Глава 8.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИИ

§ 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Здания и сооружения проектируют на основании задания на проектирование, в котором излагаются требования и условия, предъявляемые к объекту проектирования. Размеры несущих конструкций здания и сооружения определяют из условий прочности, деформативности и трещиностойкости. Вместе с тем должна быть также обеспечена устойчивость конструкций и их элементов и пространственная неизменяемость сооружения в целом.

При проектировании железобетонных конструкций следует, как правило, применять такие конструктивные решения, которые отвечали бы требованиям индустриализации и экономичности строительства. При этом должны учитываться местные условия района строительства: вид и качество заполнителей для бетона, наличие заводов по изготовлению сборных железобетонных конструкций, оснащенность строительства машинами и механизмами (транспортными и подъемными средствами) и т.д.

Технико-экономическое обоснование (ТЭО) принятых решений при проектировании конструкций имеет исключительно важное значение. В результате сопоставления вариантов необходимо принимать такое проектное решение, при котором конструкции будут иметь наименьшую стоимость в деле и удовлетворять требованиям экономии материалов (стали, древесины, цемента).

Конструкции зданий и сооружений образуются из отдельных частей и элементов, имеющих различное назначение и различно работающих под нагрузкой. Так, несущие конструкции покрытия здания несут нагрузку от кровли и снега и работают на изгиб; междуэтажные перекрытия несут нагрузку от массы людей, оборудования, материалов, изделий и т. п. и также работают на изгиб; колонны поддерживают покрытие и междуэтажные перекрытия и работают на сжатие, передавая нагрузку на фундаменты.

Основные вертикальные и горизонтальные несущие элементы здания - колонны и ригели (балки) перекры-

тий и покрытий - образуют остов здания, который называют каркасом (рис. 8.1).

Важное значение имеет унификация конструктивных схем зданий и сооружений и типизация элементов конструкций.

Колонна

-и~Л... -1 Панель перекрытий

Ригель Колонна

Пднель

Колонна

Рис. 8.1. Железобетонный каркас многоэтажного здания

Производство сборных железобетонных элементов наиболее эффективно в случае, когда на заводе ведется изготовление серий однотипных элементов. Практически наилучшие результаты получают на тех заводах железобетонных конструкций, на которых выпускают один тип изделий, например плиты покрытий или стропильные фермы. Такая специализация дает возможность совершенствовать технологические процессы изготовления арматурных каркасов и укладки бетонной смеси, упрощает складское хозяйство, позволяет спе-

циализировать транспорт, подъемные приспособления н т. п.

Следовательно, здания и сооружения должны собираться из элементов ограниченной номенклатуры, для чего в первую очередь следует унифицировать основные размеры самих сооружений.

§ 2. ВОПРОСЫ УНИФИКАЦИИ И ТИПИЗАЦИИ

Унификация объемно-планировочных решений является исключительно сложной задачей, так как размеры зданий и сооружений тесно связаны с их функциональным назначением. В результате многолетней напряженной работы многих проектных и научно-исследовательских институтов разработаны габаритные схемы зданий и сооружений, которыми и руководствуются в настоящее время при проектировании.

Кроме габаритных схем унифицированы также и нагрузки. Так, для многоэтажных промышленных зданий нормативные полезные нагрузки на перекрытия установлены в 5000, 7500, 10000, 15 000 и 20000 Н/м, для покрытий с учетом массы конструкций и снега - 3500, 4500 и 5500 Н/м2.

Использование унифицированных габаритных схем и нагрузок дает возможность ограничить число типов и размеров элементов, заказываемых заводам железобетонных конструкций, и тем самым уменьшить парк дорогих стальных форм и улучшить их оборачиваемость.

Чтобы ограниченное число типов элементов могло широко применяться в различных зданиях, расстояния между колоннами в плане (сетка колонн) и высоты этажей унифицируются, т. е. приводятся к ограниченному числу размеров.

Для одноэтажных промышленных зданий установлены унифицированные размеры пролетов: 6, 12, 18, 24, 30, 36 м и т. д.; шаг колонн (в продольном направлении) 6 и 12 м; высота от пола до низа несущих конструкций покрытия должна быть кратна модулю 600 мм, например 10,8; 12,6 м и т. д. до 18 м.

Для многоэтажных промышленных зданий приняты унифицированные сетки колонн 6X6 и 6X9 м и высоты этажей 3,6; 4,2; 4,8; 6 м и т. д.

В гражданских зданиях в качестве укрупненного модуля для сетки в продольном (шаг) и поперечном

(пролет) направлениях назначают от 2 до 6 м. Для многоэтажных каркасных зданий принята сетка колонн 6X6 м. Высота этажей для жилых зданий принята 2,8 м, а для административных зданий -3,3; 3.6 м и т. д., т. е, кратно модулю 300 мм.

Для увязки размеров здания илн сооружения с размерами отдельных элементов несущих и ограждающих

Зазор КвнструктуНпаИАИно 1н 3gJgfiS?g/W

I Номинальная длина1и

Рис. 8.2. Номинальные и конструктивные размеры сборных эле-, ментов

а - панели; б - ригели

конструкций используют следующие три категории размеров: номинальные, конструктивные и натурные (рис. 8.2).

Номинальными размерами являются расстояния между разбивочными 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 размер зазора принимают не менее 30 мм.

Натурными называются фактические размеры элемента, которые в зависимости от точности его изготов-

лспия могут отличаться от конструктивных размеров на некоторую величину, называемую допуском (3-10 мм).

При проектировании конструктивные размеры элементов назначают с учетом необходимых зазоров в П1вах и стыках, а также с учетом нормированных допусков.

Нельзя ограничиться только унмфикацией схем сооружений и нагрузок, так как форма сечения элементов и способы их соединения могут быть весьма разнообразны. Поэтому унификации должна сопутствовать типизация конструкций, при которой выбираются наиболее рациональные формы элементов, разрабатываются и применяются однообразные типы армирования и соединения элементов. С учетом всех этих условий составляются типовые рабочие чертежи конструкций, обязательные для применения в проектах зданий и сооружений. Например, имеются типовые чертежи колонн, балок, ферм, плит перекрытий многоэтажных промышленных зданий при определенных пролетах и сетке колонн, чертежи плит покрытий одноэтажных промышленных зданий, подкрановых балок, фундаментных балок, бункеров, резервуаров и т. д.

Типовые чертежи с течением времени перерабатываются с тем, чтобы в них можно было внести изменения, вызываемые техническим прогрессом и новыми требованиями.

Опыт типизации показывает, что для изгибаемых элементов (например, плит перекрытий) целесообразно для плит разной длины или под разную нагрузку сохранять размеры поперечного сечения, изменяя лишь сечение арматуры. Для балок покрытий, длина которых и размер нагрузки меняются в большем диапазоне, рекомендуется менять и размеры сечения, и армирование. Для колонн многоэтажных гражданских зданий (а в ряде случаев и промышленных зданий) следует сохранять неизменными размеры поперечных сечений и изменять по этажам здания лишь сечение арматуры и марку бетона. При этом, несмотря на некоторый излишний расход бетона в колоннах верхних этажей, общая стоимость конструкций снижается благодаря многократному использованию форм, унификации арматурных каркасов; кроме того, при постоянных размерах сечения колонн по этажам соблюдается однотипность балок перекрытий, опирающихся на колонны.

§ 3. ВЫБОР ТИПА КОНСТРУКЦИИ

Основными вопросами проектирования являются выбор материала и конструктивной схемы. Выбор производится сравнением технико-экономических показателей возможных вариантов конструкций. По существу, это тот же путь последовательного приближения к искомому решению, который широко применяется при решении инженерных задач.

Критерии при техинко-экоиомнческом сравнении мо гут меняться. В некоторых случаях предъявляются тре бования экономии материалов, в других оценка произ водится с точки зрения трудоемкости, сроков строи тельства или размеров капиталовложений и т. д. Однако независимо от конъюнктурных соображений ра ционально запроектированное здание или сооружение должно быть построено с наименьшей затратой средств материалов, рабочей силы и в кратчайшие сроки, т. е дешево и быстро. При оценке решения учитывают также эксплуатационные расходы: стоимость текущего ре монта, расходы на отопление, освещение и т. п.

На всех этапах проектирования необходимо иметь ясное представление о технологии производства работ, которая намечается с учетом местных условий; нельзя-правильно спроектировать конструкцию, не зная как она будет выполняться.

Если в результате сравнения вариантов из различных материалов окажется, что следует отдать предпочтение железобетону, то надо решить, какой вид железобетонных конструкций применить - сборный, сборно-монолитный или монолитный.

1. Особенности сборных конструкций. Сборные конструкции, как правило, образуются членением конструкций или сооружений на элементы, которые допускают их массовое изготовление на заводах. Чтобы добиться наибольшей простоты соединения и восстановления после сборки начальной расчетной схемы, целесообразно располагать места разрезов в сечениях с наименьшими изгибающими моментами. При постоянных нагрузках, например, устройство шарниров в нулевых точках эпюры изгибающих моментов неразрезной балки не меняет ее напряженного состояния, поэтому стыки в шарнирах осуществляются чрезвычайно просто.