г. в Тбилиси – каркасных блоков размером на комнату; блоки представляли собой железобетонные плиты с четырьмя стойками, к которым крепились перегородки. В 1959 г. в Краматорске был построен трёхэтажный дом с объёмными блоками кухонь с санузлами, а в Люблино – двухэтажный дом полностью из сборных блоков пяти типов. В 1960 г. в Находке из объёмных блоков построили трёхэтажный дом коридорного типа. В 1969 г. В Краснодаре впервые в стране возвели 9-этажные дома из керамзитобетонных объёмных блоков размером на комнату типа «лежачий стакан» (это направление в домостроении до сих пор называют «Краснодарским»). Краснодарский завод ОБД был самым мощным в СССР (70 тыс. м² жилой площади в год). По этому показателю с ним могли сравниться только заводы в Сочи, Минске и Киеве. Сейчас в Краснодаре кроме завода ОБД дома из объёмных блоков строит ДСК.

Но традиционные изделия и материалы – крупные и мелкие блоки, кирпич и природные камни - продолжали применяться в зданиях, строящихся по индивидуальным проектам, в сельскохозяйственном строительстве. Всегда считалось престижным жить не в стандартной железобетонной «коробке», а в кирпичном доме.

У каменных конструкций есть очевидные достоинства: они возводятся из местных материалов, они огнестойки и долговечны. Но есть и существенные недостатки: большие трудозатраты при возведении, высокая теплопроводность, малая сейсмостойкость. Поэтому дальнейшее их развитие идёт по направлению увеличения и облегчения камней, внедрения стен комплексной конструкции – из камня и эффективных теплоизоляционных материалов, обязательного использования антисейсмических конструктивных мероприятий.

Проектируют каменные конструкции по СНиП II-21-81 «Каменные и армокаменные конструкции».

В настоящее время стало широко использоваться так называемое монолитно-кирпичное домостроение: несущие внутренние стены или колонны и диафрагмы жёсткости, безбалочные (безригельные) перекрытия – монолитные железобетонные, а самонесущие наружные стены – кирпичные или многослойные, из кирпича и эффективного утеплителя.