Железобетон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

[править] Общая информация

Железобето́н — композитный строительный материал, представляющий собой залитую бетоном стальную арматуру. Запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений.

Французский садовник Монье выращивал в теплицах пальмы, затем пересаживал саженцы в глиняные горшки и отправлял для продажи в Англию. Горшки в дороге бились, пальмы погибали. Садовник терпел большие убытки. Однажды раздосадованный Монье решил слепить кадку для пальмы из цемента. Он взял две деревянные бочки и поместил их одна в другую, а промежуток между стенками залил цементом, получив бетонную тонкостенную бочку. Для большей прочности он заключил ее в каркас из железных стержней, а потом для красоты покрыл каркас тонким слоем жидкого цемента. После затвердения новая бочка оказалась на редкость прочной, и Монье был выдан патент на изобретение. Это случилось в 1861 году, который принято считать годом изобретения железобетона как универсального несгораемого строительного материала.

В XX веке железобетон является наиболее распостраненным материалом в строительстве.

Термин "железобетон" абстрактен и употребляется обычно в выражении "теория железобетона". Если речь идет о конкретном объект будет правильней говорить "железобетонная конструкция", "ж/б конструкция", "железобетонный элемент" (сказать "балка из железобетона" можно, но профи будут на вас коситься).

К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:

• невысокая цена железобетонные конструкции значительно дешевле стальных
• пожаростойкость в сравнении со сталью и деревом
• технологичность несложно при бетонировании получать любую форму конструкции
• химическая и биологическая стойкость не подвержен коррозии, старению, гниению

К недостаткам железобетонных конструкций относятся:

• невысокая прочность при большой массе прочность бетона в среднем в 10 раз меньше прочности стали. в больших конструкциях железобетон "несет" большей своей массы, чем полезной нагрузки

Выделяют сборный железобетон (ж/б конструкции изготавливаются в заводских условиях, затем монтируются в заводских условиях) и монолитный железобетон (бетонирование выполняется непосредственно на строительной площадке)

[править] Основные принципы проектирования железобетонных конструкций

!!! Данную статью нельзя использовать как руководство по проектированию, она носит ознакомительный характер. Рассмотренные здесь случаи типичны, на их примере нельзя проектировать реальные конструкции. Именно поэтому здесь намеренно нет никаких формул для расчетов. Если вы не обладаете специальными знаниями, не пытайтесь возводить потенциально опасных ж/б конструкции (перекрытия или многоэтажные каркасы) -- это опасно для жизни людей, которые будут под ними находиться !!!

Главной задачей при проектировании железобетонной конструкции является расчет армирования. Армирование конструкций выполняется стальными стержнями. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчетами. При этом соблюдается следующий принцип - арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в перенапряженные сжатые зоны.

Железобетонные элементы рассчитываются по прочности, жесткости, трещиностойкости.

По характеру работы выделяют изгибаемые элементы (балки, плиты), сжатые элементы (колонны), растянутые элементы, фундаменты.

[править] Изгибаемые элементы (балки, плиты)

При изгибе любого элемента в нем возникает сжатая и растянутая зоны (см. рисунок), изгибающий момент и поперечная сила. В железобетонной конструкции выделяется две формы разрушения

• по нормальным сечениям - сечениям, перпендикулярным продольной оси, от действия изгибающего момента
• по наклонным сечениям - от действия поперечных сил

В типичном случае армирование балки выполняется продольной и поперечной арматурой (см. рисунок).

Изгиб и армирование железобетонной балки

Основными параметрами конструкции являются:
L - пролет балки или плиты, расстояние между двумя опорами. Обычно составляет от 3 до 25 метром;
H - высота сечения. С увеличением высоты прочность балки расчет пропорционально h²;
B - ширина сечения;
a - защитный слой бетона. Служит для защиты арматуры от воздействия внешней среды;
s - шаг поперечной арматуры.

Арматура (1), устанавливаемая в растянутую зону, служит для упрочнения бетона, который в силу своих свойств быстро разрушается при растяжении. Арматура (2) в сжатую зону устанавливается обычно без расчета (из необходимости приварть к ней поперечную арматуру), в редких случаях верхняя арматура упрочняет сжатую зону бетона. Растянутая арматура и сжатая зона бетона (и иногда сжатая арматура) обеспечивают прочность элемента по нормальным сечениям (см. рисунок).

Разрушение ж/б элемента по нормальным сечениям

Поперечная арматура (3) служит для обеспечения прочности наклонных сечений (см. рисунок)

Разрушение ж/б элемента по наклонных сечениям

Рапределительная арматура (4) имеет конструктивное назначение. При бетонировании она связывает арматуру в каркас.

Разрушение элемента в обоих случаях наступает вследствие разрушения бетона растягивающими напряжениями. Арматура устанавливается в направлении действия растягивающих напряжений для упрочнения элемента.

Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается проектировать без установки верхней и поперечной арматуры.

Плиты армируются по такому же принципу как и балки, только ширина B в случае плиты значительно превышает высоту H, продольных стержней (1 и 2) больше, они равномерно распределены по всей ширине сечения.

Кроме расчета на прочность для балок и плит выполняется расчет на жесткость (нормируется прогиб в середине пролета при действии нагрузки) и трещиностойкость (нормируется ширина раскрытия трещин в растянутой зоне).

[править] Сжатые элементы (колонны)

При сжатии длинного элемента для него характерна потеря устойчивости (см. рисунок). При этом характер работы сжатого элемента нескольно напоминает работу изгибаемого элемента, однако в большинстве случаев растянутой зоны в элементе не возникает.

Если изгиб сжатого элемента значителен, то он рассчитывется как внецентренно сжатый. Конструкция внецентренно сжатой колонны сходна с центрально сжатой, но в сущности эти элементы работают (и рассчитываются) по разному. Также элемент будет внецентренно сжат, если кроме вертикальной силы на него будет действовать значительная горизонтальная сила (например ветер, давление грунта на подпорную стенку).

Типичное армирование колонны представлено на рисунке.

Работа и армирование сжатой колонны

В сжатом элементе вся продольная арматура (1) сжата, она воспринимает сжатие наряду с бетоном. Поперечная арматура (2) обеспечивает устойчивость арматурных стержней, предотвращает их выпучивание.

Центрально сжатые колонны проектируются квадратного сечения.

[править] Изготовление сборных железобетонных конструкций

[править] Изготовление монолитных железобетонных конструкций

[править] См. также

• Предварительно напряжённый железобетон

Это незавершённая статья. Вы поможете проекту, исправив и дополнив её. Это примечание следует заменить более точным.