Применение стального проката в строительстве.
В современном строительстве стальные конструкции используют в качестве несущих конструкций для высотных жилых зданий, уникальных общественных зданий, промышленных предприятий, а также при строительстве мостов, телевизионных башен и т. п. Чаще всего стальные конструкции воспринимают изгибающие и растягивающие усилия, реже сжимающие. Наиболее рационально применять стальные конструкции для перекрытия больших пролетов в зданиях (цеха, зрительные залы, Дворцы спорта), для каркасов высотных зданий и промышленных цехов с тяжелым крановым хозяйством.
Стальные конструкции обычно выполняют из прокатных элементов различного профиля (выпускаемых по определенному перечню — сортаменту), трубчатых и гнутых профилей, полосовой и листовой стали. В строительстве чаще всего применяют следующие прокатные и гнутые профили: двутавровые балки, швеллеры, уголки равно- и неравнополочные, прямоугольные и квадратные трубы. Каждый профиль выпускают нескольких типоразмеров, регламентированных стандартами.
Балки двутавровые изготовляют 23 типоразмеров от № 10 до № 60 (номер указывает высоту балки в см), длиной от 4 до 13 м; швеллеры — 22 типоразмеров от № 5 до № 40 и длиной от 4 до 13 м. Помимо указанных типоразмеров двутавровых балок и швеллеров выпускают широкополочные двутавры и швеллеры, которые отличаются от обычных большей шириной полки и меньшей общей высотой профиля, при этом несущая способность элемента сохраняется. Широкополочные профили применяют, когда необходимо сократить высоту металлоконструкции.
Прокатную угловую равнополонную сталь выпускают 84 типоразмеров с шириной полок 20…250 мм и толщиной 3…30 мм, а неравнополочную — 50 типоразмеров с шириной большей полки 25…250 мм и толщиной полок 3…20 мм. Прокатные профили используют как самостоятельно, так и для получения составных металлических конструкций большой несущей способности: колонн, балок, ферм. Стальные конструкции изготовляют также из листовой и широкополосной стали толщиной листа 6…20 мм.
Для устройства перекрытий в промышленных зданиях выпускают стальной профилированный настил из листовой стали толщиной 0,8… 1 мм. Ширина листов настила 680 и 782 мм, длина 6,9 и 12 м, высота гофра 60 и 72 мм.
Стальные конструкции изготовляют на специализированных заводах индустриальными методами и поставляют в виде отдельных крупных сборочных единиц или целиком. При монтаже их соединяют друг с другом болтами или сваркой.
По назначению стальные конструкции подразделяют на колонны, прогоны, фермы.
Колонны бывают сплошные, состоящие из одного или нескольких профилей, или решетчатые, которые состоят из двух или четырех ветвей, соединенных между собой решеткой. Верхняя часть колонны называется оголовок, нижняя — башмак. Колонна воспринимает сжимающие нагрузки.
Прогоны (балки) обычно двутаврового сечения изготовляют или из двутавровых балок, или в случае перекрытия больших пролетов сварными из стального листа (высота балки при этом может достигать 2 м).
Фермы — плоские решетчатые конструкции, перекрывающие весь пролет здания (длина ферм 18; 24; 30; 36 м и более) — изготовляют обычно из угловой стали с креплением сборочных единиц листовой сталью.
Перспективно применение пространственных металлических конструкций для перекрытия больших пролетов.
Все стальные конструкции, поступающие на стройки, должны быть огрунтованы. Места соединений и повреждения огрунтовки огрунтовывают после монтажа. Необходимо помнить, что стальные конструкции, имеющие большую несущую способность в рабочем положении, могут легко деформироваться от небольших усилий во время транспортирования и хранения. Поэтому транспортируют и хранят их в соответствии с требованиями к данной конструкции. Гибкие элементы при транспортировании раскрепляют.
2. Какую роль в железобетоне играет бетон, а какую – арматура.
Железобетон это искусственно полученный строительный материал, который соединяет в единое целое стальную арматуру и бетон. Эти конструкции несут в себе комплекс положительных прочностных качеств обоих материалов, поэтому общее сопротивление их нагрузкам имеют очень высокие показатели. Чем же обусловлено широкое применение таких, казалось бы, неоднородных материалов как стальные прутки и искусственный камень? Дело в том, что бетон сам по себе имеет разную прочность при воздействии на него сжимающих и растягивающих нагрузок. Прочность бетона на растяжение в 10-20 раз меньше его прочности на сжатие, поэтому в железобетоне ему отводится роль принятия на себя сжимающих нагрузок. Сталь наоборот имеет высокое временное сопротивление при растяжении, и используется главным образом для принятия растягивающих нагрузок. Единство этих двух различных материалов обеспечивает прекрасные эксплуатационные характеристики, при затвердевании сталь прочно скрепляется с бетоном, внутри конструкции она надежно защищена от коррозии, так как в процессе гидратации образуется щелочная среда. Положительно сказывается на качествах железобетона и близкий коэффициент линейного расширения для каждого из материалов, а также то, что в диапазоне температур от -40 до 60°С свойства бетона и арматуры не меняются, что дает возможность использовать железобетон во всех климатических зонах.
Главный фактор надежного взаимодействия бетона и арматуры это сцепление между ними. Надежное скрепление и отсутствие сдвига арматуры в бетоне зависит от многих моментов, таких как: сцепление арматуры с бетоном с помощью специальных выступов или неровностей, обжатие арматуры бетоном (бетон уменьшается в размере при затвердевании), а также играет роль молекулярное взаимодействие (склеивание) арматуры с бетоном, однако решающую роль играет первый фактор – механическое зацепление. Для лучшей совместной работы применяют арматуру периодического профиля, сварные каркас и сетки, встраивают в железобетонное изделие крюки и анкеры, которые облегчают доставку бетона.
Повредить структуре бетона и заметно снизить его прочность может высокая температура, эти явления будут происходить уже при выше 60°С. Если на бетон кратковременно воздействовать температурой 200°С, то его прочность снизится на 30%, при длительном воздействии на 40%. Если достигается критическая для бетона температура в 500-600°С, то происходит его разрушение от того, что материал обезвоживается и разрывается скелет цементного камня. Для работы при высоких температурах служит специальный жаростойкий бетон, он выдерживает до 1700°С, а обычные железобетонные изделия используются при температурах до 200°С. Чтобы предохранить стальную арматуру от коррозии и быстрого нагревания, какое бывает, например, при пожаре, а также в целях обеспечения надежного ее сцепления с бетоном, применяют специальный защитный слой толщиной 10-30 мм, который можно увеличивать, если использовать железобетонное изделие в агрессивной среде.
Важно иметь в виду такие качества железобетона как его усадка и ползучесть. Так как стальные прутки арматуры могут препятствовать свободной усадке бетона, то при затвердевании возникают растягивающие напряжения в бетоне и сжимающие в арматуре. Из-за ползучести бетона возникает перераспределение усилий в статически неопределимых системах, увеличиваются прогибы в изгибаемых элементах, перераспределяются напряжения между бетоном и арматурой в сжатых элементах и т.д. Все эти свойства необходимо учитывать при проектировании и изготовлении железобетонных изделий, нужно знать, что усадка и низкая предельная растяжимость бетона (0,15 мм на 1 м) обязательно приведут к появлению трещин в тех местах конструкции, которые подвержены растяжению. Появление трещин при эксплуатации железобетонных изделий допускается, но шириной не более 0,3 мм. Низкая трещиностойкость бетона тоже оказывается не всегда нужным качеством, например, из-за этого ограничивается совершенствование железобетона за счет невозможности использования экономичных высокопрочных сталей. Чтобы трещины в готовом железобетонном изделии не появлялись, его изготавливают с применением метода предварительного напряжения, который заключается в искусственном обжатии конструкции за счет предварительного растяжения арматуры. Есть и другой путь решения этой проблемы, это изготовление самонапряженных железобетонных конструкций, в которых обжатие бетона и растяжение арматуры происходит в результате расширения бетона при обработке в условиях определенной температуры и влажности. Такие предварительно напряженные железобетоны в силу комплекса положительных качеств (отсутствие трещин, малый расход арматуры, использование высокопрочных материалов и др.), сегодня успешно используются в несущих конструкциях зданий и инженерных сооружений. Заметным недостатком железобетона всегда был большой вес конструкций, но сегодня эту аксиому можно нарушить, если использовать в производстве ЖБИ легких и ячеистых бетонов.
Трудно представить себе другой такой же универсальный строительный материал, каким является железобетон. Он имеет массу технических и экономических преимуществ, таких как долговечность и огнестойкость, прочность бетона со временем увеличивается, он не нуждается в дополнительной обработке для защиты от разрушающих воздействий среды, арматура надежно защищена от коррозии. Железобетонные изделия хорошо переносят статические и динамические нагрузки (даже землетрясения), они обладают высокой несущей способностью, их производство организовать достаточно легко в любом регионе, потому что организация доставки песка и гравия к заводу не составит большого труда. Не обошли вниманием железобетон и те, кто делает произведения архитектурного искусства, так что этот материал можно использовать не только в типовом строительстве. Значительно ускорить и упростить процесс возведения зданий и сооружений можно за счет использования сборных железобетонных конструкций. Они тщательно проектируются и изготавливаются на хорошо оснащенных заводах, а на стройплощадке остается только собрать готовый «конструктор» с помощью средств механизации. Таким образом, значительно сокращается время на строительство, и экономятся денежные и людские ресурсы.
Задача на изгиб.
№11