Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий и сооружений: принципы компоновки ЖБК.  Принципы проектирования сборных элементов.

Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий и сооружений-это прежде всего жесткая конструктивная схема здания в которой все размеры конструкций, пролетов здания, отметок этажей и др. придерживаются правил унификации и типизации. Особое внимание уделяется проектированию конструктивной схемы здания в сейсмическом районе и технико-экономической целесообразности. Подробнее  о каждом разделе.

1. Конструктивные схемы промышленных и гражданских зданий состоят из отдельных элементов, связанных в единую систему. Здание в целом должно надежно сопротивляться деформированию в горизонтальном направлении от действия различных нагрузок и воздействий,  т. е. должно обладать достаточной пространственной жесткостью. При загружении одного из элементов здания в работу включаются и другие элементы, происходит пространственная работа. Отдельные элементы зданий — плиты и балки перекрытий, колонны, стены и др.— должны обладать прочностью и устойчивостью, достаточной жесткостью и трещиностойкост.  и участвовать в общей работе здания. Учет пространственной работы зданий приводит к более экономичным конструкциям.

2. Деформационные швы. С изменением температуры железобетонные конструкции деформируются — укорачиваются или удлиняются, а вследствие усадки бетона укорачиваются. При неравномерной осадке основания части конструкций взаимно смещаются в вертикальном направлении. В большинстве случаев железобетонные конструкции представляют собой статически неопределимые системы, и поэтому от изменения температуры, усадки бетона, а также от неравномерной осадки фундаментов в них возникают дополнительные усилия, что может привести к появлению трещин или к разрушению части конструкции. Чтобы уменьшить усилия от температуры и усадки, железобетонные конструкции делят по длине и ширине температурно-усадочными швами на отдельные части — деформационные блоки. Если расстояние между температурно-усадочными швами при температуре выше минус 40 °С не превышает пределов, то конструкции без предварительного напряжения, а также предварительно напряженные, к трещиностойкости которых предъявляются требования 3-й категории, на температуру и усадку можно не рассчитывать.        

                                                                                               

Принципы проектирования сборных элементов. 

1.Типизация сборных элементов.  Производство сборных железобетонных элементов наиболее эффективно в том случае, когда на заводе изготовляют серии однотипных элементов. Технологический процесс при этом совершенствуется, снижается трудоемкость изготовления и стоимость изделий, улучшается их качество. Отсюда вытекает важнейшее требование, чтобы число типов элементов в здании было ограниченным, а применение их — массовым (для возможно большего числа зданий различного назначения). С этой целью типизируют элементы, т. е. для каждого конструктивного элемента здания отбирают наиболее рациональный, проверенный на практике, тип конструкции с наилучшими по сравнению с другими решениями технико-экономическими показателями (расход материалов, масса, трудоемкость изготовления и монтажа, стоимость). Выбранный таким образом тип элемента принимается для массового заводского изготовления. Опыт типизации показывает, что для изгибаемых элементов, например панелей перекрытий, целесообразно при изменении длины элемента или нагрузки, действующей на элемент, сохранять размеры поперечного сечения, увеличивая лишь сечение арматуры. Для балок покрытий, длина которых и значения нагрузок меняются в большом диапазоне, рекомендуется менять и размеры сечения и армирование. Для колонн многоэтажных гражданских зданий (а в ряде случаев и промышленных) следует сохранять неизменными размеры поперечных сечений и изменять по этажам здания лишь сечение арматуры и в необходимых случаях класс бетона. При этом, несмотря на некоторый излишний расход бетона в колоннах верхних этажей, общая стоимость конструкции снижается благодаря многократному использованию форм, унификации арматурных каркасов. Кроме того, при постоянных размерах сечения колонн по этажам соблюдается однотипность балок перекрытий, опирающихся на колонны. В результате работы по типизации составлены каталоги сборных железобетонных элементов, которыми руководствуются при проектировании различных зданий. По мере развития техники и накопления опыта типовые элементы совершенствуются, создаются новые, более эффективные, поэтому каталоги время от времени обновляются.

2.Унификация размеров и конструктивных схем зданий. Чтобы одни и те же типовые элементы можно было широко применять в различных зданиях, расстояния между колоннами в плане (сетка колонн) и высоты этажей унифицируют, т. е. приводят к ограниченному числу размеров. Основой унификации размеров служит единая модульная система, предусматривающая градацию размеров на базе модуля 100 мм или укрупненного модуля, кратного 100 мм. Для одноэтажных промышленных зданий с мостовыми кранами расстояние между разбивочными осями в продольном направлении (шаг колонн) принято равным б или 12 м, а между разбивочными осями в поперечном направлении это расстояние (пролеты здания) принято кратным укрупненному модулю б м, т. е. 18, 24, 30 м и т. д. Высота от пола до низа основной несущей конструкции принята кратной модулю 1,2 м, например 10,8; 12 м и т. д. до 18 м.На основе унифицированных размеров оказалось возможным все многообразие объемно-планировочных решений зданий свести к ограниченному числу унифицированных конструктивных схем, т. е. схем, где решение каркаса здания и его узлов однотипно. Все это позволило создать типовые проекты зданий для массового применения в строительстве.

3.Технико-экономическая оценка железобетонных конструкций. Для технико-экономической оценки отдельных элементов и конструкций в целом при проектировании служат следующие показатели: расход арматуры, т, бетона, м³; трудоемкость изготовления и монтажа, чел.дн.; стоимость, руб. Расчетной единицей измерения служит одна конструкция. Кроме того, показатели рассчитывают на одну единицу измерения — на 1 м³ или на 1 м², или на 1 м длины и т. д. Основным экономическим показателем железобетонных конструкций является стоимость, которая слагается из стоимости материала и работ по изготовлению и монтажу конструкции, стоимости энергии, топлива и материалов на технологические нужды, а также цеховых и общезаводских расходов, отражающих капиталовложения по организации производства и эксплуатационные расходы предприятия. При проектировании зданий и сооружений чаще всего применяют вариантный метод сравнения стоимости железобетонных конструкций. Этим методом оценку экономичности железобетонных конструкций производят сопоставлением технико-экономических показателей нескольких вариантов конструктивных решений. Сравниваемые варианты конструктивных решений отвечают одной и той же программе, одним и тем же требованиям, но отличаются конструктивной схемой, иногда геометрическими размерами, формой сечения элементов, способами армирования и т. п. Показатели определяются на основе чертежей конструкций, разработанных на той стадии проектирования, на которой производится сравнение вариантов. Наиболее достоверные показатели можно получить на основании рабочих чертежей конструкций. Вопросы экономики железобетонных конструкций следует решать совместно с вопросами прочности на протяжении всего процесса проектирования: при выборе объемно-планировочной и конструктивной схемы здания; членении конструкции на сборные элементы и выборе формы и размеров сечения элементов; назначении класса бетона, класса стальной арматуры; установлении способов армирования и т. д.

4.Чтобы взаимоувязать размеры типовых элементов зданий, предусмотрены три категории размеров: номинальные,   конструктивные   и   натурные.   Номинальные размеры элемента — расстояния между осями здания в плане. Например, плита покрытия при шаге колонн 6 м имеет номинальную длину 6 м. Конструктивные размеры элемента отличаются от номинальных на величину швов и зазоров. Например, плита покрытия при номинальной длине 6000 мм имеет конструктивный размер 5970 мм, т, е. зазор составляет 30 мм . Величина зазоров зависит от условий и методов монтажа и должна допускать удобную сборку элементов и в необходимых случаях заливку швов раствором. В последнем случае величина зазора принимается не менее 30 мм. Натурные размеры элемента — фактические размеры, которые в зависимости от точности изготовления могут отличаться от конструктивных размеров на некоторую величину, называемую допуском (3—10 мм). Конструктивные размеры элементов назначают с учетом необходимых зазоров в швах и стыках, а также с учетом нормированных допусков.

5.Укрупнение элементов

Сборные железобетонные элементы конструкций зданий в процессе проектирования необходимо укрупнять. При монтаже зданий из укрупненных элементов сокращается число монтажных операций по подъему и укладке элементов, уменьшается число стыковых сопряжений, выполняемых во время монтажа, повышается степень заводской готовности элементов, а следовательно, уменьшается объем отделочных работ на площадке. Так, для гражданских зданий рационально панели перекрытий выполнять размером на комнату, панели стен — высотой в этаж и шириной на комнату. Для покрытий промышленных зданий удобно применять крупнопанельные плиты, укладываемые непосредственно по фермам (беспрогонное покрытие). Возможности укрупнения элементов определяются их предельной массой и предельными габаритными размерами, устанавливаемыми исходя из грузоподъемности монтажных механизмов, транспортных средств, а также способов перевозки.

В целях лучшего использования монтажных кранов элементы здания должны быть по возможности равной массы, приближающейся к максимальной грузоподъемности монтажного крана

Поскольку укрупнение элементов в некоторых случаях ограничивается предельно допустимой их массой, целесообразно создавать конструкции с облегченной фор-й сечений, тонкостенные, пустотные и т. п., применять  бетон высокого класса и высокопрочную арматуру. Рационально проектировать конструкции из бетонов на легких заполнителях.

Технологичными называют элементы, конструкция которых допускает их массовое изготовление на заводе или на полигоне с использованием высокопроизводительных машин   и   механизмов   без Трудоемких  ручных   операций. Конструкция   техноло-гичных    элементов   должна быть увязана с технологией их изготовления. Членение каркаса многоэтажного здания на прямолинейные элементы делает их более технологичными для конвейерного и поточно-агрегатного способа производства ( Х.5,б). Хотя в этом случае  в местах  разрезов изгибающие моменты и поперечные силы резко возраста! ют и это требует большого внимания к качеству работна| монтаже, все же такое решение позволяет значительно повысить производительность заводов при изготовлении] элементов каркаса н поэтому принято как типовое. В условиях стендового способа производства и на построечных полигонах колонны с выступающими консолями могут быть изготовлены сравнительно просто; в этом случае они будут технологичными.

6.Стыки и концевые участки элементов сборных конструкций

По функциональному признаку различают стыки колонн с фундаментами, колонн друг с другом, ригелей с колоннами, узлы обирания подкрановых балок, ферм, балок покрытий на колонны, узлы опирания панелей на ригели и т. п.

По расчетно-конструктивному признаку различают стыки, испытывающие сжатие, например стыки колонны ( Х.8,а); стыки, испытывающие растяжение, например стыки растянутого пояса фермы ( Х.8,б); стыки, работающие на изгиб с поперечной силой, например в соединении ригеля с колонной ( Х.8,в), и т. п.

В стыках усилия от одного элемента к другому передаются через соединяемую сваркой рабочую арматуру металлические закладные детали, бетон замоноличивания. Правильно запроектированный стык под действием расчетных нагрузок должен обладать прочностью и жесткостью, неизменяемостью взаимного положения соединяемых элементов и, кроме того, должен быть технологичным по изготовлению элементов на заводе и по монтажу на площадке.