Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий

Существует две категории зданий: многоэтажные и одноэтажные. По конструктивной схеме: каркасные (с полным или неполным каркасом) и бескаркасные (крупнопанельные и объемно-блочные).

Выбор конструктивной схемы зависит от назначения здания и его этажности. В промышленных зданиях (с большими помещениями) применяется каркасная схема, в гражданских зданиях с мелкими делениями – крупнопанельная.

При высоте здания до 24 этажей применяется либо каркасная, либо панельная схема; при высоте более 24-25 этажей – только каркасная.

Несущая система многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями, объединенными в единую пространственную систему с помощью горизонтальных несущих конструкций-перекрытий. В зависимости от того, какие вертикальные конструкции воспринимают горизонтальную нагрузку от ветра, существует три конструктивные системы: рамная (с рамным каркасом), рамно-связевая при совместной работе каркаса и вертикальных связевых диафрагм (целесообразна для сейсмических районов) и связевая (в панельных зданиях или в каркасных зданиях со связевым каркасом). Междуэтажные перекрытия рассматриваются как жесткие, не деформирующиеся при изгибе в своей плоскости горизонтальные связевые диафрагмы.

Основные требования для многоэтажных зданий – обеспечить нормальное существование людей на верхних этажах. Для этого необходимо соблюдение следующих условий:

1.Суммарный прогиб верха здания [12]

где f_ym - прогиб от плоского изгиба несущей системы горизонтальной и вертикальной нагрузкой; f_yt - прогиб от изгибно-крутильных деформаций системы; f_yg - прогиб от податливости основания (рис.1).

Рис.1. Боковой прогиб верха многоэтажного здания

2. Ускорение колебаний не более 15÷12 см/с².

Если требования не выполняются, наносится вред здоровью человека, особенно на самых верхних этажах.

Железобетонные конструкции зданий по способу их возведения разделяют на сборные из элементов заводского изготовления, монолитные, возводимые непосредственно на месте строительства, и сборно-монолитные, представляющие собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона. Первые - наиболее индустриальные за счет типизации элементов и унификации конструктивных схем на основе единого модуля. Унификация сводит все многообразие объемно-планировочных решений к ограниченному числу унифицированных схем с однотипным решением каркаса и его узлов. Конструкции соединяют путем сваривания закладных деталей и выпусков арматуры с последующим замоналичиванием зоны стыка. Такие соединения металлоемки, трудоемки и требуют значительных энергетических затрат. Сборные конструкции наиболее выгодны, когда количество типов элементов ограничено, и применение их предусматривается в зданиях различного назначения.

При возведении монолитных конструкций на месте их постройки устанавливается опалубка, в нее укладывается арматура и бетон, после достижения бетоном необходимой прочности опалубка снимается и получается монолитная конструкция. Такие конструкции, как правило, трудоемки, требуют большого расхода материалов на опалубку и подмости, а в зимнее время на подогрев бетона. Из монолитного железобетона возводят сооружения, трудно поддающиеся членению, с большим количеством нестандартных элементов и требующих повышенной жесткости. Традиционные области его применения: покрытия дорог и аэродромов, бункера, гидротехнические сооружения, корпуса атомных реакторов, фундаменты под прокатное оборудование, подземные сооружения и т.д. Монолитный железобетон широко применяется в сейсмических районах и на просадочных грунтах, а также в отдаленных районах, где слабо развита база сборного железобетона.

В последнее время, в связи с повышением уровня индустриализации возведения монолитных зданий, развивается новая область применения монолитного железобетона – монолитное домостроение. Создаются специализированные проектно-строительные объединения по монолитному домостроению. Разработаны и внедряются различные системы унифицированных опалубок; проведены типизация и унификация конструктивных решений монолитных конструкций и узлов их сопряжения. Разработаны эффективные средства доставки бетона бетононасосами с большой дальностью транспортирования бетонной смеси по горизонтали и вертикали. Особые требования предъявляются к подвижности бетонной смеси.

Преимущества монолитных зданий по сравнению со сборными:

надежность и капитальность зданий;

меньше капитальные вложения (табл.1);

меньше энергоемкость:

(1м³ – 5500 КВт электроэнергии – сборные)

(1м³ – 1200 КВт электроэнергии – монолитные);

разнообразие архитектурных и конструктивных решений.

Технико-экономические показатели многоэтажных монолитных зданий (аналогичные показатели для сборных зданий приняты за 100%) приведены в табл.1.

Таблица 1

Основные затраты труда и стоимости в монолитных зданиях приходятся на возведение опалубки (по стоимости 20%, по трудоемкости 40%) и на транспортирование и укладку бетона (17% по стоимости и до 30% по трудоемкости).

Наряду с монолитными железобетонными конструкциями широко применяются сборно-монолитные с использованием несъемной опалубки из тонкостенных железобетонных элементов или стального профилированного настила. В сборно-монолитных сооружениях вначале укладываются сборные элементы, выполняющие роль опалубки, которые затем бетонируются. При таком способе обеспечивается экономия материалов на опалубку, сокращение трудоемкости работ и быстрота производства работ по сравнению с монолитными конструкциями. Сборно-монолитные конструкции широко применяются в стенах и перекрытиях жилых и гражданских зданий.