СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»

«Птичье гнездо»: Жесткая мягкость.

Строительство Национального стадиона в Пекине сопровождалось небывалой для Китайской Народной республики яростной полемикой, в которой участвовали местные зодчие, журналисты и общественность. Поводом послужила массовая интервенция на китайский архитектурный и строительный рынок зарубежных проектных компаний. По мнению многих, авангардный характер импортируемых проектов входит в противоречие с национальными традициями и стереотипами, революционизирует облик исторического города. «Пекин – не полигон для архитектурных испытаний!» – такими заголовками пестрели ведущие китайские газеты. Проект стадиона «Птичье гнездо» долго критиковали. Однако по завершении строительства критика утихла сама собой. Забыт был даже один из ключевых аргументов противников проекта: мол, красный цвет, фактически основной, использованный Ж.Херцогом и П. де Мероном в решении стадиона, крайне нетипичен для современной (но никак не исторической) китайской архитектуры, поскольку считается неблагоприятным для здоровья, в том числе психического.

Рис.58 Ночная подсветка здания выявляет его структуру.

В основе сооружения лежит геометрически правильная (и эстетически безупречная) каркасная структура, собственно же гнездо – хаотическое переплетение несущих конструкций исполинских размеров из высокопрочной стали (её на строительство ушло более 45 тысяч тонн) – это, по сути, декорум. Иначе говоря, это сложнейшее инженерное сооружение с двойной структурой: во-первых, собственно жесткая конструкция, которая опирается на двадцать четыре основных сетчатых фермы, и, во-вторых – перекрест скрепляющих их орнаментальных перепонок-стяжек. Пекин расположен в зоне высокой сейсмической активности, поэтому стадион построен с расчетом на то, что выдержит землетрясение силой восемь баллов. Кроме того, конструкция снабжена амортизаторами для ветроустойчивости. Благодаря переплетённой – с «продухами» – структуре плюс оболочке, пространство стадиона хорошо проветривается, а трава на лужайках освещается солнечным светом.
«Птичье гнездо» – главный архитектурный акцент Олимпийского комплекса, расположенного на севере города, между пятой и шестой кольцевыми магистралями Пекина. По мнению архитекторов, стадион должен остаться средоточием общественной жизни и после окончания Олимпийских игр. Общественная зона – холл стадиона представляет собой пассаж с магазинами, ресторанами и местами для отдыха. По холлу можно прогуливаться, даже не догадываясь, что находишься уже на территории стадиона, ведь он не имеет стен, как таковых, и ничем не отграничен от улицы. Эта архитектурная фишка – размытость границы: где уже стадион, а где еще нет? – особенно приглянулась пекинцам и гостям Олимпиады-2008. Благодаря этому стадион оказался органично интегрирован и в Олимпийский комплекс, и в городскую среду в целом.

Рис.59

Из этого открытого для всех желающих холла зрители поднимаются на трибуны. Пункты билетного контроля находятся наверху, у входов в сектора. Стадион располагает одной большой ареной, предназначенной для проведения различных соревнований по летним видам спорта. Предусмотрен целый ряд вариантов ее трансформации. Внутреннее покрытие стадиона, просматриваемое за вынесенными титаническими конструкциями, представляет собой мембрану из этилен- тетрафлюорэтилена (ETF) – мягкого прозрачного пластика. По мнению архитекторов, это дополняет ассоциацию с птичьим гнездом – ведь птицы устилают свои гнезда мягким пухом. Благодаря использованию этого пластика трибуны защищены от ветра и дождя, но при этом здание по своему облику остается невесомо-прозрачным, каким его и задумали авторы. Кстати, этим же этилентетрафлюорэтиленом «обшит-обернут» и еще один олимпийский объект по соседству – дворец водных видов спорта «Водяной куб».

Уже во время строительства стадиона «Птичье гнездо», в 2004 году, было решено дополнительно упростить проект, точнее, отказаться от трансформируемого покрытия-навеса, которое было предусмотрено в проекте изначально. Пекинский муниципалитет отказался от него по соображениям безопасности. Кроме того, это позволило уменьшить финансовые затраты на строительство, сэкономив почти 15 тысяч тонн металла. Изначально на строительство стадиона планировалось выделить порядка 500 млн. долларов, но в конечном итоге здание обошлось в гораздо более скромную цифру – 290 млн.

Рис.60 Конструктивная система стадиона

Рис.61 Двадцать четыре фермы – опоры здания переплетены «стяжками».

Впрочем, у отказа от возведения крыши была и другая причина – сугубо практическая. Раздавались голоса, что якобы в климате Пекина крыша стадиону, где проводятся соревнования по летним видам спорта, не особенно-то и нужна. Вот только как насчет муссонных дождей? Дизайн «Птичьего Гнезда» предмет для отдельного разговора. Поскольку этот стадион изначально возводился как Олимпийский объект, то в процессе разработки архитекторы особое внимание уделяли соблюдению всех международных стандартов для сооружений такого рода. Также «Наячао» должен был подходить и для проведения Пара-Олимпийских игр, поэтому на его территории были оборудованы специальные места и приспособления для зрителей и спортсменов с ограниченными возможностями.

Архитекторы добились серьезных успехов, спланировав поистине многофункциональное сооружение. «Птичье Гнездо» по завершении Олимпиады может быть использовано для проведения международных соревнований по футболу и другим видам спорта, а также в качестве концертной площадки.

На территории этого громадного комплекса будут размещены коммерческие объекты — рестораны, кинотеатры, сувенирные лавки и спортивные магазины, а также клуб здоровья и стоянки для автомобилей.

Конструктивные особенности. Компоненты корпуса «Птичьего Гнезда», представленные огромными извилистыми прутьями из стали, крепятся друг к другу, образуя сеть, напоминающую по форме и внешнему виду свитое из природных материалов жилище пернатых. Стадион похож на вместительную полую чашу, поскольку при его строительстве не было задействовано ни одного вертикального столба. Это существенно отличает арену от всех прочих спортивных объектов подобного уровня. В процессе возведения было израсходовано 36 километров стальных арматур общим весом 45000 тонн.

Рис. 62

Хотя на первый взгляд структура сооружения проста, потребовалось применение самых современных строительных технологий и программного обеспечения. Модель была полностью разработана при помощи параметрического проектирования, что позволило добиться не только привлекательного и необычного дизайна, но и повышенной сейсмоустойчивости, а также комфортабельности.

Верхняя часть чаши стадиона, образует навес над трибунами. Она покрыта инновационным материалом – этилентетрафторэтиленом (ETFE). Он представляет собой прозрачную пленку-мембрану, но, тем не менее, устойчивую к проникновению влаги и пропускающий достаточное количество солнечного света. Нижняя часть навеса сформирована из PTFE (политетрафторэтилен) – это уже полупрозрачная структура, являющаяся частью акустического потолка и примыкающая к боковым стенкам внутреннего кольца. Полости между прутьями также заполняются «подушками» из ETFE. Таким образом, получается абсолютно непромокаемая и непродуваемая конструкция. Сама чаша разделена на 8 структурных зон, каждая из которых стабилизирует остальные. Проникнуть на территорию комплекса можно только, преодолев специальные электронные барьеры, эксклюзивно изготовленные немецкой компанией.

«Акаси –Кайке» — автодорожный мост в Японии.

Строящийся в Японии автодорожный мост Акаси-Кайке (рис. 1) длиной 3910 м с главным пролетом 1990 м (самым большим в мире) соединит между собой острова Хонсю и Сикоку на трассе Кобэ — Ниигата (рис. 2). Мост представляет собой стальную висячую систему из трехпролетной двухшарнирной жесткой балки. Высота стальных пилонов решетчатой конструкции достигает почти 300 м. Мост предназначен под 6-полосное скоростное движение автотранспорта и рассчитан на восприятие шквальных ветровых нагрузок (в среднем 80 м/с в течение 10 мин) и 8,5-балльное (по шкале Рихтера) сейсмическое воздействие.

Строительство моста началось в марте 1988 г. в осложненных условиях морского пролива при максимальной глубине по трассе моста 110 м, скорости течений 4,5 м/с и интенсивности судоходства 1400 судов/сутки, не считая рыболовного флота.

Описываемые ниже конструкции фундаментов пилонов и анкерного устоя рассчитаны, соответственно, на вертикальную нагрузку 1 ГН (100 тыс. тс) и силу натяжения кабеля 1,2 ГН (120 тыс. тс).

Рис. 63 моста Акаси-Кайке.

Рис. 64 Общий вид моста Акаси-Кайке:

1 — на Кобэ;

2 — на Авадзи;

3 — отметка уровня дорожной поверхности;

А — участки с прямолинейным продольным профилем;

В — участок с параболическим продольным профилем.

В то время, как западный (со стороны г. Авадзи) анкерный устой моста Акаси-Кайке опирается непосредственно на гранитное основание, восточный (со стороны г. Кобэ) фундамент представляет собой цилиндрический бетонный массив наружным диаметром 85 м и высотой 64,5 м (рис. 66), заглубленный в коренные породы (плиоценовые песчаник и сланец), залегающие на глубине 55 м под толщей песчано-гравелистого грунта. Сооружение этого фундамента производилось в следующем порядке:

— устройство методом «стена в грунте» внешней ограждающей перемычки толщиной 2,2 м и глубиной 75,5 м;

— разработка цилиндрического котлована в пределах внешнего ограждения с последующим возведением внутренней железобетонной стенки толщиной 2 м;

— укладка по дну котлована бетонной подушки толщиной 4 м и конструктивного днища толщиной 2,5 м;

— заполнение цилиндрической камеры бетоном;

— бетонирование конструктивной внешней плиты толщиной 6 м.

Рис. 65 Мосты между островами Хонсю и Сикоку:

1 — строящийся мост Акаси-Кайке;

2 — находящийся в эксплуатации Сэто-Акаси;

3 — проектируемый мост Татара; 4 — о. Сикоку;

5 — о. Хонсю;

6 — Тихий океан

Сооружение ограждения таких масштабов из специального высокопрочного бетона способом «стена в грунте» явилось беспрецедентным в мировой практике и выполнялось следующим образом. Первоначально стена была разбита на 46 секций (рис. 67), половину из которых составляли ограничительные секции длиной по 8,51м, разрабатываемые в три захватки, а вторую половину — соединительные однозахваточные длиной по 3,2 м. Разработка захваток производилась тремя буровыми агрегатами, оснащенными фрезерными головками: двумя — типа «гидрофреза» модели НР-10000М и одним — типа «электромельница» модели ЕМ320М. Резцовое вооружение этих агрегатов позволяло в процессе разработки соединительных захваток разбуривать торцы ограничительных секций для обеспечения косоугольного сопряжения между ними с водонепроницаемыми швами. По окончании бурения очередной секции траншеи, удаляли донный шлам, перекачкой замещали весь объем суспензии в траншее на свежий глинистый раствор, опускали в траншею арматурный каркас, сращиваемый из четырех цельно-перевозимых секций высотой по 18 м, и приступали к укладке бетонной смеси. В ограничительных секциях использовали по 4 трубобетона диаметром 250 мм, в соединительных — по две. Бетонную смесь доставляли в автобетоносмесителях: на каждую ограничительную секцию ограждения требовалось 1336 м³ смеси, на каждую соединительную — 510 м³. Общий объем бетона для устройства ограждения составил 44,5 тыс. м³.

Рис. 66. Анкерный устой со стороны Кобэ:

1 — ограждение «стена в грунте»;

2 — внутренняя конструктивная стенка:

3 — подушка из укатанного бетона;

4 — конструктивное днище;

5 — бетонное заполнение камеры;

6 — верхняя плита;

7- воротник;

8 — тело устоя.

Рис.67 Последовательность сооружения ограждения цилиндрической камеры способом «стена в грунте» (заштрихованы ограничительные секции).

Под защитой ограждения была выполнена разработка грунта экскаваторами до глубины 61 м от уровня моря и возведена внутренняя стенка толщиной 2 м, конструктивно объединенная с ограждением. Каждая из 12 захваток этой стенки высотой по 4,5 м бетонировалась после разработки соответствующего яруса котлована. Общий объем бетонной смеси на возведение внутренней стенки составил 24,9 тыс. м³. Бетонную подушку толщиной 4 м выполнили из специального бетона, причем вначале уложили ее центральную часть методом укатки смеси виброкатками, а затем забетонировали кольцевую периферийную часть, работающую совместно с ограждающей стеной, используя обычную технологию с применением погружных вибраторов. Объем укатанного бетона — 16,5 тыс. м³, внешнего кольца — 1,2 тыс. м³, забетонированной поверх подушки конструктивной плиты днища — 12 тыс. м³. Пространство камеры (внутренним диаметром 76,6 м и высотой 51 м), образованной цилиндрическим ограждением и днищем, заполняли бетонной смесью, уплотняемой виброкатками. Эта технология сводит к минимуму температурные напряжения, развивающиеся в процессе гидратации цемента. Как и подушку, внешнее кольцо шириной 1,5 м бетонировали по традиционной технологии с применением глубинных вибраторов. Объем работ по укатанному бетону составил 216,1 тыс. м³, по кольцевой части — 18,2 тыс. м³. После заполнения камеры бетоном, на его верхнем обрезе в два приема (полукругами) была забетонирована железобетонная верхняя плита толщиной 6 м и диаметром 80,6 м. Укладка производилась четырьмя слоями толщиной по 1,5 м, причем в верхнем из слоев использовалась специальная низкоэкзотермичная, сверхподвижная (не требующая вибрационного уплотнения) бетонная смесь. Общий объем бетона верхней плиты составил 32,6 тыс. м³. Таким образом, для различных элементов фундамента анкерного устоя моста Акаси-Кайке потребовались бетонные смеси нескольких специальных рецептур с водоцементным отношением, колеблющимся в диапазоне от 0,33 до 0,77, и расчетной прочностью бетона — от 90 до 3/0 кгс/см² (9-37 МПа). Объем бетонной смеси составил около 550 тыс м³, причем по технологии в ряде случаев приходилось укладывать за один рабочий день до 6 тыс. м³ смеси. При этом климатические условия объекта требовали искусственного охлаждения смеси.

Для освоения такого объема работ на объекте был оборудован стационарный бетонный завод с максимальной технической производительностью 480 м³/ч, включающий следующие узлы:

— смесители (принудительного действия с гидроприводом, двухосные регулируемые) — 2×6 м³;

— питатели: для заполнителей (ленточные) — 3×1200 т/ч, для цемента (пневматические) — 2×70 т/ч;

— дозаторы: песка — 1×700 кг, щебня — 2×6000 кг, цемента — 1×2850 кг и 1×1000 кг, воды — 1×1200 кг, добавок — 1×40 кг и 1×15 кг, льда — 1×550 кг, добавок для последующего введения — 2×25 кг и 1×15 кг;

— причал для разгрузки сыпучих грузов с судов с двумя бункерами по 50 м³, шестью ленточными транспортерами производительностью по 600
т/ч и пневморазгрузчиком цемента производительностью 200 т/ч;

— бункеры для материалов вместимостью: для песка — 4×1000 м³, для щебня — 4×1130 м³, для цемента — 1×1500 т, для добавок — 4×10 м³ и 1×4 м³,
для воды — 1×246 м³;

— рабочие бункеры дозировочного узла: для песка — 2×125 м³, для щебня — 2×125 м³, для цемента — 1×70 м³ и 1×40 м³,для воды — 1×4 м³.

В состав бетонного хозяйства также входили:

— установка для приготовления льда производительностью 60 т в день с резервуаром для хранения льда на 100 т;

— установка для охлаждения воды — 1×180 тыс. ккал/ч, с резервуаром холодной воды вместимостью 20 м³;

— пункт очистки бетоносмесителей — на одновременную обработку трех барабанов;

— установка для регенерации заполнителей из отходов бетонной смеси производительностью 6 м³/ч;

— установка для очистки загрязненной воды производительностью 10 м³/ч;

— лаборатория полезной площадью 145 м² (рассчитанная на одновременное хранение 1200 стандартных образцов).

Фундаменты пилонов (рис. 68), опертые на дно пролива при глубине воды около 60 м, представляют собой массивные сталебетонные цилиндры, один из которых, больший, имеет диаметр 80 м и высоту 70 м, а второй, меньший, — соответственно, 78 и 67 м. Работы по устройству каждого из фундаментов включали следующие операции:

— разработка грейфером слабого песчано-гравелистого донного грунта на площадке диаметром 110 м до проектной нижней отметки фундамента (-60 м от уровня моря);

— доставка стальной оболочки фундамента буксированием на плаву и ее погружение путем заливки воды в отсеки пустотелых стенок толщиной 12 м, очистка поверхности грунта в пределах центральной полости оболочки от шлама;

— стабилизация донного грунта вокруг оболочки наброской из габионов и валунов;

— подводное бетонирование до отметки -10м ниже уровня моря в пределах центральной полости и до — 5 м — в отсеках стенок;

— откачка воды из внутренней полости и отсеков оболочки и сооружение железобетонного верхнего яруса фундамента.

Рис. 68 Фундамент пилона в плане и вертикальном разрезе (размеры указаны для большего фундамента, в скобках — для меньшего):

1 — противоэрозионная наброска;

2 — металлическая оболочка;

3 — пустотелые стенки;

4 — область подводного бетонирования;

5 — область обычного бетонирования

Сооружение большего фундамента по описанной технологии было рассчитано графиком на 3,5 года. Разработка донного грунта производилась канатным грейфером с супертяжелого технологического судна «Мицутомо-1» с установленной мощностью рабочего оборудования 3200 л. с. Использовалось четыре различных типа грейферных ковшей, в частности, для грубой планировки дна применяли сверхтяжелый ковш с горизонтальным перемещением челюстей. На стадии точной планировки работы допускались при скорости течения не свыше 2 узлов, чтобы исключить всякую возможность перекоса или сноса ковша. Зачистка осевшего шлама производилась как после окончания дноуглубительных работ, так и непосредственно перед погружением оболочки. Контроль качества планировки дна предусматривался методом ультразвуковой эхолокации и безлюдной видеосъемкой самоходным подводным аппаратом с дистанционным управлением. В результате были выявлены неровности галечного дна, в основном, не свыше 10-20 см, что по сравнению с допускаемой точностью планировки ± 50 см, можно признать неплохим показателем. Стальная оболочка большего фундамента имеет при наружном диаметре 80 м и высоте 65 м общую массу 15300 т. Её центральная часть является полостью диаметром 56 м без днища, а окружающее ее кольцо шириной 12 м разбито на 16 балластировочных отсеков. В процессе изготовления оболочки на ее верхней площадке была смонтирована технологическая платформа с обустройством для буксировки и погружения оболочки, включавшим быстрозажимные швартовочные механизмы, 32 насоса производительностью 10 м³/мин для закачки воды в отсеки и 16 по 3 м³/мин для ее откачки, а также аппаратуру контроля. От верфи к месту погружения оболочка была доставлена при спокойном море с использованием 12 буксиров мощностью по 3 тыс. л. с. и четырех катеров сопровождения, а затем заанкерена на месте 8 гравитационными якорями массой по 1000 т посредством канатов диаметром 120 мм. Оболочка погружалась путем синхронизованной закачки воды в отсеки ее пустотелой стенки (двумя насосами в каждый). Погружение контролировалось с помощью компьютера, в который вводились измеряемые параметры положения оболочки в плане, ее осадки, натяжения швартовочных канатов, направления и силы морских течений и т.д. Выполнив анкеровку утром 28 марта 1991 г., в 12.30 приступили к закачке воды, и к концу дня осадка оболочки с начальной 8 м достигла 27,6 м. На следующий день закачку возобновили в 4.00 утра и посадили металлоконструкцию на дно в 9.20. Чистая (без учета операций корректировки по данным контроля) средняя скорость погружения достигла 15.1 см/мин. Фактическое отклонение оболочки от проектного положения вдоль оси моста составило 21 мм, поперек оси -15 мм (против допускаемой ± 1 м), средняя величина переуглубления по вертикали — 195 мм, наклон по оси север — юг — 0,041°, а по оси восток — запад — 0,083° Такая посадка была признана весьма точной. Для удаления шлама (20-сантиметровый наносной слой частиц размером 0,5-2 мм) из центральной полости оболочки площадью более 4 тыс. м² использовались 28 станков-роботов с дистанционным управлением. половина из которых была расставлена по периметру, а остальные — в центральной зоне полости. Каждый станок был оборудован подвижным манипулятором радиусом действия 12 м со всасывающей трубой эрлифта диаметром 300 мм и телекамерой для визуального контроля за процессом зачистки.

Противоэрозионное укрепление дна вокруг оболочки включало две операции: вначале плавучим краном уложили 12 пакетов, каждый из которых насчитывал по 700 габионов объемом 0,7 м и массой около 1 т, заполненных щебнем крупностью 30-150 мм, а затем плавучим грейфером с емкостью ковша 13 м³ опускали камни массой от 0,8 до 2 т, доставляемые баржей вместимостью 1000 м³. Каменная наброска была выполнена вокруг оболочки в радиусе 80 м с минимальной толщиной слоя 3 м; оба этих параметра были рассчитаны по результатам специальных гидравлических исследований на моделях. По окончании работ была проведена контрольная эхолокация дна, а через год осуществлен контроль его состояния посредством эхолокации и визуального осмотра с помощью самоходной видеоустановки с дистанционным управлением. Рецептура специальной пластифицированной бетонной смеси с использованием низкоэкзотермичного цемента с примесью доменного шлака и золы-уноса при В/Ц=0,697 была разработана в соответствии со следующими требованиями:

— 91-суточная прочность на сжатие при укладке и выдерживании в водной среде -180 кгс/см²;

— отношение прочности подводного бетона к прочности контрольных образцов, изготовленных в стандартных условиях, не менее 0,8;

— расплыв конуса, сохраняемый в течение 8 ч, -52,5 ± 2,5 см.

Для приготовления бетонной смеси в требуемых объемах был смонтирован плавучий бетонный завод на техническом судне грузоподъемностью 24 тыс. т с габаритными размерами 150x40x8,5 м и осадкой 6,5 м. Судно оборудовано компенсаторами качки и шварювочным обустройством, рассчитанным на максимальную скорость течения 8 узлов. Максимальная производительность каждой из двух технологических линий завода составляла 200 м³/ч. Для размещения оборудования вспомогательных систем, на каждом фундаменте было задействовано дополнительно еще одно техническое судно грузоподъемностью 12 тыс. т с габаритными размерами 102,5x30x7 м. Подводная укладка специального бетона в центральную полость оболочки общим объемом 130 тыс. м³ производилась четырнадцатью слоями от отметки глубины — 60 м до — 10 м. Первый слой представлял собой цементно-песчаный раствор, обеспечивающий требуемую плотность примыкания фундамента к донному галечнику и заполнение зазоров под стенками оболочки. В дальнейшем каждый слой бетонной смеси объемом 9 тыс. м³ укладывали непрерывно, в среднем за 51 ч с производительвостью от 166 до 184 м³/ч. Эта операция выполнялась 6 бетононасосами с распределением смеси на 24 бетонолитные трубы, смонтированные в стационарных извлекателях. Бетонная смесь подавалась по разветвленной сети бетонопроводов диаметром 200 мм при помощи 18 золотниковых механизмов. Через 3 суток после окончания укладки смеси, поверхность бетона очищали от шлама с помощью специально сконструированной самоходной вакуумной машины с дистанционным управлением производительностью по воздуху 110 м³/ч и ходовой скоростью 4 м/мин. Операция зачистки слоя на всей площади центральной полости занимала, в среднем, около 34 ч, при этом объем собранного шлама составлял 1,73 м³. После этого незамедлительно приступали к бетонированию очередного слоя. Заполнение бетонной смесью отсеков пустотелых стенок оболочек от отметки — 60 м до – 5 м также выполняли методом подводного бетонирования, при этом непрерывно укладывалось около 9 тыс. м³ бетонной смеси. В каждом отсеке помещались 6 бетонолитных труб. Первый слой толщиной около 1,8 м также выполнялся из цементно-песчаного раствора, что обеспечивало заполнение узлов сопряжения расположенных здесь элементов жесткости металлоконструкции. Очередность бетонирования отсеков определялась из соображений равновесия конструкции. Операции подводного бетонирования на большем фундаменте начались в октябре 1989 г., на меньшем — в январе 1990 г.; завершились они, соответственно, в октябре и декабре 1990 г. По данным испытаний выбуренных кернов, прочность бетона в центральном ядре большего фундамента составила 259 кгс/см², а в отсеках оболочки — 246 кгс/см². Верхняя железобетонная часть фундаментов сооружалась после удаления оставшейся воды и наращивания металлической оболочки внешней опалубкой из полимербетонных панелей на высоту 5 м. В местах опирания стоек пилонов в бетон фундаментов были заделаны цельноустанавливаемые металлические анкерные рамы массой по 200 т, для чего применялся плавучий кран грузоподъемностью 600 т. Фактические отклонения анкерных рам от проектных положений при этом составили в плане 2,5 мм (при допускаемых ± 4 мм), а по вepтикали — 3 мм (при допускаемых ± 10 мм). Полностью работы по сооружению большего фундамента были завершены в июне, а меньшего — в сентябре 1992 г. Возведение обоих пилонов из элементов массой до 160 т было выполнено с применением самоподъемных башенных кранов в период с января 1992 г. по сентябрь 1993 г. Завершить оборудование анкерных устоев и приступить к монтажу кабелей намечено в течение 1994 г., а начать сборку решетчатой балки жесткости — в 1995 г.

Под ЛМК подразумеваются здания небольших пролетов, в которых ограждения выполнены с использованием тонколистового профилированного металла и облегченного синтетического утеплителя. Эти мероприятия позволили снизить расход металла в 1,5—2 раза, а общую массу здания в 3—4 раза по сравнению с традиционными конструкциями, что способствовало снижению общих трудозатрат в 1,3—1,5 раза.

Рис.69 Технология лёгких металлических конструкций – новая технология в каркасном строительстве.

Рис. 70 ЛМК.

На строительную площадку поставляются как несущие, так и ограждающие конструкции и технологическое оборудование, что позволяет сооружения, здания сдавать заказчику «под ключ». Широкое применение эти конструкции нашли в производственных корпусах объектов машиностроения, радио и электронной промышленности, предприятий переработки и других схожих отраслей промышленности. Далее ЛМК нашли широкое применение и для строительства объектов гражданского назначения. За последние годы построены и введены в эксплуатацию заводы по выпуску ЛМК и в Республике Казахстан, а именно в городе Тараз. Освоены производство несущих конструкций легких покрытий для одноэтажных промышленных зданий пролетами 18—30 м из круглых и прямоугольных труб типа «Урал» и «Молодечно».

Рис.71 Каркас из ЛМК.

Рис. 72 Фермы из профилей для покрытий зданий типа «Молодечно»:
а — схема вариантов покрытий зданий ЛМК;

1.6.1 Конструктивные решения ЛМК

Созданы 3 типа ЛМК — «Москва», рамы переменного сечения из сварных, прокатных профилей и конструкции типа «Алма-Ата».
Созданы поточные автоматизированные технологии изготовления ЛМК.
На строящихся заводах типизация конструкций осуществляется по трем направлениям:

1. типизация элементов конструкций;
2. типизация узлов;
3. унификация зданий и сооружений с индивидуальными геометрическими размерами и нагрузками.

Рис. 73 Схема структуры блоков из прокатных профилей типа «Москва»:
а — блок размерами 18 Х 12;
б — блок размерами 24 Х 12.

Рис. 74 Рамные конструкции с элементами коробчатого сечения типа «Орск – I».

Из конструкций типа «Орск-I» изготавливаются унифицированные здания комплектной поставки из ЛМК. В комплект поставки входят рамы (колонны и ригели), вертикальные связи, прогоны, стойки фахверка, элементы торцов зданий, подкрановые балки и профилированный стальной настил с крепежными изделиями. Конструкции поставляются в окрашенном виде. Стальные рамные конструкции из прокатных широкополочных и сварных тонкостенных двутавровых балок типа «Канск» (рис.75) применяются в ОПЗ, пролетами 18 и 24 м, шагом колонн 6 и 12 м, высотой до нижнего пояса ригеля 4,8—10,8 м, без кранов и с кранами подвесными грузоподъемностью 3,2 т и мостовыми грузоподъемностью до 20 т, в зависимости от района строительства.

Рис. 75 Рамные конструкции из тонкостенных сварных двутавров пролетом 18 и 24 типа «Канск»:

а – два варианта однопролетных рамных конструкций;
б – многопролетные рамные конструкции.

Рис. 76 Рамные конструкции с переменным сечением:
а – два варианта конструкций пролетом 24 м;
б – рамные конструкции пролетом 18 м.

Рис. 77 Стропильные и подстропильные балки с гофрированной стенкой типа «Алма – Ата» для покрытий зданий:
а – схема вариантов покрытий;
б – схема подстропильных балок.

Рис. 78 Трехслойная панель с обшивками из тонколистовой стали и утеплителем из пенополиуретана: а – панель рядовая; б – панель рядовая уменьшенной толщины; в – панель угловая; г – вертикальный стык панелей с прокладкой из эластичного пенополиуретана или пенорезины.

Рис. 79 Двухслойная панель на базе кассетного профиля КП 750-100-0,8Х0,9):
1. закладной или заливочный утеплитель;
2. кассетный металлический профиль

Рис. 80 Трехслойная кровельная панель с минераловатным утеплителем на фальцевом соединении:
а – кровельная панель Т-1 с узлом соединения продольного стыка;
б — кровельная панель Т-2 с узлом соединения продольного стыка.

Рис. 81
Профили стальные с трапециевидными гофрами:
а – профили с гофром 114, 75, 57 и 35 мм;
б – сопряжение профилей;
в – крепление профилей к прогону.

Рис. 82 Типы стальных холодногнутых профилей:

а) с плоской стенкой;

б) со стенкой повышенной жесткости;

в) с перфорированной стенкой.

Рис. 83. Профили из алюминиевых сплавов:
а — профили для ограждающих конструкций с гофром 28 и 50 мм;
б — профили с гофром 5,8; 10 и 20 мм для встроенных конструкций, фризов, архитектурно-декоративных элементов.

Рис.84 Каркас из профилей с перфорированной стенкой

Рис. 85 Конструкция наружной стены здания:

1-наружная кирпичная облицовка;

2-плита ОСБ;

3-направляющая с кляммерами;

4-перфорированный стальной профиль (термопрофиль);

5-основной слой утеплителя;

6-пароизоляция;

7-обрешетка;

8-дополнительный слой утеплителя;

9-внутренняя облицовка.

Рис. 86 Конструкция междуэтажного Рис.87 Стальные конструкции

перекрытия; покрытия;

Рис.88 Конструкции чердачного перекрытия.

Быстровозводимые большепролетные здания из легких металлических конструкций — одна из самых «продвинутых» современных технологий в строительстве. ЛМК используются для строительства коттеджей, ангаров, торговых комплексов и павильонов, а также для создания мобильных зданий и модульных зданий – то есть во всех основных сферах каркасного строительства, когда здания не испытывают большую нагрузку. Можно составить укрупненную номенклатуру ЛМК:

— типовые конструкции для крановых и бескрановых зданий;

— сборные здания-модули для размещения различных производств малой и средней мощности;

— функциональные здания модульного типа.

На базе существующих типовых ЛМК разработаны проекты небольших зданий различного назначения. К такому классу зданий из ЛМК относятся:

1.Здания сельскохозяйственного назначения: склады, птичники, коровники, цеха и т.д.

2.Здания общественного и социального назначения: здание-модуль ЛМК КП типа «Молодечно», здание-модуль ЛМК КП типа «Кисловодск», здания-столовые, продовольственные магазины, здания комбинатов бытового обслуживания и т.д.

3.Здания здравоохранения: поликлиники, аптеки;

4.Здания производственно-технического назначения: станция техобслуживания легковых автомобилей, здание для хранения и переработки сыпучих и других материалов и т.д.

Механизированная автостоянка для легковых автомобилей на 50 машино-мест МАС-251(рис.89) представляет собой каркас из легких металлических профилей в 2х модульном исполнении. Каждый модуль — это 12-ти ярусная этажерка высотой 28,2 м. с размерами в плане 7,0х7,2 (м). Внутри каркаса этажерки работает специальный подъемник, который производит установку автомобилей на поддонах в ячейку хранения на консольные опоры, смонтированные на каркасе сооружения.

Рис.89 Механизированная автостоянка.

Рис. 90 Ярославль. Типовой физкультурно-оздоровительный комплекс (ФОК) с универсальным спортивным залом 36х18х8м и двумя тренажерными залами площадью 74 и 82 м².

1.6.2.Преимущества каркаса из ЛМК

Снижение массы зданий. Применение специальных металлопрофилей, а также тонколистового профилированного металла и облегченного синтетического утеплителя позволяет снизить расход металла в 1,5-2 раза, а общую массу здания в 3-4 раза по сравнению с традиционными конструкциями. Соответственно, снижаются затраты на устройство фундаментов, а также общая стоимость строительства.

Уменьшение финансовых затрат на 35-30%, снижение трудоемкости изготовления ЛМК по сравнению с традиционными металлоконструкциями. Здания из легких металлических конструкций и ограждающих конструкций в 2-3 раза дешевле зданий, при аналогичных потребительских качествах и назначении каркаса из железобетона.

Экономия времени. Сроки реализации проектов значительно сокращаются за счет использования быстровозводимых металлических конструкций.

Простота изготовления. Производство быстровозводимых металлических конструкций оснащено всем необходимым: оборудованием для резки металла, образования отверстий, вальцовки, сварки конструкций, очистки поверхности, окраски.

Легкость монтажа и демонтажа. Все быстровозводимые металлические конструкции легко монтируются с помощью современных технологий. Демонтаж конструкций так же легок. При необходимости здание, возможно, перенести на другое место, достроить или перестроить.

Возможность осуществления монтажа крупными блоками. На строительной площадке производятся только сборочные работы. До того, как детали поступят на строительную площадку, они в обязательном порядке проходят испытание на прочность на заводе-изготовителе. В целях исключения возможных несоответствий и несовпадений, на заводе производится операция контрольной сборки каждой металлической конструкции. Стальные конструкции не чувствительны к влаге и монтаж можно выполнять при любой погоде и температуре, в любое время года, даже зимой. При этом скорость монтажа также исключительно высока: например, монтаж металлокаркаса двухэтажного загородного коттеджа занимает два-три дня – благодаря чему конструкции из лёгкой стали являются быстровозводимыми, а здания из них считаются быстровозводимыми зданиями.

Простота перевозки. Быстровозводимые металлические конструкции компактны: их легко доставить до стройплощадки, что существенно сокращает расходы на транспортировку.

Огнезащитные составы на основе жидкого стекла и расширяющегося графита.

Металлические конструкции промышленных и гражданских зданий обладают низким пределом огнестойкости. На практике для его повышения используют огнезащитные покрытия. Их задача замедлить прогрев металла и тем самым сохранить эксплуатационные свойства конструкции в течение заданного периода времени.

Большую группу огнезащитных покрытий для металлических конструкций составляют обмазки на основе жидкого стекла. Растворимое стекло обладает высокой температуроустойчивостью и является одним из наиболее перспективных и доступных вяжущих для изготовления огнезащитных составов высокой прочности при низкой плотности (200 — 300 кг/м³). Огнезащитные покрытия на его основе обладают хорошей адгезией ко многим материалам. Для повышения эксплуатационных свойств в их состав вводят пористые заполнители, волокнистые материалы, отвердители и добавки.

В последнее время в огнезащитных покрытиях на основе органических связующих, например ВПМ-2, «Металлакс ВМ» и др., в качестве компонента используют термически расширяющиеся графиты, которые получают путем обработки графита растворами сильных окислителей с последующей промывкой и сушкой. В результате окисления графита в растворе серной кислоты и перманганата калия образуется соединение C24(H2SO4)2 (бисульфат графита). При температуре 500-1000°С бисульфат графита увеличивается в объеме (вспучивается), так как при термическом пиролизе бисульфатион разрушается с выделением сернистого газа, воды и кислорода, раздвигая пакеты плоскостей структуры графита. Вспученный графит обладает высокими теплоизолирующими свойствами.

Целью работы являлось создание огнезащитных покрытий на основе растворимого стекла и термически расширяющихся графитов. Использование асбеста в качестве заполнителя привело к изменению характера прогрева вследствие резкого снижения средней плотности по сравнению с составом, содержащим вермикулит (1363 и 1643 кг/м³ соответственно), и повышению теплопроводности (0,301 и 0,405 Вт/(мК)). Изменение характера нагрева пластины обусловлено трубчатым строением волокон асбеста. Внутрь волокна при перемешивании состава не попадают жидкое стекло и вода из-за размера пор, соизмеримого с размером молекулы воды. В связи с этим огнезащитные свойства начинают проявляться с 50°С. Анализ проведенных испытаний показывает, что на увеличение термического сопротивления покрытия благоприятное влияние оказывает введение в состав обмазки наполнителей в виде гранул и нецелесообразность использования пористых заполнителей, которые снижают ее среднюю плотность и теплопроводность. Однако применение незначительного количества асбеста как минеральной фибры оказывает благоприятное воздействие на процесс вспучивания, при этом сохраняется монолитность покрытия.

1.6.3 Современные технологии

Проектирование и производство лёгких металлоконструкций объединены одним программным обеспечением FrameCAD™. Программа FrameCAD™ позволяет выполнить проектирование и расчеты при создании проекта каркасного дома за минимальное время. После того, как проект готов, чертежи каркаса превращаются в готовые конструкции: оператору нужно лишь загрузить в станок проектные файлы, используя обычную флэш-карту. Станок SteelFrameMaster, разработанный в Новой Зеландии, работает как принтер: он выполняет задание, полученное от персонального компьютера, только на выходе у него не бумага с напечатанным текстом, а металлопрофиль. Станок изготавливает и маркирует элементы каркаса в соответствии с полученными данными, поэтому монтаж металлоконструкций осуществляется легко и быстро.

Сборные железобетонные конструкции и изделия — основной вид конструкций и изделий, применяемых в различных отраслях строительства: жилищно-гражданском, промышленном и др. Сборные конструкции имеют существенные преимущества перед монолитными, они создают широкие возможности для индустриализации строительства: применение крупноразмерных железобетонных элементов позволяет основную часть работ по возведению зданий и сооружений перенести со строительной площадки на завод с высокоорганизованным технологическим процессом производства.

Это значительно сокращает сроки строительства, обеспечивает более высокое качество изделий при наименьшей их стоимости и затратах труда; использование сборных железобетонных конструкций позволяет широко применять новые эффективные материалы (лёгкие и ячеистые бетоны, пластмассы и др.); уменьшает расход лесоматериалов и стали, необходимых в др. отраслях народного хозяйства. Сборные конструкции и изделия должны быть технологичны и транспортабельны; они особенно выгодны при минимальном количестве типоразмеров элементов, повторяющихся много раз.

В зависимости от назначения в строительстве жилых, общественных и др. зданий и сооружений различают следующие наиболее распространённые сборные железобетонные конструкции и изделия для фундаментов и подземных частей зданий и сооружений (фундаментные блоки и плиты, панели и блоки стен подвалов); для каркасов зданий (колонны, ригели, прогоны, подкрановые балки, стропильные и подстропильные балки, фермы); для наружных и внутренних стен (стеновые и перегородочные панели и блоки); для междуэтажных перекрытий и покрытий зданий (панели, плиты и настилы); для лестниц (лестничные марши и площадки); для санитарно-технических устройств (отопительные панели, блоки вентиляционные и мусоропроводов, санитарно-технические кабины).

Сборные железобетонные конструкции изготовляют преимущественно на механизированных предприятиях и частично на оборудованных полигонах. Технологический процесс производства железобетонных изделий складывается из ряда последовательно выполняемых операций: приготовления бетонной смеси, изготовления арматуры (арматурных каркасов, сеток, гнутых стержней и т. д.), армирования изделий, формования изделий (укладка бетонной смеси и её уплотнение), тепловлажностной обработки, обеспечивающей необходимую прочность бетона, отделки лицевой поверхности изделий.

В современной технологии сборного железобетона можно выделить 3 основных способа организации производственного процесса: агрегатно-поточный способ изготовления изделий в перемещаемых формах; конвейерный способ производства; стендовый способ в неперемещаемых (стационарных) формах.

При агрегатно-поточном способе все технологические операции (очистка и смазка форм, армирование, формование, твердение, распалубка) осуществляются на специализированных постах, оборудованных машинами и установками, образующими поточную технологическую линию, формы с изделиями последовательно перемещаются по технологической линии от поста к посту с произвольным интервалом времени, зависящим от длительности операции на данном посту, которая может колебаться от нескольких минут (например, смазка форм) до нескольких часов (твердение изделий в пропарочных камерах). Этот способ выгодно использовать на заводах средней мощности, в особенности при выпуске изделий широкой номенклатуры.

Конвейерный способ применяют на заводах большой мощности при выпуске однотипных изделий ограниченной номенклатуры. При этом способе технологическая линия работает по принципу пульсирующего конвейера, т. е. формы с изделиями перемещаются от поста к посту через строго определённое время, необходимое для выполнения самой длительной операции. Разновидностью этой технологии является способ вибропроката, применяемый для изготовления плоских и ребристых плит; в этом случае все технологические операции выполняются на одной движущейся стальной ленте.

При стендовом способе изделия в процессе их изготовления и до затвердевания бетона остаются на месте (в стационарной форме), в то время как технологическое оборудование для выполнения отдельных операций перемещается от одной формы к другой. Этот способ применяют при изготовлении изделий большого размера (ферм, балок и т. п.). Для формования изделий сложной конфигурации (лестничных маршей, ребристых плит и т. п.) используют матрицы — железобетонные или стальные формы, воспроизводящие отпечаток ребристой поверхности изделия.

При кассетном способе, являющемся разновидностью стендового, изделия изготовляют в вертикальных формах — кассетах, представляющих собой ряд отсеков, образованных стальными стенками. На кассетной установке происходят формование изделий и их твердение. Кассетная установка имеет устройства для обогрева изделий паром или электрическим током, что значительно ускоряет твердение бетона. Кассетный способ обычно применяют для массового производства тонкостенных изделий.

Готовые изделия должны отвечать требованиям действующих стандартов или технических условий. Поверхности изделий обычно выполняют с такой степенью заводской готовности, чтобы на месте строительства не требовалось их дополнительной отделки.

При монтаже сборные элементы зданий и сооружений соединяются друг с другом замоноличиванием или сваркой закладных деталей, рассчитанных на восприятие определенных силовых воздействий. Большое внимание уделяется снижению металлоемкости сварных соединений и их унификации. Наибольшее распространение сборные конструкции и изделия получили в жилищно-гражданском строительстве, где крупноэлементное домостроение (крупнопанельное, крупноблочное, объёмное) рассматривается как наиболее перспективное.

Из сборного железобетона организовано также массовое производство изделий для инженерных сооружений (т. н. специального железобетона): пролётные строения мостов, опоры, сваи, водопропускные трубы, лотки, блоки и тюбинги для обделки тоннелей, плиты покрытий дорог и аэродромов, шпалы, опоры контактной сети и линий электропередачи, элементы ограждений, напорные и безнапорные трубы и др. Значительная часть этих изделий выполняется из предварительно напряжённого железобетона стендовым или поточно-агрегатным способом. Для формования и уплотнения бетона применяются весьма эффективные методы: вибропрессование (напорные трубы), центрифугирование (трубы, опоры), виброштампование (сваи, лотки).

Для развития сборного железобетона характерна тенденция к дальнейшему укрупнению изделий и повышению степени их заводской готовности. Так, например, для покрытий зданий используются многослойные панели, поступающие на строительство с утеплителем и слоем гидроизоляции; панели размером 3 Х 18м и 3 х 24 м, сочетающие в себе функции несущей и ограждающей конструкции. Разработаны и успешно применяются совмещенные кровельные плиты из лёгкого и ячеистого бетонов. В многоэтажных зданиях используются предварительно напряжённые железобетонные колонны на высоту нескольких этажей. Для стен жилых зданий изготовляются панели размерами на одну-две комнаты с разнообразной внешней отделкой, снабженные оконными или дверными (балконными) блоками. Значительные перспективы для дальнейшей индустриализации жилищного строительства имеет способ возведения зданий из объёмных блоков (блок объемный). Такие блоки на одну-две комнаты или на квартиру изготовляются на заводе с полной внутренней отделкой и оборудованием; сборка домов из этих элементов занимает всего несколько дней.

2.3 Предварительно напряжённые конструкции

Предварительно напряжённые конструкции, строительные конструкции, в которых предварительно (в процессе изготовления, укрупнительной сборки или монтажа) создаются напряжения, оптимальным образом распределённые в элементах конструкции. В современном строительстве предварительное напряжение наиболее широко применяется в железобетонных конструкциях и изделиях различного назначения. Оно получает распространение также и в металлических конструкциях. Предварительно напряжённые конструкции весьма эффективны благодаря применению высокопрочных материалов и более полному использованию их физико-механических свойств.

В железобетонных предварительно напряжённых конструкциях, как правило, предварительно создаются напряжения сжатия в бетоне и растяжения в арматуре. В них достигается значительная экономия (до 70%) арматурной стали за счёт использования её высокопрочных марок; обеспечивается высокое сопротивление предварительно напряжённых конструкций образованию и раскрытию трещин (трещиностойкость); существенно повышается жёсткость конструкций (по сравнению с обычными, выполняемыми без предварительного напряжения); увеличивается выносливость конструкций, испытывающих воздействия многократно повторяющихся нагрузок.

Железобетонные предварительно напряжённые конструкции наиболее рациональны для зданий и инженерных сооружений (например, мостов) с такими пролётами, нагрузками и условиями работы, при которых использование конструкций с ненапрягаемой арматурой сопряжено со значительными техническими трудностями или с большим расходом бетона и стали. Целесообразно также применение железобетонных предварительно напряжённых конструкций для изготовления напорных трубопроводов, резервуаров, силосов и др. ёмкостей, где требуется обеспечение непроницаемости. Металлические предварительно напряжённые конструкции применяют в пролётных строениях мостов, подкрановых балках, мачтах, башнях, опорах линий электропередачи и др.

Расчёт предварительно напряжённых конструкций ведётся по методу предельных состояний с учётом реальных физико-механических свойств бетона и стали. При этом исходят из того, что создаваемые напряжения не сохраняются постоянными до приложения эксплуатационных нагрузок. Потери предварительного напряжения могут быть обусловлены технологическими факторами (например, термообработкой изделий и конструкций), физико-механическими свойствами бетона и стали (усадкой и ползучестью бетона, релаксацией напряжений в стали). Особенностями конструктивных решений и оборудования для натяжения арматуры (деформацией анкеров, трением арматуры о поверхность бетона в каналах или пазах и др.). Предварительное напряжение в арматуре железобетонных предварительно напряжённых конструкций может быть создано до отвердения бетона (с натяжением арматуры на форму или на упоры стенда), после отвердения (с натяжением арматуры на затвердевший бетон, причём арматура располагается в каналах, пронизывающих конструкцию, или во внешних пазах), в процессе твердения бетона (с помощью напрягающего цемента). Для натяжения арматуры используют механические (с помощью специальных домкратов или др. устройств), электротермические и др. способы. Для создания предварительного напряжения в металлических предварительно напряжённых конструкциях используют упругий выгиб отдельных элементов, свариваемых в целую балку, обжатие отдельных стержней и стержневых систем затяжками из высокопрочных сталей, принудительное смещение опор неразрезных балок, арок, рам и др. способы.

Стержневая система

Стержневая системав строительной механике, несущая конструкция, состоящая из прямолинейных или криволинейных стержней, соединённых между собой в узлах. В инженерных сооружениях применяются, как правило, геометрически неизменяемые стержневые системы. Характерные примеры стержневых систем — рама и ферма. По геометрической схеме их разделяют на плоские и пространственные (плоская система, пространственная система). По типу соединений стержней различают стержневые системы с жёсткими и шарнирными узлами, а также смешанного типа. Жёсткие узлы препятствуют взаимному повороту концевых сечений стержней, шарнирные — допускают такой поворот. Для рам характерны жёсткие узлы, для ферм — шарнирные.При расчёте статически определимых стержневых систем для определения опорных реакций, внутренних усилий и деформаций достаточно использование уравнений статики. Статически неопределимые системы рассчитываются как точными методами строительной механики (методы сил, перемещений, смешанный), так и приближёнными. Создание эффективных и экономичных стержневых систем связано с совершенствованием методов их расчёта на устойчивость (особенно систем, состоящих из тонкостенных стержней), а также методов, позволяющих учитывать работу материала за пределами упругости; последние требуют применения сложного математического аппарата и использования современных вычислительных программ.

Рама

Рама в технике, стержневая система, элементы которой (стойки, ригели, подкосы) во всех или в некоторых узлах жестко соединены между собой. Рамы служат в основном несущими конструкциями зданий, мостов, эстакад и др. сооружений, а также рабочих и транспортных машин. Рамные конструкции выполняются из железобетона (преимущественно), металла и дерева. Различают рамы пространственные (рис. 1 а), представляющие собой пространственные системы, и плоские (плоская система); последние отличаются большим разнообразием конструктивных форм (рис.1 , б, в, г, д, е).

Рис.1 Виды рам: а — пространственная система; б, в, г, д, е – плоские системы

Расчёт рамы обычно производится с помощью общих методов расчёта статически неопределенных систем; метода сил, метода перемещений и смешанного метода. Для расчёта сложных рам (например, каркасов многопролётных многоярусных зданий) используют приближённые методы, основанные на упрощении расчетных схем (например, пренебрежении смещением узлов при расчёте на вертикальную нагрузку) или на последовательных приближениях.

Ферма

Ферма— несущая конструкция, состоящая из прямолинейных стержней, узловые соединения которых при расчёте условно принимаются шарнирными. Фермы применяют, главным образом, в строительстве (покрытия зданий, пролётные строения мостов, мачты, опоры линий электропередачи, гидротехнические затворы и др.), а также в качестве несущих конструкций машин и механизмов. По виду материала различают металлические, железобетонные, деревянные и комбинированные (например, металлодеревянные) фермы. Тип фермы и её очертания (рис. 2) определяются назначением здания или сооружения, видом покрытия, способом опирания фермы и т.д. Узлы фермы, хотя и считаются шарнирными, практически обладают той или иной степенью жёсткости. При проектировании фермы, как правило, обеспечивается узловое приложение внешней нагрузки (например, прогоны покрытия здания опираются на фермы в узлах верхнего пояса, балки подвесных кранов крепятся к узлам нижнего пояса и т.д.).

Рис.2 Фермы (классификация по типам решеток)

Балка

Балка в технике, конструктивный элемент, обычно в виде бруса, работающий, главным образом, на изгиб. Балку широко применяют в строительстве и машиностроении: в конструкциях зданий, мостов, эстакад, транспортных средств, машин, станков и т. д. Изготовляются балки в основном из железобетона, металла и дерева. В зависимости от числа опор и характера опорных закреплений различают балки: однопролётные, многопролётные, консольные, с заделанными концами, разрезные, неразрезные и др.

По форме поперечного сечения различают балки прямоугольные, тавровые, двутавровые, коробчатые и др. Наиболее выгодные (по несущей способности и по расходу материала) поперечные сечения балки — двутавровые и коробчатые.

Рис. 3 Виды сечения балок.

Прямоугольные сечения целесообразны при относительно большой высоте и малой ширине балки. Балка может иметь постоянное по размеру или переменное сечение; последнее позволяет уменьшить её массу. По назначению балки разделяют на основные (продольные, перекрывающие пролёт между опорами) и вспомогательные (поперечные, перекрывающие расстояния между др. балками).

Рис. 4

Система продольных и поперечных балок называется балочной клеткой. Железобетонные балки изготовляют монолитными и сборными. Монолитные балки конструируются в большинстве случаев как многопролётные неразрезные, обычно имеют прямоугольное или тавровое сечение; последнее чаще встречается в ребристых конструкциях (при монолитной связи балки с плитой), реже — в виде самостоятельных балок. В сборном железобетоне широко применяют однопролётные балки различных сечений: прямоугольного, таврового, двутаврового, полого,

п-образного и т. д. Сборные многопролётные неразрезные балки выполняются из нескольких элементов, соединяемых в процессе монтажа. Получили распространение предварительно напряжённые железобетонные балки.

Закладные детали

Закладные детали (рис. 5) – стальные элементы, предназначенные для соединения сборных или сборно-монолитных железобетонных конструкций и изделий между собой или с др. конструкциями зданий и сооружений. Закладные детали изготовляют из круглой, полосовой, листовой, уголковой и швеллерной сталей.

В большинстве случаев закладные детали состоят из отдельных пластинок (плоских элементов) с приваренными к ним прямыми или изогнутыми анкерными стержнями (преимущественно из арматурной стали периодического профиля), заделываемыми в бетон конструкций. «Открытые» поверхности закладных деталей защищаются от коррозии (например, оцинкованием).

Рис. 5 Закладные детали.

Сборно-монолитные железобетонные конструкциипредставляют собой такое сочетание сборных элементов (железобетонных колонн, ригелей, плит и т. д.) с монолитным бетоном, при котором обеспечивается надёжная совместная работа всех составных частей. Эти конструкции применяются, главным образом, в перекрытиях многоэтажных зданий, в мостах и путепроводах, при возведении некоторых видов оболочек и т. д. Они менее индустриальные (в отношении возведения и монтажа), чем сборные; их применение особенно целесообразно при больших динамических (в т. ч. сейсмических) нагрузках, а также при необходимости членения крупноразмерных конструкций на составные элементы из-за условий транспортировки и монтажа. Основное достоинство сборно-монолитных конструкций — меньший (по сравнению со сборными конструкциями) расход стали и высокая пространственная жёсткость.

Наибольшая часть железобетонных конструкций и изделий выполняется из тяжёлого бетона с объёмной массой 22 – 25 КН/м³. Но, доля изделий из конструктивно-теплоизоляционного и конструктивного лёгкого бетонов на пористых заполнителях, а также из ячеистого бетона всех видов непрерывно возрастает. Такие изделия используются преимущественно для ограждающих конструкций (стены, покрытия) жилых и производственных зданий. Весьма перспективны несущие конструкции из высокопрочного тяжёлого бетона класса В55 – В75 и лёгкого бетона класса В25 – В45. Существенный экономический эффект достигается в результате применения конструкций из жаростойкого бетона (вместо штучных огнеупоров) для тепловых агрегатов металлургической, нефтеперерабатывающей и др. отраслей промышленности; для ряда изделий (например, напорных труб) перспективно применение напрягающего бетона. Железобетонные конструкции и изделия выполняются в основном с гибкой арматурой в виде отдельных стержней, сварных сеток и плоских каркасов. Для изготовления ненапрягаемой арматуры целесообразно использование контактной сварки, обеспечивающей высокую степень индустриализации арматурных работ. Конструкции с несущей (жёсткой) арматурой применяют сравнительно редко и, главным образом, в монолитном железобетоне при бетонировании в подвесной опалубке. В изгибаемых элементах продольная рабочая арматура устанавливается в соответствии с эпюрой максимальных изгибающих моментов; в колоннах продольная арматура воспринимает преимущественно сжимающие усилия и располагается по периметру сечения. Кроме продольной арматуры, в железобетонных конструкциях устанавливается распределительная, монтажная и поперечная арматура (хомуты, отгибы), а в некоторых случаях предусматривается, так называемое, косвенное армирование в виде сварных сеток и спиралей. Все эти виды арматуры соединяются между собой и обеспечивают создание арматурного каркаса, пространственно неизменяемого в процессе бетонирования. Для напрягаемой арматуры предварительно напряжённых железобетонных конструкций используют высокопрочные стержневую арматуру и проволоку, а также канаты из неё. При изготовлении сборных конструкций применяется в основном метод натяжения арматуры на упоры стендов или форм; для монолитных и сборно-монолитных конструкций — метод натяжения арматуры на бетон самой конструкции.

Арматура железобетонных конструкций, неотъемлемая составная часть железобетонных конструкций, предназначенная для усиления бетона, воспринимающая растягивающие (реже — сжимающие) усилия. Применяется, главным образом, стальная гибкая арматура (в виде отдельных стержней или сварных сеток и каркасов); иногда — жёсткая арматура (прокатные двутавры, швеллеры, уголки). В качестве арматуры могут быть использованы также стеклопластики, бамбук и др. материалы. Различают арматуру: рабочую, устанавливаемую в железобетонных конструкциях в соответствии с расчётом; монтажную и распределительную, предназначенные для образования совместно с рабочей арматурой каркасов и сеток и устанавливаемые по конструктивным соображениям.

Многообразие видов конструкций определяет необходимость изготовления специальных арматурных сталей, которые должны иметь различные прочностные характеристики и обладать достаточными пластическими свойствами. Наиболее распространена арматура стержневая (горячекатаная, упрочнённая термически и вытяжкой), которая в зависимости от прочности подразделяется на 7 классов (выпускается диаметром от 6 до 90 мм), и проволочная, в виде проволоки (диаметром от 3 до 8 мм), канатов, сварных и тканых сеток. В предварительно напряжённых конструкциях применяют напрягаемую арматуру из арматурной стали с высоким временным сопротивлением разрыву 900 Н/мм² и более. Улучшение сцепления арматуры с бетоном достигается приданием её поверхности эффективного периодичного профиля.

Монолитными конструкциями называют строительные конструкции: бетонные и железобетонные, основные части которых выполнены в виде единого целого (монолита) непосредственно на месте возведения здания или сооружения. К монолитным же конструкциям можно условно отнести стены и столбы, возводимые из мелкоштучных камней в технике ручной кладки, имея в виду, что перевязка швов и применение связующего (раствора) позволяет создать единое целое любой формы. В последнем случае для характеристики технологии и их возведений иногда применяют термин «традиционная». При возведении монолитного железобетонного здания на строительной площадке бетонная смесь может быть приготовлена непосредственно на площадке строительства или доставлена бетоновозами со специальных заводов и укладывается в опалубку с заранее установленной арматурой (каркасами, сетками, закладными деталями и т.д.). За счет высокой механизации, применения современных опалубочных систем, различных химических добавок-ускорителей твердения бетона, этот способ изготовления железобетонных конструкций по качеству и срокам строительства стал приближаться к сборному железобетону. Но монолитные железобетонные конструкции имеют ряд недостатков, таких как удорожание при зимнем производстве работ, устройство сложных опалубочных систем с невысокой их оборачиваемостью. Основной недостаток монолитного железобетона – это увеличение, по сравнению со сборными конструкциями, расхода арматурной стали и бетона, так как непосредственно в условиях массового строительства сложно применить предварительное напряжение арматуры и трудоемкость работ. Практика показала, что в фундаментостроении эффективно применение монолитного железобетона. Есть много и других областей строительства, где монолитный железобетон незаменим, в частности при возведении уникальных объектов (рис. 6).

Основным направлением развития массового жилищного строительства является сборно-панельное домостроение. Однако, более 35% объемов жилищного строительства осуществляется еще недостаточно индустриальными методами. Поэтому индустриальные методы монолитного домостроения рассматриваются как резерв повышения общего уровня дальнейшей индустриализации строительства. Производственный эксперимент по применению различных конструктивно-технологических методов монолитного домостроения позволил сформировать теоретические основы рациональных сфер применения монолитного бетона, технических решений конструкций зданий и опалубок, а также разработать ряд нормативных и методических документов по проектированию, строительству и сравнительной технико-экономической оценке гражданских зданий из монолитного бетона.

Рис. 6 Бетонирование монолитных конструкций при строительстве Храма Христа Спасителя (г. Москва, Россия)

Возведенные жилые и гражданские здания отличаются высоким качеством архитектурных решений. Наибольшее распространение монолитное домостроение получило в Кишиневе, Сочи, Алма-Ате, Минске, Вильнюсе, городах Кавказских минеральных вод, Южного берега Крыма, Средней Азии и др. Анализ показал, что монолитное домостроение по большинству технико-экономических показателей имеет преимущества по сравнению с кирпичным домостроением, а в ряде случаев и с крупнопанельным. Расход стали на опалубку с учетом оборачиваемости форм снижается на 1,5 кг на 1м² общей площади в сборных конструкциях до 1 кг в монолитных. Энергетические затраты на изготовление и возведение монолитных конструкций уменьшается на 25-35% по сравнению со сборными и кирпичными: трудовые затраты снижаются в среднем на 25-30%, а продолжительность строительства сокращается на 10-15% по сравнению с кирпичным. Стоимость строительства с учетом зданий по этажности, архитектурно-планировочным решениям в среднем на 10% ниже, чем кирпичного, и на 5%, чем крупнопанельного. К достоинствам монолитного домостроения следует также отнести возможность с минимальными затратами получить разнообразные объемно-пространственные решения, повысить эксплуатационные качества зданий. При этом сокращается инвестиционный цикл (проектирование зданий и производственной базы – создание базы – строительство). Недостатками монолитного домостроения являются более высокая по сравнению с крупнопанельным продолжительность строительства (20%) и трудоемкость на строительной площадке (25-30%) при одинаковых показателях суммарных трудовых затрат, удорожание бетонных работ при отрицательных температурах.

Рациональными областями применения монолитного домостроения являются регионы со сложными геологическими условиями, преимущественно в сейсмических районах страны.

Основные направления развития технологии бетонных работ должны предусматривать мероприятия, которые позволили бы значительно повысить производительность труда на этих работах:

— организацию централизованного изготовления сварных арматурных каркасов, сеток, и пространственных блоков и монтаж их на стройплощадках;

— применение унифицированных многократно оборачиваемых систем опалубок, организацию централизованного их изготовления и интенсивной эксплуатации;

— развитие индустрии товарных бетонных смесей путем организации их централизованного изготовления на высокомеханизированных и автоматизированных районных приобъектных заводах и установках с доставкой этой смеси специализированным транспортом;

— механизацию подачи распределения и укладки бетонной смеси с применением высокопроизводительных бетононасосов, бетоноукладчиков и другой техники;

— применение технологии зимнего бетонирования с использованием эффективных противоморозных добавок, автоматизацию процессов термообработки бетона.

Комплекс работ по возведению монолитных бетонных и железобетонных конструкций включает ряд процессов, в том числе приготовление бетонной смеси, транспортировку ее к месту укладки, устройство опалубки, установку арматуры, подачу, распределение и уплотнение бетонной смеси в подземных и наземных частях зданий, подготовку забетонированных конструкций к сдаче. Для изготовления монолитных сооружений весьма перспективным является применение напрягающего бетона, позволяющего в условиях строительной площадки осуществить предварительное напряжение арматуры. Исследования в этом важном направлении сегодня успешно ведутся специалистами Брестского государственного технического университета (теория сопротивления железобетонных конструкций – О.А. Рочняк, Л.В. Образцов и др.; напрягающие цементы и бетоны, теория расчета железобетонных конструкций из напрягающего бетона – В.В. Тур, В.Д. Будюк и др.).

Виды опалубок. Опалубка, совокупность элементов и деталей, предназначенных для придания требуемой формы монолитным бетонным или железобетонным конструкциям, возводимым на строительной площадке (рис. 7). Выбор типа опалубки определяется характером бетонируемых конструкций или сооружений, соотношением их геометрических размеров, принятой технологией производства работ, климатическими условиями. Наиболее распространена разборно-переставная мелкощитовая опалубка. Она состоит из отдельных щитов, замков для их соединения, поддерживающих элементов, воспринимающих нагрузки, и креплений. Щиты и поддерживающие элементы могут быть выполнены из древесины, фанеры и стали , синтетических материалов или различных их комбинаций. При изготовлении опалубки из металла возможна предварительная укрупнительная сборка щитов в панели или пространственные блоки и последующий механизированный монтаж и демонтаж их, что резко повышает производительность труда. Из элементов разборно-переставной опалубки можно собрать практически любую форму для бетонирования конструкций фундаментов, стен (при высоте 10—15 м), перекрытий, покрытий и пр. По достижении бетоном прочности, допускающей распалубливание, опалубка разбирается и переставляется на новое место. При бетонировании в условиях температур ниже О°С щиты опалубки могут утепляться или оборудоваться нагревателями (термоактивная опалубка). Используются преимущественно электрические нагреватели. Термоактивная опалубка впервые была разработана (инженер И.И.Богатыревым) и применена в 1950-х гг.

Разборно-переставная мелкощитовая опалубка ступенчатого фундамента. Разборно-переставная крупнощитовая опалубка выполняется из деревянных каркасных щитов повышенной несущей способности (массой 150—500 кг) и креплений. Усиленные ребра каркаса опалубки позволяют отказаться от поддерживающих элементов (схваток).

Рис. 7 Опалубка

Тяжи, удерживающие щиты, крепятся к стальным анкерам, закладываемым в основание или в ранее уложенный бетон сооружения. Монтаж и демонтаж крупнощитовой опалубки осуществляются с помощью подъёмных механизмов.

Скользящая опалубкасостоит из щитов (стальных, деревянных или комбинированных) высотой 1100—1500 мм, связанных между собой стальными домкратными рамами. На рамы опираются фермы или прогоны рабочего настила, с которого производится укладка бетонной смеси и установка арматуры. К рамам подвешиваются подмости, позволяющие производить первоначальную отделку бетонируемых конструкций. Устанавливаемые на рамах гидравлические (наиболее распространены) или электрические подъёмники (домкраты) обеспечивают одновременное вертикальное движение (скольжение) всей опалубки по бетонируемой конструкции, при этом освобождается затвердевший бетон. Скользящая опалубка применяется, главным образом, при возведении стен, резервуаров силосов, труб и др. сооружений высотой не менее 12—15 м.

Подъёмно-переставнаяопалубка сочетает конструктивные признаки скользящей и разборно-переставной. Состоит из щитов, специальных креплений и устройств для отрыва опалубки от бетона и её вертикального перемещения. Рабочий настил обычно опирается на бетонируемую конструкцию. Используется в основном для возведения высоких сооружений переменного сечения (труб, градирен и т.п.). При бетонировании уникальных сооружений (таких, например, как Останкинская телебашня) применяются специальные самоподъёмные механизмы. Для защиты от атмосферных осадков, ветра и низких температур на опалубке устанавливаются тепляки.

Горизонтально-перемещаемая (катучая) опалубка состоит из стальных или деревянных щитов и каркаса, смонтированного на тележках или полозьях. Опалубка перемещается по рельсам или направляющим с помощью электродвигателей или лебёдок. Применяется при возведении конструкций и сооружений значительной протяжённости: стен, перекрытий, покрытий, тоннелей, коллекторов, водоводов, небольших плотин и др.

Блок-форма представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из стальных щитов, каркаса, креплений и приспособлений для отрыва щитов от бетона. Монтаж и демонтаж блок-форм осуществляются с помощью подъёмных механизмов. Блок-формы используются преимущественно для бетонирования отдельно стоящих конструкций (фундаментов, колонн и др.).

Несъёмная опалубка применяется в тех случаях, когда её разборка затруднена; иногда она выполняет функции изоляционной защиты, декоративной или специальной облицовки конструкции (сооружения). В качестве несъёмной опалубки используются тканая металлическая сетка, железобетонные и керамические плиты, соединённые с основной конструкцией с помощью анкеров, асбестоцементные, стальные или пластмассовые листы.

Особый вид опалубки — горная опалубка (передвижная, створчатая, секционная и др.), предназначенная для возведения бетонной крепи горных выработок. Работы, связанные с изготовлением, установкой и разборкой опалубки, а также с обслуживанием механизмов и приспособлений для её перемещения, называются опалубочными работами.

Монолитный железобетон в конструкциях многоэтажных зданий.Одним из путей повышения качественного уровня строительства, его эффективности, повышения архитектурного разнообразия и выразительности застройки является расширение применения монолитного железобетона. Имеется широкая область гражданского и промышленного строительства, где рационально применение монолитного железобетона. Это — цельномонолитные здания, которые по своему назначению, градостроительному акцентному положению не могут быть выполнены из стандартных сборных железобетонных конструкций; устройство «столов» над первыми этажами панельных зданий, располагаемых на магистралях города, которые позволяют получить современные решения магазинов и других крупных предприятий обслуживания населения; сборно-монолитные конструкции многоэтажных зданий – каркасных или панельных с монолитными ядрами жесткости; монолитные плоские безбалочные перекрытия под тяжелые нагрузки, необходимые, например для объектов продовольственной программы — холодильников, фруктохранилищ, мясокомбинатов и т.д.; отдельные нестандартные элементы общественных зданий и производственных зданий – опорные конструкции, порталы, перекрытия, амфитеатры; большепролетные конструкции; элементы реконструкции существующих зданий – жилых, общественных и производственных.

Цельномонолитные здания – жилые, общественные, производственные – будут возводиться как с несущими стенами, так и с каркасными конструкциями в зависимости от технологических и функциональных требований (рис. 4.1, а,б) Отличительной особенностью таких решений гражданских зданий является четкость и простота конструктивных форм, определяющая простоту и индивидуальность возведения зданий: колонны – круглого или прямоугольного сечения; перекрытия — в основном безбалочные, обеспечивающие свободу в расстановке перегородок, т.е. свободу планировочных решений; вертикальные диафрагмы жесткости в таких зданиях упрощают конструкцию узлов сопряжения перекрытий с колоннами, работающими в этом случае только на вертикальные нагрузки.

В перекрытиях укладываются все разводки труб для электро- и слаботочных устройств, что исключает необходимость в устройстве подвесных потолков или подсыпок под полы, в которых обычно размещают трубы.

Рис.8 Конструктивная схема каркасного здания из монолитного железобетона:

а-план; б- разрез;

1-стена подвала, выполненная методом «стена в грунте»; 2-колонны;

3-безбалочные перекрытия;

4-диафрагмы жесткости;

5-фундаметная плита.

Удачным примером сооружения из монолитного железобетона может служить аудиторный корпус МИСИ им. Куйбышева на Ярославском шоссе в Москве (рис. 9).

Рис. 9 Аудиторный корпус МИСИ им. Куйбышева в монолитном железобетоне: а-разрез; б-план 2-го этажа; 1-монолитное перекрытие; 2-фонарь; 3-рекреация; 4-аудитория; 5-монолитная наружная стена с утеплением изнутри пенополиуретаном; 6-монолитный амфитеатр; 7- монолитные несущие стены.

Задуманной объемно-планировочной композиции корпуса в наибольшей мере отвечало конструктивное решение из монолитного железобетона, из которого выполнены несущие внутренние (радиальные и кольцевые) и наружные стены, перекрытия, покрытие, фундаменты. Наружные стены утеплены изнутри набрызгом из пенополиуретана. Аналогичные конструктивные приемы закладываются в проектах нового корпуса библиотеки им. Ленина, Музея изобразительных искусств им Пушкина, административном здании ВЦСПС на Ленинском проспекте в Москве и другие (период СССР). При реконструкции центральной части города монолитный железобетон найдет свое применение как для строительства цельно-монолитных жилых и общественных зданий (в конструкциях жилых домов с несущими стенами или с каркасными остовами общественных зданий, позволяющими получить индивидуальные объемно-планировочные решения застройки), так и при реконструкции существующих зданий — жилых, общественных и производственных, которые характеризуются случайным, нестандартным расположением несущих конструкций — для замены деревянных перекрытий, устройства каркаса или дополнительных стен; для усиления существующих конструкций – фундаментов, колонн, стен, перекрытий.

Применение для многоэтажных каркасных зданий пространственных ядер жесткости, выполняемых в монолитном железобетоне, позволяет возводить эти здания с усложненной конфигурацией в плане, с разнообразными объемно-планировочными решениями (рис. 10).

Рис. 10 Схемы зданий с пространственными ядрами жесткости.

В конструктивном же отношении образование сплошного, коробчатого в плане, сечения ядра жесткости вместо плоских стен жесткости во много раз увеличивает пространственную жесткость здания, а также позволяет значительно снизить расход бетона и стали.

Технико-экономические исследования показали, что основные показатели строительства многоэтажных зданий с монолитным ядром жесткости по сравнению со зданиями из обычных сборных конструкций, приведенные к 1м² полезной площади, снижаются по трудоемкости до 10-15%, по себестоимости изготовления и монтажа изделий – до 15%, по расходу стали – до 30%, цемента – до 10%.

Скорость возведения ядра составляет 3-4м в сутки, что позволяет строить такие сооружения быстрыми темпами. Все несущие конструкции, кроме ядра жесткости, а также ограждающие и элементы «начинки» дома осуществляются в сборных железобетонных конструкциях из унифицированных изделий.

Одним из эффективных направлений в строительстве многоэтажных объектов является применение сборно-монолитных крупнопанельных жилых домов. Дело в том, что возведение зданий из стандартных панелей ограничивается высотой в пределах 20-25 этажей. При такой этажности в панелях возникают значительные усилия от ветровых нагрузок, которые приводят к исчерпанию их несущей способности. Возможным решением проблемы увеличения высоты сооружений может быть сочетание панельной системы с монолитным ядром жесткости, которое воспримет все горизонтальные нагрузки, действующие на здания, «освобождая» панели для работы только на вертикальные нагрузки. Другое направление развития многоэтажного строительства из монолитного железобетона связано с использованием легкого монолитного бетона на пористых заполнителях – одного вида бетона для несущих и ограждающих конструкций, в частности керамзитобетона класса В15 с плотностью до

16 КН/м³. Рациональной областью применения монолитного железобетона являются конструкции перекрытий под большие нагрузки, в частности безбалочные перекрытия. Возведение таких перекрытий методом подъема этажей – один из прогрессивных методов. Основные особенности метода подъема перекрытий заключаются в изготовлении «пакета» перекрытий в виде плоских безбалочных монолитных железобетонных плит на уровне земли (например, на фундаментной плите или перекрытии над подвалом) и постепенном подъеме этих перекрытий по направляющим опорам (рис. 11). Направляющими опорами служат сборные железобетонные или металлические колонны, а также монолитные железобетонные ядра жесткости, возводимые в переставной или скользящей опалубке. Конструкции перекрытий поднимают с помощью специальных домкратов, устанавливаемых на колоннах.

Достоинствами метода подъема перекрытий являются: возможность создавать разнообразные объемно-планировочные решения зданий, как с помощью изменения конфигурации только бортовой опалубки перекрытий, так и, благодаря, отсутствию выступающих из перекрытий балок и ригелей, произвольному расположению в плане колонн; комплексная механизация процессов возведения зданий, удобство выполнения значительной части работ на уровне земли; возможность возводить объекты в условиях ограниченной строительной площадки (благодаря отсутствию наземных кранов и минимальных площадей для складирования материалов), что имеет важное значение в условиях строительства на сложном рельефе или на затесненных площадках среди существующей городской застройки.

Рис.11 Схема метода подъема перекрытий.

1-колонны; 2-ядро жесткости; 3-перекрытия; 4-консоли перекрытий;

5-домкраты; 6-тяги; 7-закрепление тяг к перекрытию; 8-монтажные или временные опоры; 9 — 1 захватка; 10- 2 захватка.

Новой областью применения является применение монолитного бетона, в решении фасадов и интерьеров зданий так называемого «архбетона», предусматривающего использование различных сменяемых матриц, изготовляемых, как правило, из синтетических материалов и закладываемого в опалубку перед бетонированием.

Большие возможности в развитии монолитного строительства связаны с расширением применения самонапрягающегося бетона на цементах НЦ. Этот бетон, благодаря высокой плотности и соответственно водонепроницаемости, позволяет эффективно решать конструкции таких элементов зданий и сооружений, где необходима водозащита, например, подземные сооружения, в том числе подвалы зданий, покрытия стилобатов, кровельные покрытия, трибуны открытых спортивных сооружений, резервуары и т.д.

Практика применения самонапрягающегося бетона показала его надежные гидроизоляционные качества при возведении ванн бассейнов, покрытий стилобатов в конструкциях трибун стадионов и других сооружений, где его применение позволяло отказаться от устройства традиционной оклеечной гидроизоляции и получить надежную долговечную гидроизоляционную защиту.

Фундаменты монолитных зданий могут проектироваться в виде плоских или ребристых железобетонных плит, перекрестных лент, коробчатого типа или свайными.

Среди всех работ, выполняемых при возведении зданий из монолитного железобетона, опалубочные работы самые трудоемкие. Опалубки разделяются на опалубку для возведения стен и опалубку для устройства перекрытий (рис.12)

Рис. 12 а – щиты инвентарной металлической опалубки и телескопические траверсы и фермы; б – укладка бетона; 1-наружные многослойные стены; 2-внутренние стены; 3-монолитные перекрытия; 4-лестница; 5-шахты для лифтов и инженерных коммуникаций; 6-монолитная плита фундамента; 7-сварные сетки нижней арматуры перекрытий; 8-сварные сетки верхней арматуры перекрытий; 9-монолитное ядро жесткости; 10-сборный каркас; 11-сборные перекрытия; 12-скользящая опалубка; 13-самоподъемный кран; 14-бадья; 15-инвентарная лестница для подъема и спуска рабочих; 16-сборно-разборная щитовая опалубка для бетонирования монолитных перекрытий; 17-телескопические стойки; 18-облицовка щита из листа 1,8мм.; 19-рамка из уголка 63х40х5мм.; 20-ребра жесткости; 21-раздвижные траверсы для пролета 0,75 – 2,1 м.; 22-телескопические опалубочные фермы для пролета 3,1 – 6,4 м.

Опалубка для возведения стен бывает трех типов: щитовая, скользящая и подъемно-переставная мелкощитовая. Инвентарная щитовая опалубка состоит из сборно-разборных деревянных или металлических щитов, которые снимают по мере затвердения бетона. Скользящая опалубка изготовляется из металлических щитов, которые медленно поднимаются домкратами по мере схватывания бетонной смеси. Такой способ бетонирования требует специально подобранных бетонных смесей с повышенным содержанием цемента и непрерывного процесса бетонирования для получения однородного по качеству бетона и во избежание сцепления твердеющего бетона с опалубкой. Подъемно- переставная мелкощитовая опалубка совмещает в себе преимущества щитовой опалубки, в которую можно укладывать бетонные смеси любого состава, с достоинствами скользящей – ее несущую раму медленно поднимают домкратами, отделяя щиты нижнего яруса от поверхности уже затвердевшего бетона. Этот тип опалубки наиболее индустриален.

В монолитных зданиях следует применять несущие или ненесущие наружные стены. Тип наружной стены следует выбирать с учетом конструктивной системы здания, определяющей долю участия наружных стен в пространственной работе конструкций здания, а также возможностей материально-производственной базы.

Наружные стены могут быть однослойными или слоистыми. Внутренние монолитные стены рекомендуется проектировать однослойными. Для возведения несущих стен из монолитного бетона рекомендуется применять тяжелые бетоны класса не ниже В7,5 и легкие бетоны класса не ниже В5. В зданиях высотой четыре и менее этажей допускается в несущих стенах применять легкие бетоны класса В3,5. Для внутренних стен плотность легких бетонов должна быть не ниже 17 КН/м³. Монолитные однослойные наружные стены рекомендуется проектировать из легкого бетона плотной структуры.

При межзерновой пористости бетона не более 3 % и класса бетона не ниже В3,5 при нормальной и сухой по влажности зонах допускается наружные стены проектировать без защитно-декоративного слоя. Наружные легкобетонные стены без защитно-декоративного слоя следует окрашивать гидрофобными составами. Наружные однослойные стены рекомендуется проектировать из легких бетонов с плотностью не более 14 КН/м³. При технико-экономическом обосновании в однослойных наружных стенах допускается применять легкие бетоны плотностью более 14 КН/м³.

Монолитные стены возводят в два этапа. На первом этапе в переставных опалубках из тяжелого бетона возводят внутренний слой стены, на втором — наружный слой из теплоизоляционного легкого монолитного бетона. Сборно-монолитная стена состоит из внутреннего монолитного слоя, выполняемого из тяжелого бетона, и наружного слоя — из сборных элементов. Двухслойная наружная стена с утеплением с внутренней стороны состоит из наружного монолитного бетонного слоя, внутреннего утепляющего слоя — из газобетонных блоков толщиной не более 5 см или из жестких плитных утеплителей (например, из пенополистирола) толщиной не более 3 см и внутреннего отделочного слоя (рис. 13, а). Ограничение толщин утепляющих слоев связано с обеспечением нормального тепловлажностного режима стен.

Трехслойные наружные стены рекомендуется проектировать сборно-монолитными, состоящими из внутреннего несущего слоя монолитного тяжелого бетона и утепленной сборной панели-скорлупы, устанавливаемой с наружной стороны. Панель-скорлупу можно устанавливать до и после возведения монолитной части стены (рис. 13, б). Допускается трехслойные наружные стены проектировать с наружными и внутренними слоями из монолитного бетона и утепляющим слоем из жестких плитных утеплителей (рис. 13, в).

При проектировании монолитных плит перекрытий следует выполнять требования СНиП. В качестве рабочей арматуры следует применять горячекатанную сталь классов А-II и А-III. Расстояние между осями рабочих стержней в пролете плиты и над опорой должно быть не более 200мм, между стержнями распределительной арматуры – не более 450мм.

Рис. 13. Наружные стены монолитных зданий

а — двухслойная; б — трехслойная с наружным слоем из сборной панели скорлупы; в — то же, с внешними слоями из монолитного бетона;

1 — блочная опалубка; 2 — панель-скорлупа; 3 — монолитный бетон стены; 4 — рабочие подмостки;

5 — крепежная система панели-ск0орлупы; 6 — утеплитель; 7 — связь; 8 — щиты опалубки; 9 — бадья;

10- рассекатель; 11 — бетон.

Рабочую арматуру над опорой следует обрывать не ближе чем на расстоянии ¼ расчетного пролета плиты от грани опоры (рис 14,а). На крайних опорах необходимо предусмотреть конструктивную верхнюю арматуру в количестве не менее ¼ сечения арматуры в пролете, которая должна быть заведена за грань опоры не менее 10d и на 0.1 ℓ в пролет плиты (рис. 14,б).

Армирование монолитных перекрытий производится рулонными или плоскими сварными сетками.

Для зданий, протяженных в плане, армирование рекомендуется производить рулонными сетками: нижними раскатываемыми вдоль здания и верхними над внутренними стенами.

Рис.14 Узлы армирования монолитных плит перекрытия:

а — узел сопряжения монолитной плиты с внутренними стенами; б — конструктивное решение узла сопряжения монолитной плиты при одностороннем примыкании к стене без учета защемлений на опоре; в- армирование свободного края плиты, закрепленной по трем сторонам; г- армирование монолитных плит в местах отверстий; 1- сетка нижнего армирования; 2- сетка верхнего армирования;

3 — конструктивная опорная арматура; 4- анкерующий стержень; 5- объемный каркас; 6- стержни специальной окаймляющей отверстие арматуры.

Трубобетон

Трубобетон — конструкционный элемент каркаса здания в виде стальной трубы-опалубки, заполненной бетоном (рис. 15). Трубобетон, как конструктивный строительный элемент, хорошо известен в отечественной и зарубежной практике. Опыт возведения зданий с использованием трубобетона получил распространение в США, Японии, КНР и других странах. Однако применение этой технологии, позволяющей значительно увеличить сейсмостойкость здания, в современном отечественном строительстве началось совсем недавно. Суть этого способа строительства в том, что бетон заливается в металлическую оболочку. И если в открытых конструкциях, когда используется обычная форма-опалубка, бетон всегда имеет некоторую усадку, то в жесткой оболочке, наоборот, происходит его распирание. Конструкции с трубобетонном работают более гибко, по сравнению с обычными армированными опорами, и выдерживают значительно большие нагрузки как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Его использование позволяет увеличить сейсмостойкость здания в несколько раз. Для высотных зданий весьма существенным является факт, что трубобетонные конструкции отличаются от железобетонных способностью выдерживать в экстремальных условиях значительные нагрузки длительное время, в отличие от железобетонных конструкций, теряющих несущую способность мгновенно. Помимо всех конструкционных достоинств трубобетонные конструкции обладают всеми достоинствами металлических конструкций в плане монтажа, отличаясь при этом от последних более высокой огнестойкостью. Прекрасные конструкционные и строительно-технические свойства трубобетона позволяют применять его в самых различных областях строительства — мостостроении, строительстве метро, промышленных и жилых зданий.

Рис.15 Трубобетон

Развитие каменных и армокаменных конструкций

Каменные конструкции — наиболее древние. В течение многих веков основным строительным материалом был камень. В каменном веке были сооружения из необработанных естественных камней (рис.1).

Рис. 1 Дольмен в России.

Рис.2 Южная Корея. Рис.3 Ирландия.

Рис.4 Франция. Рис.5 Бельгия.

Рис.6 Зоратц Карер в Армении . Рис.7 Каирн для отметки пути

вдоль ледника.

Рис.8 Мегалитическое захоронение Рис.9 Оленные камни в

в Бретани . Монголии.

Рис.10 Кромлех Свинсайд, Англия. Рис.11 Стоунхендж.

Рис.12 Топрак-Кала. Фергана

Позже для каменных конструкций применяли естественный камень, кирпич-сырец, обожженный кирпич. Многие годы кирпич был основным стеновым материалом.

Рис.13 Рис.14

Рис.15 Рис.16

Армокаменные конструкции впервые были использованы в XI веке в Грузии, а затем в XVI веке при строительстве храма Василия Блаженного в Москве (рис. 17). После 30х годов XX века начались исследования работы каменных и армокаменных конструкций. Проф. Л.И. Онищиком изучены физико-механические свойства каменных кладок, профессором Н.А. Поповым были разработаны основы теории прочности раствора, а профессором В.П. Некрасовым — теории прочности армокаменных конструкций, усиленные сетчатой арматурой.

В 1924 г. был опубликован первый в Советском Союзе научный труд о прочности каменной кладки (В. А. Гастев). В этой работе проанализировано напряженное состояние каменной кладки при сжатии. Большую роль в развитии теории и практики каменного строительства в СССР сыграли работы проф. Л. И. Онищика и результаты исследований, проведенных его учениками.

Рис. 17 Храм Василия

Блаженного в Москве.

Широкое распространение получили облегченные каменные кладки, предложенные Н. С. Поповым, Н. М. Орлянкиным и Р. Н. Поповой, С. А. Власовым. Достоинства каменных конструкций:

просты в изготовлении;

·обладают большой долговечностью;

·обладают большой огнестойкостью;

·обладают возможностью придания любых форм

архитектурным элементам.

При строительстве зданий и сооружений кроме кирпичей применяют:

·крупные кирпичные блоки;

·виброкирпичные панели.

Рис.18 Крупные кирпичные Рис.19 Жилой дом из

блоки. виброкирпичных панелей.

Каменные конструкции долговечны и огнестойки. В ограждающих и несущих конструкциях они выполняют:

· несущие;

·теплоизоляционные;

·звукоизоляционные и другие функции.

Малые архитектурные формы

Рис. 20 Малые архитектурные формы

Кирпич используют в качестве стенового заполнения для многоэтажных и высотных зданий. Часто в строительной отрасли используют керамогранит. Активное использование керамогранита в строительной отрасли началось в 80-х годах двадцатого столетия. При помощи керамогранита можно создавать вентилируемые фасады.

Рис.21 Использование кирпича. Рис.22 Применение керамогранита.

Вентилируемые фасады

·Вентилируемые фасады сохраняют свои свойства в любых температурных условиях.

·Естественная вентиляция здания обеспечивает благоприятный микроклимат внутри помещения.

·Используя в облицовке керамический гранит и специальный слой утеплителя, достигается эффект двойного звукопоглощения.

·Когда поверхность обдувается ветром, происходит самоочищение.

·Керамогранит не требует дополнительного ухода.

Вентилируемые фасады РФ

Рис.23 Торговый центр «Гименей», ул. Б. Якиманка, РФ д.22 — вентилируемый фасад и декоративные части фасада из композитного материала, 1180 м².

Рис.24 Современный офисный центр Riga Land, Московская обл.,

Красногорский р-н, 6-й км Новорижского шоссе.

Рис.25 Казино «ИБИЦА», ул. Исаковского, вл.33 – облицовка витражных металлоконструкций и интерьеров композитным материалом 1000 м².

Рис.26 Реконструкция административного здания по адресу ул. Новый Арбат, д. 21 кор.1 — вентилируемый фасад из композитного материала 21 000 м²

(в процессе реализации)

Рис. 27 Дом Культуры. ООО “Вентфасад” 2000, г.Москва, ул.Складочная, д.1.

3.3 Армирование каменных элементов

При армировании столбов применяют два основных вида армирования кладок:

·поперечное(сетчатое) армирование стальными вязаными или сварными сетками, которые укладывают в горизонтальных швах кладки (рис. 28)

Рис.28

·продольное, которое выполняют аналогично армированию железобетонных конструкций (рис. 29) a – наружное расположение арматуры без паза и в пазах кладки; б – внутреннее расположение арматуры; 1 – продольная арматура; 2 – хомуты.

Рис.29 Продольное армирование.

Каменные столбы и простенки также можно армировать стальными, железобетонными и армоштукатурными обоймами. Чтобы повысить их несущую способность, кладку можно усилить железобетоном в виде комплексных конструкций (рис. 30)

а – расположение железобетона внутри кладки

б – то же, в штрабе кладки

Рис.30 Усиление железобетоном.

Виды кирпичных кладок

1. Кладка с трехрядными диафрагмами – продольные кирпичные стенки через пять рядов по высоте перевязываются тремя горизонтальными рядами – диафрагмой. Пространство между наружной и внутренней верстой заполняется легким бетоном или другим видом утеплителя.

(рис. 31)

2. Колодезная кладка – две параллельные (внутренняя и внешняя) кирпичные стенки соединяются между собой вертикальными диафрагмами. Пространство между стен заполняется любым утеплителем. Во избежание осадки утепляющего материала через каждые 5-6 рядов устраивают цементную стяжку, армированную проволочной сеткой.

(рис. 32)

Рис. 31 Рис. 32

3. Кирпично-бетонная анкерная кладка представляет собой параллельные стенки, между которыми уложен легкий бетон, тычковые ряды, выступающие во внутрь кладки обеспечивают анкеровку продольных стенок с бетоном (рис. 33).

4. Кладка с воздушной прослойкой – уширенный шов располагают с наружной поверхности. Воздушный промежуток толщиной до 50 мм исполняет роль теплоизоляции. Прослойку утеплителя разделяют через каждые 5 рядов тычковыми рядами (рис. 34).

Рис. 33 Рис.34

3.4 Уникальные примеры зданий и сооружений из камня

Храм Ангкор-Ват. Камбоджа. Возвели этот храм во время правления Сурьявармана II, которое пришлось на 1112-1152 гг. По периметру территория Ангкор-Вата обнесена 4,5-метровой стеной. Ее общая длина составляет больше 3,5 км – меньшая сторона прямоугольника, образованного стенами- 802 метрам, а большая – 1025. 30 метров отделяет стену ото рвов, наполненных водой, их ширина – 190 метров (рис.35).

Рис. 35

г. Мачу-Пикчу. Испания. Город был создан правителем инков Пачакутеком в 1440 году, и функционировал до 1532 года. Город расположен на вершине горного хребта на высоте 2057 метров над долиной реки Урубамбы на территории современного Перу (рис.36).

Рис. 36

Храмы Тамил Наду. Все храмы построены 1000-1200 лет назад. Любая колонна в храме, высотой в несколько человеческих ростов, сделана из единого куска камня, и выполнена она в виде какого-то мифического существа. А таких колонн в любом храме сотни, и огромных статуй из громадных каменных глыб тоже сотни, и все они выточены из камня вручную (рис.37).

Рис.37

Брихадесварар Темпл. Центральный храм состоит из двух частей (рис. 38). Первая располагается в низком здании, вторая в высоком. К каждой части ведет своя лестница. Внутри две маленькие комнатки, без единого окна размером 5 на 5 метров, в высоту 4 метра. Пол, стены и потолок сложены из больших каменных блоков. Никакой краски или штукатурки. Общая высота храма 65,4 метра. Верхушка увенчана монолитным камнем весом в 80 тонн. Говорят этот камень везли с расстояния 6 км.

Рис. 38

Мавзолей Теодориха. Равенна. Италия. Построен в 520 году из истрийского известняка на двух десятигранных ярусах, которые венчает десятиметровый купол, вытесанный из цельного 300-тонного камня (рис 39).

Рис. 39

Пирамида Кукулькана. Мексика. Основание пирамиды представляет собой квадрат, каждая сторона которого равна 55,5 метра, а ее высота – 25 метров. Пирамида сложена из 9 уступов. С каждой стороны от подножия пирамиды к вершине идет лестница. Каждая из них состоит из 91 ступени, если сложить их все и учесть верхнюю площадку, то получается ровно 365 ступенек (рис. 40).

Рис. 40

Пирамиды. Гиза. Египет. Самая большая — пирамида Хеопса (рис. 41). Первоначально её высота составляла 147 метров, однако, из-за того, что сейчас отсутствует облицовка пирамиды, её высота к настоящему времени уменьшилась на 7,5 метров. Длина стороны пирамиды — 230 метров. Пирамида была построена в VII веке до н. э. Строительство длилось 23 года Пирамида сложена из 2,3 миллионов каменных блоков, При этом не использовался цемент или другие связующие вещества. Каждый блок весил 2 тонны. Пирамида является практически монолитным сооружением.

Рис. 41

“Загадка строительства Великой пирамиды решена” – такие заголовки появляются в прессе раз в два-три года. И каждый раз “сенсация” постепенно меркнет, теряется на фоне неразрешённых вопросов, уходит в тень под давлением противоречий. Поэтому к ещё одной версии “трюка”, применённого египтянами 4,5 тысячи лет назад, следует отнестись с осторожностью. Тем не менее, последние открытия в Египте придали этой гипотезе новое дыхание. Пирамиду Хеопса (Хуфу) строили 20 лет. На разных этапах её возведения в работах принимали участие до 40 тысяч человек, но в основном — порядка 14 тысяч. У специалистов давно уже сложилось вполне законченное представление о том, как именно строились Великие пирамиды. Но огромная армия исследователей не желает ставить в этом вопросе точку. Вот и французский архитектор Жан-Пьер Уден (Jean-Pierre Houdin) потратил немало сил и времени на разработку собственного варианта техники строительства. В результате в 2006-м “кристаллизовалась” оригинальная гипотеза — верхнюю часть пирамиды (примерно 70% по высоте) египтяне строили изнутри! Основным постулатом теории Удена является то, что по его мнению, пандус, по которому доставлялись блоки имел высоту не более 1/3 высоты пирамиды и был далее разобран и уложен в верхнюю часть. Выше этой отметки, по его мнению, пирамида строилась «изнутри» — блоки поднимались наверх по штопорообразному наклонному (наклон 7 градусов) коридору, проложенному внутри самой пирамиды, вдоль её наружных поверхностей. Далее этот ход был заложен (рис 42).

Рис.42

Во-первых, как полагает Уден, известняковые блоки, составлявшие пандус нижней трети пирамиды Хеопса, были в основном демонтированы и повторно использованы для постройки верхних уровней самой пирамиды. Потому, мол, нигде следов первоначального пандуса и нет. А во-вторых, и это главное, в процессе возведения новых ярусов рабочие оставляли внутри стен большой коридор, который спиралью поднимался наверх. По нему новые блоки и затаскивались на вершину сооружения. А когда оно было закончено, сам туннель полностью скрылся из виду. Так что эту “дорогу” и разбирать-то не пришлось. (Справедливости ради надо отметить — в сыром виде эта идея принадлежит отцу Жана-Пьера.) Схема внутреннего спирального туннеля по версии Удена (иллюстрация Reuters/HO). “Парадигма была ошибочна, — говорит Уден об общепринятых гипотезах. — Сама идея, что пирамида построена снаружи, — неправильна. А как вы можете решить проблему пирамиды, если первый же элемент, который вы вводите в своём мысленном построении, — уже ошибочен?”

В прошлом году Уден при помощи компании Dassault Systemes выполнил компьютерное моделирование своего метода возведения пирамиды и показал, что этот способ работает. Но гораздо интереснее, что косвенные свидетельства правоты Жана-Пьера поступили и из Египта, непосредственно от древнего памятника.

Тайна угловой площадки(рис. 43). Примерно на 90-метровой высоте на северо-восточной грани пирамиды Хуфу вблизи угла находится лаз, открытый археологами энное время назад. Египтологи о нём, разумеется, прекрасно осведомлены, но относительно назначения помещения, расположенного за лазом, ничего конкретного сказать не могут. Недавно Боб Брайер, ставший сторонником гипотезы Удена, забрался внутрь этого лаза вместе с командой National Geographic (впервые проведя подробную съёмку). То, что он увидел, удивительным образом укладывалось в схему с внутренним наклонным коридором. Дело в том, что для поворота поднимаемых блоков на 90 градусов, при переходе с одной грани пирамиды на другую, строители должны были оставить в углах сооружения (там, где пересекались потайные пандусы) открытые места.

Рис. 43

Только после того, как возведение усыпальницы фараона было закончено, можно было бы последовательно заложить эти проёмы новыми блоками, втянутыми по тому же штопорообразному коридору. Открытые до последнего момента угловые участки спирального коридора позволяли рабочим при помощи простых рычагов и верёвок поворачивать поднимаемые по наклону блоки на 90 градусов, чтобы затолкать в очередной туннель. Это похоже на железнодорожное депо с поворотным кругом, который помогает тепловозам разворачиваться в стеснённых условиях, чтобы ехать в новом направлении (иллюстрация Jean-Pierre Houdin). Так вот, Брайер увидел за лазом L-образный зал, представляющий собой остатки одного такого поворота. И находится он как раз в месте, предсказанном компьютерной моделью Удена. Теория хорошо объясняет отсутствие пандуса в настоящее время и позволяет обойтись пандусом такой высоты, который мог быть реально построен. Дело в том, что из прочностных соображений и соображений реально осуществимой транспортировки блоков волоком пандус высотой в полную высоту пирамиды построен был не мог: его объём был бы втрое больше самой пирамиды, а длина не менее 1,6 километров, в то время как карьер из которого добывался камень известняк для строительства пирамиды, расположен гораздо ближе на Плато Гиза (рис. 44).

Рис. 44

Недостатки теории: для осуществления её пришлось бы строить, фактически, вторую Большую Галерею длиной многие сотни метров в теле пирамиды, да ещё с наклонным полом строго определенного угла наклона. Это требует очень больших трудозатрат. В очень узком тоннеле перемещать блоки весом в 1-2 тонну — очень трудно. Не изучен вопрос размеров этого тоннеля — как минимум, он должен быть больше габаритов самого большого из блоков кладки выше уровня окончания пандуса. Вообще подобная ступенчатая структура Большой Пирамиды могла образоваться и значительно проще — пирамиду строили вначале ступенчатой, а потом обкладывали кладкой до ровной пирамиды, примеры этого есть в Дахшуре и Саккаре, где полуразрушенные пирамиды являют собой вот такую последовательную стратегию строительства.

Доказательством теории Удена может служить полость на северо-восточном ребре пирамиды на высоте около 90 метров, а также данные микрогравиметрии (рис. 45).

Рис. 45

В 1986 и 1998 годах в Гизе побывали французские археологи. Они занимались поиском скрытых полостей в пирамиде Хеопса при помощи микрогравиметрии. Среди прочего исследователи нашли пустоту под камерой царицы. Эта полость, по их предположению, является началом коридора, ведущего к подлинному месту захоронения Хеопса. Но нам в данном случае интересно другое их невольное открытие.

Эта находка не вписывалась в существующие теории, так что исследователи никак её не объясняли. Но несколько лет назад на некой конференции, посвящённой пирамидам, Уден подошёл к одному из участников команды “гравиметристов”, инженеру Хуэю Дону Буи (Hui Duong Bui). Тот показал ему схемы, отражающие колебания плотности материала внутри пирамиды. На одном из рисунков прослеживалась спиралеобразная структура, идущая вдоль наружных стен на некоторой глубине. Жан-Пьер сразу понял, что это. А чтобы найти новые веские доказательства, говорит Жан-Пьер, вовсе не потребуется бурить пирамиду и вообще — проникать внутрь. Для начала достаточно будет показать эти “фантомные” коридоры на тепловых изображениях пирамиды. Один такой кадр никаких линий под толщей стен не покажет, но компьютер может проявить их, если учтёт тонкую разность в нагреве и охлаждении разных участков стен в течение дня и ночи. Ведь полые коридоры отстоят от наружной поверхности монумента не так уж глубоко. Для того чтобы их выявить, нужно установить высокочувствительные ИК-камеры против трёх граней пирамиды Хеопса, на расстоянии порядка 50 метров от неё, а затем выполнять каждый час по одному снимку в течение 18 часов.

Разрешения на такой опыт пока нет. А жаль. “Достаточно получить “зелёный свет” из Каира, — уверен Жан-Пьер, — и тайна пирамиды будет разгадана”.

Храм Сан Франческо, Римини, Италия, построен XV веке по приказу тирана Сиджизмондо Малатеста. Здание облицовано плитами из белого мрамора (рис. 46).

Рис.46

Пирамида Цестия, Рим, Италия — древнеримский мавзолей в форме неправильной пирамиды на Авентине в Риме (рис.47). Построен между 18 и 12 гг. до н. э. для Гая Цестия Эпулона. Представляет собой прекрасно сохранившееся сооружение из бетона, облицованного кирпичом и мрамором. Высота составляет 125 римских футов (или 36,4 метра), длина основания — 100 римских футов (30 метров).

Рис. 47

Китайская стена. Китай. Это крепостное сооружение высотой 6,5 м и шириной у основания 6 м (к верхней части оно суживалось на 1 м), включавшее оборонительный вал и сторожевые башни, поставленные через каждые 120 м. (рис.48). Наружная облицовка сделана из камня и кирпича, а внутренняя часть заполнена утрамбованной глиной, общий объем которой составляет около 180 млн. м². Общая длина стены превышает 5 тыс. км.

Рис. 48

Замок Кастель дель Монте. Италия.Император Фридрих II Штауфен построил замок Кастель-дель-Монте в 1240 г (рис.49). Большие углы 8-угольника (в плане) превращаются в круг, а выступающие угловые 8-угольные башни предстают в виде зубцов каменной короны. Изнутри стены были украшены мраморной отделкой и другим дорогим материалом.

Рис.49

Собор Санта Мария дель Фьоре, Италия, Флоренция. Его постройку начал в 90-х годах XIII столетия Арнольфо ди Камбио, в 1420–1434 годах Брунеллески возвёл купол; фасад же облицевали только в XIX веке. Купол (диаметром около 43 метров при общей высоте собора 107 метров) выложен черепицей и расчленён на 8 лопастей белыми каменными рёбрами (рис.50).

Рис.50

Дворец Топкапы, Турция возведен на руинах дворца императора Константина в 1459 году. В 1465-м замечательное сооружение было готово. Теперь это самый посещаемый музей Стамбула. Древние стены, отделанные мрамором и золотом, украшены изразцами и мозаиками (рис 51, 52).

Рис.51 Рис.52

Мечеть Баязид, Турция, Стамбул, построена по приказу Султана Мехмеда Завоевателя. Архитектурные особенности мечети Баязид совмещают смешанный стиль оригинальных мечетей Бурсы и мечетей позднего османского периода (рис. 53). Архитектурный план мечети, построен по приказу Баязида (годы правления: 1481- 1512) зодчим Якуб шахом или Хайреддин Пашой (между 1501- 1506 гг.). На востоке и западе парадного купола, размещены полукупола, поддерживаемые четырьмя колоннами в форме слоновой ступни и 2-х колонн из порфирного мрамора.

Рис. 53

Мечеть Селимие, Эдирне, Турция, построена между 1569 и 1574 гг., архитектором Синаном для султана Селима II (1566-1574 гг.). Эдирнейский красный песчаник использован в декоративном оформлении внутреннего двора за аркадами. Огромный купол, поддерживается восемью колоннами, расположенными по кругу. Незаметно, что мечеть имеет прямоугольную планировку. Прямоугольный план мечети замаскирован благодаря архитектурному решению, при котором нижний ярус боковых галерей открыт наружу, а верхний ярус — внутрь, разбивая, таким образом, массив внутреннего пространства (рис 54).

Рис.54

Форт Агры, Индия. В 1595 году императором Акбаром был заложен первый камень. Великолепные храмы, дворцы и пристройки Форт Агры, опоясаны стеной красного песчаника длиной 2,5 км и высотой 9 метров (рис.55, 56).

Рис. 55 Рис. 56

Мавзолей Тадж-Махал, Агра, Индия. Мавзолей построен монгольским султаном Шах-Джаханом. Примерно с 1632 г. началось строительств и продолжалось 22 года. Весь комплекс – прямоугольник, вытянувшееся с севера на юг, размером 580*305 м. В центре – квадратный сад с стороной 305 м. Комплекс огорожен стеной из красного песчаника, с четырьмя входными воротами и четырьмя минаретами по углам (рис.57).

Фасад выполнен из сверкающего белого мрамора, а внутренние поверхности стен облицованы цветным мрамором.

Рис.57

Колизей, Рим, Италия. Это самый грандиозный античный амфитеатр (рис.58): длина его наружного эллипса равняется 524 м, большая ось — 187,77 м, малая ось — 155,64 м, длина арены — 85,75 м, её ширина 53,62 м; высота его стен — от 48 до 50 метров. При таких размерах он мог вместить в себя до 87000 зрителей. Амфитеатр построен из крупных кусков травертинского камня, для внутренних частей употреблены местный туф и кирпич.

Рис. 58

Каменный ж/д мост в поселке городского типа Ворохта.В 1774—1778 годах был построен однопролетный, арочный мост по проекту инженера В. И. Назимова (рис 59.). Строительством руководил инженер И. Н. Борисов. Свод моста параболического очертания выложен из гранита, устои — из бутовой плиты. Фасады моста облицованы гранитом. Мост имел четыре полукруглых лестничных спуска к воде, которые в конце XIX века были ликвидированы.

Рис.59

Казанский мост.В 1765-1766 годах был построен однопролетный арочный каменный мост, фасадные части которого были выложены из кирпича, а устои из бута и облицованы гранитными блоками (рис.60).
Мост сооружался под руководством военных инженеров И. М. Голенищева-Кутузова (отца полководца М. И. Кутузова) и В. И. Назимова.
В 1805-1806 годах в связи со строительством Казанского собора мост был перестроен по проекту архитектора Л. И. Руска. В 1880 году по мосту проложили рельсы конно-железной дороги, а тротуары выложили гранитными плитами. В 1934 году неизолированный кирпичный свод был усилен бетонным покрытием.

Длина моста 17, 5 метров,

Ширина — 95 метра.

Рис.60

Плотина Вайонт, Италия. Монолитная арочная бетонная плотина рядом с горой Монте Ток на реке Вайонт, построена в 1961 году, в основном, для выработки электроэнергии (рис.61). Имеет высоту 261,6 м, длину по гребню 190 м, ширину по основанию 23 м и ширину по гребню, равную 3,9 м, за что считается одной из самых «изящных» плотин в мире.

Рис.61

Асуанская плотина, Египет. «Пирамида XX века». Для постройки плотины использовали в 17 раз больше камня, чем для пирамиды Хеопса. И участвовали в постройке разные страны мира. 1-ую, небольшую дамбу построила Великобритания к 1902 году. За строительство 2-ой дамбы, взялся Советский Союз. Длина построенной на Ниле в 1964 году плотины – 3600 метров. Плотина была построена за 4 года. Ширина плотины у основания – 980 метров, а кверху она сужается до 40 метров (рис. 62,63).

Рис.62 Рис.63

Собор Святой Софии, Турция. Архитекторы – Исидор Милетский и Анфимия из Тралл. Строительство продолжалось 5 лет. Высота купола — 55 метров, диаметр — 31 метр. Стены собора украшены мозаиками, росписями и позолотой, пол выложен мраморными плитами, по обеим сторонам строительной площади высились по четыре колонны из зеленого гранита (рис. 64).

Рис.64

4.1 Виды и свойства древесины

Деревянные строительные конструкции, надежные, легкие и долговечные. Строительные конструкции изготовляют обычно из хвойных пород древесины – сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра. Эти породы характеризуются прямолинейностью, лучшими, чем у лиственных пород, механическими свойствами и большой стойкостью против гниения, благодаря смолистости. К основным недостаткам можно отнести низкую огнестойкость, способность к загниванию и поражению древоточцами (низкую биостойкость), сильную зависимость физико–механических свойств от температурно-влажностных условий эксплуатации и длительности действия нагрузок, значительной неоднородности. Лесоматериалы, получаемые строительством, делятся на круглые и пиленые (рис.1).

Рис. 1 Лесоматериалы:

1-бревно; 2-пластина; 3-сбег (уменьшение диаметра) бревна; 4-лежень; 5-полуобрезной брус; 6-обрезной брус; 7-брусок; 8-тонкая доска; 9-толстая доска.

Защита древесиныот гниения, повреждения насекомыми, возгорания, химической агрессии. Гниение – это разрушение древесины в результате жизнедеятельности грибов, разрушающих целлюлозу. Для защиты древесины от гниения применяют меры конструктивного характера и химическую защиту – антисептирование. Конструктивная защита включает: использование для конструкций только сухой древесины, стерилизацию древесины в процессе сушки прогревом ее при температуре выше 80°С, предохранение древесины конструкции от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, устройствами наружного водоотвода в деревянных покрытиях, обеспечение достаточной тепло — и пароизоляции, расположение несущих деревянных конструкций целиком в отапливаемом помещении или вне его. К химической защите древесины прибегают в тех случаях, когда конструктивными мерами нельзя устранить ее увлажнение во время эксплуатации. Химическая защита состоит в пропитке или покрытии элементов конструкций антисептиками – веществами, ядовитыми для грибов. Защита от древесных вредителей осуществляется пропиткой маслеными антисептиками. Применяют также окуривание конструкций ядовитыми газами и впрыскиванием входы, проделанные насекомыми, растворов ядовитых веществ.

Преимущества и недостатки деревянных конструкций. К достоинствам деревянных конструкций относятся: высокая удельная прочность, химическая стойкость, долговечность (больше, чем у металла и железобетона), малая теплопроводность, большая сырьевая база и простота обработки, а также отсутствие ограничений при сезонных работах. Недостатки древесины: гигроскопичность и вследствие – усушка, разбухание, растрескивание и коробление; неоднородность строения (анизотропия); большое количество естественных пороков (косослой, сучки и др.), что существенно снижает прочность; возможность гниения; малая огнестойкость.

4.2Конструирование соединений элементов деревянных конструкций

Соединения на врубках. Врубками называют соединения, в которых усилия от одного элемента передаются другому по площадке смятия и скалывания, без специальных промежуточных рабочих связей. Чаще всего лобовые врубки применяются в узлах бревенчатых и брусчатых ферм. Наибольшее распространение получили лобовые упоры и лобовые врубки с одним зубом, лобовые врубки с подушкой применяют реже (рис. 2).

Рис.2 Лобовые упоры и лобовые врубки:

а, б, в – лобовые упоры; 1 – штырь; 3 – плотная приторцовка; 2 – скоба; 4 – стяжные болты;

г, е – лобовые врубки; д – распределение усилий в опорном узле;

5 – опорная подушка;

6 — подбалка;

7 – аварийный болт;

8 – тяж.

Нагельные соединения. Нагелями называются стержни или пластинки, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов. Используют стальные и деревянные нагели. Нагельные соединения бывают односрезными и двухсрезными (Рис.3, б, в), а также симметричными и несимметричными.

Рис.3 Нагельные соединения

а – схемы расстановки; 1 – прямая расстановка; 2 — шахматная; 3 – при стальных накладках; 4 – в соединениях под углом;

б – расчетные схемы; 5 – симметричное двухсрезное; 6 – несимметричное односрезное;

в – схема работы; 5 – симметричное двухсрезное; 7 – эпюра напряжений смятия древесины.

Рис.4 Схемы соединений и расстановки нагелей и гвоздей.

а – продольное соединение;

б – угловое соединение;

в – рядовая расстановка ригелей: то же шахматная;

г – то же, косыми рядами;

д, е – рядовая расстановка гвоздей.

Клеевые соединения. Склеивание древесины – наиболее прогрессивный способ соединения деревянных элементов. Клеевые швы относятся к неподатливым и обеспечивают монолитность конструкций.

Рис.5 Клеевые соединения

а – поперечные стыки; б – продольные стыки; 1 – стыки по пластям; 2 – по кромкам; 3 – по пласти и кромке; в – угловой стык; 6 – угловой зубчатый шип.

Металлические крепления.В деревянных конструкциях применяют две группы металлических креплений: 1)растянутые связи – гвозди и винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание; болты и тяжи, работающие на растяжение; 2) вспомогательные металлические крепления – стяжные болты, хомуты, штыри, скобы и т.д., которые устанавливают конструктивно для восприятия усилий, возникающих при перевозке и монтаже. Все виды связей должны воспринимать расчетные усилия и быть защищены от коррозии. Металлические связи на растяжения рассчитывают в соответствии с требованиями норм проектирования и расчета металлических конструкций. Наиболее широко металлические связи используют при возведении построечных конструкций и в меньшей степени – в заводских условиях. Гвозди, сопротивляющиеся выдергиванию, разрешается использовать только во второстепенных элементах настилов, подшивках потолков и т.д. Запрещается применять гвозди, забитые в торец или заранее просверленные отверстия, а также в случае динамических воздействий на конструкцию. Длина защемленной части гвоздя должна быть не менее 10d или двух толщин пробиваемого элемента. В свою очередь, толщина прибиваемой доски должна быть не менее 4d. Расстановка гвоздей аналогична ранее изложенной. Шурупы и глухари удерживаются в древесине не только силами трения, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые древесине винтовые желобки. При работе на выдергивание шурупы расставляют так, чтобы расстояние между винтами в продольном направлении составляла S1 =10d, в поперечном — S 2 = S3 = 5d. Болты и тяжи – растянутые металлические элементы применяются в качестве анкеров, подвесок, растянутых элементов металлодеревянных конструкций, а также затяжек арочных и сводчатых конструкций. Диаметр тяжей и болтов должен быть не менее 12мм. При необходимости создания предварительного натяжения используют натяжные муфты с разносторонней резьбой. Стяжные болты имеют преимущественно монтажное значение и применяются для плотного стягивания соприкасающихся элементов. Скобы из круглой или квадратной стали толщиной 10…18мм применяют как вспомогательные фиксирующие связи в сооружениях из брусьев или круглого леса в мостовых опорах, лесах, бревенчатых фермах и т.д. Хомуты отличаются от скоб тем, что полностью охватывают конструкцию, они могут быть П – образными и кольцевыми. Хомуты применяют для изготовления построечных конструкций на строительной площадке из бревен или брусьев (обычно при сопряжении стоек с насадками). Штыри представляют с собой стержни из арматурной стали диаметром 16… 30мм, которые вставляют в заранее просверленные отверстия меньшего диаметра. Их применяют при стыках стоек или свай в торец, а также в узлах сопряжения стоек с насадками и некоторых других случаях.

4.3 Деревянные конструкции зданий и сооружений

Настилыпокрытий используют в качестве несущих и ограждающих элементов деревянных покрытий. Они служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия. Конструкция настила зависит от типа кровли и теплоизоляционных свойств покрытия (рис.6). При рулонной кровле настил должен иметь сплошную ровную дощатую или фанерную поверхность. При чешуйчатой кровле в виде волнистых листов асбестоцемента, стеклопластика или черепичных плиток настил должен иметь для них отдельные опоры в виде досок или брусьев обрешетки или открытых ребер клеефанерных плит. С чешуйчатой кровлей особенно эффективно применение

деревянных покрытий. Деревянные настилы делятся на два основных вида – дощатые и клеефанерные.

Рис.6 Дощатые покрытия

а – неутепленное под рулонную крышу; б – то же утепленное;

в – неутепленное, обрешетка под асбестоцементную кровлю; г – то же утепленное; 1 – настил; 2 – рулонная кровля; 3 – асбестоцементная кровля;

4 – утеплитель; 5 – пароизоляция.

Двойной перекрестный настил (рис. 7,а) состоит из двух слоев: нижнего – рабочего и верхнего – защитного. Рабочий настил несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил образует необходимую сплошную поверхность, распределяет сосредоточенные нагрузки и защищает кровельный ковер от разрывов.

Рис.7 Дощато-гвоздевые щиты настилов покрытий

а – щит двойного перекрестного настила; б – щит однослойного раскосного настила; 1 – доски; 2 – гвозди; 3 – косой защитный настил; 4 – разряженный рабочий настил; 5 – раскосы; 6 – поперечный раскос.

В настоящее время широко применяют два типа плит: дощато-гвоздевые щиты, состоящие из брусчатого каркаса, обшитого досками; и клеефанерные щиты и плиты с обшивкой из водостойкой фанеры, приклеенные к деревянному каркасу (рис.8).

Рис.8 Клеефанерные ребристые плиты настилов

а – план плит;

б – сечения плит;

1,2 – продольные и поперечные дощатые ребра;

3 – вентиляционные отверстия;

4 – строительная фанера;

5 – пароизоляция;

6 – коробчатая плита с двумя обшивками;

7 – утеплитель;

8 – ребристая плита с верхней обшивкой;

9– то же, с нижней обшивкой.

Балки деревянные. Цельнодеревянные балки применяют при пролетах, не превышающих 6 м, и при относительно небольших нагрузках. Деревянные балки применяют в качестве несущих конструкций настилов покрытий, рабочих площадок платформ и в других деревянных конструкциях. Балки покрытий применяют в зданиях с шириной помещения не более 6 м. Деревянные балки покрытий работают и рассчитываются на изгиб как однопролетные балки, шарнирно опертые на опоры разной высоты. Однопролетные прогоны являются несущими конструкциями скатных покрытий. К опорам прогоны крепятся посредством бобышек — коротких отрезков толстых досок или стальных уголковых коротышек и гвоздей или винтов. Эти крепления препятствуют сползанию прогонов вниз по скату опор (рис.9).

Рис.9 Брусчатые прогоны покрытий:

а – прогоны; б – расчетные схемы; 1 – брусья; 2 –стыки; 3 – болты;

4 – основные несущие конструкции; 5 – бобышки; 6 –гвозди.

Составные балки. Из-за ограниченности сортамента древесины под заданный пролет и нагрузку в практике строительства часто нельзя применять конструкцию из цельной древесины, поэтому приходится использовать составные балки (Рис. 10).

ис.10 Составные балки

а – простая составная балка;

б – балка на пластинчатых нагелях;

в – двутавровая балка с дощатой перекрестной стенкой.

В практике строительства стали применяться и армированные балки, представляющие собой новый вид индустриальных конструкций. Армирование повышает несущую способность и снижает деформативность балок.

Деревянные стойки могут быть цельнодеревянными, составными, клеедеревянными и решетчатыми. Применяют в виде опор покрытий, навесов, рабочих площадок, платформ, опор линий электропередач и связи. Стойки из брусьев квадратного сечения и из круглых бревен применяют в основном в тех случаях, когда их концы закрепляются шарнирно и на них действует только сжимающие нагрузки. Составные стойки состоят из цельных брусьев или из толстых досок, соединенных по длине болтами или гвоздями. Длина составных стоек, как и цельнодеревянных, не превышает 6.4м. Клеедеревянные стойки (рис.11) являются конструкциями исключительно заводского типа. Их формы и размеры могут быть любыми и определяются только назначением, действующими нагрузками, расчетом и не зависят от ограничения сортамента досок, применяемых для их склеивания.

Рис.11 Клеедеревянные стойки: а – постоянного квадратного сечения; б – постоянного прямоугольного сечения; в – переменного прямоугольного сечения.

Деревянные фермы — это сквозные решетчатые конструкции балочного типа. Основной недостаток деревянных ферм — значительное число элементов и узлов. В практике строительства наибольшее распространение получили следующие типы ферм: с параллельными поясами (рис. 12, а); треугольные — ( рис.12, б); трапециевидные (рис. 12,в); сегментные (рис. 12, г) и т.д. Решетка ферм, как правило, треугольная. Деревянные и металлодеревянные фермы рекомендуется применять при пролетах до 24-36 м.

Рис.12 Типы деревянных ферм:

а – с параллельными поясами; б – треугольные; в – трапециевидные; г – сегментные.

Фермы из бревен и брусьев на лобовых вырубках могут иметь треугольное и пятиугольное очертания или быть с параллельным очертанием поясов. Такими фермами можно перекрывать пролеты до 18…24м. Металлодеревянные брусчатые фермы применяют при пролетах до 30 м. Нижний пояс и растянутые элементы решетки выполняются из круглой стали с металлическими узловыми соединениями. Верхний пояс и сжатые раскосы — из деревянных брусьев. Дощатые фермы с гвоздевыми накладками получили широкое распространение при пролетах до 18м (рис.13).

Рис. 13 Дощатые фермы с гвоздевыми накладками:

1 – доски;

2 – металлические пластинки.

Деревянные арки и рамы.Конструкция арок. Деревянные арки применяют в покрытиях производственных промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданиях с пролетами 12…80м. По статическим схемам деревянные арки разделяются на трехшарнирные, имеющих два опорных и один коньковый или иногда, так называемый, ключевой шарнир, и двухшарнирные, у которых только два опорных шарнира. Клеедеревянные арки (рис. 14), их формы, размеры и несущая способность могут отвечать требованиям сооружения покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных по своим размерам и формам. Элементы арок могут иметь любую из указанных выше форм оси в покрытиях с пролетами 12…80м.

Рис. 14 Клеедеревянные арки: а – сегментные; б – треугольные;

в – стрельчатые;

г – двухшарнирные.

1 – без затяжек;

2 –с затяжками.

Конструкции деревянных рам. Рамы один из основных классов несущих деревянных конструкций. В строительстве в основном применяют однопролетные двускатные рамы при пролетах 12…24м. По статическим схемам деревянные рамы могут быть статически определимыми и однократно статически неопределимыми. Трехшарнирная рама (рис. 15, а) является статически определяемой. Преимущество этой схемы – независимость действующих в ее сечениях усилий от осадки фундаментов и относительная простота решений шарнирных опорных узлов. Двухшарнирная схема с жесткими опорными узлами (рис. 15, б) является однажды статически неопределяемой. Преимущество – отсутствие изгибающих моментов в шарнирных соединениях ригеля со стойками. Двухшарнирная схема с шарнирными опорными узлами (рис.15, в) также однажды статически неопределима. Преимущество этой рамы – отсутствие изгибающих моментов в шарнирных опорных узлах. По конструкции деревянные рамы делятся на трех- и двухшарнирные, клеедеревянные, цельнодеревянные и клеефанерные.

Рис.15 Статические схемы деревянных рам

а – трехшарнирная; б – двухшарнирная жестко опертая; в – двухшарнирная шарнирно опертая.

Трехшарнирные клеедеревянные рамы бывают бесподкосными и могут иметь от двух до четырех подкосов (рис. 16). Гнутоклееная трехшарнирная рама (рис. 16, а) состоит из полурам Г- образной формы прямоугольного переменного по высоте сечения, изогнутых при изготовлении в зоне будущего карниза. Первое достоинство этой рамы в том, что она состоит только из двух крупных элементов – полурам, которые соединяются при сборке всего тремя узлами – двумя опорными и одним коньковым. Это сводит к минимуму время и трудоемкость сборки и установки таких рам. Второе достоинство – это переменная высота сечений – максимальная в зоне выгиба, где действуют максимальные изгибающие моменты, и минимальная в узлах, где моменты отсутствуют. Ломаноклееная рама (рис.16, б), называемая также клеедеревянной рамой с жестким стыком на зубчатых шипах, состоит из двух полурам. Каждая полурама имеет Г- образную форму с переломом оси в месте будущего карниза. Полурама состоит из двух прямых элементов – стойки и полуригеля, имеющих переменные сечения, максимальные в зоне перелома оси. Имеет существенные достоинства, она малотрудоемка при монтаже, проста в изготовлении. Эти рамы не требуют дополнительных стержней для опирания настилов в карнизных узлах. Клеедеревянная трехшарнирная четырехподкосная рама (рис.16, в) состоит из большого числа элементов и узлов, что повышает трудоемкость изготовления и сборки. Подкосы также сокращают свободное пространство помещений, поэтому применение этих рам наиболее рационально в покрытиях навесов. Двухподкосная клеедеревянная трехшарнирная рама (рис.16, г) состоит из двух стоек, двух полуригелей переменного сечения и двух подкосов постоянного сечения. К недостаткам этой рамы относится наличие значительных растягивающих усилий в карнизных узлах, для восприятия которых необходимо применять металлические крепления и винты. Изгибающие моменты в стойках и ригелях этой рамы значительно больше, чем в рамах с парными подкосами. Клеедеревянная трехшарнирная рама с опорными подкосами (рис. 16, д) состоит из двух полуригелей переменного сечения, двух подкосов и двух стоек постоянного сечения. Достоинство этой рамы те же, что и прочих подкосных рам. Недостатки – это работа стоек на растяжение и изгиб от ветровой нагрузки, что усложняет конструкцию их узловых креплений, и значительная длина сжатых подкосов, сечение которых определяется из условий предельно допускаемой гибкости. Клеедеревянная трехшарнирная рама с наружными раскосами (рис.16,е) отличается от предыдущей только наружным расположением раскосов. Наружные раскосы работают в этой раме на растяжение и могут выполняться как из клееной древесины, так и из стали, при этом они не уменьшают внутреннего пространства помещений.

Рис.16 Клеедеревянные трехшарнирные рамы: а – гнутоклееная; б – ломаноклееная; в– четырехподкосная; г –двухподкосная; д– с внутренними опорными подкосами; е – с наружными опорными подкосами.

Двухшарнирные клеедеревянные рамы (рис. 17) состоят из трех конструктивных элементов – двух вертикальных стоек и горизонтального ригеля. Двухшарнирная клеедеревянная рама с жесткими опорными узлами (рис. 17, а и б) может иметь две клеедеревянные стойки постоянного, переменного или ступенчатого сечения. Основным недостатком этой рамы – относительно большая сложность жестких опорных узлов стоек, чем шарнирных. Такая рама может иметь также комбинированную конструкцию. Двухшарнирная клеедеревянная рама с шарнирными опорными узлами (рис. 17, в) может иметь две стойки постоянного или переменного клеедеревянного сечения наименьшей высоты в опорных узлах, где нет изгибающих моментов. Ригели этой рамы крепятся к стойкам на разных высотах, образуя жесткое рамное соединение.

Рис. 17 Двухшарнирные клеедеревянные рамы: а – с жесткими опорами и аркой; б – с жесткими опорами и фермой; в – с шарнирными опорами и клеедеревянной балкой.

Трехшарнирная дощато-гвоздевая рама состоит из дощато-гвоздевых двутавровых стоек и полуригелей переменной высоты, в настоящее время не используются. Расчет рам производится на различные сочетания нагрузок от собственного веса, ветровой, снеговой нагрузки и т.д. Раму рассчитывают как трехшарнирную конструкцию. В результате расчета получают значения изгибающих моментов, поперечной и продольной сил.

Конструкции нулевого цикла– это подземная часть здания, расположенная ниже нулевой отметки, за которую принимают перекрытие первого этажа. К этим конструкциям относятся фундаменты и цокольные стены. К ним предъявляют требования по обеспечению прочности, устойчивости и долговечности (морозостойкости, сопротивлению воздействия грунтовых и агрессивных вод и др.)

5.1 Типы и классификация фундаментов

Фундаменты зданий должны быть прочными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента, долговечными, экономичными и индустриальными. Фундаменты капитальных зданий выполняют из бута, бетона, железобетона, бутобетона и кирпича. При отсутствии других материалов разрешается применять для фундамента хорошо обожженный кирпич. В зависимости от передаваемой нагрузки на грунт и конструктивной схемы здания фундаменты делят на ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами), столбчатые (в виде отдельных столбов), сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием) и свайные. В зависимости от необходимой площади подошвы и вида применяемого материала форма поперечного сечения ленточных и столбчатых фундаментов может быть различной. По работе материала фундамента под нагрузкой различают жесткие фундаменты, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие, работающие на растяжение и скалывание. К жестким фундаментам относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты. Гибкие фундаменты выполняют из железобетона. По способу возведения фундаменты могут быть монолитными и сборными. В зависимости от глубины заложения подошвы фундаментов различают фундаменты глубокого (более 5 м) и мелкого заложения.

Конструкции фундаментовзависят от конструктивной схемы здания, нагрузок, гидрогеологических условий строительной площадки, наличия средств механизации возможности использования местных строительных материалов. Ленточные фундаменты — устраивают под несущие стены здания. Они подразделяются на сборные и монолитные.

Сборные ленточные фундаменты собирают из железобетонных блоков. Блоки-подушки прямоугольного и трапецеидального сечений высотой 300 и 500мм, длиной от 800 и до 2800мм, уложенные вплотную одна к другой в направлении несущих стен, образуют сплошную ленту. Фундаменты в которых блоки-подушки с расстоянием одна от другой, называются прерывистыми. Расстояние между блоками засыпают песком.

Рис. 1 Конструктивные схемы фундаментов: а – ленточный;

б – столбчатый; в – сплошной; г – свайный; 1 – монолитная железобетонная плита; 2 – сваи; 3 – ростверк; 4 – стена; 5 – фундаментные балки.

Рис. 2 Ленточные фундаменты: а – прямоугольный;

б – то же, с подушкой;

в – трапецеидальный;

г – ступенчатый;

д – гибкий фундамент;

1 – обрез фундамента;

2 – подушка.

Прерывистые фундаменты экономичнее сплошных. В поисках экономичных решений фундаментов в строительстве применяются пустотелые, ребристые фундаментные блоки-подушки, однако они не нашли широкого применения вследствие сложной технологии изготовления. Существенная экономия материала достигается применением крупноразмерных элементов фундаментов. В некоторых жилых зданиях с поперечными несущими стенами применяют ленточные фундаменты в виде железобетонных плит. В зданиях с продольными несущими стенами применяют фундаменты со стенкой из крупных железобетонных панелей.

Рис. 3 Конструкции ленточных фундаментов:

а – сборный;

б – то же , прерывистый;

в – монолитный фундамент (бутобетонный);

г – бутовый фундамент;

1 — фундаментные подушки»

2 – бетонные блоки;

3 – отмостка;

4 – гидроизоляция;

5 – кирпичная облицовка (в ½ кирпича).

Рис. 4 Заглубленные ленточные фундаменты:

а – фундамент из сборных бетонных блоков;

1-защитный слой;

2-песчаная засыпка;

3-полиэтиленовая пленка;

4,10,13-гравий;

5,14-дренажное устройство;

6-перекрытие над подвалом;

7-теплоизоляция;

8-покрытие битумом;

9-бетонная подготовка;

11-жесткая минеральная вата;

12-подшва фундамента;

б – монолитный бетонный или бутобетонный фундамент;

1-песчаная засыпка;

2-дренажное устройство;

3-бутобетонный ленточный фундамент;

4-цокольное перекрытие;

5-проветриваемое подвальное пространство;

6-гравий;

7-полиэтиленовая пленка;

8-колонна;

9-основание колонны;

в – фундамент из специальных цокольных блоков;

1-защитный слой;

2-штукатурка;

3-гидроизоляционный слой;

4-бетонный блок;

5-основание фундамента;

6-стальной прут.

Рис. 5 Сборные ленточные фундаменты из бетонных блоков:

а – монтажная схема с маркировкой сечений; б – детали сечений фундаментов под стены зданий с подвалами и техническими подпольями; в – детали сечений фундаментов под стены зданий без подвалов и технических подполий; 1-фундаментная плита; 2-цементно-песчаный раствор; 3-бетонные стеновые блоки; 4-окраска горячим битумом за 2 раза; 5-отмостка; 6-два слоя толя или гидроизола на битумной мастике; 7-конструкция пола; 8-цокольное перекрытие.

Рис. 6

Рис.6 Сборные ленточные фундаменты панельных зданий с поперечными внутренними несущими стенами:

А – фундамент плана при несущих продольных наружных стенах;

Б – то же, при ненесущих;

В – варианты конструкции наружных цокольных панелей;

а-легкобетонных; б-трехслойных;

в-ребристых железобетонных;

1-железобетонная фундаментная подушка;

2-наружная цокольная панель;

3-цокольня внутренняя панель;

4-цокольное перекрытие.

Рис. 7 Типы сборных блок-подушек:

а, б, в – блок подушки массового строительства; г – блок подушка с предварительно напряженной арматурой; д – то же, с облегченными консолями; е – то же, с горизонтальными пустотами.

Рис. 8 Детали конструкций сборных ленточных фундаментов:

А – примыкание фундамента внутренней стены к наружной; Б – деталь прерывистого ленточного фундамента; В – устройство подпольных каналов; а-непроходного под полом по бетонной подготовке; б-то же под деревянным полом по лагам; в-полупроходного канала под деревянным полом по лагам; 1-фундаментная плита; 2-цементно-песчаный раствор; 3-бетонные блоки стен подвала; 4-бетон; 5-арматурная сетка; 6-утрамбованный грунт; 7-кирпичная стенка; 8-съемная железобетонная плита; 9-съемный дощатый щит; 10-окраска горячим битумом.

Рис. 9 Конструкции облегченных ленточных фундаментов:

а- с применением безраскосных железобетонных ферм; б- из крупных панелей; 1-фундаментная блок-подушка; 2-железобетонная ферма; 3-плиты перекрытий; 4-цокольная панель; 5-панель-стенка; 6-место сварки панелей; 7-стена; 8-отмостка; 9-бетон; 10-глиняная подстилка; 11-утеплитель.

Монолитные ленточные фундаменты выполняют из каменной кладки, бетона или железобетона. Наиболее экономичными из монолитных ленточных фундаментов являются бутобетонные фундаменты. Их выполняют из бетона М75 и бутового камня, вводимого в бетон по мере возведения фундамента. Увеличение ширины фундамента к подошве производят уступами. Минимальное отношение высоты уступа к его ширине зависит от материала фундамента и давления на грунт и колеблется от 1,25 до 2.

Столбчатые фундаменты– устраивают в тех случаях, когда нагрузки от здания вызывают давление на грунт меньше нормативного давления грунта основания или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3-5м), что экономически не оправдывает применение ленточных фундаментов. Столбчатые фундаменты могут быть монолитными и сборными. Под зданиями с несущими стенами столбчатые фундаменты располагают под углами стен, в местах пересечения наружных и внутренних стен, под простенками и через 3 – 5м на глухих участках стен. При расстоянии между столбчатыми фундаментами до 4м иногда устраивают кирпичные армированные перемычки. Столбчатые фундаменты устраивают и под отдельно стоящие опоры зданий: под каменные колонны – сборный фундамент из железобетонных блоков-подушек, а под железобетонные колонны каркасных зданий – из железобетонных блоков-подушек и подколонников стаканного типа.

Рис. 10 Монолитные ленточные фундаменты:

а-схема плана фундамента с маркировкой сечений; б-детали сечений фундаментов под стены зданий с подвалами и техническими подпольями;

Рис. 10 Монолитные ленточные фундаменты:

в-то же под стены зданий без подвалов и технических подполий; 1- окраска горячим битумом за 2 раза; 2 — отмостка; 3-два слоя толя или гидроизола на битумной мастике; 4 — цокольное перекрытие; 5 — конструкция пола по грунту.

Рис. 11 Столбчатые фундаменты малоэтажных зданий:

а — под каменные стены;

б — под панельные стены одноэтажных зданий;

в — под деревянные стены;

1 — фундаментные столбы;

2 — цокольная стенка из кирпича;

3 — шлак, (песок);

4 — отмостка;

5 — фундаментный стакан;

6 — железобетонный столб 120х120мм;

7 — рандбалка;

8 — фундаментный блок;

9 — фундаментно-цокольная рандбалка;

10 — стеновая панель;

11-гидроизоляция

Рис. 12 Сборные столбчатые фундаменты многоэтажных зданий:

а-под каменные колонны;

б-под сборные колонны;

в-фундамент стаканного типа;

1-блок-подушка;

2-колонны;

3-цокольная панель;

4-отмостка;

5-песчаная подсыпка;

6-заливка цементным раствором;

7-подколонник.

Под монолитные железобетонные или стальные колонны зданий устраивают монолитные (в большинстве случаев ступенчатые) фундаменты из бута, бутобетона, бетона или железобетона.

Свайные фундаменты– устраивают при строительстве на слабых сильно сжимаемых водонасыщенных грунтах, а также при передаче на основание больших нагрузок от колонн и стен многоэтажных зданий. Применение забивных свайных фундаментов также экономически оправдано при массовом строительстве зданий средней и повышенной этажности. Забивные сваи в поперечном сечении бывают круглыми, призматическими, двутавровыми и цилиндрическими. В панельных зданиях, с перекрытиями из панелей размером на конструктивную ячейку, применяют наиболее экономичный вариант конструкции свайного фундамента – безростверковый фундамент, при котором плиты перекрытий опирают на точно установленные (с отклонением верхней плоскости не более 10 мм) сборные оголовки свай. Для равномерного распределения нагрузки от здания на все сваи, располагаемые рядами или в шахматном порядке, головы свай заделывают в бетонную или железобетонную плиту. Свайные фундаменты имеют ряд преимуществ перед ленточными (см.табл. № 1).

Таблица №1. Сравнительные технико-экономические показатели ленточных и свайных фундаментов 80-квартирных жилых домов.

Рис. 13 Свайные фундаменты:

а-на сваях-стойках;

б-на висячих сваях;

в-на монолитных набивных сваях;

г-на железобетонных забивных сваях;

д-узел колонны 1-го этажа и рандбалки;

1-сваи;

2-ростверк;

3-насыпной грунт;

4-торф;

5-твердая глина;

6-плывун;

7-арматурный каркас;

8-монолитный оголовок свай;

9-камуфлетная пята;

10-уплотненная грунтовая оболочка;

11-цоколь;

12-рандбалка;

13-перекрытие;

14-колонна;

15-стена.

Рис. 14 Свайные фундаменты: А – схема плана фундамента под здание с продольными несущими стенами; Б – то же, с поперечными; а-план свайного поля; б-план ростверка; В — расположение свай в плане; а-однорядное; б-шахматное; в-двухрядное; г-куст свай под колонну;

1-свая; 2-монолитный ростверк; 3-бетонная или щебеночная подготовка; 4-сборный ростверк под колонну; 5-сборный огловок; 6-сборный ростверк;

7-колонна.

Плитные фундаментыприменяются при необходимости защиты от высокого уровня грунтовых вод. Их конструируют в виде плоских и ребристых плит или в виде перекрестных лент. Для зданий с большими нагрузками, а также при использовании его подземного пространства применяются коробчатые фундаменты. Плитные фундаменты проектируют под здания в основном каркасной конструктивной системы. Для повышения жесткости плиты устраивают ребра в перекрестных направлениях, которые могут выполняться как ребрами вверх, так и вниз по отношению к плите. В учебных целях толщину ребристой плиты следует назначать от 1/8 до 1/10 пролета, а сплошной плиты от 1/6 до 1/8 соответственно.

Рис. 15 Плитные фундаменты: а, б — с ребрами вверх (а) и вниз (б); в — коробчатый; г — перекрестные ленты; 1-колонна; 2-фундаментная плита; 3-коробчатый фундамент; 4-перекрестные фундаментные ленты.

Рис. 16 Фундаменты каркасно-панельного здания:

А – схема плана; Б – схема разреза при фундаментных подушках; В – то же, при фундаментах стаканного типа;

1-наружная цокольная панель; 2-цокольное перекрытие; 3-пирамидальное основание колонны; 4-фундаментная подушка; 5-фундаментная балка; 6-фундаментный стакан; 7-фундаментный блок.

Рис. 17 Фундаменты смежных зданий:

1-фундамент существующего строения;

2-вновь возводимый фундамент;

3-шпунтовая стенка;

4-межевая линия (межа).

Глубиной заложения фундаментаназывается расстояние от отметки планировки грунта до подошвы фундамента. Глубину заложения фундаментов при проектировании определяют на основе исходных требований, оговоренных в задании на выполнение проекта (район строительства, тип и состояние грунтов основания, этажность, конструкции и технология возведения здания), и принимают в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 (Основания зданий и сооружений). В проектировании для определения глубины заложения фундаментных конструкций допускается пользоваться схематической картой изотерм нормативных значений глубины промерзания суглинистых и глинистых грунтов. (рис.18)

Рис. 18 Изотермы нормативных значений глубины промерзания грунтов.

Рис. 19 Схема определения глубины заложения ростверка и сваи

5.2 Гидроизоляции

Гидроизоляциюустраивают в целях защиты стен здания от увлажнения грунтовой водой, поднимающейся по порам материала стен. В зданиях без подвалов гидроизоляцию стен устраивают из двух слоев рубероида, склеенных битумной мастикой и укладываемых в горизонтальные швы на уровне 10-15см от перекрытия и 15-25см от отмостки или тротуара. При полах на грунте, кроме горизонтальной устраивают и вертикальную гидроизоляцию путем обмазки битумной мастикой поверхности стены, соприкасающейся с грунтом. Если уровень грунтовых вод ниже пола подвала, то гидроизоляцию стен здания с подвалом осуществляют в двух уровнях: в уровне подготовки под подвалы и не менее 15см выше уровня отмостки. Вертикальную гидроизоляцию в этом случае делают путем обмазки горячим битумом в два слоя поверхности стены подвала соприкасающейся с грунтом. По гидроизоляционному ковру в конструкции пола подвала располагают слой загрузочного бетона, весом которого уравновешивают давление воды. При больших давлениях воды напор гасят путем устройства пола подвала по сплошной железобетонной плите. Во избежание нарушения гидроизоляции в стыке между полом и стеной при их независимых осадках устраивают эластичный замок из пакли, смоченной в битуме.

Рис. 20 Гидроизоляция фундаментов:

а-от капиллярной влаги; б, в, г – при наличии напорной грунтовой воды; 1-горизонтальная гидроизоляция; 2-вертикальная гидроизоляция; 3-глиняный замок (мятая жирная глина); 4-защитная стенка в ½ кирпича-железняка; 5-облицовка из кирпича; 6-пол подвала; 7-слой загрузочного бетона; 8-рулонный гидроизоляционный ковер под полом подвала; 9-бетонная подготовка 150…200мм; 10-цементная штукатурка; 11-пакля, смоченная битумом; 12-железобетонная ребристая плита, заделанная в стены; 13-подготовка под пол.

Рис.21

Рис. 21 Гидроизоляция фундаментов, устройство приямков и люков в стенах подвалов: А – гидроизоляция фундаментов и подвалов; а-при уровне грунтовых вод до 200 мм; б-то же, более 200-1000 мм; в-то же, более 1000 мм; Б – световой приямок; В – загрузочный люк; 1-фундаментная плита; 2-бетонные блоки стен подвала; 3-выравнивающая затирка цементным раствором; 4-окраска горячим битумом за 2 раза до отмостки; 5-стенка из полнотелого красного кирпича на цементном растворе толщиной 120 мм на всю высоту оклеечной гидроизоляции; 6-пол подвала; 7-защитная стяжка из цементного раствора 30 мм; 8-железобетонная плита (пригрузочная); 9-оклеечная гидроизоляция; 10-выравнивающая стяжка из цементного раствора 20 мм; 11- бетонная подготовка – 100 мм; 12-стеклоткань; 13-жирная глина 200-300 мм; 14-заполнение битумом деформационного шва; 15-монолитная бетонная или бутобетонная фундаментная подушка; 16-бетонная или бутобетонная монолитная стена подвала; 17-железобетонная плита; 18-цементная стяжка с железнением; 19-крупный щебень или галька; 20-затирка цементным раствором; 21-металлическая решетка; 22-крышка люка; 23-цементная штукатурка; 24-бетон с затиркой поверхности цементным раствором.

Рис. 22 Фундаменты на вечномерзлых грунтах:

а-схема ленточного фундамента здания с проветриваемым подвалом;

б-деталь ленточного фундамента;

в-схема здания на сваях;

1-ленточный фундамент;

2-проветриваемое подполье;

3-вечномерзлый грунт;

4-нетеплопроводная водонепроницаемая отмотка;

5-противопучинистые засыпки (песок, гравий);

6-сваи;

7- продухи;

8-железобетонный цоколь-ростверк.

Рис. 23 Стадии выполнения работ по устройству и утеплению фундаментов. Лучше всего работы по укладке теплоизоляции начинать сразу же после подготовки основания фундамента.

Рис. 24 Нагрузки, действующие на дом.

Рис. 25 Расчетная схема для определения нагрузок на основание.

Рис. 26 Способы усиления фундаментов:

а-уширение подошвы фундамента сборным железобетоном;

б-то же, монолитным;

в-усиление стены подвала и фундамента железобетонными обоймами;

г-усиление фундамента выносными сваями;

1-фундамент;

2-сборные железобетонные плиты;

3-тощий бетон;

4-железобетонная дополнительная часть фундамента;

5-анкер;

6-железобетонная обойма;

7-железобетонные подушки;

8-стальные двутавровые балки;

9-сгнившие ростверк и сваи;

10-выносные набивные сваи.

Список литературы

1. Кудишина Ю.И. «Металлические конструкции», М., 2007 г;

2. Маилян Р. Л., Маилян Д. Р.,. Веселов Ю. А «Строительные конструкции», учебное пособие, Ростов-на-Дону, Феникс 2004 г.

3. Микульский В.Г., Горчаков Г.И. «Строительные материалы», АВС 2002 г.

4. Строительные нормы и правила 2.03.01-85* Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования, М., 1984 г;

5. Мельников Н. П. «Металлические конструкции за рубежом» М., 1971 г;

6. Гершберг О. А. «Технология бетонных и железобетонных изделий», 3 изд., М., 1971 г;

7. Якубовский Б. В. «Железобетонные и бетонные конструкции», М., 1970 г;

8. «Инструкция по проектированию железобетонных конструкций», М., 1968;

9. Стрелецкий Н. С., Стрелецкий Д. Н., Проектирование и изготовление экономичных металлических конструкций, М., 1964 г (Материалы к курсу металлических конструкций, в.4);

10. Михайлов В. В., Предварительно напряженные железобетонные конструкции, М., 1963 г;

11. Стрелецкий Н.С. «Металлические конструкции», М., 1961 г;

12. Сахновский К. В., «Железобетонные конструкции» 8 изд., М., 1959 г;

13. Справочник проектировщика, [т. 5] — Сборные железобетонные конструкции, М., 1959 г;

В работе использовался материал с Интернета.

Содержание

Предисловие ………………………………………………………………………………………………… 3

Введение……………………………………………………………………………………………………… 4