По сравнению с прямоугольными, тавровые сечения выгоднее, так как при одной и той же несущей способности расход бетона на них меньше. Тавровое сечение с полкой в растянутой зоне («обратный тавр») не так эффективно, как обычное тавровое сечение, но применяются по конструктивным соображениям, т.к. при их применении уменьшается конструктивная высота перекрытия. Общий вид сборных железобетонных балок и ферм представлен на рисунках 72 и 73.
Лекция 13 Деревянные конструкции
Дерево -- один из древнейших строительных материалов, который широко применялся и применяется для самых разнообразных построек.
В настоящее время древесина широко используется для малоэтажного индивидуального строительства и для отделочных работ. Однако древесина применяется сейчас и для уникальных конструкций зданий -- как правило, общественных.
Древесина в строительстве используется в основном в виде конструктивных материалов -- брусьев и досок, из которых изготавливаются конструктивные элементы и части зданий (рис. 74). Для отделки используются так называемые «погонажные» (профильные) изделия из древесины -- шпунтованные доски, плинтусы и т.д. Более глубокая переработка древесины дает возможность получить и другие изделия из дерева и его отходов: фанеру, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, и т.д. (рис. 75).
Для конструкций зданий используется в основном древесина хвойных пород: сосна или лиственница, реже ель или пихта. Для особо важных конструкций может использоваться дуб или кедр.
Лиственные породы (дуб, ясень, клен, орех) применяются в основном для столярных, декоративных и отделочных работ -- то есть там, где кроме прочности древесины требуется ее долговечность и хороший внешний вид.
Древесина имеет кольцевую структуру ствола, с более старым древесным материалом в центре и более молодым -- на периферии ствола. В соответствии с этим центральная зона ствола обладает большей прочностью и меньшей деформативностью. В соответствии с этим приняты основные правила распиловки древесины на различные изделия: брусья, доски, бруски и т.д. (рис. 76).
Основными достоинствами древесины являются простота ее обработки, относительная прочность и легкость. Наряду с этими достоинствами древесина имеет и ряд существенных недостатков: природные дефекты, малая огнестойкость, склонность к загниванию. Для ликвидации этих негативных свойств, древесина должна соответствующим образом высушиваться, защищаться от увлажнения и от возгорания (вентиляция, гидроизоляция, пропитка антипиренами и облицовка несгораемыми материалами).
К современным строительным конструкциям и изделиям из дерева относятся оцилиндрованные бревна, клеефанерные брусья, клеедеревянные и металлодеревянные конструкции и т.д.
Основные расчетные сопротивления древесины 1, 2, 3 сорта составляют:
1) изгиб, сжатие и смятие вдоль волокон: Rn, Rc, Rcм = 16,0--8,0 мПа;
2) растяжение вдоль волокон: Rр = 12,0--7,0 мПа.
Обычно прочность древесины оценивается вдоль волокон.
Соединения деревянных элементов осуществляются на гвоздях, шурупах, болтах, нагелях, клее, коннекторах, скобах и врубках.
Как правило, соединения деревянных элементов осуществляются комплексно (например, на врубках и болтах, или на клеях и шурупах). Нагельные соединения, кроме стальных или дубовых цилиндрических нагелей, включают в себя болтовые, гвоздевые и винтовые соединения, или соединения на шурупах. Коннекторы могут быть кольцевымиили пластинчатыми и выполняются из листовой или тонкой полосовой стали (рис. 77 и 78).
Клеевые соединения между деревянными элементами могут осуществляться как отдельные соединения, так и дополнительные соединения в комбинации с другими соединительными элементами (например, в сочетании со врубками или дубовыми нагелями). Для клеевых соединений применяются водостойкие и биостойкие фенолформальдегидные клеи холодного или теплого отверждения. Клеевые соединения могут быть послойными, диагональными, внахлестку, а также зигзагообразными («в ус»). Примеры клееных соединений представлены на рис. 79.
Наиболее распространенными деревянными конструкциями, в которых в основном используются брусья и доски, являются стропильные конструкции скатных чердачных крыш.
Конструктивные схемы и детали узлов наслонных и висячих стропил представлены на рис. 80 и 81.
Кроме стропил, из дерева выполняются практически все типы строительных конструкций: балки, фермы, арки, рамы, своды, купола и т.д. Для рассматриваемых деревянных конструкций используются брусья, доски, фанеры и сталь -- как для соединительных элементов, так и для конструктивных элементов в случае металлодеревянных конструкций.
Деревянные конструкции бывают цельнодеревянными и составными. Цельнодеревянные конструкции выполняются из брусьев и досок. Составные конструкции выполняются из брусьев, досок, фанеры и стали в различных сочетаниях. К ним относятся широко распространенные в настоящее время конструкции: клеедеревянные, металлодеревянные, дощатофанерные, клеефанерные и т.д. (рис. 82, 83, 84).
Основная сущность клеедеревянных конструкций заключается в том, что в них на клею соединяются отдельные элементы (как правило, доски), которые изготавливаются из древесины, находящейся в центральной части (ядре) древесного ствола, и, следовательно, имеющие большую прочность и меньшую деформативность. Таким образом, клеедеревянная балка, например, будет обладать значительно большей несущей способностью, чем балка такого же сечения, выполненная из цельной древесины.
Сущность дощатофанерных конструкций заключается в использовании жестких фанерных листов в качестве стенок балок, верхние и нижние пояса которых выполняются из брусьев или досок.
Наконец, сущность металлодеревянных конструкций заключается в том, что металл (сталь) в них используется не только в виде традиционных соединительных элементов, но и в виде отдельных частей этих конструкций, работающих на растяжение, т.е. в виде затяжек (нижних поясов) и подвесок в фермах, арках и т.д.
Лекция 14 Каменные и армокаменные конструкции
Каменные конструкции, снабженные стальной арматурой, называются «армокаменными». Природный камень в необработанном виде использовался с древнейших времен как один из первых материалов для строительных конструкций. Со временем появился тесаный камень, первый искусственный камень в виде кирпича -- сырца и, наконец, обожженный кирпич.
Армокаменными конструкциями называются каменные конструкции (из природного камня, кирпича или других мелкоразмерных элементов), снабженные стальной рабочей арматурой.
К достоинствам каменных конструкций относятся их прочность, огнестойкость и долговечность. К их недостаткам относятся их высокая масса и малая индустриальность изготовления.
Каменные конструкции применяются в настоящее время для возведения стен и столбов (колонн) различных зданий и сооружений. Природные камни тяжелых пород иногда используются и для возведения фундаментов. Армокаменные конструкции применяются и для различных инженерных сооружений -- дымовых труб, емкостных сооружений и т.д.
Применяют два основных вида армирования каменной клади: поперечное (сетчатое) армирование из стальных вязанных или сварных сеток, уложенных в горизонтальные швы кладки, и продольное, аналогичное армированию железобетонных конструкций. Кладку также можно усилить железобетоном, получив комплексную конструкцию.
Поперечное (сетчатое) армирование используется в основном для повышения несущей способности столбов и простенков малой гибкости при центральном или внецентренном их сжатии с малым эксцентриситетом. Стальные стержни, уложенные в горизонтальные растворные швы, имея более высокий модуль упругости, чем кладка, препятствуют ее поперечной деформации (расширению), что наблюдается при сжатии.
Сетки могут быть квадратными или прямоугольными при диаметре стержней 3--6 мм или типа «зигзаг» при диаметре стержней 6--8 мм. Расстояние между стержнями сетки в плане должно быть в пределах 3--12 см, а объемный процент армирования ( ? 0,1).
Сетки по высоте элемента укладывают через 3--5 рядов кладки, т.е. их шаг S = 300--450 мм. При этом толщина шва, в который укладывается сетка, должна быть на 4 мм больше, чем диаметр стержней в сетке.
Помимо сетчатого армирования, в армокаменных конструкциях применяется и продольное армирование стержнями. Стержни при этом устанавливают снаружи или внутри кладки и их связывают хомутами, установленными в швах кладки. Чтобы предохранить наружную арматуру от коррозии, она покрывается защитным слоем раствора или мелкозернистого бетона (рис. 85).
Арматура, используемая в армокаменных конструкциях, представлена в основном сталью горячекатаной круглой (классов А-240 и А-300) и арматурной проволокой Вр-500. Арматура располагается как горизонтально, так и вертикально и повышают прочность кладки, как на сжатие, так и на изгиб.
Лекция 15 Общие сведения о промышленных зданиях
Промышленные здания предназначаются для выпуска полуфабрикатов и готовой продукции в различных отраслях экономики. Промздания имеют целый ряд классификационных признаков, основными из которых являются те признаки, что и в классификации зданий в целом, а именно: по функции, по материалу и по этажности.
По функции промздания подразделяются на: производственные (основные цехи и корпуса); транспортно-складские (склады, гаражи, депо); энергетические (котельные, электроподстанции); вспомогательные (административные и бытовые корпуса).
По материалу промздания подразделяются на здания из железобетона, металла, кирпича и из комбинации этих материалов.
По этажности промздания в целом могут быть одноэтажными, двухэтажными, многоэтажными и смешанной этажности (рис. 86).
Кроме этого, промздания классифицируются по:
1. Конструктивным системам (каркасные, стеновые и с неполным каркасом);
2. Количеству пролетов (однопролетные и многопролетные);
3. Планировочным схемам (пролетные, ячейковые и зальные);
4. Наличию кранового оборудования (крановые и бескрановые);
5. Профилю покрытия (фонарные и безфонарные) и т.д.
Основной конструктивной системой промзданий является каркасная система с железобетонными или металлическими конструктивными элементами. Реже используется система с неполным каркасом и стеновая конструктивная система (рис. 87 и 88).
Основными конструктивными элементами, наиболее широко используемых одноэтажных промзданий, являются: железобетонные фундаменты, железобетонные и металлические колонны, железобетонные фундаментные балки, железобетонные и металлические подкрановые балки, железобетонные и металлические стропильные балки покрытия, железобетонные и металлические фермы покрытия (рис. 89-- 94 и 95--97).
К крановым промзданиям относятся производственные корпуса, оборудованные мостовыми (опорными) кранами. К бескрановым промзданиям относятся корпуса, оборудованные подвесными кранами (кран-балками) или вообще без кранов (рис. 98, 99 и 100).
Многоэтажные промздания, как правило, бывают бескрановыми и выполняются из железобетонных конструкций (рис. 101). Основными элементами каркаса, кроме фундаментов, в этих зданиях являются колонны и балки. Также важными конструкциями многоэтажных промзданий являются сборные плиты перекрытий и покрытий (рис. 102, 103 и 104).
Стены промзданий выполняются в основном из сборных железобетонных и металлических стеновых панелей, а иногда -- из кирпича, мелких блоков или монолитного железобетона. Ограждающие конструкции по фермам и балкам могут быть балочными и безбалочными (прогонными и беспрогонными), при которых в первом случае по металлическим прогонам устраивается легкое металлическое покрытие, а во втором случае -- покрытие устраивается из сборных железобетонных плит по стропильным конструкциям покрытия -- балкам или фермам (рис. 105--108).
Фонари в промзданиях устраиваются в виде проемов в покрытии и подразделяются на световые, светоаэрационные и аэрационные. Обычно фонари состоят из несущей конструкции в виде каркаса из металлических рам и из ограждающих, в большинстве своем светопрзрачных конструкций. По профилю фонари подразделяются на фонаринадстройки (двухсторонние фонари), фонари-шеды (односторонние фонари) и зинитные (купольные или плафонные) фонари (рис. 109 и 110). Наиболее широко используются светоаэрационные фонаринадстройки.
К вспомогательным зданиям и помещениям в основном относятся бытовые и административные корпуса и помещения. Такие помещения, располагаемые в пределах промзданий, называются «встроенными». Объединенные вне промздания они могут быть «пристроенными» или «отдельно стоящими» корпусами, так называемыми «административнобытовыми корпусами» (АБК). Главными помещениями в АБК являются гардеробные и душевые, объединенные в гардеробно-душевой блок (ГДБ): медпункт, столовая с кухней и ряд административных помещений.