Железобетон. Конструкции из железобетона. Что такое армирование. Общие положения армирования

Железобетон по сравнению с другими строительными материалами появился сравнительно недавно и почти одновременно в Европе и Америке. Его история насчитывает не более 150 лет. Однако к настоящему времени он получил самое широкое распространение в строительстве, имеет свою историю и своих выдающихся деятелей.

Железобетонные конструкции - несущие элементы зданий и сооружений, изготовляемые из железобетона, и сочетания этих элементов.

Появление железобетонных конструкций связано с большим ростом промышленности, транспорта и торговли во второй половине XIX в., когда необходимо было строительство новых фабрик, заводов, портов и многих других капитальных сооружений. К этому времени были развиты цементная промышленность и черная металлургия. Им предшествовал многовековой опыт строительства из камня, неармированного бетона, дерева и двухсотлетний опыт строительства из металла.

Исследования покрытий Царскосельского Дворца показали, что русские мастера еще в 1802 г. применяли армированный бетон, однако они не считали, что получили новый строительный материал, и не патентовали его.

Первым изделием из железобетона была лодка, построенная Ламбо во Франции в 1850 г. Первые патенты на изготовление изделий из железобетона были получены Монье в 1867... 1870 гг. В 1892 г. французский инженер Ф. Геннебик предложил монолитные железобетонные ребристые перекрытия и ряд других рациональных строительных конструкций, и все последующие арматурные чертежи вычерчены условно, будто бетон является прозрачным, а арматура хорошо видимой по всей толще бетона. В России железобетон стали применять с 1886 г. для перекрытий по металлическим балкам.

В 1885 г. в Германии инж. Вайс и проф. Баушингер провели первые научные опыты по определению прочности и огнестойкости железобетонных конструкций, сохранности железа в бетоне, сил сцепления арматуры с бетоном и пр. Тогда же впервые инж. М. Кёнен высказал предположение, подтвержденное опытами, что арматура должна располагаться в тех частях конструкции, где можно ожидать растягивающие усилия.

В 1886 г. М. Кёнен предложил первый метод расчета железобетонных плит, который способствовал развитию интереса к новому материалу и более широкому распространению железобетона в Германии и Австро-Венгрии.

В 1891 г. талантливейший русский строитель проф. Н. А. Белелюбский первым провел серию испытаний железобетонных конструкций: плит, балок, арок, резервуаров, силосов для зерна, моста пролётом 17 м, которые по методике испытаний и полученным результатам во многом превосходили работы зарубежных ученых и послужили базой для широкого распространения железобетона в строительстве. В 1911 г. в России были изданы первые технические условия и нормы для железобетонных сооружений.

Время появления предложений Ф. Геннебика, т. е. конец XIX в., можно считать началом первого этапа в развитии железобетона, характеризуемого появлением в практике разного рода железобетонных стержневых систем. С этого времени повсеместно вошел в практику и метод расчета бетонных конструкций по допустимым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов. На развитие железобетона в этот период большое влияние оказали труды ученых Н. М. Абрамова (по расчёту армированного железобетона) и И. Г. Малюги, А. А. Байкова, Н. А. Жидкевича, М. Беляева и др. (по разработке основ технологии бетона).

В 1904 г. в г. Николаеве по проекту инженеров Н. Пятницкого и А. Барышникова был построен первый в мире морской маяк из монолитного железобетона высотой 36 м, со стенами толщиной 10 см вверху и до 20 см внизу. Примерно в то же время были осуществлены безбалочные междуэтажные перекрытия склада молочных продуктов в Москве. Приоритет создания этих конструкций принадлежит русскому инженеру, впоследствии выдающемуся ученому проф. А. Ф. Лолейту. Однако в дореволюционной России не было условий для подлинного прогресса в развитии железобетона.

Впервые идея предварительного напряжения элементов, работающих на растяжение, была выдвинута и осуществлена в 1861 г. русским артиллерийским инж. А. В. Гадолиным применительно к изготовлению стальных стволов артиллерийских орудий.

Вопрос о применении предварительно напряженной арматуры в железобетонных конструкциях был поднят в 1928 г. в работах Э. Фрейссипэ, а затем в работах немецких инженеров Ф. Дишингера, Е. Хойера, У. Финстервальдера и др., послуживших началом практическому применению предварительно напряженных железобетонных конструкций.

После революции железобетонное строительство в России получило невиданный в мире размах. Необходимость максимально экономить материал и снижать стоимость железобетонных конструкций вынуждала советскую школу учитывать все наиболее передовое в европейской и американской практике и широко развивать собственные теоретические и экспериментальные исследования в области железобетона. В этих целях, вскоре после революции, был создан ряд научно-исследовательских институтов и лабораторий для теоретического и экспериментального изучения физико-механических свойств бетона и железобетона. В строительных и транспортных вузах были организованы кафедры строительных конструкций. Все это позволило в короткий срок подготовить высококвалифицированных специалистов по железобетону. Это, в свою очередь, способствовало значительному расширению применения железобетона в гидротехническом и жилищно-гражданском строительстве.

В 1925... 1932 гг. советские ученые В. М. Келдыш, А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев. П. Л. Пастернак и другие на базе широких экспериментальных работ разработали общие методы расчета статически неопределимых стержневых систем (арок и рам), которые позволили запроектировать и построить много уникальных для своего времени общественных и промышленных зданий из железобетона: Центральный телеграф, Дом «Известий», здания министерств легкой промышленности и земледелия в Москве, почтамт и Дом промышленности в Харькове, Дома Советов в Ленинграде, Минске, Киеве и ряд других крупных сооружении.

В гидротехническом строительстве впервые железобетон был применен при строительстве Волховской ГЭС (1921... 1926 гг.), крупнейшей по тому времени. Плотина сооружалась на железобетонных кессонах, транспортируемых к месту установки на плаву. Главное здание станции железобетонное каркасное, с железобетонными аркадами, поддерживающими путь 130-тонного мостового крана. Так же широко железобетон был применен в главной подстанции и во всех вторичных подстанциях. Волховстрой явился первой большой практической школой советских специалистов по железобетону. Вслед за Волховской ГЭС были построены ДнепроГЭС (1927... 1932 гг.), Нижне-Свирская ГЭС (1928... 1934 гг.), в которых бетон и железобетон применялись еще более широко.

Примерно в 1928 г. железобетон стал широко использоваться в строительстве тонкостенных пространственных конструкций: разнообразных оболочках, складах, шатрах, сводах и куполах. Советский ученый В. 3. Власов первым разработал общий практический метод расчета оболочек, значительно опередив зарубежную науку в этой области. В 1937 г. вышла в свет первая в мире «Инструкция по расчету и проектированию тонкостенных покрытий и перекрытий», составленная на основе теоретических и экспериментальных работ, проведенных под руководством А. А. Гвоздева.

Первый тонкостенный купол значительного диаметра (28 м) был построен в 1929 г. в Москве для планетария, а самый большой в то время гладкий купол диаметром 55,5 м был сооружен в 1934 г. над зрительным залом театра в Новосибирске. Конструкцию купола разработал инж. Б. Ф. Матери по идее и под руководством П. Л. Пастернака.

Применение в строительстве рамных и тонкостенных пространственных систем с использованием их жесткости и монолитности следует считать вторым этапом в развитии железобетона.

В 1936 г. в СССР впервые был применен предварительно напряженный железобетон для изготовления опор канатной сети на закавказских железных дорогах. Широкому внедрению предварительно напряженных железобетонных конструкций во многом способствовали работы ученых В. В. Михайлова, А. А. Гвоздева, С. А. Дмитриева и др.

Огромную работу по изучению и созданию теории и практики железобетонных конструкций и по разработке наиболее прогрессивных решений проводят Научно-исследовательский институт бетона и железобетона (НИИЖБ) и многие другие научно-исследовательские и проектные институты.

На основе глубокого изучения физических и упругопластических свойств железобетона, а также экспериментальных данных А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев и другие (1931... 1934 гг.) создали теорию расчета железобетона по разрушающим усилиям. Она была положена в основу норм (ОСТ 90003-38), по которым рассчитывали все промышленные и гражданские здания и сооружения.

Широкую индустриализацию железобетонного строительства, развитие предварительно напряженных конструкций, внедрение высокопрочных материалов и разработку нового метода расчета железобетонных конструкций следует считать началом третьего этапа в развитии железобетонных конструкций. Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1965 г. башня Большого московского телецентра общей высотой 522 м. Нижняя часть до высоты 385 м выполнена из монолитного предварительно напряженного железобетона. Диаметр башни внизу 18,0 м, а вверху - 8,5 м при толщине стенки соответственно 46 и 30 см. На отметке 65 м ствол башни переходит в коническое основание диаметром по низу 61 м. На высоте 360 м расположены ресторан на 420 человек и смотровые площадки на 600... 700 человек. Нижняя часть конического основания выполнена в виде опорных конструкций (ног) высотой 17,3 м. На отметке 42 м оболочка конического основания имеет диафрагмовое кольцо, воспринимающее усилие от анкеровки канатов предварительно напряженной арматуры.

Советские ученые и инженеры осуществляли плодотворные научные и конструкторские исследования по всем направлениям теории и практики железобетона. Накопленный опыт и мощная строительная индустрия являются прочным фундаментом, обеспечивающим дальнейший прогресс железобетонных конструкций в нашей стране.

Появление железобетонных конструкций стало настоящим прорывом в строительстве ХХ века. Благодаря железобетону кардинально изменились наши представления о прочности, долговечности и надежности. С появле-нием этого материала современные города перестали быть плоскими и мало-этажными, в моду вошли небоскребы, символы мощи и современности новой эпохи. Этот материал резко изменил наш мир, сделав его более безопасным и доступным.

Так что же такое железобетон и железобетонные конструкции?

Железобетон - это соединение арматуры и бетона, которые вместе со-ставляют единое целое, а по совокупности физических характеристик обес-печивают максимальную прочность этому материалу.

Как известно, бетон обладает высокими характеристиками на сжатие, но в тоже время малым сопротивлением на растяжение (прочность бетона на растяже-ние в 10—15 раз мень-ше прочности на сжатие). Поэтому бетонные (неарми-рованные) конструкции практически не используются. Чтобы улучшить фи-зические показатели бетона, в его структуру добавили стальную проволоку, которая, как известно, отлично работает на растяжение. Таким образом и был создан же-лезобетон - эффективный материал, в котором сжимающие напряжения восприни-мается бетоном, а растягивающие - стальной армату-рой.

Железобетонные изделия начали патентоваться с конца ХIX века, и с тех пор этот материал прошел долгую дорогу эволюции, а это более 150 лет, но можно с уверенностью сказать, что совершенствование ЖБИ еще не закончено. Современные железобетонные конструкции армируют не только при работе на растяжение и изгиб, но также при кручении, срезе, внецентрен-ном и осевом сжатии. В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьше-ния размеров сечений элементов и снижения собственного веса конструк-ций, а также для обеспечения большей их надежности.

Сегодня наряду с обычным армированием делается и особенное, предварительное напряженное. Предварительное напряжение позволяет эффективно исполь-зовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невоз-можно в обычном железобетоне. В предварительно напряженных железобе-тонных конструкциях ар-матура подвергается предварительному растяжению, а бетон — обжа-тию. Предварительное напряжение железобетонных конст-рукций значи-тельно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех ча-стях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение.

Виды железобетонных конструкций

По методу выполнения железобетонные конструкции могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

Сборные железобетонные конструкции

Сборные железобетонные конструкции больше распространены, так как их применение дает возможность индустриализации и максималь-ной механиза-ции строительства. При изготовлении сборных конструк-ций в заводских ус-ловиях можно широко применять наиболее прогрес-сивную технологию при-готовления, укладки и обработки бетонной сме-си, автоматизировать произ-водство, значительно упростить строитель-ные работы.

Монолитные железобетонные конструкции

Монолитные железобетонные конструкции находят широкое приме-нение в сооружениях, трудно поддающихся членению и унификации, на-пример в некоторых гидротехнических сооружениях, тяжелых фундамен-тах, плава-тельных бассейнах, в сооружениях, выполняемых в передвиж-ной или сколь-зящей опалубке (оболочки покрытий, силосы и т.п.).

Сборно-монолитные железобетонные конструкции

Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладывае-мого на месте строительства.

Преимущества и недостатки железобетонных изделий

Долговечность . Железобетон отличается исключительной долговечностью благода-ря надежной сохранности арматуры, заключенной в бетон. Железобе-тон хорошо сопротивляется атмосферным воздействиям, что особенно важно при строительстве открытых инженерных сооруже-ний (эстакады, мачты, трубы, мосты и др.).

Прочность железобетона со временем не только не уменьшается, но может даже уве-личиться.

Пожаростойкость . Конструкции из жби обладают высокой огне-стойкостью. Практика показала, что защитный слой бетона толщиной 1,5—2 см дос-таточен для обеспечения огнестойкости железобетонных конструкций при пожарах. В целях еще большего увеличения огне-, а также жаро* стойко-сти применяют специальные заполнители (базальт, диабаз, ша-мот, доменные шлаки и др.) и увеличивают толщину защитного слоя до 3—4 см.

Сейсмостойкость . Железобетонные изделия, благодаря их монолитно-сти и боль-шей жесткости по сравнению с конструкциями из других материа-лов, отличаются весьма высокой сейсмостойкостью.

Высокие эксплуатационные качества . Железобетону легко могут быть приданы любые целесообразные конструктивные и архитектурные формы. Эксплуатационные расходы по содержанию сооружений и уходу за конст-рукциями из жби весьма низки. По затратам времени на изготовление и монтаж сборные железобе-тонные конструкции могут конкурировать со стальными, особенно при изготовлении железобетонных конструкций методом проката, кассет-ным способом, при монтаже с колес и применении других прогрессив-ных методов изготовления и монтажа.

Недостатки железобетонных конструкций

К недостаткам же железобетонных конструкций можно отнести относи-тельно большой собственный вес, высокую тепло- и звукопроводность, воз-можность появления трещин до приложения эксплуатацион-ной нагрузки (от усадки и собственных напряжений в железобетоне по технологическим при-чинам), а также от действия внешних нагрузок из-за низкого сопротивления бетона растяжению.

Основные физико-механические свойства бетона, арматурной стали и железобетонных изделий

Бетон для бетонных и железобетонных изделий должен обладать достаточно высокой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой и плот-ностью, которой обеспечивается сохран-ность арматуры от коррозии и долго-вечность конструкции. Иногда до-полнительно требуется обеспечить: водоне-проницаемость, водостой-кость, морозостойкость, повышенную огнестой-кость и коррозийную стойкость, малую массу, низкую тепло- и звукопровод-ность. Для предварительно напряженных конструкций применяют бетон по-вышенной прочности и плотности, ограниченной усадки и ползучести.

Физико-механические свойства бетона зависят от состава смеси, вида вяжущих и заполнителей, водовяжущего отношения, способов приго-товле-ния, укладки и обработки бетонной смеси, условий твердения (ес-тественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка), возраста бетона и др. Все это следует учитывать при выборе материалов для бе-тона, назначения его со-става и способов приготовления. Наиболее широкое применение в строительстве получили обычные тяжелые бетоны плотностью 2200—2500 кг/м3 включительно, приготов-ляемые на обычных плотных заполнителях. Бетоны плотностью более 2500 кг/м3 отно-сятся к особо тяжелым; они используются, например, для защиты от радиации.

При плотности бетона более 1800 кг/м³ до 2200 кг/м³ бетоны отно-сят к облегченным, а при плотности 1800 кг/м³ и ниже — к легким.

Облегчение веса бетона достигается применением пористых заполни-телей. Ячеистый бе-тон представляет собой смесь вяжущих, воды, тонко-молотого заполнителя и парообразующих веществ. Бетоны на пористых заполнителях и ячеистые бе-тоны по сравнению с тяжелыми бетонами отличаются не только меньшей собственной мас-сой, но и пониженной звуко- и теплопроводностью. Однако они склон-ны к повышенной деформативности под нагрузкой, отличаются более высокой усадкой и ползучестью, а сцепление их с арматурой хуже, чем обычных бетонов. Для этих бетонов в ряде случаев требуется антикоррозий-ная обмазка арматуры.

Бетон для сооружений, работающих в особых условиях, должен от-ве-чать соответствующим специфическим требованиям. Так, для гидротехнических сооружений (гидротехнический бетон), кроме достаточной прочности, бетон должен обладать повышенными водонепрони-цаемостью, водостойкостью, морозостойкостью, а для мас-сивных частей со-оружений — малым тепловыделением при твердении (низкой экзотермично-стью).

Обычный бетон при длительном воздействии высоких температур раз-рушается вследствие обезвоживания цементного камня, его сильной усадки и снижения прочности, различия температурных деформаций цементного камня и заполнителей и других причин. В связи с этим обыч-ный бетон на цементном вяжущем допускается для применения в кон-струкциях, подвер-гающихся длительному воздействию температуры не свыше 50°С.

Для экс-плуатации конструкций при более высоких температурах следует применять жаростойкие бетоны. Бетон для конструкций, подвергающихся действию аг-рессивной сре-ды, должен обладать достаточной коррозийной стойкостью. Для защиты бетона от проникания агрессивных веществ поверхность конст-рукций торкретируют, затирают, покрывают жидким стеклом, плен-ками из пластмасс, битумными материалами, лаками и красками или облицовывают керамическими кислотоупорными плитками и т.п.

Улучшение свойств бетона было достигнуто введе-нием в его состав полимеров. Такие бетоны, называемые пластбетона-ми или полимербето-нами. В качестве полимерных вяжущих применяют различные виды термо-пластов, каучуков и термореактивных смол. Бетоны на полимерминеральных вяжущих обладают повышенной стойкостью к агрессивным средам, однако их коррозийная стойкость избирательна и зависит от вида полимера.

К числу других положительных свойств бетонов с добавками тер-мопластов и каучуков следует отнести повышенные ударную вязкость и сопротивляе-мость истиранию. Такие бетоны применяются для облицовки резервуаров, труб, каналов, для покрытий дорог и аэро-дромов и др.

Для бетонных и железобетонных конструкций из обычных тяжелых бето-нов предусмотрены следующие классы по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Для железобетонных конструкций из тяжелого бетона не допуска-ется бетон класса ниже В7,5. При многократно повторяющейся нагрузке рекомендуется бетон класса не ниже В15. Для железобетонных сжатых стержневых элемен-тов следует принять бетон класса не ниже В15, а при больших нагрузках (на-пример, для колонн нижних этажей многоэтаж-ных зданий или при значи-тельных крановых нагрузках) — не ниже В25.

Марка бетона по средней плотности отвечает средней плотности бетона в высушенном состоянии в кг/м3. Для легких бетонов на порис-тых заполните-лях марки бетона по плотности лежат в пределах Д 800— Д 2000 с интерва-лом 100. При плотности выше 2000 до 2200 кг/м³ бето-ны относят к облег-ченным, а при более 2200 кг/м³ — к тяжелым.

Марка бетона по морозостойкостихарактеризует количество цик-лов попе-ременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, ко-торое выдерживают образцы. Для тяжелого бетона уста-новлены следующие марки по морозостойкости: Р50; Р75; Р100; ИЗО; Р200; Р300; Р400; Р500.

Марка бетона по водонепроницаемости зависит от степени водоне-прони-цаемости бетона. С повышением марок величины коэффициентов фильтра-ции Кф уменьшаются. Установлены следующие марки бетона по водонепро-ницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

Виды и механические свойства стальной арматуры ЖБИ

Как уже отмечалось выше, свои уникальные качества железобетон об-рел благодаря применению арматуры, поэтому от ее качества, количества и заполнения напрямую зависят свойства железобетонных конструкций.

По технологии изготовления стальную арматуру подразделяют на стержневую горячекатаную и проволочную холоднотянутую. В зависимости от характера поверхности арматура может быть глад-кой или периодического профиля, т.е. с насечкой (для улучшения сцепления с бетоном). Механиче-ские свойства арматурных сталей зависят от технологии изготовления арма-туры и химического состава стали.

В качестве арматуры железобетонных конструкций наибольшее при-менение нашла стержневая горячекатаная сталь периодического про-филя. Форма периодического профиля (с насечкой) улучшает сцепление арматуры с бетоном, что уменьшает ширину раскрытия трещин в бето-не при растяжении и позво-ляет избежать ряда конструктивных мер по анкеровке арматуры. Стержневая арматура подразделяется на классы: горячекатаная классов А-1, А-И, А-Ш, А-1У, А-У и А-VI, термически и термомеханичеки упрочненную классов Ат-Ш, Ат-1У, Ат-У, Ат-У1, Ат-УН, упрочненная вытяжкой класса А-Шв.

Для армирования железобетонных конструкций широко применяют обыкновенную арматурную проволоку класса Вр-1 (рифленую) диамет-ром 3-5мм, получаемую холодным волочением. Способом холодного волочения из-готовляется также высокопроч-ная арматурная проволока классов В-И и Вр-П - гладкая и периодичес-кого профиля диаметром 3-8 мм с условным пределом текучести проволоки В-И - 1500-1100 МПа и Вр-И - 1500—1000 МПа.

Арматуру железобетонных конструкций выбирают с учетом ее назначения, класса и вида бетона, условий изготовления арматурных из-делий и среды эксплуатации (опасность коррозии) и т.п. В качестве ос-новной рабочей арматуры обычных железобетонных конструкций пре-имущественно следует применять сталь классов А-Ш и Вр-1. В предва-рительно напряженных кон-струкциях в качестве напрягаемой арматуры применяют преимущественно высокопрочную сталь классов В-И, Вр-Н, А-VI, Ат-У1, А-У, Ат-У- и Ат-УЦ.

Появление железобетонных конструкций в ХIX веке стало настоящим прорывом в строительных технологиях. На сегодняшний день без них невозможно представить ни один строительный объект. В этой статье мы рассмотрим, какие существуют железобетонные конструкции, и какими характеристиками они обладают.

Общие сведения

Что такое железобетон

Бетон, как известно, отличаются высокой прочностью на сжатие, однако, его сопротивление на растяжение не велико – в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. Поэтому неармированные бетонные конструкции используются очень редко. Чтобы устранить этот недостаток, в его структуру добавляют стальную проволоку или прутья, отлично работающие на растяжения ().

Таким образом, железобетон представляет собой материал, образованный бетоном и металлической арматурой, расположенной внутри него. В совокупности получается единая конструкция, которая обладает высокой прочностью, благодаря совокупности свойств бетона и металла.

Впервые железобетонные изделия стали патентовать в конце ХIX века. С тех пор прошло более 150 лет, и за это время, конечно же, железобетон серьезно усовершенствовался. Однако, можно с уверенностью сказать, что его «эволюционный» процесс еще не завершен.

Виды армирования

В наше время железобетонные конструкции армируются не только для увеличения прочности бетона на растяжение, но и на внецентренное и осевое сжатие, кручение и пр. Кроме того, рабочая арматура позволяет уменьшить размер сечения элементов, а также снизить вес конструкций.

Наряду с обычным армированием, на сегодняшний день широко распространены предварительно напряженные железобетонные конструкции. Их особенностью является то, что при изготовлении бетон подвергается обжатию, а сама арматура – предварительному растяжению.

Предварительное напряжение позволяет существенно повысить трещиностойкость, а также снизить деформации элементов конструкций. С предварительным напряжением обычно выполняют большепролетные железобетонные конструкции, а также другие элементы, на которые предполагается большая нагрузка на растяжение.

Особенности железобетонных конструкций

Достоинства

Среди достоинств железобетонных конструкций можно выделить:

• Долговечность – благодаря надежной сохранности арматуры, которая находится под слоем бетона, железобетон обладает исключительной долговечностью. Кроме того, материал отлично справляется с атмосферными воздействиями.
• Прочность – со временем прочность железобетона не уменьшается, а даже увеличивается.
• Возможность изготовления своими руками, к примеру, при возведении фундамента . Для этого надо лишь выполнить опалубку и изготовить металлический каркас из арматуры, после чего опалубка заливается бетонным раствором.
• Пожаростойкость – железобетон отлично противостоит огню. Причем, для повышения огнестойкости, в состав добавляют специальные заполнители, такие как базальт, шамот, доменные шлаки и др. Кроме того, повысить огнестойкость можно путем увеличения защитного слоя до 3-4 см.
• Сейсмостойкость – в отличие от других строительных материалов, железобетон, благодаря монолитности, хорошо противостоит сейсмической активности.
• Хорошие эксплуатационные качества – железобетон может принять любые архитектурные или конструктивные формы.
• Учитывая прочность и долговечность материала, его цена вполне доступная .

Недостатки

К недостаткам железобетонных конструкций относятся следующие моменты:

• Большой вес;
• Высокая тепло- и звукопроводность;
• Склонность к растрескиванию.

Совет! Чтобы утеплить железобетон, используют теплоизоляционные материалы, такие как пенополистирол и минеральная вата. Инструкция по монтажу теплоизоляции довольно простая.

Виды конструкций из железобетона

Все существующие железобетонные конструкции можно условно поделить на три типа:

По области применения конструкции могут быть:

• для общественных сооружений и жилых домов;
• для промышленных строений;
• для зданий общего назначения.

Совет! Книга Железобетонные конструкции одноэтажных промышленных зданий – Заикин А.И. позволит детально ознакомиться с особенностями и выполнением расчета фундаментов, колонн, плит перекрытий и прочих железобетонных конструкций, применяемых при строительстве промышленных сооружений.

Как уже было сказано выше, ЖБИ также делятся на:

• Предварительно напряженные;
• Ненапряженные.

Наиболее распространенные виды конструкций из железобетона

Теперь ознакомимся с наиболее распространенными типами железобетонных конструкций, которые повсеместно применяются в строительстве.

К таким относятся:

• Фундаменты;
• Панели;
• Балки и плиты перекрытий;

Каждый из этих элементов обладает своим предназначением и конструктивными особенностями.

Фундамент

Фундаменты из железобетона устраивают под стены строений, колонны и столбы, а также под тяжелые станки и машины.

Фундаменты бываю двух типов:

• Сборными;
• Монолитными.

Кроме того, они различаются по типу конструкции на:

• Ленточные – под несущие стены;
• Ступенчатые и пирамидальные – под отдельные опоры.

Колонны

Чаще всего применяются в промышленных зданиях, в которых перекрытия подвергаются большим нагрузкам от оборудования. В этом случае выполняют каркас, состоящий из колонн, балок и прочих элементов.

Кроме того, широко распространены каркасно-панельные сборные здания, в которых колонны являются одним из основных несущих элементов. Они воспринимают на себя нагрузки и через фундамент передают их на грунт.

Панели

При возведении каркасно-панельных строений, для изготовления стен используют панели. Их площадь может составлять до 25 квадратных метров.

Также следует отметить, что существуют бескаркасные панельные здания. В этом случае всю нагрузку воспринимают на себя стены и перегородки, т.е. сами панели.

Плиты и балки

Данные конструкции относятся к изгибаемым элементам. Плитами называются плоские изделия, длина и ширина которых значительно больше толщины. Балки же являются линейными элементами, длина которых существенно больше поперечных размеров.

Плиты и балки чаще всего используют для устройства плоских перекрытий и покрытий. Как уже было сказано выше, обычно их выполняют предварительно напряженными. Кроме того, имеются и другие некоторые конструктивные особенности железобетонных изгибаемых элементов, что связано с областью их применения.

Вывод

Используют в самых разных областях строительства, поэтому они бываю разных видов. В качестве примера мы привели лишь наиболее распространенные типы конструкций. В действительности же их существует гораздо большее количество.

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.

Железобетонные конструкции стали настоящим прорывом в 19 веке. Сейчас практически все строительные объекты возводятся с их помощью. На данный момент каждый день в мире производится порядка двух миллиардов кубических метров ЖБИ. Без них невозможна постройка офисов, высотных домов и промышленных зданий.

Железобетонные конструкции позволяют быстро и с минимальными финансовыми затратами возводить дома разной степени сложности. По своей сути ЖБИ — это арматура, залитая цементным раствором.

Характеристики железобетона

Бетон обладает большой прочностью. Это позволяет строить здания с долгим сроком эксплуатации. К тому же он хорошо выдерживает перепады температуры. К другим полезным характеристикам этого материала причисляют:

• морозостойкость,
• высокую плотность,
• водонепроницаемость,
• огнестойкость.

Прочность бетона при сжатии в 10—20 раз больше, чем при растяжении. Этот параметр во многом зависит от используемого песка и гравия. Главную роль играет качество цемента. Именно цемент определяет, насколько прочным будет состав.

Заливка бетоном позволяет защитить арматуру от коррозии. Строения, выполненные из этого материала, отличаются долговечностью и стойкостью. Очень сильно на качество материала влияет пористость, а именно отношение пор к общему объёму.

Важно ! Поры есть в любой конструкции. Они появляются в результате испарения воды, не вступившей в реакцию с цементом. Очень часто большая пористость является доказательством использования недостаточного количества цемента в смеси.

Плотность представляет собой отношение массы бетона к его объёму. Чем выше эта характеристика, тем более прочной будет железобетонная конструкция. Благодаря высокой плотности бетон хорошо противостоит сжатию.

Вне зависимости от толщины железобетонной конструкции она может эффективно передавать тепловой поток. Теплопроводность бетона в 50 раз меньше, чем у стали, но намного выше, нежели у кирпича.

Результатом невысокой теплопроводности железобетонных конструкций становится их огнестойкость. Благодаря этому данный материал также используют при обустройстве промышленных цехов, где приходится работать с высокими температурами.

Важно ! Железобетонные конструкции могут выдерживать температуру до 1000 градусов на протяжении длительного времени. При этом изделия не разрушаются и не трескаются.

Важной характеристикой бетона является его морозоустойчивость. Этот материал при насыщении водой может выдерживать многократные перепады температур без каких-либо последствий. Процент снижения прочности минимальный.

Тем не менее у бетона есть один весомый недостаток. Его сопротивление растяжению крайне мало. Поэтому в конструкцию добавляются армированные элементы. К примеру, стальная проволока или прутья.

Единая железобетонная конструкция обладает высокой прочностью и хорошим сопротивлением растяжению. К тому же технология создания данных изделий за последние 150 лет сильно изменилась и продолжает совершенствоваться каждый день.

Что такое армирование

Армирование позволяет создавать железобетонные конструкции на века.

Лучшим примером в данном контексте будет постройка прочного и долговечного пола. В процессе работы осуществляется стяжка на металлической основе. Бетонный пол бывает следующих видов:

• наливной;
• опирающийся на грунт или плиты;
• стяжка со слоем теплоизоляции;
• стяжка, базирующаяся на плитах перекрытия.

Кроме увеличения прочности железобетонной конструкции, армирование позволяет сократить затраты бетона. В процессе работы могут использоваться такие материалы, как:

• арматурный каркас,
• сетка из стекловолокна,
• сетка из катанки,
• сварная сетка с ячейками,
• сетка из полимеров,
• фиброволокно.

Широкий выбор даёт возможность подобрать оптимальный вариант для создания качественной и долговечной железобетонной конструкции.

Виды железобетонных конструкций

ЖБК можно классифицировать по многим параметрам. За 150 лет непрерывного совершенствования было придумано множество методов создания железобетонных конструкций с применением разных технологий и сортов бетона.

Сборные железобетонные конструкции

Их производят на строительной площадке из заранее подготовленных элементов. При этом СЖК создаются на специализированных предприятиях, где есть необходимое оборудование и высокий уровень автоматизации труда. Это позволяет добиться уменьшения себестоимости и максимальной продуктивности.

В своё время создание СЖК крайне позитивно повлияло на всеобщую индустриализацию и механизацию сферы строительства. Сборные железобетонные конструкции позволяют возводить здания в любые погодные условия. Можно осуществлять постройку зимой и летом, в дождь, ветер и жару.

Тем не менее сборные железобетонные конструкции имеют один существенный недостаток, а именно высокую трудоёмкость. К тому же создание стыков имеет большую металлоёмкость и соответствующую стоимость.

Монолитные железобетонные конструкции

Эти изделия создаются непосредственно на строительной площадке путём укладки бетона в опалубку. Как результат снижения стоимости МЖК можно добиться за счёт уменьшения расходов на бетон, арматуру, опалубочные материалы и оплату труда.

Застройщик сам определяет обоснованность использования того или иного количества материалов в зависимости от степени сложности объекта и его назначения. Это позволяет создавать более гибкую смету, реально оценивая потребности производства.

Главное достоинство монолитных железобетонных конструкций — их пространственная целостность. Если брать профессиональную терминологию, то это высокая статическая неопределённость. За счёт этого монолитные конструкции имеют малую материалоемкость.

МЖК использую как для возведения типичных, так и для создания уникальных зданий. Эти изделия позволяют строить объекты, применяя разные виды опалубки, среди которых:

• несъёмная,
• передвижная,
• щитовая,
• блочная.

Также при создании монолитных железобетонных конструкций применяются крупные блоки арматуры и пространственные армированные каркасы. Также данная технология позволяет наладить механизированную подачу и укладку бетона. Есть ряд сооружений, которые создаются только при помощи МЖК, к ним относят:

• бассейны,
• фундаменты,
• сооружения с мощными динамическими нагрузками.

В каждом из вышеперечисленных вариантов применение монолитных железобетонных конструкций экономически выгодно. Несмотря на серьёзные преимущества, данная технология имеет свои недостатки, среди которых:

• трудоёмкая опалубка;
• сезонность работ;
• сроки строительства во многом зависят от скорости затвердевания смеси.

Работы с монолитными железобетонными конструкциями осуществляют только в тёплое время года. Для ускорения процесса применяют специальные сорта цемента, которые застывают чрезвычайно быстро.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции

Это целый комплекс элементов. Согласно данной технологии сборный и монолитный железобетон укладывается вместе.

Главную роль в данной технологии играет качество сцепления сборных элементов с монолитными. Чтобы достичь нужного результата сборные конструкции могут иметь разную форму и размер. В комплексах такого рода может использоваться напрягаемая и ненапрягаемая арматура. Всё зависит от конкретной ситуации и назначения объекта.

Если поверхность сборно-монолитных железобетонных конструкций имеет высокий уровень шероховатости, то можно обойтись без шпонок. В местах, где сборные элементы контактируют с бетоном, предусматривается выпуск поперечной арматуры. Анкеровка укладывается в монолитном бетоне дополнительно.

Важно ! Сборный железобетон в данных конструкциях является опалубкой для монолитной составляющей.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции сочетают в себе достоинства обоих предыдущих видов. Они весьма экономичны и позволяют строить здания посредством современных методов быстро и качественно.

Важно ! Монолитный железобетон гарантирует высокую пространственную жёсткость. Это снижает материалоемкость.

В монолитных элементах широко применяются лёгкие и ячеистые бетоны. Допускается использование искусственных пористых заполнителей. Из-за чего значительно уменьшается удельный вес конструкции.

Правила создания надёжных железобетонных конструкций

В процессе работы должны быть соблюдены все СНиПы и нормы строительства. Некоторые организации дополнительно ориентируются на международные стандарты, чтобы получить важное конкурентное преимущество. Тем не менее есть свод обязательных правил, которые должны соблюдаться при создании бетонных перекрытий:

1. Сетка или каркас не должны создавать препятствий для равномерного распределения бетона.
2. Сначала на площадку укладывается материал для армирования и только после этого осуществляется заливка.
3. Необходимо избегать попадания в железобетонную конструкцию масляных веществ. Они препятствуют образованию крепкой связи между бетоном и каркасом.
4. Чтобы защитить ЖБК от коррозии, бетон должен полностью скрывать элементы армирования.

Каркасное армирование используется тогда, когда фундамент и пол — единая система фиксации дома. Подобная технология применяется при постройке на грунтах с низкой степенью надёжности.

Итоги

В современном строительстве используются все виды железобетонных конструкций в зависимости от их конкретных преимуществ. Главное — это соблюдение всех правил и норм строительства, которые гарантируют безопасность и долговечность постройки.

Железобетонные изделия (ЖБИ) широко используются во всех сферах строительства, от жилищного до инженерного. Для возведения сборных железобетонных конструкций применяются предварительно изготовленные ЖБИ, производство которых ведется литьевым способом в заводских условиях.

В данной статье рассмотрены бетонные и железобетонные изделия, их сфера применения, классификация, разновидности и маркировка. Также мы расскажем, как выполняется монтаж железобетонных конструкций с применением крановой техники.

Общие сведения о ЖБИ

Железобетонные изделия представляют собой сборные строительные элементы повышенной прочности, которая достигается за счет совместной работы металла и бетона. Бетон, как материал, отличается повышенным сопротивлением к сжимающим нагрузкам, однако он обладает сильной уязвимостью к нагрузкам на изгиб и растяжение, устойчивость к которым почти в 15 раз меньше, чем к сжимающей деформации.

Данные нагрузки принимает на себя и компенсирует стальная арматура, посредством которой выполняется усиление железобетонных конструкций. Металл имеет высокий предел прочности при растяжении, в результате чего изделия из железобетона, армированыне арматурой, одинаково устойчивы к нагрузкам разного характера.

Совместная работа стали и бетона достигается за счет прочного сцепления двух материалов между собой, при этом они имеют практически одинаковый коэффициент температурного расширения, что гарантирует монолитность железобетона. Дополнительным плюсом является то, что бетон защищает заложенную в него арматуру от коррозии.

Все разновидности ЖБИ, в зависимости от способа армирования, классифицируются на два типа:

• железобетонные конструкции с обычным армированиям;
• предварительно напряженные железобетонные конструкции.

ЖБИ с обычным армированием усиливаются исключительно за счет арматуры. Однако данная технология усиления не обеспечивает трещиностойкость конструкций в фазе максимального растяжения бетона, поскольку его растяжимость составляет 2 мм/п.м, тогда как у стали — 5 мм/п.м. В дальнейшем в появившиеся трещины может попадать влага, что приведет к коррозии арматурного каркаса.

Чтобы железобетонные конструкции получили устойчивость к образованию трещин применяется технология преднапряжения арматуры. Ее суть заключается в том, что размещенная в опалубке арматура натягивается с помощью гидравлического домкрата (второй край стержней фиксируется на упоре), после чего опалубка заполняется бетоном, выжидается его частичное отвердевание и прутья отпускаются. В результате со стягиванием прутьев уплотняется сцепившийся с ними бетон, что повышает плотность, жесткость и деформационную устойчивость ЖБИ.

Железобетонные изделия преднарпяженного типа превосходят конструкции с обычным армированием по прочности, трещиностойкости и долговечности. Поэтому современная промышленность ориентирована на увеличение объемов их производства.

1.1 Классификация ЖБИ

Технология производства, эксплуатации и требования к качеству ЖБИ приведены в нормативном стандарте СНиП №2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», согласно которому классификация изделий выполняется по следующим факторам:

• способ армирования;
• тип и объемный вес бетона;
• внутреннее строение (сплошные и пустотелые);
• назначение.

Разновидности ЖБИ по типу армирования были рассмотрены в предыдущем разделе. В зависимости от объемного веса бетона все ЖБИ классифицируются на:

• железобетонные конструкции из особотяжелых бетонов — вес более 2500 кг/м 3 ;
• из тяжелых бетонов — вес 1800—2500 кг/м 3 ;
• их легких бетонов ячеистого типа — вес 500-1800 кг/м 3 ;
• железобетонные конструкции теплоизоляционного типа из особолегких бетонов — вес до 500 кг/м 3 .

ЖБИ одного вида нередко выпускаются в разной форме и типоразмерах, к примеру стеновые блоки угловые, U-образные и подоконные.Отметим, что бетонный раствор, которым выполняется бетонирование конструкций заводского производства, отличается от обычного товарного бетона меньшей фракцией щебня (3-10 мм), который обеспечивает равномерное заполнение литьевой формы.

1.2 Технология производства ЖБИ (видео)

2 Основные виды железобетонных конструкций и их маркировка

Номенклатура ЖБИ включает более 20 различных позиций, рассмотрим условные обозначение основных из них:

• балки — Б (подкрановые — БК, стропильные — БС, обвязочные — БО);
• колонные — К;
• лестничные ступени — ЛМ, площадки — ЛП;
• опорные подушки — ОП;
• перемычки — ПР;
• ригели — Р;
• сваи — С;
• шпалы — Ш;
• фермы стропильные — ФС, подстропильные — ФП;
• трубы безнапорные — ТФ, напорные — БТ.

По параметру функционального назначения бетонные и железобетонные конструкции делятся на 4 основные группы:

1. ЖБИ для жилищного строительства.
2. ЖБИ для промышленных зданий.
3. ЖБИ для инженерных сооружений.
4. ЖБИ общестроительного назначения.

В группу ЖБИ для строительства жилых зданий входят плиты перекрытий, сваи, стеновые панели, фундаментные блоки, лотки , перемычки и балки. Данный класс ЖБИ допускается изготавливать из бетонов марки М150 и выше, а для свай — не менее М200.

Широко распространено использование плит и блоков для сборных фундаментов. Плиты выпускаются в размерах от 120*80*40 см до 320*120*50 см, стандартный размер блоков — 300*60*60 см. Вес одного элемента сборных фундаментов, в соответствии с требованиями СНиП, не должен превышать 3 тонны.

В многоэтажном строительстве практикуется использование сборных каркасов зданий. Каркасы состоят из колонн , балок покрытий, подстропильных балок, ригелей и прогонов. Для изготовления элементов каркаса используется бетон марки М200 и выше. После сборки несущие конструкции обшиваются стеновыми панелями.

Плиты перекрытий производятся в прямоугольной форме с круглыми либо овальными пустотами, на крупногабаритных конструкциях предусматриваются ребра жесткости. Плиты могут изготавливаться как из тяжелых бетонов, так и из бетона с пористыми заполнителями.

2.1 Технические характеристики и особенности выбора ЖБИ

Проектирование железобетонных конструкций осуществляется с учетом характеристик бетона, используемого для их производства. Основным свойством бетона является прочность на сжатие, которая и определяет его марку . Данная характеристика указывается в маркировке ЖБИ литерой «М», всего существует 16 марок прочности от М50 до М800. Числовая номенклатура указывает, какую нагрузку (в килограммах) способен выдержать 1 см 2 бетона.

Также железобетонные и каменные конструкции имеют такие характеристики как устойчивость к растяжению (маркировка BT) и устойчивость на изгиб (BTb), которые определяются свойствами заложенного в ЖБИ армокаркаса. Требования к свойствам арматуры для армирования ЖБИ приведены в стандарте ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций».

Также важной характеристикой, которую необходимо учитывать при выборе ЖБИ, является класс его морозостойкости. Именно данный параметр определяет долговечность конструкции, так как он указывает на максимальное число циклов замораживания/размораживания, которые может выдержать конкретная марка бетона. Морозостойкость указывается номенклатурой F, которая может варьироваться в пределах F15-F200.

Отметим и такой показатель как степень водонепроницаемости (W), от нее зависит максимальное давление воды, которое способно выдерживать железобетонное изделия сохраняя герметичность своих стенок.

При покупке ЖБИ необходимо руководствоваться вся вышеуказанными характеристиками и выбирать изделия, подходящие по характеристикам для эксплуатации в вашем регионе. Таким образом вы получите долговечный стройматериал и сэкономите деньги в будущем, поскольку ремонт железобетонных конструкций — занятие не дешевое.

Обращайте внимание на наличие явных дефектов — выступов арматуры из плоскости бетона, неправильного расположения монтажных петель, трещин на поверхности. Такие ЖБИ применять нельзя. В случае обнаружения сетки микротрещин на уже эксплуатируемой конструкции их можно заделать специальным ремонтным раствором либо смесь из цемента и ПВА клея. Крупные повреждения заделываются обычной цементно-песчаной смесью.

Для получения более детальной информации о ЖБИ рекомендуем изучить учебное пособие «Технология бетонных и железобетонных изделий» авторства Ю.М Баженова. В книге детально рассмотрено проектирование и расчет железобетонных конструкций, технология их производства и правила монтажа.