ЖБИ – уникальный симбиоз бетона (песок, вода, цемент и специальные добавки) и стальной арматуры, соединенные в один простой или сложный конструктив. Появление железобетона относится примерно к 1877-1833 гг. Предположительно открытие инновационного материала относится к французу Монье, который запатентовал первые железобетонные шпалы, перекрытия, балочные элементы и др.
Благодаря отменным эксплуатационным показателям и значительной простоте технологии производства материал быстро обрел популярность и стал использоваться во всех сферах строительства.
Все, что нужно знать о железобетоне
Железобетон обладает достаточной жесткостью, надежностью в использовании и стойкостью к воздействию любой степени агрессивности внешней среды и прочих факторов. ЖБК (или железобетонные конструкции) отличаются высокой пожаростойкостью, могут активно воспринимать статико-динамические и прочие нагрузки, и, конечно, имеют неизменно долгий срок службы, что позволяет отнести железобетон к группе уникальных стройматериалов. Использование ЖБИ позволяет повысить технологичность процессов и снизить финансовые вливания в реализацию даже самых сложных строительств, так как материал имеет превосходные рабочие параметры. На сегодня аналогов железобетону нет.
На практике во всех сферах строительства, энергетики, промышленности, связи и др. применяют железобетонные изделия и монолитный железобетон. Последний используют в основном в гражданском и промышленном строительстве зданий и сооружений различной сложности. ЖБИ обладают высокой универсальностью, а в сочетании с монолитным железобетоном получают высокопрочные и долговечные сооружения. Например, по современным технологиям при постройке жилых домов несущие перекрытия обустраивают посредством заливки монолитного железобетона, а перемычки и ограждения – из легких бетонных блоков.
Качественное производство, грамотный монтаж и корректная эксплуатация ЖБИ позволяют продлить несущую способность на ничем не ограниченное время. Набор прочности железобетона объясняется испарением содержащейся в структуре бетона влаги, в результате чего происходит упрочнение бетона. Важную роль в конструкциях играет стальная арматура, которая обеспечивает нормальное восприятие бетоном сдавливающих и сламывающих нагрузок. Изделие сохраняет форму.
Каким образом проектируют ЖБИ
Для того чтобы определить лучший состав бетона и изготовить из него качественные изделия, выполняют ряд специальных расчетов. Прочность бетона определяется подбором арматуры. Для этого определяют количество и диаметр прутков. Все расчеты выполняет опытный специалист, так как в противном случае могут быть получены "слабые" конструкции. Такие преждевременно разрушатся и приведут к перерасходу денег на реализацию строительного проекта.
В проектировании ЖБИ используются различные методы, направленные на получение пригодного к эксплуатации и обладающего достаточной несущей способности железобетонного изделия. В учет принимают деформационные, статико-динамические и прочие нагрузки. Напомним, что различают центрально-изгибаемые (балки) и внецентрально-сжатые (колонны) элементы.
Проектирование ЖБИ и ЖБК включает следующие этапы:
1. Расчет арматуры производят по пределам разрушающих деформирующих сил в зоне растяжения бетона. Прутки ориентируют направленно действию растяжения. Заметьте, что продольно-расположенная арматура нейтрализует разрушающие силы в стандартных разрезах, а поперечно-расположенная – в наклонных. Конструкции, подвергаемые сжатию, могут воспринимать нагрузки полноценно. Поперечно-расположенная арматура ограничивает возможные деформирования по главной оси. Следовательно, различают две формы разрушения:
- по нормальным сечениям от влияния изгибающего момента;
- по наклонным сечениям от воздействия наклонных сил.
2. Различают 3 основные стадии напряженно-деформированного состояния (ключевые опытные методы расчетов ЖБИ):
- до появления первых трещинок в месте растяжения (бетон и сталь воспринимают нагрузки растяжения совместно);
- после растрескивания бетонной поверхности (при этом непосредственно в трещинах растяжение воспринимает стальные прутки, а во всех остальных зонах – и бетон, и упрочняющие прутки);
- стадия разрушения (на границе текучести стальных элементов).
Основные методы расчета ЖБИ
Основной метод – это расчет материалов по допустимым напряжениям. Бетон принимается за некий упругий компонент, а по ряду допущений площадь сечения арматуры заменяется аналогичной площадью сечения бетонного состава. Метод не используется, так как выпущены современные наполнители и добавки, улучшающие показатели железобетона. Также не удается дать точный расчет по запасу прочности и найти истинное напряжение в железобетоне, что исключило бы перерасход стали на армирование бетона.
Второй метод – это расчет железобетона по предельно-допустимым состояниям. Вводятся коэффициенты, которые учитывают максимальные агрессивные сочетания напряжений и минимальные параметры прочности. Способ расчета позволяет экономить исходные материалы при производстве ЖБИ. Значения напряжений устанавливаются регламентами. Различают следующие нагрузки (все их учитывают при расчетах):
- постоянные – от элементов здания;
- длительные – от оборудования (учитываются и временные нагрузки);
- кратковременные, возникающие при сборке, перевозке и установке ЖБИ;
- особые – от сейсмической активности, взрывные и разрывные при смещениях грунтов, а также другие аварийные состояния, которые могут оказывать неблагоприятные влияния на железобетонные конструкции.
Что в итоге?
Проектирование железобетонных конструкций осуществляется в соответствии с условиями эксплуатации и возникающими суммарными нагрузками. Все расчеты производят согласно условиям СНиП. Грамотно выполненные проектные работы позволяют сократить издержки производства и получить высококачественные изделия.