Ю. В. Зайцев, Л. П. Хохлова, Л.Ф. Шубин
ОСНОВЫ
АРХИТЕКТУРЫ
И СТРОИТЕЛЬНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ
Под редакцией д-ра техн, наук, проф. Ю. В. ЗАЙЦЕВА
Допущено
Государственным комитетом
СССР по народному образованию
для студентов санитарно-технических
специальностей высших учебных
заведений
@
Москва
«Высшая школа» 1989
ББК -3fr4
3-17
УДК^694Ч)1
Рецензенты:
кафедра конструкций зданий Вильнюсского инженерно-строительного
института (зав. кафедрой канд. техн, наук Ч. Игнатавичус);
заслуженный деятель науки и техники РСФСР д-р техн, наук, проф.
Р. Л. Маилян (зав. кафедрой железобетонных конструкций Ростовского
инженерно-строительного института)
Зайцев Ю. В., Хохлова <П. П., Шубин <П. Ф.
3-17 Основы архитектуры и строительные конструкции: Учеб, для
вузов/Под ред. Ю. В. Зайцева.— М.: Высш, шк., 1989.—391 с.:
ил.
ISBN 5-06—001326- X
В учебнике приводятся архитектурно-планировочные и конструктивные решения
гражданских и промышленных зданий, основные положения проектирования строи-
тельных конструкций; рассматриваются железобетонные и металлические конструк-
ции и методы их расчета; изложены расчетно-конструктивные вопросы, относя-
щиеся к проектированию специальных зданий и сооружений систем водоснабжения
и канализации, теплогазоснабжения и вентиляции.
Для студентов вузов по специальности «Водоснабжение, канализация, рацио-
нальное использование и охрана природных ресурсов».
3
3305000000(4309000000)—027
187—88
001(01)—89
ISBN 5—06—001326—X
ББК 38.4
6С4.03
© Издательство «Высшая школа», 1989
ПРЕДИСЛОВИЕ
Большая программа строительных
работ выдвинута партией на двенадцатое пятилетие и по-
следующие годы. Для успешного выполнения этой про-
граммы необходимо существенно сократить сроки строи-
тельства путем концентрации капитальных вложений, ма-
териальных и трудовых ресурсов, повышения уровня инду-
стриализации, совершенствования организации строитель-
ного производства. Важным является также совершен-
ствование архитектурно-строительного проектирования.
Огромная роль в решении названных задач принадле-
жит будущим инженерам строительных специальностей.
Они должны в совершенстве владеть основными архи-
тектурно-конструктивными решениями промышленных,
гражданских и сельскохозяйственных зданий и сооруже-
ний, умело применять их на практике.
Настоящий учебник написан в соответствии с програм-
мами учебных дисциплин «Архитектура и строительные
конструкции», «Архитектура и строительные конструкции
зданий и сооружений» для специальностей «Теплогазо-
снабжение и вентиляция» и «Водоснабжение, канализа-
ция, рациональное использование и охрана водных ресур-
сов». Предполагается, что студенты знакомы с основами
курсов строительных материалов, сопротивления материа-
лов и строительной механики. Излагаемый материал осно-
ван на новейшем методе расчета строительных конструк-
ций, отражает современный мировой уровень высокоэф-
фективных строительных конструкций - предварительно
напряженных железобетонных, а также других строи-
тельных конструкций, характеризующих научно-техни-
ческий прогресс в рассматриваемой области.
Одной из методических особенностей книги является
насыщенность контрольными вопросами и примерами рас-
чета. Это делает ее особенно удобной для самостоятельно-
го изучения студентами, обучающимися по заочной форме.
Рекомендуем студентам в процессе изучения курса пытать-
ся самостоятельно решать задачи, приводимые под рубри-
кой «Примеры расчета» и лишь после того, как задача
решена, сравнить полученное решение с приведенным в
книге.
Рекомендуем также после изучения каждой главы
пытаться самостоятельно сформулировать (устно или
з
письменно) ответы на контрольные вопросы и лишь после
этого заглянуть в соответствующие разделы учебника,
чтобы проверить правильность своих ответов.
Предисловие написано Ю. В. Зайцевым; введение —
Ю. В. Зайцевым и Л. П. Хохловой; гл. 1...3 (кроме части
§ 3.6—«Основы строительной акустики»)— Ю. В. Зайце-
вым; часть § 3.6— И. Л. Шубиным; гл. 4, вводная часть к
гл. 14, § 14.1, вводная часть к гл. 15, § 15.1— Л. П. Хохло-
вой; гл. 5 (кроме §5.2) —Л. Ф. Шубиным; §5.2—
А. Л. Шубиным; гл. 6...13, § 14.2...14.4, 15.2...15.6 и заклю-
чение— Ю. В. Зайцевым; § 14.5—Ю. В. Зайцевым и
А. Л. Шубиным.
Авторы выражают благодарность рецензентам за цен-
ные замечания, сделанные при рецензировании учебника.
Замечания и предложения по содержанию учебника
и его оформлению направлять по адресу: 101430. Москва,
ГСП-4, ул. Неглинная, д, 29/14, издательство «Высшая
школа».
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
в
Программа дальнейшего экономического и социального
развития нашей страны на двенадцатую пятилетку и на период до 2000 года преду-
сматривает поднять на качественно новый уровень капитальное строительство,
обеспечить дальнейшее повышение уровня индустриализации строительства и сте-
пени заводской готовности строительных конструкций и деталей, а также расши-
рить объем производства изделий из местных материалов и применение новых эффек-
тивных конструкций. Предусмотрено повысить производительность труда в строи-
тельстве на 16...17%, в промышленности строительных материалов - на 16...18%,
снизить себестоимость продукции в промышленности строительных материалов
на 4...5%. Реализация этой программы должна базироваться на ускоренном внед-
рении достижений научно-технического прогресса и интенсификации производства.
В нашей стране осуществляется огромное по объемам жилищно-гражданское строи-
тельство, имеющее важное значение для дальнейшего подъема благосостояния и
уровня жизни народа, проектируются и вводятся в действие важные промышленные
объекты. Все это предъявляет высокие требования к выразительности архитек-
турных решений зданий и инженерных сооружений, к эффективности применяемых
для этих зданий и сооружений строительных конструкций.
Архитектура это искусство создавать материально-организованную среду оби-
тания человека; с одной стороны, она основывается на требованиях удобства, проч-
ности, экономичности, а с другой - призвана создавать эстетически совершенные
здания, достойные социалистического общества. При строительстве зданий и соору-
жений решение практических утилитарных задач всегда должно неразрывно соче-
таться с художественным творчеством.
Архитектура, равно как и конструкции не только зданий, по и инженерных соо-
ружений, развивалась в соответствии со сменой исторических эпох: первобытно-об-
щинного, рабовладельческого, феодального, капиталистического строя и социа-
листической эпохи. Проследим эту тенденцию на примере водопроводно-канали-
зационных систем.
Первые сведения об искусственных сооружениях для добывания воды относятся
к Египту, где за 3000 лет до н. э. применялись колодцы с простейшими механизмами
для подъема воды, Китаю (воду добывали с помощью воротов), Вавилону (вода по-
давалась с помощью блоков и норий). В водопроводах Египта и Вавилона вода рас-
пределялась из резервуаров с применением различных труб -- гончарных, дере-
вянных и металлических (свинцовых и медных). В античной Греции и Древнем Риме
уже существовали централизованные системы водоснабжения. Так, в Риме имелось
несколько водопроводов. Вода подавалась к городу самотеком по каналам и спе-
циальным мостам -- акведукам. Акведуки представляют весьма интересные образцы
инженерного искусства, сохранившиеся до наших дней. Вода в Древнем Риме подво-
дилась к центральным резервуарам, откуда подавалась по трубам к общественным
баням и купальням, дворцам и домам богатых граждан, а также к общественным
фонтанам и бассейнам, которыми пользовалось население. Однако для обществен-
ного пользования использовалось всего около 30% воды, подававшейся в город.
После падения рабовладельческой Римской империи в период многовековой
феодальной эпохи средневековья вопросам санитарной техники уделялось мало вни-
мания. Средневековые города находились в антисанитарных условиях, следствием
которых являлись многочисленные эпидемии. Только промышленная революция
XVIII в. способствовала строительству фабрично-заводских централизованных водо-
проводов в эпоху капитализма.
В России в эпоху капитализма (в 1804 г.) был создан первый Московский водо-
провод, подающий в город самотеком грунтовую воду от села Мытищи на расстояние
5
16 км. Этот водопровод, перестроенный затем на напорный, неоднократно реконст-
руированный, участвует и теперь в снабжении столицы водой.
С первых лет Советской власти партия проявила исключительную заботу об улуч-
шении санитарного состояния населенных мест. Выполнение грандиозной задачи
индустриализации нашей страны потребовало строительства крупнейших систем
инженерных коммуникаций, специальных зданий и сооружений для новых промыш-
ленных районов и предприятий, причем масштабы водопотребления некоторых про-
мышленных объектов, таких, как Магнитогорский, Кузнецкий металлургические
комбинаты, Запорожский бумажный комбинат, Горьковский автозавод и др., во мно-
го раз превосходили масштабы крупных городов.
Огромным достижением архитектуры и строительной техники (конца 20-х
начала 30-х годов) явилось сооружение грандиозного комплекса Днепрогэса
им. В. И. Ленина. Его архитектурный замысел является одним из впечатляющих дос-
тижений эпохи социалистического реализма.
Большое значение в деле развития архитектуры и строительных конструкций
сыграло постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О развитии произ-
водства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства» (1954).
Это постановление положило начало коренному техническому перевооружению
строительства. На смену монолитному железобетону, изготовляемому на строитель-
ной площадке, явились индустриальные сборные железобетонные конструкции.
Осуществляя курс на всемерный подъем уровня жизни народа, партия и госу-
дарство постоянно уделяют внимание улучшению жилищных условий советских
людей. За последние годы существенно улучшился стандарт жилища, типы квартир
стали больше соответствовать демографическому составу населения. Городской жи-
лищный фонд характеризуется высоким уровнем благоустройства: 89% жилой
площади обеспечено водопроводом, 87% канализацией, 80%— центральным отопле-
нием, 79%— снабжается газом. Стоимость основных фондов жилищного хозяйства
составляет почти пятую часть стоимости всех основных фондов страны. Новые типо-
вые проекты будут и в дальнейшем внедряться в практику массового строительства.
Интересен опыт строительства в Москве, где развернулось сооружение жилых
домов на основе Единого каталога унифицированных конструкций и изделий. Минские
строители создали на основе блок-секций живописные жилые кварталы. Плодо-
творны поиски ленинградских архитекторов, применивших при застройке пригород-
ной зоны новые принципы создания разноэтажных жилых структур. Полезен опыт
зодчих Ташкента, Новосибирска, Красноярска, применивших фасадные стеновые
панели и ограждения балконов с рельефной поверхностью. Из широко применяемых
материалов  бетона и железобетона — можно выполнять сооружения, обладающие
большой архитектурной выразительностью. Используя белый и цветные цементы,
можно получить бетонную поверхность практически любого цвета. Большие возмож-
ности для создания богатой фактуры бетона дает выявление заполнителей с помощью
механической или физико-химической обработки. Фактура бетонной поверхности легко
изменяется путем использования различной опалубки. Например, применение нестро-
ганой дощатой опалубки дает грубую фактуру бетона. Эти и другие новшества,
безусловно, найдут широкое распространение в строительстве и будут содействовать
созданию разнообразного архитектурного облика городов и поселков согласно по-
становлению ЦК КПСС и Совета Министров СССР (от 17 октября 1987 г.)
«О дальнейшем развитии советской архитектуры и градостроительства».
1
ОСНОВАНИЯ
И ФУНДАМЕНТЫ
РАЗДЕЛ
Результатом созидательного труда строителей
являются готовые здания и сооружения. Наземное строение, состоя-
щее из отдельных взаимосвязанных частей — несущих и ограждаю-
щих конструкций, предназначенное для проживания и пребывания
людей, а также для выполнения различных производственных про-
цессов (жилой дом, гостиница, завод и т. п.), называется зданием.
Сооружение — это строение специального назначения, предназначен-
ное для выполнения производственных процессов различного вида,
хранения материалов и др. (водозаборное сооружение, резервуар
для хранения жидкости, трубопровод, дымовая труба, газгольдер,
канализационное очистное сооружение и т. д.). Всякое здание и соо-
ружение передает действующие па него нагрузки, включая собствен-
ный вес, на основание. Основание — это напластование грунтов,
воспринимающее давление от сооружения. Грунтами называют гор-
ные породы коры выветривания литосферы. В геологии все горные
породы, кроме скальных, называют рыхлыми горными породами,
однако в механике грунтов (см. § 1.1) их называют грунтами. Ос-
новной их особенностью является раздробленность (диспер-
сность) .
Глава 1
ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ
Механика грунтов как наука является разделом
механики твердого деформируемого тела и рассматривает физико-
механические свойства грунтов, распределение в них напряжений,
деформации грунтов, а также условия устойчивости массива грунта.
Механика грунтов создает теоретический базис для расчета основа-
ний зданий и сооружений.
1.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ
Все грунты делят на два основных класса:
скальные и нескальные. К скальным относятся грунты, имеющие
жесткие связи между частицами. Нескальные грунты, в свою очередь,
делят на связные и несвязные. Если между частицами существуют
подвижные водно-коллоидные связи (резко изменяющие свою проч-
ность под влиянием увлажнения или осушения), то грунты называют
7
связными. Если же связей между частицами нет, то грунты называют
несвязными или раздельно-зернистыми.
Физические свойства грунтов характеризуются следующими пара-
метрами:  плотностью р, т. е. отношением массы образца грунта
естественной (ненарушенной) структуры к его объему;  плотностью
р., твердых частиц грунта, т. е. отношением массы твердых частиц к
их объему;  влажностью грунта W — отношением (в долях едини-
цы) массы воды в порах грунта к массе минеральных частиц;  плот-
ностью скелета грунта pj, т. е. отношением массы твердых частиц
грунта (сухих) к объему образца ненарушенной структуры (до вы-
сушивания), prf=p/( 1-}-UZ);  отношением объема твердых частиц
к объему образца т; это отношение может быть выражено через
плотность p.s, p(i так: /n=prf/ps;  пористостью п — отношением
объема пор к объему всего образца, п— 1—т, или п=1—р<//р4-;
 коэффициентом пористости е отношением объема пор в грунте
к объему минеральных частиц, е=п/т, или e=(ps—pri)/p,f.
Плотность и влажность грунта определяют экспериментально,
другие характеристики вычисляют по приведенным формулам.
Любой грунт состоит из отдельных частиц, размер которых может
быть в пределах от нескольких микрометров до нескольких санти-
метров (т. е. от 10 6 до 10 2 м). Размер отдельных фракций и их
содержание в нескальном грунте являются одним из критериев оцен-
ки его свойств. Обычно производят гранулометрический анализ грун-
та, результаты которого изображают графически (рис. 1.1). По оси
абсцисс откладывают размеры фракций в логарифмическом масшта-
бе, по оси ординат их процентное содержание в грунте. Ординату
для каждого размера частиц получают суммированием с данными
для предыдущих размеров (каждая точка графика дает суммарное
8
количество частиц данного размера и размеров, меныпих данного).
Полученную таким образом характеристику его гранулометрического
состава называют кривой неоднородности грунта.
Пластичность — свойство грунта иод действием внешних сил не
разрушаться и сохранять свою форму после устранения этих сил.
Примечательно, что свойствами пластичности грунт обладает только
при определенных значениях влажности. Граничное значение влаж-
ности, соответствующее потере грунтом пластичности с переходом
в твердое состояние, называют границей пластичности (или грани-
цей раскатывания); другое граничное значение влажности, соответ-
ствующее потере пластичности с переходом в текучее состояние,
считают границей текучести. Разность границы пластичности Wp и
границы текучести WL называют числом пластичности /Р. Оно харак-
теризует интервал влажностей, в пределах которого грунт сохраняет
свои пластичные свойства. Чем больше содержание в грунте пыле-
вато-глинистых частиц, тем больше число пластичности. Это обстоя-
тельство положено в основу разделения грунтов па пластичные
(пылевато-глинистые) с /Р^0,01 и непластичные (песчаные) с
/Р<0,01.
Пластичные грунты имеют чешуйчатую структуру и состоят из
мелких связанных между собой частиц. Поры между чешуйками
обычно заполнены водой; зимой эта вода замерзает, вызывая пуче-
ние грунтов. Пылевато-глинистые грунты (число пластичности
/Р^0,01, содержание пылевато-глинистых частиц более 3%) делят
на три группы:  супеси с /Р=0,01 ...0,07, содержание пылевато-гли-
нистых частиц 3...12%;  суглинки с /Р=0,07...0,17, содержание
пылевато-глинистых частиц 12...25%;  глины с 7Р=0,17, содержание
пылевато-глинистых частиц более 25%. В зависимости от влажности
пылевато-глинистые грунты могут быть в твердом, пластичном и те-
кучем состояниях, причем для пластичного состояния, в свою очередь,
установлено четыре градации — текучепластичная, мягкопластич-
ная, тугопластичная и полутвердая.
Непластичные (песчаные) грунты — сыпучи и в сухом состоянии
не обладают свойствами пластичности. В зависимости от размера
зерен пески подразделяют на крупные, средние, мелкие и пылевид-
ные (последние содержат 15 -50% пылевидных частиц размером
5...50 мкм). Песчаное основание значительной мощности дает быстро
затухающую и равномерную осадку и не обладает свойством пуче-
ния. Среди нескальных грунтов выделяют крупнообломочные --
щебень, гальку, гравий. Они содержат по массе более 50% кристал-
лических и осадочных пород крупностью более 2 мм и этим отли-
чаются от песка, где содержание названных частиц менее 50%.
Крупнообломочные грунты малосжимаемы и, как правило, дают под
нагрузкой небольшие и равномерные осадки. Они не обладают свой-
ством пучения. Пески и крупнообломочные грунты по своим природ-
ным качествам служат хорошим основанием для зданий и сооруже-
ний.
ч
1.2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
МЕХАНИКИ ГРУНТОВ
Под действием передаваемых сооружением вер-
тикальных или наклонных сил в массиве основания возникают нор-
мальные и касательные напряжения, приводящие к деформации грун-
тов. Кроме того, напряжения возникают под действием собственного
веса грунта.
Поскольку грунты относятся к дисперсным телам, при их рассмот-
рении кроме закономерностей деформируемости сплошных тел прихо-
дится учитывать изменение объема пор при сжатии, т. е. дополни-
тельно рассматривать закон уплотнения (закон компрессии). Кроме
того, в грунтах, как и в сплошных телах, при действии нормальных
напряжений наблюдается боковое расширение, но по более сложной
закономерности.
В грунтах деформации сдвигов рассматривают сравнительно ред-
ко, важным является сопротивление их сдвигу при предельном напря-
женном состоянии. Это сопротивление зависит от определяемых в
соответствии с законом сопротивления грунтов сдвигу угла внутрен-
него трения и удельного сцепления грунтов.
Сжимаясь под действием местной нагрузки, грунт последователь-
но испытывает различные стадии деформирования (рис. 1.2). По оси
абсцисс приведены действующие на грунт напряжения о, по оси орди-
нат — деформации грунта S. На диаграмме двум характерным точ-
кам М и N соответствуют критические давления оми Од. Величина
— предел пропорциональности, oN — предел несущей способнос-
ти. При давлении oN достигается предельное состояние грунта по
прочности.
Деформация вначале происходит вследствие вертикального пе-
ремещения частиц грунта и соответствующего уменьшения пор, ког-
да горизонтальные смещения частиц исчезающе малы. Деформации
грунта S, соответствующие данной стадии сопротивления (оСо^),
быстро стабилизируются (достигают своей конечной величины). Да-
лее при о^СоСОд линейная зависимость между давлением и дефор-
мацией исчезает и увеличение деформации как бы обгоняет увели-
чение нагрузок. Стабилизация деформаций не происходит, в грунте
возникают незатухающие во времени деформации ползучести. Это
объясняется тем, что деформация грунта происходит уже главным
образом в результате горизонтального смещения его частиц, в грунте
появляются площадки сдвигов, и вся стадия работы грунта называет-
ся стадией сдвигов (участок MN на диаграмме). При дальнейшем
увеличении давления наступает третья критическая стадия, когда
происходит рост деформаций без увеличения внешнего давления
(участок ND).
Сопротивление грунтов сдвигу. Мысленно рассечем некоторый
находящийся в равновесии массив грунта наклонной плоскостью
/—/ (рис. 1.3). Силу тяжести Q грунта, отсеченного плоскостью /—/,
10
разложим на силу Af, направленную перпендикулярно плоскости /—/
и как бы прижимающую к ней отсеченный массив грунта, и силу Т,
направленную параллельно плоскости 1—I и сдвигающую отсеченную
часть грунта. По плоскости /—/ имеются силы связности грунта Рг,
действующие перпендикулярно ей, и силы сопротивления сдвигу W,
направленные параллельно ей. Если увеличивать угол а, то он в сос-
Рис. 1.2. Стадии де-
формаций грунта под
местной нагрузкой
Рис. 1.3. Схемы сил, действующих при
сдвиге грунта
тоянии предельного равновесия (W—T) достигнет некоторого значе-
ния (р, называемого углом сдвига. Для сыпучих (несвязных) грунтов
угол сдвига равен углу внутреннего трения ф. Для связных грунтов
угол сдвига является величиной переменной и зависит от внешнего
давления Q.
Что такое здание и сооружение? ф Что называют основанием здания
или сооружения? ф Что называют грунтом? ф На какие классы делят
—2—	грунты? ф Какими параметрами обычно характеризуют физические
свойства грунтов? ф Как различают пластичные и непластичные грунты?
ф Каковы основные стадии деформирования грунта под нагрузкой? ф Как грунты
сопротивляются сдвигу?
Глава 2
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ
И ФУНДАМЕНТОВ
Различают основание естественное, сложенное природны-
ми грунтами, и искусственное — улучшенное при искусственном изменении свойств
природных грунтов за счет уплотнения, укрепления их различными способами или
при частичной замене грунтов.
Здание (сооружение) непосредственно на поверхности земли можно распола-
гать в очень редких случаях. Это обусловлено неспособностью верхних слоев грунта
воспринимать давление от сооружения (малая несущая способность); возможностью
вертикального перемещения под воздействием метеорологических факторов (пуче-
ние при промерзании, просадка при оттаивании, набухание при увлажнении, усадка
при высыхании); возможностью разрушения различными землероями, корнями рас-
тений и выветриванием. Поэтому необходимо устройство подземной конструкции —
фундамента, предназначенного главным образом для передачи давления на грунты,
лежащие на некоторой глубине.
11
Главное требование, предъявляемое к основаниям, это относительно неболь-
шая и, главное, равном рная его деформация под нагрузкой, а также отсутствие про-
садок (деформаций провального характера) при одновременном действии нагрузки
и увлажнения.
Основные принципы проектирования оснований и фундаментов таковы:  проек-
тирование оснований сооружений ведется по методу предельных состояний незави-
симо от типа фундаментов;  учитывается совместная работа сложной системы,
состоящей из основания, фундаментов и надземных несущих конструкций здания
(сооружения);  производится комплексный подход при выборе типа фундаментов
на основе совместного рассмотрения инженерно-геологических условий, чувстви-
тельности несущих конструкций сооружения к неравномерным осадкам, способов
производства работ по устройству фундаментов. Обычно рекомендуется разрабаты-
вать несколько вариантов фундаментов и выбирать наиболее рациональное решение
на основе технико-экономического сравнения.
2.1.	ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
Предельные состояния оснований сооружений.
В процессе нагружения фундамента в основании здания (сооруже-
ния), состоящем из дисперсных грунтов, развиваются деформации
уплотнения, в результате чего происходит осадка фундамента. При
этом осадка под отдельными частями здания или (сооружения) мо-
жет оказаться неодинаковой (неравномерной). Это может вызвать
деформации и даже повреждение основных несущих конструкций.
Деформации зданий (сооружений) часто недопустимы также по
архитектурным или технологическим причинам (например, создаются
ненормальные условия эксплуатации оборудования). Поэтому расчет
оснований прежде всего ведется по второй группе предельных состоя-
ний, т. е. по деформациям. Однако иногда (особенно при слабых грун-
тах, обладающих малым сопротивлением сдвигу) может произойти
и полная потеря устойчивости грунтов под фундаментами. В этих
случаях дополнительно расчет ведут по первой группе предельных
состояний — по устойчивости.
Вычисление расчетного давления на грунты основания. Рассмот-
рим поведение основания в процессе роста давления под подошвой
фундамента (рис. 2.1). По мере увеличения давления образуется
зона уплотненного грунта, на границе фундамента грунт переходит
в состояние предельного равновесия. Достижение предельного рав-
новесия в точках под углами фундамента соответствует началу ста-
дии сдвигов (рис. 2.1, а). Пластические деформации сдвига появля-
ются сначала под углами фундамента и постепенно захватывают
все большие зоны (рис. 2.1, б, в).
Значение среднего давления на грунт, при котором деформации
основания еще сохраняют линейный характер, называется расчетным
давлением на основание. При расчете оснований по методу предель-
ных состояний среднее давление па грунт от внешних расчетных
нагрузок, передаваемых через фундамент, не должно превышать
значения расчетного давления на основание R, которое определяется
12
по формулам СНиП 2.02.01—83. Для предварительных расчетов при
назначении размеров фундаментов можно пользоваться величиной
До — условным расчетным давлением на основание. Значение /?<>
находят по таблицам указанного СНиПа. Окончальные размеры
фундаментов получают после установления значений расчетного дав-
ления на грунты основания по формулам того же СНиПа. При этом
Рис. 2.1. Схемы распространения в грунте осноьаний областей предельного
равновесия:
а — при предельной для краев фундамента нагрузке /V] (начало стадии сдвигов); б -
промежуточная стадия: в - при предельной нагрузке /Va (начало стадии выпирания или
потери несущей способности); / -области предельного равновесия; 2— уплотненное ядро;
3 — выпирающий грунт
в некоторых случаях допускается пользоваться табличными значе-
ниями R„ и для определения окончательных размеров фундамен-
та, в частности, для зданий и сооружений III и IV классов при осно-
ваниях, сложенных выдержанными по мощности горизонтальными
слоями (при уклоне не более 10%), и при условии, что на глубине
(в пределах двойной ширины наибольшего фундамента ниже про-
ектной глубины его заложения) сжимаемость грунтов не увеличи-
вается.
Для грунтов (пород) скальных сильно выветрившихся (рухляк),
полускальных неводостойких, песчаных рыхлых, глинистых в теку-
чем состоянии, песчаных и глинистых с большим содержанием ор-
ганических остатков, насыпных и некоторых других расчетные дав-
ления определяют не по таблицам, а непосредственно на месте их
залегания путем проведения специальных исследований.
2.2.	ФУНДАМЕНТЫ НА ЕСТЕСТВЕННЫХ
ОСНОВАНИЯХ, ЗАКЛАДЫВАЕМЫЕ
В ОТКРЫТЫХ КОТЛОВАНАХ
Глубина заложения подошвы фундамента. Эта
глубина зависит от рода грунта основание уровня грунтовых вод,
глубины промерзания грунта и других факторов. В случае возможно-
го пучения грунта при замерзании фундамегт должен быть заглублен
ниже расчетной глубины промерзания. В частности, это необходимо
па глинах, суглинках, супесях при текучепластичной консистенции
этих грунтов, а также на мелких и пылеватых песках, супесях, суглин-
13
ках и глинах любой консистенции, если уровень грунтовых вод нахо-
дится ближе чем на 2 м к расчетной глубине промерзани/1.
Часто минимальная (по условиям промерзания) глубида заложе-
ния приходится на слабые грунты со сравнительно небольшой тол-
щиной слоя. В таких случаях экономически целесообразным бывает
заложить фундамент глубже и на более твердых фундаментах, что
позволит уменьшить площадь подошвы и общую материалоемкость
фундамента.
Фундаментами на естественных основаниях неглубокого заложе-
ния называют также фундаменты, которые сооружают в открытых
котлованах глубиной не более 5...6 м. Основное требование к фунда-
ментам их достаточная прочность, долговечность, морозостой-
кость, стойкость против агрессивного воздействия грунтовых вод.
Фундамент должен иметь такие размеры, чтобы среднее давление
от расчетных нагрузок по его подошве не превышало расчетного
давления на грунт. Кроме того, расчетные значения абсолютных
осадок и разностей осадок между отдельными фундаментами одного
сооружения не должны превосходить установленных нормами проек-
тирования предельных значений.
Фундаменты могут иметь различную форму:  отдельные фунда-
менты устраивают под колонны и стены в комбинации с фундамен-
тными балками (рандбалками). Эти фундаменты в целях снижения
давления по их подошве можно развивать в длину и ширину. Отдель-
ные фундаменты не увеличивают жесткости сооружения и их приме-
няют в случаях, когда неравномерности осадки не превышают допус-
тимых значений;  ленточные фундаменты под колонны обычно вос-
принимают нагрузку от ряда колонн. Иногда под сетку колонн целе-
сообразно устраивать ленточные фундаменты в двух направлениях;
при этом фундамент будет состоять из перекрестных лент;  ленточ-
ные фундаменты под стены («непрерывные») мало изменяют общую
жесткость здания или сооружения. Это связано с тем, что при боль-
шой жесткости стен ленточные фундаменты почти не работают на
изгиб в продольном направлении. В случае, когда стены здания в
первом этаже или в подвале имеют большие проемы, ленточные
фундаменты перераспределяют нагрузки от стен по длине и объеди-
няют простенки. Подобные фундаменты иногда делают с целью уст-
ройства подвальных помещений и технических подполий.
В зданиях и сооружениях систем водоснабжения и канализации
довольно часто применяют фундамент в виде сплошной плиты. В ем-
костях таким фундаментом служит днище. Такие плиты работают на
изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Для устройства фундаментов используют железобетон, бетон,
бутобетон, бутовую кладку. Бутовую кладку, бутобетон и бетон
применяют обычно в конструкциях жестких фундаментов, в которых
не возникает растяжения. Железобетонные фундаменты применяют
лишь при наличии в конструкциях растягивающих напряжений, т. е.
при устройстве гибких фундаментов. Кроме того, из железобетона
14
обычно выполняют сборные фундаменты. Для устройства сборных
фундаментов необходимо два основных типа элементов:  блоки,
обеспечивающие необходимую площадь передачи давления на грунт
(блоки-подушки);  блоки, обеспечивающие необходимую конструк-
тивную высоту фундамента в целом (стеновые блоки).
Основные виды конструкций фундаментов и их расчет рассмотре-
ны ниже в гл 12.10
Принципы расчета фундаментов. Нагрузки на фундаменте предус-
мотрены нормативными документами (СНиПами). В качестве нагру-
зок при расчете фундаментов учитывают не только внешние (актив-
ные) нагрузки, но и реактивное сопротивление основания («отпор»
грунта). Расчет фундаментов производят в зависимости от расчетной
схемы, исходя из следующих условий: осадки здания или сооруже-
ния (в том числе разность между осадками отдельных их частей)
не должны превышать нормативных величин, для чего фундаменты
рассчитывают по деформациям грунта основания;  напряжения в
грунтах основания не должны быть больше расчетного давления на
грунт основания, исходя из чего определяют размеры площади по-
дошвы фундамента;  напряжения в материале фундамента не
должны вызывать его повреждения, для чего определяют прочность
материала фундамента;  под действием горизонтальных сил и мо-
ментов фундамент может потерять устойчивость положения (сдви-
нуться по направлению действия горизонтальных сил или опроки-
нуться по направлению действия моментов). Для предупреждения
этого явления иногда проводят расчет на устойчивость против
скольжения и опрокидывания.
Устройство подвалов. Наружными стенами подвала, как правило,
служат стенки ленточных фундаментов, а в каркасных зданиях со
столбчатыми фундаментами стены подвала делают в виде специаль-
ных железобетонных панелей.
При проектировании подвальных помещений очень важно обес-
печить их надежную гидроизоляцию от грунтовых вод, наличие кото-
рых вызывает гидростатическое давление на стенки и пол подвала.
Если уровень грунтовых вод не превышает 0,2 м над уровнем пола
подвала, предусматривают гидроизоляцию горизонтальную, которая
устанавливается выше подушки фундамента, и вертикальную — по
наружной поверхности стен подвала, защищенную слоем жирной мя-
той глины толщиной 0,2...0,25 м для предупреждения механических
повреждений гидроизоляции (рис. 2.2, а). Когда уровень грунтовых
вод выше 0,2 м, но не более 0,8 м, под полом подвала предусматри-
вают гидроизоляцию, уложенную на бетонную подготовку (рис. 2.2,
б). Кроме того, для вертикальных поверхностей в качестве допол-
нительной защиты применяют облицовку из сильно обожженого кир-
пича толщиной в половину кирпича. Для предупреждения выпучи-
вания подготовки и пола подвала необходимо учитывать, что гидро-
статическое давление, равное высоте уровня грунтовых вод, должно
быть не больше веса подготовки и пола подвала (расчет на всплы-
15
тис). Если уровень грунтовых вод выше 0,8 м — отметки, пола подва-
ла, гидроизоляцию устраивают так же, как в предыдущем случае, но
подстилающий слой подвала выполняют из железобетона, рассчиты-
вают на гидростатическое давление (см. § 15.2) и заделывают по
периметру в наружные стены (рис. 2.2, в).
Рис. 2.2. Гидроизоляция подвальных помещений:
а — уровень грунтовых вод, не превышающий 0,2 м от пола подвала; б уровень грун-
товых вод 0,2...0,8 м; в--уровень грунтовых вод больше 0,8 м; /— подушка фундамента;
2—стена подвала; 3 оклеенная или обмазочная гидроизоляция; 4 жирная глина;
5— отмостка; 6 горизонтальная гидроизоляция стены; 7 перекрытие над подвалом; 8—
бетонный пол подвала; 9 - подготовка; 10— защитная стенка в 1/2 кирпича; //—желе-
зобетонный пол подвала
В качестве гидроизоляции применяют битумную мастику, толь,
рубероид, гидроизол. Как правило, при наличии грунтовых вод наибо-
лее надежна обмазочная и оклеенная гидроизоляция.
Анкерные фундаменты. В некоторых случаях, например при
скальных и полускальных грунтах, целесообразно применять фунда-
менты особого типа - анкерные. Они могут воспринимать не только
сжимающие, но и растягивающие напряжения, возникающие у подо-
швы фундамента. Анкер рекомендуется предварительно напрягать
для улучшения контакта между подошвой фундамента и основанием
а также для повышения прочности фундамента на сдвиг, если требу-
ется по расчету. Анкеры применяют также для крепления сооружений
систем водоснабжения и канализации, неустойчивых на всплытие,
для крепления шпунтовых стен и в других случаях.
Неравномерные осадки фундаментов. Осадочные швы. Неравно-
мерность осадок здания может быть обусловлена неоднородностью
основания, неодинаковой или неодновременной загрузкой фундамен-
тов, динамическим воздействием на грунт основания, изменением
уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации. В частности, при
повышении уровня грунтовых вод основание дополнительно увлаж-
няется, из-за чего грунты могут частично потерять свою прочность и
уплотниться, а некоторые глины, наоборот, могут увеличиться в объе-
ме и вызвать поднятие фундамента здания или сооружения. Прорыв
воды из напорных трубопроводов в грунт может привести к осадкам
16
аварийного характера. Возможно проникание грунтовой воды вместе
с грунтом в неисправные канализационные коллекторы, в результате
чего на поверхности грунта, особенно плывунного, образуется во-
ронка выноса, вызывающая значительные перемещения фундамен-
тов. Поэтому на пылеватых плывунных грунтах (песках и супесях)
вблизи от напорных трубопроводов и глубоких коллекторов фунда-
менты располагают за пределами возможной воронки выноса.
Неравномерность осадки фундамента может также быть вызвана
туннельной прокодкой канализационных коллекторов и других под-
земных выработок, что приводит к некоторому оседанию поверх-
ности земли с находящимися на ней зданиями и сооружениями.
Уменьшение чувствительности к неравномерным осадкам дости-
гают путем устройства вертикальных осадочных швов, разрезающих
здание или сооружение на отдельные части. В швы закладывают
упругие прокладки, обеспечивающие его непродуваемость даже при
увеличении ширины его раскрытия за счет неравномерной осадки
здания или сооружения. При устройстве осадочных швов необходи-
мо уделять особое внимание трубопроводам, обеспечивая гибкое
(подвижное) их крепление по обеим сторонам шва.
2.3.	ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
В некоторых случаях фундаменты устраивают
не в открытом котловане, а на поверхности грунта. Погружение
таких фундаментов на необходимую глубину производят путем извле-
чения из-под них грунта. Иногда фундаменты устраивают в изготов-
ленных заранее полостях в грунте, погружая опускные колодцы и
кессоны. Все эти фундаменты называют фундаментами глубокого
заложения, так как глубина погружения их подошвы часто в несколь-
ко раз превышает размеры их в плане. Устройство таких фундамен-
тов направлено на передачу больших давлений на плотные грунты,
залегающие на значительной глубине, и сохранение природной струк-
туры грунтов в основании.
При устройстве фундаментов методом опускного колодца на по-
верхности грунта сначала возводят пустотелую нижнюю часть фунда-
мента в виде колодца. После этого через вертикальную полость в
колодце с помощью землеройных механизмов из-под него извлекают
грунт. Колодец под действием силы тяжести погружается в грунт.
При дальнейшем извлечении грунта из-под колодца он опускается
все глубже, и колодец постепенно наращивают. После погружения
его на проектную глубину нижнюю часть вертикальной полости за-
полняют бетонной смесью, резко увеличивая этим площадь подошвы
фундамента. При использовании метода опускного колодца для воз-
ведения подземных сооружений не требуется крепления стенок кот-
лована, объем земляных работ сводится к минимуму, а расход ма-
териала на изготовление самого колодца определяется из условия
восприятия давления грунта вецтикальными стенками.
17
При устройстве фундаментов с помощью кессона производится
отжатие грунтовой воды от места разработки грунта сжатым возду-
хом. С этой целью на месте устройства фундамента делают кессон,
представляющий собой как бы ящик, перевернутый вверх, дном. Кес-
сон образует рабочую камеру, в которую может опускаться обслу-
живающий персонал. В рабочей камере по мере погружения ее в
грунт повышают давление воздуха, уравновешивая давление грунто-
вой воды на данной глубине и не позволяя ей проникать в рабочую
камеру. Кессоны выполняют преимущественно из железобетона. Ра-
боты в кессоне максимально механизируют и даже 'автоматизируют,
применяя разработку грунта гидромониторами и его удаление нару-
жу эрлифтами, работающими по заданной программе. Рабочую каме-
ру после опускания кессона на проектную глубину заполняют моно-
литным бетоном.
Свайные фундаменты, область их применения. Для устройства
столбчатых фундаментов часто приходится отрывать очень глубокие
ямы, особенно в слабых грунтах с большой глубиной промерзания.
В этих случаях устройство ям под столбчатые фундаменты становит-
ся сложным и трудоемким и более целесообразным оказывается
использование свайных фундаментов.
Круглые или многогранные стержни (деревянные, бетонные, же-
лезобетонные или металлические), погруженные в грунт, называют
сваями. Они могут быть постоянного сечения (цилиндрические и
призматические) или переменного (конические и пирамидальные).
Группа свай, образующих свайный фундамент, поверху связывается
жесткой балкой или плитой, препятствующей горизонтальному пере-
мещению верхней части сваи и обеспечивающей передачу давления
от сооружения на все сваи. Такую балку (плиту), связывающую го-
ловы свай, называют ростверком. Его выполняют в зависимости от
материала свай и высоты грунтовых вод из дерева, бетона или же-
лезобетона. Ростверки бывают высокие и низкие. Высокие — это
ростверки, нижняя плоскость которых лежит выше поверхности грун-
та. Их устраивают при поверхности грунта, покрытой водой, напри-
мер при строительстве набережных, мостовых опор и т. д. Однако
возможно устройство высоких ростверков и при строительстве граж-
данских зданий, например при устройстве технического подполья
под зданием. Низкие ростверки имеют заглубленную в грунт нижнюю
плоскость. Их чаще применяют в промышленном и гражданском
строительстве.
Свайные фундаменты, как правило, располагаются на сваях, опи-
рающихся на твердые грунты. Подобные свайные фундаменты назы-
ваются фундаментами на сваях-стойках (рис. 2.3, а).
Не всегда нижние концы свай можно опереть на твердые грунты,
и часто они повисают в мягких сжимаемых грунтах. В этих случаях
нагрузка от сваи воспринимается грунтом как по площади попереч-
ного сечения сваи, так и по ее боковой поверхности. Такие фунда-
18
3...24 м. Железобетонные
Рис. 2.3. Свайные фундаменты:
/ твердый грунт; 2 - сваи-стойки;
3 - висячие сваи; 4 рыхлый грунт;
5 ростверк
менты называют фундаментами на висячих сваях или на сваях тре-
ния по их боковой поверхности (рис. 2.3, б).
Забивные железобетонные сваи и сваи-оболочки яв-
ляются более распространенными. Наиболее часто применяют желе-
зобетонныефризматические сваи размером 200X200, 400X400 мм
сплошного квадратного сечения длиной
сваи без предварительного напряжения
изготовляют длиной 3...16 м, а предва-
рительно напряженные длиной более
16 м. Сваи армируют по расчету про-
дольными стержнями из горячекатаной
арматуры класса А-П диаметром 12...
22 мм и поперечной арматурой (спи-
ралями, сетками) в голове сваи, а так-
же снабжают петлями из арматуры
класса A-I диаметром 5...6 мм.
Железобетонные полые сваи изго-
товляют звеньями длиной 2... 6 м. Сты-
ки звеньев могут быть болтовыми,
сварными и на вкладышах, а при сваях
без предварительного напряжения сты-
ки могут осуществляться сваркой выпусков продольной армату-
ры с последующим омоноличиванием бетоном. Нижние концы полых
свай могут иметь различное конструктивное оформление. Закрытый
нижний конец имеет такое же острие, как и свая сплошного
сечения. Иногда в наконечнике устраивают специальное отверстие
для осуществления подмыва. Бывают также отдельные железобетон-
ные наконечники, позволяющие использовать типовые звенья полых
свай без изготовления специальных нижних звеньев.
Набивные сваи, устраиваемые непосредственно в скважи-
нах, делят на три основных типа:  сваи с извлекаемой оболочкой,
погружаемой бурением, т. е. когда в грунте с помощью обсадной тру-
бы пробуривают скважину. После зачистки скважину заполняют
бетоном, одновременно извлекая обсадную трубу;  сваи с извле-
каемой оболочкой --- обсадной трубой, снабженной съемным чугун-
ным башмаком, забиваемой в грунт. Изготовление свай этого типа
аналогично предыдущему типу с той лишь разницей, что съемный
башмак остается в грунте;  сваи без оболочек, когда бурение сква-
жин ведут без обсадных труб и сохранность стенок скважин в глинис-
тых грунтах обеспечивается за счет связности грунта. Эти сваи наи-
более широко распространены. В случае глинистых грунтов бурение
ведут под глинистым раствором. Заполняют скважины литым бето-
ном, а сами сваи этого типа называют буронабивными.
Разработаны конструкции железобетонных набивных свай, при-
меняемых в различных грунтовых условиях,— виброштампованные,
грунтобетонные, буровые с уширениями, ударно-штампованные сваи
повышенной несущей способности. Последние бетонируются в сква-
19
жинах, образованных забивкой и извлечением из грунта металли-
ческих штампов конической формы. Геометрическая форма штампов
подобрана с таким расчетом, чтобы вовлечь в работу сваи наиболь-
ший объем околосвайного грунта. В конкретных случаях выбор необ-
ходимых штампов зависит от способа сопряжения с конструкциями
зданий (безростверковое опирание, сборный ростверк, устройство
Рис. 2.4. Схемы сопряжений
ударно-штампованных свай с
колоннами зданий и сооруже-
ний:
а —• сопряжение стаканного ти-
па; б - сопряжение приваркой
закладных деталей
стакана под колонны в теле сваи и др.)
и от грунтовых условий строительной
площадки. На рис. 2.4 показана конструк-
ция сопряжения колонны со сваей. В
этом случае стакан под колонну бетони-
руют одновременно с бетонированием
сваи.
Понятие о расчете свайных фунда-
ментов. Несущая способность свайных
фундаментов для свай-стоек при любой
расстановке свай в плане равна сумме
несущих способностей отдельных свай.
В то же время несущая способность
свайного фундамента из висячих свай
зависит от числа свай, их расстановки в
плане, формы и размеров поперечного
сечения, их длины (кустовой эффект).
Чтобы упростить расчет, получив в то же время правильные
результаты, производят расчет свайного фундамента в целом по пре-
дельным состояниям второй группы, т. е. по перемещениям.
Свайный фундамент для расчета обычно заменяют условным сплош-
ным фундаментом.
2.4.	МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО
УЛУЧШЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ
Технические приемы, с помощью которых повы-
шают несущую способность слабых грунтов, устраивая искусствен-
ные основания, делятся на три основные группы:  механическое
уплотнение грунтов;  замена грунта более прочным;  закрепление
грунтов различными физико-химическими воздействиями.
Механическое уплотнение грунта. Его производят с помощью
трамбования, укатки, трамбования с досыпкой щебня, применения
поверхностных и глубинных вибраторов. Для трамбования исполь-
зуют тяжелые трамбовки (массой от 1 т и более), сбрасываемые с
высоты 3...4 м кранами с фрикционными лебедками. Трамбовки вы-
полняют из металла или железобетона и имеют форму, близкую к
конусу или усеченному конусу. Трамбованием уплотняют рыхлые пес-
чаные и слабые глинистые грунты на глубину 1,5...2,5 м, причем глу-
бина уплотнения составляет примерно 1,5...2 диаметра трамбовки.
Глубинная вибрация заключается в том, что вибробулаву, приве-
денную в действие, погружают в грунт, затем извлекают, в образо-
20
ванную скважину подсыпают песок и снова приводят в действие
булаву. Расстояние между скважинами принимают в пределах 1 м, а
глубина уплотнения может достигать 8 м.
Уплотнение грунтов песчаными и грунтовыми сваями применяют в
слабых глинистых и рыхлых песчаных грунтах. В грунт погружают
(вибрированием или забивкой) металлическую трубу со съемным или
раскрывающимся наконечником. После погружения трубу постепен-
но вынимают, одновременно заполняя ее небольшими порциями грун-
та с тщательной утрамбовкой. В песчаных грунтах такие сваи делают
из песка, в глинистых - из песка или глинистого грунта.
Замена слабого грунта более прочным. Процесс заключается в
устройстве песчаных и грунтовых подушек. Это один из распростра-
ненных и экономичных методов образования искусственных основа-
ний. Для устройства подушек применяют пески и крупнообломочные
грунты (гравий, щебень и др.). Иногда, например в гидротехничес-
ких сооружениях, применяют подушки из каменной наброски. При
устройстве оснований на просадочных грунтах применяют подушки
из грунта, однородного с грунтом естественного основания.
Песчаные подушки не применяют, если отмечены большие колеба-
ния уровня грунтовых вод, так как грунтовые воды могут вымывать
песок из подушки (могут возникнуть большие дополнительные осад-
ки), заиливать его (в заиленной подушке может возникнуть пучение),
а присутствие воды в пределах песчаной подушки при заложении
подошвы фундамента выше глубины промерзания может привести к
пучению подушки при замерзании грунта.
Назначение размеров песчаных подушек в плане и по высоте
производят с учетом того, что у подошвы фундамента песчаная
подушка может воспринимать среднее давление, равное расчетному
давлению на грунт подушки, с учетом его уплотнения. Это среднее
давление, переданное на подушку, распределяется в ее толще на
большую площадь, и среднее давление у подошвы подушки, приходя-
щееся на грунт природного сложения, будет меньше. Оно должно
быть не больше расчетного давления на подстилающий слой грунта
природного сложения.
Закрепление грунтов оснований. Применяют различные способы
закрепления грунтов, так как в одних случаях необходимо общее
окаменение массива искусственного основания, в других доста-
точно обеспечить его водонепроницаемость.
Цементация - один из самых давних способов закрепления
грунтов, заключается в том, что в закрепляемый рыхлый крупно-
обломочный или крупнопесчаный грунт подается под давлением че-
рез специальные трубки цементное молоко. После окончания нагне-
тания раствор постепенно образует с грунтом прочное, неразмывае-
мое основание. Однако этот метод имеет сравнительно ограниченную
область применения ввиду того, что для надежной цементации необ-
ходимо, чтобы размеры пор в грунте были по крайней мере в 4...5 раз
больше размеров частиц цемента.
21
Силикатизацию применяют в средних, мелких и даже пыле-
ватых песках. При силикатизации нагнетают в грунт раствор жидкого
стекла и выделяющийся в результате химических реакций гель
кремниевой кислоты связывает между собой частицы грунта подобно
цементу. Метод силикатизации используют в разных модификациях.
Наиболее распространен метод двухрастворной силикатизации: в
грунт нагнетают растворы жидкого стекла и затем хлористого каль-
ция. Прочность закрепленного таким путем основания достигает
2...3 МПа.
Битумизацию осуществляют чаще всего при обеспечении
водонепроницаемости трещиноватых скальных грунтов (нагнетание
битума при температуре около 200 °C и давлении до 3 МПа) и для
устройства искусственных оснований (нагнетание холодной битум-
ной эмульсии, обладающей большой подвижностью и заполняющей
поры грунта).
Электроосмотическое закрепление применяют в ос-
новном для глинистых грунтов, оно заключается в осушении и уплот-
нении грунта при воздействии постоянного тока -напряжением до
100 В, пропускаемого между электродами (анод и катод), забитыми
в грунт на расстоянии до 1 м. Излишняя вода из грунта удаляется
через катоды, выполненные в виде труб. Электрохимическое закреп-
ление грунтов аналогично электроосмотическому с тем различием,
что аноды выполняются из труб, через которые вводят в грунт раствор
хлористого кальция, усиливая эффект закрепления основания.
2.5.	ФУНДАМЕНТЫ
НА СТРУКТУРНО-НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ
К структурно-неустойчивым относят грунты, у
которых при определенных условиях сравнительно резко нарушается
природная структура, в частности:  лёссовые (структура нарушает-
ся при замачивании их под нагрузкой);  мерзлые и вечномерзлые
(структура нарушается при их оттаивании);  рыхлые пески (резко
уплотняются при динамических воздействиях);  илы и чувствитель-
ные глинистые грунты (деформации и прочность резко изменяются
при нарушении их природной структуры);  набухающие (при
увлажнении существенно увеличиваются в объеме даже под нагруз-
кой).
Лёссовые грунты по гранулометрическому составу относятся к
пылеватым супесям и суглинкам и имеют крупные поры, видимые
невооруженным глазом (макропоры). Общая пористость лёссов —
значительная, как правило более 0,44, а размеры макропор в десят-
ки и сотни раз превышают размеры частиц грунта. Для лёссовых
грунтов характерна столбчатая структура, заключающаяся в том,
что при природной влажности они способны держать вертикальный
откос высотой 10 м и более, а при увлажнении этот откос может
обрушаться. Замачивание загруженного лёссового грунта резко
22
уменьшает его объем и приводит к просадке дневной поверхности,
т. е. быстро развивающейся осадке, вызванной резкими изменениями
структуры грунта.
Для устранения просадочности грунтов наиболее широко при-
меняют следующие способы:  уплотнение грунтов тяжелыми трам-
бовками;  устройство уплотнения подушки из плотного грунта;
такую подушку устраивают, если нельзя уплотнить просадочный
лёссовый грунт на требуемую глубину;  прорезку просадочной
толщи забивными железобетонными сваями;  устройство набив-
ных свай с уширенной пятой;  закрепление грунтов;  уплотне-
ние грунтов грунтовыми сваями.
Применение перечисленных мероприятий связано с затратой до-
полнительных средств, поэтому при застройке территорий относи-
тельно легкими зданиями, не имеющими развитого водного хозяй-
ства, не следует допускать замачивания лёссовых грунтов в основа-
нии сооружений. При этом исключается поступление любых вод в
грунт. В частности, для удаления дождевых вод е территории за-
стройки используют кюветы, канавы или систему дождевой канали-
зации. Особое внимание уделяют отводу дождевых вод от фундамен-
тов. Воду следует отводить за пределы ранее отрытого котлована.
Для этого тщательно трамбуют обратную засыпку при оптимальной
влажности и устраивают водонепроницаемую отмостку, а с отмост-
ки воду отводят с помощью лотков в кюветы или систему канализа-
ции. Для того чтобы исключить поступление в грунт хозяйственных
и производственных вод, напорные трубопроводы сетей водоснаб-
жения выполняют только из стальных труб, допускающих искривле-
ние при случайных местных просадках грунтов. Если устраивают
чугунные напорные трубопроводы, то их прокладывают в туннелях,
что позволяет быстрее обнаружить места утечек и принять меры
к их ликвидации.
Безнапорные трубопроводы сетей канализации снабжают снизу
водонепроницаемыми лотками, которые отводят просачивающуюся
воду в специальные смотровые колодцы. Предприятия и цехи, потреб-
ляющие большое количество воды или допускающие разливы воды
на пол, размещают в пониженных частях территории, а под полами,
на которые разливается вода, устраивают проходные подполья для
контроля состояния трубопроводов и полов.
Даже при тщательном выполнении мер по исключению замачива-
ния грунтов в отдельных случаях может происходить местное зама-
чивание, в том числе и в результате аварий трубопроводов. Поэтому
применяют комплекс дополнительных мер и приемов, позволяющих
уменьшить чувствительность конструкций к неравномерным осадкам
или быстро устранять возникшие неравномерности осадок (рихтов-
ка подкрановых путей и лифтов, поднятие колонн домкратами и др.).
Целесообразно также предотвращать дальнейшее развитие неравно-
мерных осадок, в частности путем закрепления лёссовых грунтов
одним из описанных выше способов.
23
Часто фундаменты приходится возводить на слабых грунтах,
к которым относятся насыщенные водой сильно сжимаемые грунты,
теряющие свою прочность при обычных скоростях приложения нагру-
зок. К таким грунтам относят очень пористые пылевато-глинистые
грунты, находящиеся в текучем или текучепластичном состоянии
(иольдиевые глины, ленточные глины озерно-ледникового происхож-
дения, а также пористые илы). На такие грунты опирать фундамен-
ты нельзя. При необходимости допускается устройство песчаной
подушки, которая не только уменьшает интенсивность давления от
фундамента, но и частично изменяет направление фильтрации воды,
т. е. уменьшает давление воды, направленное из-под фундамента в
стороны. Этот эффект усиливается, если под подушкой фундамента
устроить вертикальные дрены. При использовании слабых грунтов
необходимо в течение всего периода эксплуатации предотвращать
изменения его напряженного состояния, которые могут быть вызва-
ны возведением массивных сооружений около существующих, под-
сыпкой территории, понижением уровня грунтовых вод и т. д.
При строительстве на слабых грунтах особое значение приобре-
тает снижение чувствительности зданий и сооружений к неравно-
мерным осадкам. Это достигается как устройством осадочных швов,
так и различными конструктивными мероприятиями:  проектирова-
нием зданий простой конфигурации в плане (круглой, прямоуголь-
ной), приданием строительного подъема зданию (сооружению), т. е.
расположением фундамента выше, чем требуется по условиям экс-
плуатации;  устройством отверстий над вводами трубопроводов
в зданиях и сооружениях;  устройством канализационных выпусков
с повышенными уклонами, превышающими возможную неравномер-
ность осадки грунта вблизи здания (сооружения).
7
Какими основными физическими свойствами могут быть охарактеризо-
ваны грунты? ф Дайте характеристику глинистых, песчаных и крупнообло-
мочных грунтов. Каковы три стадии деформирования грунта под нагрузкой?
ф Что такое условное расчетное давление? ф Каковы основные конструк-
тивные решения фундаментов неглубокого заложения? ф Каковы основные способы
механического уплотнения грунтов? ф Как производится замена слабого грунта
более прочным? ф Каковы основные способы закрепления грунтов? ф Какова
область применения свайных фундаментов? ф Какие виды свай вы знаете? ф Чем
определяется глубина заложения подошвы фундамента? ф Как обеспечить гидро-
изоляцию фундаментов и стен подвалов? ф Как предупреждают неравномерную
осадку фундаментов? ф Как устраивают фундаменты на структурно-неустойчивых
грунтах?
основы
АРХИТЕКТУРЫ
РАЗДЕЛ
Глава 3
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Современный архитектурно-строительный проект должен
учитывать достижения наукп, техники и передового отечественного и зарубежного
опыта. Проект должен обеспечивать также высокую эффективность капитальных
вложений за счет внедрения высокопроизводительного оборудования, механизации
и автоматизации производственных процессов, повышения степени заводской готов-
ности строительных конструкций и изделий, применения индустриальных методов
строительства, совершенствования объемно-планировочных и конструктивных реше-
ний зданий и сооружений. В проекте должны быть также предусмотрены высокий
уровень градостроительных и архитектурных решений, рациональное использование
земель, охрана окружающей среды, сейсмостойкость, взрыво- и пожаробезопасность
объектов.
Построенные или реконструируемые предприятия ко времени ввода их в действие
должны быть технически передовыми и обеспечивать выпуск продукции высокого
качества.
3.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗДАНИЯХ
И СООРУЖЕНИЯХ
В зависимости от функционального назначения
здания подразделяются на гражданские (в ~ом числе жилые и обще-
ственные) и производственные. К жилым относятся квартирные дома
для постоянного проживания людей, гостиницы, общежития и дома-
интернаты. Общественные здания предназначены для социального
обслуживания населения, для размещения административных учреж-
дений и общественных организаций. К ним относятся здания школ,
техникумов, институтов, магазинов, ресторанов, столовых, кинотеат-
ров, театров, клубов, а также здания лечебно-оздоровительного наз-
начения, административные и т. п.
Производственные здания предназначены для размещения про-
мышленных и сельскохозяйственных производств (при одновремен-
ном обеспечении необходимых условий труда людей и эксплуатации
технологического оборудования)—например, производственные це-
хи заводов и фабрик, электростанции, гара-ки, здания для содержа-
ния скота и птицы, теплицы, водопроводные и канализационные
насосные станции и т. п.
Основные конструктивные элементы зданий и сооружений. Каж-
дое здание (сооружение) состоит из отдельных взаимосвязанных
25
структурных частей (конструктивных элементов). К ним относятся
фундаменты (см. выше раздел первый), стены, отдельные опоры,
перекрытия, крыши (покрытия), лестницы, перегородки, окна, двери
(рис. 3.1).
Стены служат для ограждения помещения от внешней атмосфе-
рной среды (наружные стены) и для разделения между собой отдель-
Рис. 3.1. Элементы зданий:
/ — фундамент; 2—дверь; 3 - окно; 4 стена; 5—покрытие; 6 лестница; 7—перекрытие;
8-- перегородка; 9— отдельно стоящая опора
ных помещений (внутренние стены). К отдельным опорам относят
столбы или колонны, воспринимающие нагрузку от перекрытий и по-
крытий или поддерживающие наружные стены.
Перекрытия — горизонтальные элементы конструкции, разде-
ляющие здание (сооружение) по высоте на этажи (ярусы) и воспри-
нимающие нагрузки от собственной массы, массы людей, технологи-
ческого оборудования и т. д. Одновременно перекрытия обеспечивают
общую пространственную неизменяемость здания. Перекрытия в зда-
ниях бывают надподвальные (между подвалом и первым этажом),
чердачные (между верхним этажом и чердаком) и междуэтажные
(между этажами). Покрытие — это верхнее ограждение здания (соо-
ружения) для защиты помещений от внешних климатических факто-
ров и воздействий, воспринимающее нагрузку от собственной массы,
снеговую, а иногда и ветровую нагрузку. При наличии пространства
(проходного или полупроходного) над перекрытием верхнего этажа
покрытие называют чердачным. Верхнюю водонепроницаемую часть
покрытия, непосредственно предохраняющую здание от проникания
атмосферных осадков, называют кровлей. Лестница — это элемент
здания (сооружения), служащий для сообщения между этажами
26
(ярусами). По требованиям противопожарной охраны лестницы
обычно размещают в отдельных помещениях — лестничных клетках.
Перегородка — тонкая внутренняя стена, опирающаяся непосред-
ственно на перекрытие и служащая для разделения на отдельные
помещения внутреннего пространства здания. Окна и фонари верхне-
го света предназначены для естественного освещения помещений и
их проветривания, а двери—для сообщения между помещениями
или выхода из здания.
Среди конструктивных элементов здания (сооружения) могут
быть выделены несущие конструкции, воспринимающие нагрузки и
воздействия и обеспечивающие прочность, жесткость и устойчивость
зданий и сооружений — это покрытие, перекрытия, стены, отдельные
опоры, фундаменты. Совокупность несущих элементов образует про-
странственную систему — несущий остов здания. Кроме несущих,
существуют ограждающие конструкции — наружные и внутренние
стены, перекрытия и полы, перегородки, покрытия, кровли. Ограж-
дающие конструкции здания предназначены для изоляции внутрен-
них объемов здания от внешней среды или между собой. Они должны
быть стойкими против атмосферных и других внешних воздействий,
обладать достаточными тепло- и звукоизоляционными свойствами.
Некоторые конструкции, например стены, перекрытия, покрытия
зданий, днища емкостей, выполняют одновременно функции несущих
и ограждающих.
Требования к зданиям и сооружениям. Требования, предъявляе-
мые к зданиям, сооружениям и их конструктивным элементам, можно
свести к пяти основным группам — функциональные, технические,
архитектурно-художественные, экономические, природоохранные.
Функциональные (технологические) требования зак-
лючаются в том, что любое здание должно прежде всего соответст-
вовать своему назначению, т. е. обладать необходимыми эксплуата-
ционными качествами, создавая наилучшие условия для быта и труда
людей, для протекания в нем производственного процесса. Эксплуа-
тационные качества зданий, обеспечивающие их нормальную экс-
плуатацию, определяются составом помещений, их объемами и пло-
щадями, качеством внутренней и наружной отделки, наличием и
уровнем инженерного оборудования помещений.
Технические требования заключаются в том, что здания
должны быть прочными, жесткими, устойчивыми, долговечными, на-
дежно защищать людей и оборудование от вредных атмосферных
воздействий, удовлетворять противопожарным требованиям (вопро-
сы прочности, жесткости, устойчивости зданий и сооружений под
воздействием различных постоянных и временных нагрузок рассмат-
риваются ниже в третьем разделе). Долговечность здания, т. е.
способность сохранять во времени заданные качества при установ-
ленном режиме эксплуатации без разрушения и деформаций, во
многом определяется долговечностью материалов и конструкций —
их морозо-, влаго-, био- и коррозионной стойкостью, стойкостью
27
против высокой температуры и т. п. В случае необходимости можно
добиться повышения долговечности материалов и конструкций за
счет соответствующих конструктивных решений, например в случае
элементов, выполненных из недостаточно стойких материалов — пу-
тем их специальной защиты. В количественном отношении долговеч-
ность конструкций определяется сроком их службы без потери тре-
буемых эксплуатационных качеств, т. е. 1, 2 и 3-й степеням долговеч-
ности соответствуют сроки службы соответственно не менее 100, 50
и 20 лет.
Большую роль в выборе объемно-планировочного и конструктив-
ного решения зданий оказывают природно-климатические и эксплуа-
тационные условия. Особенно важное значение учет природно-кли-
матических условий ймеет при строительстве в Сибири, районе БАМа
и других регионах, где климатические условия значительно отли-
чаются от средних климатических условий европейской части СССР.
При проектировании зданий в этих условиях приходится учитывать
влияние на наружные ограждения таких факторов, как очень низкие
температуры наружного воздуха, сильные ветры и повышенная атмо-
сферная влажность.
Важным техническим требованием, оказывающим большое влия-
ние на объемно-планировочное и конструктивное решение здания, яв-
ляется пожарная безопасность, которая включает сумму мероприя-
тий, уменьшающих возможность возникновения пожара и обеспе-
чивающих безопасность людей.
Строительные материалы и конструкции по степени возгораемос-
ти делятся на три группы:  несгораемые под воздействием
огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не
обугливаются;  трудносгораемые -- под воздействием огня или вы-
сокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугли-
ваются, но после удаления источника огня или высокой температуры
горение и тление прекращаются;  сгораемые под воздействием
огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют и продол-
жают гореть или тлеть после удаления источника огня.
Конструкции характеризуются также пределом огнестойкости,
т. е. сопротивлением действию огня (в ч.) до потери прочности
или устойчивости, до образования сквозных трещин или до повыше-
ния температуры на поверхности конструкции со стороны, противо-
положной действию огня, более чем на 200 °C.
По огнестойкости здания разделяют на пять степеней, причем
I степень огнестойкости соответствует наибольшей огнестойкости,
V степень наименьшей. К I, II и III степеням огнестойкости отно-
сят каменные здания. В зданиях I и II степеней огнестойкости стены,
опоры, перекрытия и перегородки - несгораемые, в зданиях III сте-
пени огнестойкости стены и опоры — несгораемые, а перекрытия и
перегородки трудносгораемые (например, деревянные отштукату-
ренные). К IV степени огнестойкости относят деревянные отштука-
туренные, к V — деревянные неоштукатуренные здания. Этажность
28
зданий IV и V степеней огнестойкости, исходя их противопожарных
требований, должна быть не более двух этажей.
Требуемая степень огнестойкости связана с типом здания или
сооружения. Например, среди зданий и сооружений систем водоснаб-
жения и водоотведения I степень огнестойкости требуется для на-
сосных станций 1 категории надежности действия, И степень огне-
стойкости — для насосных станций II категории надежности дейст-
вия, отдельно стоящих хлораторных, а также для водозаборных
сооружений I категории надежности подачи воды.
Все здания и сооружения по капитальности делят на четыре клас-
са в зависимости от требований к долговечности и огнестойкости
основных конструкций, а также к эксплуатационным качествам. К
I классу относят уникальные здания и сооружения, удовлетворяю-
щие наиболее высоким требованиям, а к IV классу — здания и
сооружения с минимальными требованиями по долговечности, огне-
стойкости и эксплуатационным качествам. Конкретные требования к
зданиям и сооружениям различного назначения, определяющие
класс здания, изложены в главах СНиПа, относящихся к проектиро-
ванию соответствующих объектов. В частности, охладители оборот-
ной воды (градирни), резервуары, водонапорные башни, станции
очистки воды и водоподготовки, хлораторные относятся ко II клас-
су, а водозаборные сооружения и насосные станции могут отно-
ситься к I, II и III классам (СНиП 2.04.02—84 «Водоснабжение.
Наружные сети и сооружения». М, 1985. 132 с.).
Архитектурно-художественные требования к
зданиям заключается в том, что здание должно эстетично выглядеть
по своему внешнему виду, благоприятно воздействовать на психо-
логическое состояние и сознание людей. Оно должно быть органи-
чески связано с окружающей застройкой. Внешний вид здания опре-
деляется прежде всего его назначением, конструктивной схемой, а
также градостроительными условиями. Качество архитектурной ком-
позиции в значительной мере зависит от того, насколько четко выде-
лено главное композиционное ядро, а остальные элементы компо-
зиции связаны с главным композиционным ядром в одно целое. Архи-
тектурный облик здания должен быть созвучным современной эпохе,
удовлетворять эстетическим вкусам людей.
Экономические требования - это экономическая це-
лесообразность, предусматривающая при минимальной затрате тру-
да, средств и времени на постройку получения максимума полезной
площади. Требование экономичности должно распространяться не
только на единовременные затраты (при строительстве), но и на
эксплуатационные расходы в течение срока использования здания.
Природоохранные требования заключаются в том, что
проектируемые и реконструируемые предприятия должны отвечать
санитарно-гигиеническим условиям жизни и труда человека в про-
мышленных районах, не вызывать загрязнения воздушного и водно-
го бассейнов, по возможности сохранять природный ландшафт. Для
29
этого необходимо:  максимально сохранять естественный рельеф,
почвенный покров и зеленые насаждения;  предельно сокращать
выбросы вредных веществ в атмосферу, а также промышленные
стоки в естественные водоемы;  отводить поверхностные воды со
скоростями, исключающими возможность эрозии почвы или исполь-
зуя специальные сооружения;  предотвращать при вертикальной
планировке территорий возникновение оползневых и просадочных
процессов, нарушение режима грунтовых вод и заболачивание тер-
ритории;  проектировать минимальный объем земляных работ с
учетом использования на площадке вытесняемых грунтов;  преду-
сматривать централизованный сбор и удаление промышленных отхо-
дов, не допуская их выброс в естественные системы без полного
обезвреживания;  предусматривать строительство и ввод в эксплуа-
тацию очистных сооружений водопроводов и канализаций с макси-
мальным использованием оборотных систем;  предотвращать за-
топление, заболачивание и эрозию почв до ввода в эксплуатацию
обводнительных систем;  объединять однородные выбросы, удаляя
их через возможно меньшее количество высоких труб;  исклю-
чить возможность неорганизованных выбросов вредных веществ в
атмосферу, особенно из низкорасположенных источников.
Особого внимания требует строительство вблизи таких уникаль-
ных водоемов, как озера Байкал, Ладожское и др. Примером грубого
нарушения природоохранительных требований явилось, например,
строительство Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. В
целях кардинального решения проблемы обеспечения охраны и ра-
ционального использования природных ресурсов озера Байкал при-
нято постановление ЦК КПСС, Совета Министров СССР по сохра-
нению природных богатств Байкала («Правда», 1987, 3 апреля).
В подготовке этого документа участвовали руководители заинтере-
сованных министерств и ведомств, местные партийные и советские
органы, ученые, специалисты, писатели и другие представители об-
щественности. Намечен комплекс организационных, научных, эконо-
мических и технических мероприятий, позволяющих коренным обра-
зом улучшить экологическую обстановку в бассейне озера Байкал.
В постановлении также установлены задания по перепрофилиро-
ванию Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, осущест-
влению на других предприятиях, расположенных в этом районе, круп-
ных мер по предотвращению загрязнения Байкала и воздушного
бассейна в этой зоне.
3.2.	РЕКОНСТРУКЦИЯ
И ТЕХНИЧЕСКОЕ ПЕРЕВООРУЖЕНИЕ
На XXVII съезде КПСС было сказано о необхо-
димости концентрировать материальные, финансовые и трудовые ре-
сурсы прежде всего на техническом перевооружении и реконструк-
ции действующих предприятий.
Реконструкция предприятий. Под реконструкцией действующих
предприятий понимают переустройство существующих цехов и объек-
тов основного, подсобного и обслуживающего назначения. Рекон-
струкция направлена на совершенствование производства и повы-
шение его технико-экономического уровня на основе достижений
научно-технического прогресса и осуществляется по комплексному
проекту реконструкции предприятия в целом. Реконструкция дей-
ствующих предприятий может предусматривать:  расширение от-
дельных зданий и сооружений основного, подсобного и обслуживаю-
щего назначения (в случаях, когда новое высокопроизводительное
и более совершенное по техническим показателям оборудование не
может быть размещено в существующих зданиях);  строительство
новых и расширение существующих цехов и объектов подсобного и
обслуживающего назначения;  строительство новых зданий и соору-
жений того же назначения взамен ликвидируемых на территории
действующего предприятия. Проведение реконструкции должно обес-
печивать:  увеличение производственной мощности предприятия
прежде всего за счет устранения диспропорций в технологических
звеньях;  внедрение малоотходной, безотходной технологий и гиб-
ких производств;  сокращение числа рабочих мест;  повышение
производительности труда;  снижение материалоемкости производ-
ства и себестоимости продукции;  повышение фондоотдачи и т. п.
Техническое перевооружение предприятий. Под техническим
перевооружением действующих предприятий понимают комплекс
мероприятий по повышению технико-экономического уровня отдель-
ных производств, цехов и участков на основе внедрения передовой
техники и технологии, механизации и автоматизации производства,
модернизации и замены устаревшего и физически изношенного
оборудования новым, более производительным. Техническое пере-
вооружение действующих предприятий направлено на интенсифика-
цию производства, увеличение производственных мощностей, вы-
пуска продукции и улучшение ее качества (при обеспечении роста
производительности труда и сокращения рабочих мест), а также на
снижение материалоемкости и себестоимости продукции, экономию
материальных и топливно-энергетических ресурсов и т. п.
Техническое перевооружение действующих предприятий может
предусматривать:  установку дополнительно на существующих
производственных площадях оборудования и машин;  внедрение
автоматизированных систем управления и контроля;  применение
радио, телевидения и других современных средств в управлении
производством;  модернизацию и техническое переустройство при-
родоохранных объектов, отопительных и вентиляционных систем
и т. п. При этом допускается частичная перестройка зданий, соору-
жений, т. е. усиление несущих конструкций, замена перекрытий, из-
менение планировки существующих зданий и сооружений и др. Воз-
можно также расширение существующих производственных зданий
и сооружений, обусловленные габаритами размещаемого нового обо-
31
рудования, строительство новых объектов подсобного и обслуживаю-
щего назначения, например объектов складского хозяйства, компрес-
сорных, котельных, кислородных и других объектов.
Существует несколько типов производственных зданий, подвер-
гающихся реконструкции. Первый тип зданий — многоэтаж-
ные здания непроизводственного назначения, построенные до 1940 г.
и приспособленные под размещение производств. В качестве примера
можно привести завод, производство которого размещено в бывшем
школьном здании с высотой этажей 3,7 м, шагом продольных несущих
стен 6-|-3-|-8 м и деревянным настилом в перекрытии. В процессе
эксплуатации здания перекрытия были заменены, несущие стены уси-
лены, установлены дополнительные колонны. Для обеспечения раз-
мещения инженерного оборудования были сооружены вентиляцион-
ные надстройки. Однако опыт проведения перечисленных мероприя-
тий не удовлетворял в полной мере требованиям современного произ-
водства. Архитектурно-строительная реконструкция зданий первого
тина не может полностью их приспособить к современным требова-
ниям из-за низких расчетных нагрузок на перекрытия, раздроблен-
ности помещений, малой их высоты.
Второй тип зданий — это построенные до 1940 г. много-
этажные производственные здания с сеткой колонн менее 6 м, кирпич-
ными несущими стенами, монолитными перекрытиями и скатной кров-
лей, общей шириной до 30 м. Например, основные производства за-
вода в Москве размещены в четырехэтажном Г-образном в плане
здании длиной около 200 м, шириной от 17 до 22 м. Здание имеет
нерегулярную сетку колонн, равную примерно 3,5X4 м с высотой
этажей 4, 5 или 6 м. Общее архитектурное решение зданий этого тина
отличается своеобразием и выразительностью, поэтому при их рекон-
струкции особое внимание должно быть обращено на сохранение
архитектурных качеств объектов.
Третий тип зданий- это одноэтажные здания, построен-
ные до 1917 г., со скатными покрытиями, кирпичными стенами, несу-
щими конструкциями из монолитного железобетона. Характер рекон-
струкции зависит от состояния строительных конструкций и парамет-
ров реконструируемого производства. Например, в корпусе № 1 заво-
да деревянные фермы были заменены стальными; в корпусе № 6
покрытие было заменено и поднято, в корпусе № 2 завода предпола-
гаются упрощение конфигурации плана и профиля здания, надстрой-
ка этажа. Одноэтажные старые здания, как правило, имеют доста-
точно большие высоты и сетки колонн и сравнительно легко приспо-
сабливаются под меняющиеся требования технологии. С другой сто-
роны, большая площадь застройки одноэтажных зданий в сочетании
с дефицитом площадей на действующих предприятиях может опре-
делить в ряде случаев целесообразность строительства многоэтаж-
ных зданий за счет сноса старых.
Ч е т в о р т ы й тип зданий — это трех-, четырех-, пятиэтаж-
ные здания постройки 50-х годов с сеткой колонн (7-|-34-7) Хб или
32
(6+6+6)X6 м, высотой этажей 4,2; 4,8 и 5,4 м, с несущими стенами
из кирпича, перекрытиями - из ребристых железобетонных плит по
сборным ригелям. Объем архитектурно-строительной реконструк-
ции таких зданий, как правило, невелик.
К пятому типу относятся современные здания, запроекти-
рованные с учетом необходимости их реконструкции в процессе
эксплуатации.
Виды строительных работ при реконструкции существующих зда-
ний обусловливаются изменениями объемно-планировочных элемен-
тов и параметров зданий, подъемно-транспортного и технологическо-
го оборудования, санитарно-технических устройств, низкими эксплуа-
тационными качествами существующих конструкций, необходи-
мостью строительства новых частей зданий и др. Наибольшие труд-
ности возникают при реконструкции зданий, эксплуатируемых более
60...70 лет и характеризующихся сложным планом, большим числом
примыканий частей разной высоты, наличием деревянных конструк-
ций, кирпичных стен и колонн со значительными повреждениями
и т. д.
Усиление кирпичных стен и колонн обычно производится путем
устройства обойм; перекрытия усиливаются с помощью разгружа-
ющих конструкций, воспринимающих увеличенную нагрузку; разгру-
жающие конструкции сооружают над существующими перекрытия-
ми или подводят под существующие перекрытия. При замене сущест-
вующих и сооружении новых частей здания используют, как правило,
унифицированные железобетонные конструкции, а также монолитный
железобетон или металлические конструкции. Проектные решения
при этом, как правило, носят индивидуальный характер, обусловлен-
ный необходимостью приспособить их к конкретным условиям, по
возможности без остановки производства.
3.3.	ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ, ТИПИЗАЦИЯ
И УНИФИКАЦИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Под индустриализацией строительства обычно
понимают организацию строительного производства с применением
комплексной механизации процесса возведения зданий и сооружений,
прогрессивных методов строительства с широким использованием
сборных конструкций заводского изготовления. Повышение степени
индустриализации сборного строительства в значительной степени
обеспечивается путем типизации элементов сборных конструкций
и унификации основных схем проектируемых зданий и сооружений.
Под типизацией понимают техническое направление в строительстве,
позволяющее многократно осуществлять строительство предприятий,
зданий и сооружений, изготовление строительных конструкций и
деталей на основе специально разработанных проектов, с учетом
прогрессивных технологических и экономических показателей. Уни-
фикацию понимают как установление целесообразной однотипности
2 Зак. 1285
33
объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и соору-
жений, конструкций, деталей, оборудования с целью сокращения
числа типоразмеров и достижения взаимозаменяемости деталей.
Унификация, так же как и типизация, основана на единой модульной
системе (ЕМС), исходящей из градации главных габаритных разме-
ров зданий на базе единого модуля 100 мм, обозначаемого буквой М,
или же укрупненного модуля, кратного М=100 мм.
В многоэтажных промышленных зданиях предусмотрена унифи-
цированная сетка колонн 6000X6000; 6000X12 000; 12 000 X
X 12 000 мм при высоте этажа, кратной укрупненному модулю 12М
(1200 мм). Для многоэтажных гражданских зданий сетка колонн
принимается на основе укрупненного модуля 20М (200 мм) с разме-
рами 2800...6800 мм, а высота этажей на основе укрупненного модуля
ЗМ (300 мм), т. е. 2700, 3300 и 3600 мм. Унифицированные нагрузки
на перекрытия принимаются кратными 500 Па.
Для одноэтажных промышленных зданий заданы унифицирован-
ные пролеты, которые приняты кратными укрупненному модулю 60М,
т. е. кратными 6000 мм, а именно: 12 000, 18 000, 24 000, 30 000 мм и
более при шаге колонн 6000, 12 000 или 18 000 мм. Укрупненный
модуль, равный 6М (600 мм), принят для высоты от уровня пола до
низа стропильной конструкции (3000...9600 мм и более).
Типизация элементов сборных конструкций в условиях примене-
ния унифицированных конструктивных схем основана на взаимной
увязке размеров зданий и их элементов. Предусмотрено три кате-
гории размеров:  номинальные — расстояния в плане между мо-
дульными разбивочными осями, определяющими членение здания на
планировочные элементы или определяющими расположение стен и
отдельных опор;  конструктивные — проектные размеры сборных
элементов, отличающихся от номинальных на величину швов и за-
зоров (30 мм и более);  натурные — фактические размеры сборных
элементов, отличающихся от конструктивных на величину допуска
(3...10мм). По возможности следует укрупнять элементы и конструк-
ции с учетом имеющихся транспортных и монтажных средств. Масса
элементов при многоэтажном строительстве обычно не превышает
5 т. Для одноэтажных промышленных зданий могут применяться
элементы массой 10...12 т и более, длиной до 24 000 мм. Габариты
элементов сборных конструкций ограничиваются в основном условия-
ми транспортирования.
Для привязки здания (сооружения) к строительной координат-
ной сетке и определения взаимного расположения элементов зда-
ния (сооружения) используют сетку разбивочных осей его несущих
конструкций и отметки высот наиболее характерных уровней. Для
маркировки разбивочных осей применяют арабские цифры и пропис-
ные буквы русского алфавита, причем цифрами маркируют попереч-
ные оси, а буквами — продольные. Каждое отдельное здание (соору-
жение) имеет самостоятельную маркировку разбивочных осей. Для
отдельных элементов конструкций, санитарно-технических и других
34
установок применяют размерную привязку к ближайшим разбивоч-
ным осям здания (сооружения). Отметки уровней отсчитывают от
условной нулевой отметки, как правило, от уровня чистого пола пер-
вого этажа.
Основные правила привязки конструктивных элементов к модуль-
ным разбивочным осям в гражданских зданиях таковы:  для наруж-
ных несущих стен внутренняя грань элемента размешается на рас-
стоянии от оси Ь/2 или кратном М (или М/2), где b — номиналь-
ная толщина стены, М=100 мм;  для внутренних стен и колонн
геометрическая ось стейы (колонны) совпадает с модульной разби-
вочной осью. Основные правила привязки для промышленных произ-
водственных зданий будут рассмотрены ниже в гл. 5.
Весь процесс индустриализации и типизации строительства в
СССР можно разделить на два основных периода: период поиска
конструктивных решений панельных домов, в основном пятиэтажных;
второй период (после 1960 г.), связанный с переходом на много-
этажное крупнопанельное строительство, ставшее важным этапом в
развитии индустриализации домостроения. Однако в процессе реше-
ния крупной и важной социальной задачи — обеспечения трудящих-
ся благоустроенным жильем — возникли противоречия между широ-
кой номенклатурой заводских изделий, которые вынуждены были
осваивать предприятия строительной индустрии, чтобы обеспечить
строительство различных зданий и сооружений, и однообразием
архитектурно-планировочных решений зданий. Чтобы разрешить это
противоречие, нужно было перейти от типовых зданий (как объектов
типизации) к типовым индустриальным изделиям, из которых на ос-
нове унификации объемно-планировочных решений и конструктивных
параметров создавать разнообразные здания. Так было положено
начало принципиально новой системе индустриального домострое-
ния -- по Единому каталогу унифицированных изделий, ставшем} ос-
новой проектирования и строительства жилых домов и обществен-
ных зданий на ближайшие годы.
1 Сущность Единого каталога состоит в создании научно обосно-
ванного набора унифицированных строительных изделий, из ко-
торых можно собирать как жилые дома с различными объемно-пла-
нировочными решениями, так и общественные здания, различные по
этажности, назначению и внешнему облику.
В Едином каталоге существовавший ранее принцип «от проекта —
к изделиям» заменен противоположным: «от изделий — к проекту».
Это открывает широкие возможности строительства зданий различ-
ной конфигурации, необходимых по градостроительным условиям.
Так, с помощью вставок блокированные дома могут получить криво-
линейное очертание («дом-волна», «дом-подкова»). Изогнутый кон-
тур домов вносит своеобразие в застройку, создает интересные
ракурсы и перспективы, дает возможность сохранять зеленые насаж-
дения. Большая протяженность сблокированных домов (500 м и
более) укрупняет жилую застройку, образует обширные дворовые
2*
35
пространства для отдыха и спорта, значительно (на 10...15%)
повышает экономическую эффективность застройки, сокращает рас-
ходы на отопление зданий. Из элементов Единого каталога возво-
дятся здания нового тина -22...25-этажные дома, скомпонованные
из угловых секций в разнообразных сочетаниях.
При применении унифицированных конструкций важное значение
имеет технологичность массового изготовления их элементов на
заводе или полигоне с использованием современных машин и меха-
низмов. Часто требования технологичности оказывают влияние на
конструктивное решение самого элемента. Например, при конвейер-
ной и поточно-агрегатной технологии обычно применяют членение
каркасов многоэтажных зданий на более технологичные прямолиней-
ные элементы, хотя последние и менее выгодны с точки зрения расхо-
да материалов и затрат труда на устройство стыков. При исполь-
зовании другой технологии (например, стендовой) изготовление ко-
лонн с выступающими консолями может оказаться достаточно удоб-
ным, что позволит устраивать стыки элементов каркаса в точке
нулевых изгибающих моментов и в конечном счете уменьшить расход
материалов.
Конструкции должны быть также технологичными и при монта-
же, т. е. допускать удобную установку и крепление в проектном поло-
жении. Поэтому членение конструкции на сборные элементы часто
определяется их технологичностью при монтаже. Например, в кар-
касах многоэтажных зданий стык колонн для удобства монтажа
устраивают на 800... 1000 мм выше уровня перекрытия. Получили
применение предварительно напряженные неразрезные колонны,
выполненные без стыков на высоту 2...3 этажей и более.
Железобетонные конструкции по способу выполнения могут быть
не только сборными (из элементов заводского или полигонного изго-
товления), но и сборно-мополитпыми, собираемыми из элементов
с заполнением отдельных участков монолитным бетоном на месте
строительства, или же полностью монолитными, возводимыми непос-
редственно на месте строительства. Монолитные железобетонные
конструкции обычно применяются при нетиповом проектировании,
когда нет технико-экономических предпосылок для членения тяжелых
конструкций на сборные элементы. Производство работ при возве-
дении монолитных бетонных и железобетонных конструкций может
быть в значительной мере индустриализовано. В частности, бетон
может приготовляться на специальных заводах товарного бетона,
арматурные изделия и сборно-разборная опалубка могут поставлять-
ся специализированными предприятиями. При таком подходе к орга-
низации строительства рабочие процессы на объекте сводятся к уст-
ройству лесов, установке опалубки и арматуры и укладке готовой бе-
тонной смеси. Необходимо вместе с тем учитывать, что по сравнению
со сборными у монолитных конструкций имеются дне существенные
особенности: относительно высокая стоимость лесов и опалубки и
удорожание процесса производства работ при зимнем бетонировании.
36
Использование монолитных коп.। |п нцин по(волне! получить
весьма рациональные решения. К нрелму nice i вам монолитных конст-
рукций по сравнению со сборными ошосяня oicyiCTBue трудоем-
ких работ по замоноличиванию силков, повышение жесткости не
только отдельных элементов, но и пространственной жесткости всего
сооружения; повышение надежности сооружения благодаря его мно-
гократной статической неопределимости; замена транспортировки
громоздких н тяжелых элементов обычными перевозками отдельных
составляющих (бетонной смеси, арматуры, опалубки); замена тяже-
лого кранового оборудования легким.
Все больше при строительстве мнотоэтажных зданий использует-
ся метод подъема этажей. Сущность его заключается в следующем.
Сначала устанавливают все колонны здания, затем на отметке пер-
вого этажа, в пределах габаритов здания, па тщательно подготов-
ленной площадке бетонируют все ио перекрытия. Между ними пре-
дусматривают специальные разделительные слои, обеспечивающие
свободный отрыв вышележащего перекрытия от того, на котором
производилось бетонирование. Получается как бы нанизывание пере-
крытий на колонны. На верхних колоннах устанавливают домкраты,
с помощью которых перекрытия поочередно поднимают на проектные
отметки. Установку наружных и внутренних стен, монтаж санитар
но-технического оборудования, настилку полов, заполнение дверных
проемов и другие операции производят поэтажно.
Метод подъема этажей предоставляет неограниченные возмож-
ности для различных архитектурно-планировочных и объемных реше-
ний зданий. Благодаря созданию многонролетных безбалочных пере-
крытий уменьшаются вес зданий и расход железобетона. Но особенно
эффективны с точки зрения раехота материалов перекрытия с пред-
варительно напряженной арматурой, расположенной в перекрытиях
в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Кроме того, этот
метод обеспечивает возможность индустриального строительства
зданий различных конфигураций и этажности в условиях крутого
рельефа, на небольших участках, с использованием вместо башен-
ных кранов легких монтажных средств.
Необходимым условием типизации элементов сборных конструк-
ций в условиях применения унифицированных конструктивных схем
является взаимная увязка размеров зданий и их элементов. Преду-
смотрено три категории размеров: ш помина ibnue расстояния в
плане между модульными разбивочными осями, определяющими рас-
положение стен и отдельных опор;  конструктивные — проектные
размеры сборных элементов, отличающиеся от номинальных на ве-
личину швов и зазоров (30 мм и ботее);  натурные фактические
размеры сборных элементов, отличающиеся от конструктивных на
величину допуска (3...10 мм). По возможности следует укрупнять
элементы и конструкции с учетом имеющн.мя 1ранспортных и мон-
тажных средств. Масса элементов при многоэтажном строительстве
обычно не превышает 5 т. Для одноэтажных промышленных зданий
37
могут применяться элементы массой 10...20 т и более, длиной до
24 000 мм. Габариты элементов сборных конструкций ограничивают-
ся в основном условиями транспортирования.
Для определения взаимного расположения элементов здания
(сооружения) и для привязки здания (сооружения) к строительной
координатной сетке используют сетку разбивочных осей его несущих
конструкций и отметки высот наиболее характерных уровней. Прин-
ципы привязки конструктивных элементов к модульным разбивочным
осям в гражданских зданиях следующие:  для наружных несущих
стен внутренняя грань элемента размещается на расстоянии от оси
6/2 или кратном М (или М/2), где Ь — номинальная толщина сте-
ны, М=100 мм;  для внутренних стен и колонн геометрическая
ось стены (колонны) совпадает с модульной разбивочной осью.
Основные правила привязки для промышленных производственных
зданий будут рассмотрены ниже в гл. 5.
Деформационные швы. Присущие железобетону температурные и
усадочные деформации вызывают необходимость разделения конст-
рукций температурными (температурно-усадочными) швами на от-
дельные температурные блоки. Расстояние между этими швами зави-
сит от различных причин, в частности от жесткости конструкции и от
характера связи их с фундаментами. Наименьшая длина блоков при-
нимается для конструкций, наиболее прочно связанных с основания-
ми. Например, для аэродромных и дорожных покрытий, для покрытий
и перекрытий зданий длина температурного блока зависит от гибко-
сти колонн и податливости соединений. Кроме того, длина блока
зависит от расчетной разности температур. Так, для отапливаемых
зданий длина блока всегда меньше, чем для неотапливаемых. Обычно
длина блока для монолитных конструкций отапливаемых зданий
равна 50 000 мм, а для сборных конструкций одноэтажных про-
мышленных зданий —72 000 мм (при шаге колонн 12 000 мм). Темпе-
ратурно-усадочные швы осуществляются, как правило, разрезкой
всех конструктивных элементов (исключая фундаменты), а именно
постановкой спаренных колонн с расстоянием в свету 12...20 мм.
Осадочные деформационные швы разделяют части сооружения,
имеющие различную высоту или же опирающиеся на грунты с различ-
ными деформационными свойствами. Осадочные швы обеспечивают
независимую осадку отдельных блоков. В отличие от температурно-
усадочных швов они разрезают все сооружение вместе с фундамен-
тами.
3.4.	АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
ПРОЕКТ И МЕТОДЫ ЕГО РАЗРАБОТКИ
В проектировании важнейшим направлением
является типизация проектных решений на базе унификации объем-
но-планировочных, конструктивных и технологических решений, уз-
лов, конструкций и изделий. По типовым проектам проводится строи-
38
тельство производственных зданий и сооружений со стабильной
на несколько лет технологией, а также жилых домов, общественных
зданий и сооружений, объектов сельскохозяйственного назначения.
Если же разрабатывается проект на строительство предприятия с
часто меняющейся технологией, то должны применяться унифици-
рованные, позволяющие без значительных затрат приспосабливать-
ся к новой технологии, объемно-планировочные решения зданий и
сооружений.
Стадии проектирования. Проектирование предприятий, зданий и
сооружений осуществляется в одну или две стадии.  В одну ста-
дию проектируют предприятия, здания и сооружения, строительство
которых будет осуществляться по типовым и повторно применяемым
проектам, а также технически несложные объекты. При этом разра-
батывают сразу рабочий проект со сводным сметным расчетом стои-
мости. Издание альбомов рабочих чертежей типовых строительных
конструкций, изделий и узлов позволяет свести составление строи-
тельной части таких проектов в основном к разработке чертежей
планов и разрезов зданий и сооружений, а также монтажных схем
со ссылкой на чертежи в указанных альбомах.  В две стадии проек-
тируют остальные объекты строительства, в том числе крупные и
сложные. На первой стадии разрабатывают проект со сводным смет-
ным расчетом стоимости, а на второй стадии — рабочую докумен-
тацию со сметами.
Проекты разрабатывают на основе соответствующих материалов
(с необходимыми расчетами), выполненных в составе схем развития
и размещения отраслей народного хозяйства и отраслей промышлен-
ности, а также схем развития и размещения производительных сил
по экономическим районам и союзным республикам. В проектах с уче-
том проектных изысканий и вариантных проработок уточняют место
размещения, проектную мощность, стоимость строительства и другие
технико-экономические показатели, приведенные в указанных схе-
мах развития. При двухстадийном проектировании в процессе состав-
ления рабочей документации могут проводиться дополнительные
проработки, уточняющие материалы проекта.
При разработке типовых проектов на объекты важного народно-
хозяйственного значения (а также индивидуальных проектов на
сложные объекты) отдельные конструктивные, архитектурные и дру-
гие решения могут быть разработаны в нескольких вариантах в по-
рядке конкурса.
Проектирование предприятий и сооружений, строительство кото-
рых будет осуществляться по очередям, начинают с разработки ос-
новных проектных решений, требуемых для составления схемы гене-
рального плана и расчета стоимости всего строительства с разбивкой
По очередям.
Автоматизация проектирования. Большое значение для сокраще-
ния трудоемкости и сроков проектирования, повышения экономич-
ности проектных решений, качества рабЪты и производительности
39
труда проектировщиков играет автоматизация проектных работ. Раз-
работка систем автоматизированного проектирования шла по пути
создания и внедрения в практику сначала отдельных программ для
расчета элементов конструкций; затем пакетов прикладных программ
(ППП) для выполнения стандартных этапов процесса проектирова-
ния; автоматизированных технологических линий проектирования
(ТЛП); систем автоматизированного проектирования объектов
строительства (САПР — ОС) (Заховаев Б. П. Применение автомати-
зированных систем в проектировании объектов строительства. М.,
1983.—64 с.).
В качестве примера можно привести ПИП для автоматизированного проекти-
рования на ЕС ЭВМ строительных конструкций массового назначения (ППП СК),
разработанный ЦНИИПпроектом. Отличительная особенность ППП — расчеты и
конструирование арматуры конструкций в строгом соответствии со СНиПом. Пакет
решает следующие проблемные задачи: расчет стержневых систем; расчет и проек-
тирование ребристых плит; проектирование преднапряженных балок, сборных и
монолитных изгибаемых элементов из обычного бетона, монолитных рамных карка-
сов, прямоугольных колонн, типовых фундаментов, фундаментных плит произволь-
ного очертания в плане, ленточных и столбчатых фундаментов на естественном и
свайном основаниях.
Технологические линии проектирования объединяют комплекс
технических средств, математическое и информационное обеспе-
чение и подчинены единой технологии проектирования. Например,
ТЛП строительной части промышленных зданий (ТЛП промзданий)
имеет следующие проектирующие подсистемы:  архитектурно-
строительную;  отопления;  вентиляции и кондиционирования
воздуха;  электротехническую;  водоснабжения и канализации.
ТЛП строительной части животноводческих зданий для крупного
рогатого скота имеет методическое, программное, информационное,
техническое и организационное обеспечение и с помощью ЭВМ разра-
батывает проектно-сметную документацию на стадии рабочей доку-
ментации для одноэтажных животноводческих зданий павильонной
застройки, сооружаемых с инженерными системами. В ТЛП входят:
расчет вариантов, определение технико-экономических показателей и
выбор отдельных оптимальных планировочных решений, а также
разработка отдельных частей проекта (архитектурно-строительной,
отопления, вентиляции, внутренних систем водопровода и канализа-
ции и др.).
ТЛП объектов водоснабжения и водоотведения формирует ва-
рианты комплексных технологических схем системы водоснабжения
и водоотведения промышленных предприятий, оценивает их и выби-
рает оптимальные решения, обеспечивающие высокие технико-эко-
номические показатели и рациональное использование водных ресур-
сов. В техническое обеспечение ТЛП входят ЕС ЭВМ средней мощ-
ности с набором периферийных устройств и множительная техника.
Внедрение ТЛП позволяет разрабатывать и внедрять на промышлен-
ных предприятиях рациональные схемы водоиспользования, на 40...
50% уменьшить трудоемкость разработки проектно-сметной докумен-
те
тации при выполнении технико-экономических обоснований строи
тельства промышленных предприятий, на 15...20% снизить сметную
стоимость объектов водоснабжения по технологической части и
сэкономить за год около 2 млн. руб.
В заключение рассмотрим некоторые из систем автоматизирован-
ного проектирования объектов строительства (САПР — ОС). Систе-
ма автоматизированного проектирования осушительных систем и сис-
тем орошения культурных пастбищ (САПР — РГВХ) решает вопро-
сы комплексной автоматизации проектирования закрытой самотечной
горизонтальной осушительной сети и закрытой оросительной сети.
Система автоматизированного проектирования тепловых и атом-
ных станций (САПР — ТЭС) вносит коренное изменение в техноло-
гию проектирования и использования ЭВМ (не только в расчетные,
но и в конструкторские работы). Система обеспечивает автоматиза-
цию проектирования: трубопроводов (анализ прочности под дейст-
вием статической и сейсмической нагрузок и др.; конструирование
блоков трубопроводов, проектирование тепловой изоляции, составле-
ние сводных спецификаций); строительных конструкций (расчеты
рамных каркасов, оптимальный подбор сечений, расчет и конструи-
рование фундаментов); гидротехнических сооружений (расчеты на
прочность подземных циркуляционных водоемов и откосов плотин).
В будущем автоматизация проектирования будет развиваться все
шире.
Технико-экономическая оценка зданий и их конструктивных эле-
ментов. Под технико-экономической оценкой понимают рассмотрение
архитектурно-планировочного или конструктивного решения здания
(или его элементов) с точки зрения как технической, так и экономи-
ческой целесообразности этого решения по сравнению с другим ре-
шением, принятым за эталон. Основным критерием такой оценки
обычно служит стоимость 1 м2 или 1 м3 конструкции или здания в
целом. При определении этой стоимости необходимо учесть не только
единовременные затраты, но и расходы на эксплуатацию в течение
определенного периода. Поэтому в качестве критерия экономической
эффективности для сравнения взаимозаменяемых проектных реше-
ний обычно используется минимум приведенных затрат:
C,+EHK->-min,
где С, — текущие издержки (себестоимость строительно-монтажных
работ или эксплуатационные расходы); К — единовременные затра-
ты (капитальные вложения или стоимость производственных фон-
дов), приведенные к годовой размерности с помощью нормативного
коэффициента эффективности капитальных вложений Е„; Е„=
=0,08...0,12.
Для конкретных конструкций данного вида (балка, колонна и
др.) наименьшую стоимость определяют в первом приближении по
стоимости конструкции в деле Скд, которая складывается из завод-
ской стоимости изготовления конструкции Ск, стоимости транспор-
41
тировки Ст, стоимости монтажа См и изменяющейся части накладных
расходов строительства, т. е. расходов, связанных с обеспечением
строительного производства и управления строительством.
Для технико-экономической оценки отдельных зданий определяют
также следующие показатели:  трудоемкость на единицу измерения
конструкции;  расход строительных материалов на единицу изме-
рения конструкции, в особенности расход материалов, подлежащих
наиболее экономному расходованию (сталь, цемент);  массу конст-
рукции;  степень сборности, обычно выражаемую отношением стои-
мости сборных конструкций заводского изготовления к стоимости
всех конструкций;  степень заводской готовности конструкций;
 число типоразмеров сборных элементов;  степень огнестойкости
конструкций. Важным показателем является масса конструкций.
Снижение материалоемкости достигается применением современных
высокопрочных и облегченных материалов — высокопрочных сталей
и бетонов, легких бетонов на пористых заполнителях, ячеистых бето-
нов, конструкций с применением высокоэффективных теплоизоля-
ционных материалов и др.
В жилищном строительстве снижение стоимости является весьма
сложной задачей. Это связано с повышением уровня благоустройства
жилья, возрастанием объемов жилищного строительства в отдель-
ных районах и на селе. Вместе с тем накопленный опыт пока-
зывает, что там, где последовательно внедряются индустриальные
методы строительства, применяются прогрессивные конструкции,
материалы и изделия, рационально используются мощности пред-
приятий крупнопанельного домостроения, широко распространяется
бригадный подряд, снижается стоимость строительства жилых домов,
сокращаются его сроки.
3.5.	ПОНЯТИЕ О ПЛАНИРОВКЕ
И РЕКОНСТРУКЦИИ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
По численности населения жилые территории
делят на города и сельские населенные места и классифицируют
следующим образом:
Сельские населен- ные места	Численность населе- ния, тыс. чел.	Города	Численность населе- ния, тыс. чел.
Мал ые	До 1	Малые	До 50
Средние	1...2	Средние	50...100
Большие	2...5	Большие	100...250
Крупные	Более 5	Крупные	250... 500
		Крупнейшие	Более 500
Планировочная структура населенных мест. Она предусматривает
выделение нескольких планировочных зон:  селитебная зона—
территория города, предназначенная для строительства жилых до-
мов, общественных зданий, размещения садов, парков, бульваров
42
и т. п.;  промышленная зона - территория города, на которой рас-
полагаются промышленные предприятия города. При проектирова-
нии промышленной зоны необходимо обеспечить защиту селитебной
зоны от загрязнения промышленными газами и пылеобразными
отходами, производственными сточными водами и т. п. Для этого, в
частности, промышленную зону проектируют с учетом господству-
ющего направления ветров, располагая ее с подветренной стороны
по отношению к селитебной;  санитарно-защитная зона — зона,
отделяющая промышленное предприятие от селитебной территории.
В пределах санитарно-защитной зоны размещение зданий и соору-
жений, а также благоустройство территории регламентируются са-
нитарными нормами. Ширина этой зоны в зависимости от степени
вредности производства в промышленной зоне составляет 50... 1000 м
(подробнее см. гл. 5);  коммунально-складская зона — территории,
занятые гаражами, трамвайными, троллейбусными, автобусными и
таксомоторными парками, складами, овощехранилищами и другими
предприятиями коммунально-бытового обслуживания населения. Эта
зона размещается обычно вне селитебной территории на ограниченно
пригодных участках. Коммунально-складская зона вместе с тем
должна иметь хорошую транспортную связь как с селитебной, так и с
промышленной зонами;  зона внешнего транспорта — территории,
занятые железнодорожными путями и станциями, аэропортами,
водными портами, автомобильными дорогами и т. п. Эта зона разме-
щается вне селитебной территории, но обычно в непосредственной
близости к ней.
Основным планировочным элементом селитебной зоны является
микрорайон — жилой массив с численностью населения 5...20 тыс.
чел., обеспеченный основными видами учреждений повседневного
культурно-бытового обслуживания населения.
В крупнейших и крупных городах в связи с увеличением объемов строитель-
ства, развитием массового скоростного транспорта, повышением этажности жилой
застройки, а вследствие этого укрупнением массовых общественных зданий на
смену микрорайону пришло более крупное градостроительное образование - жилой
район. Начало строительству жилых районов было положено в Москве, где в 1956—
1958 гг. был запроектирован и вскоре построен жилой район в Новых Черемушках.
Этот жилой район имеет более разветвленную сеть предприятий и учреждений
культурно-бытового обслуживания но сравнению с микрорайоном.
Основную объединяющую роль в формировании жилого района играют сложные
взаимосвязи между различными видами учреждений культурно-бытового обслужива-
ния общегородского и общерайонного назначения. Сеть предприятий и учреждений
культурно-бытового обслуживания жилого района может быть расширена и допол-
нена либо сокращена в зависимости от конкретных условий. Так, если жилой район
близок к промышленной зоне, то торгово-бытовые учреждения, зрелищные пред-
приятия должны быть рассчитаны с учетом удовлетворения рабочих и служащих
промышленной зоны. При наличии расположенной рядом с жилым районом зоны
отдыха (обычно в прибрежных жилых районах и курортных городах) сеть учрежде-
ний культурно-бытового обслуживания должна быть дополнена предприятиями
общественного питания, продовольственными магазинами, спортивными сооруже-
ниями и т. и. Следует подчеркнуть, что застройку жилых районов необходимо вести
комплексно, осуществляя ввод в действие культурно-бытовых, торговых и других
объектов одновременно со сдачей в эксплуатацию жилых домов.
43
Существует несколько систем застройки микрорайонов и райо-
нов:  периметральная по периметру квартала, ограниченного
улицами;  строчная вдоль магистральных улиц и дорог с интен-
сивным движением;  групповая — с дифференциацией зданий по
группам для обеспечения оптимальных условий инсоляции;  сво-
бодная. Последняя система, когда здания довольно свободно распо-
ложены по застраиваемой территории, а город легко просматривает-
ся во всех направлениях, хотя получила распространение как в СССР,
так и за рубежом, но за последние годы подвергается критике в печати.
Реконструкция населенных мест. При развитии и реконструкции
городов и других населенных пунктов современные архитектурные
решения должны соч<чаты я с исторически сложившейся застройкой
и предусматривать сохранение зданий и сооружений, имеющих куль-
турную и художественную ценность. В периферийных частях цент-
рального района, занятых в основном жилыми домами, реконструк-
цию, как правило, ведут с использованием типовых проектов, приме-
няемых в массовом строительстве.
Особым градосгроительным объектом являются центральные рай-
оны крупных и крупнейших городов. Эти районы в существующих го-
родах уже сложились и мотут подвергаться лишь реконструкции. В
ядре центрального района, обычно насыщенном общественными зда-
ниями, используют так называемые многофункциональные жилые
комплексы, куда входят культурно-бытовые учреждения и предприя-
тия как местного, 1ак и общегородского значения. В связи с тем что
центр города является районом интенсивного развития торговли,
чаще всего совмещают жилой дом с торговыми учреждениями, иног-
да с включением культурно просветительных учреждений и общест-
венных организаций. За счет обьединения в одном здании жилых
и общественных функций достигают более интенсивного использо-
вания территории ядра 1 оротского центра Этой же цели служит
объединение жилых чо ,п (<  сои с транспортными сооружениями
центра.
В качестве примера р;н< мотрнм крупный жилой комплекс в г. Минске, вклю-
чающий в себя иредирия|ия культурно бытового обслуживания, общественного ни
танин и торговли, а также транспортную магистраль общегородского значения
(рис. 3.2). Жилые дома располагаются по обе стороны улицы и формируют ее заст-
ройку. Пешеходная платформа, перекрывающая транспортную магистраль на протя-
жении 300 м, объединяет жилые доча со встроенно нрисгроенными помещениями
общественных учрож тений >• т пнч-'й ломи чеке Часы, жилого комплекса решена в
виде непрерывной пеночки н> пяти житых зданий переменной этажности (9...12 эта-
жей) общей протяженностью ">.г>0 м. возне тешн.тх по индивидуальным проектам.
Здесь расселяется до 20(К1 танс.п й Учреждения обслуживания и торговли зани-
мают три цокольных этажа и имеют входы как с уровня земли, так и с пешеходной
платформы. Они включают в себя столовые, магазин «Детский мир», детские кафе-
мороженое, мебельный детский магазин, магазины «Юный техник» и школьно-пись-
менных нрипадлежност-й vin>..<>nc-’.• кафетерий, магазин «Океан», ресторан, пивной
бар, трансагентство
Противоположная .чоролз жилого комплекса решается в виде трех 20-этажных
жилых башен, которые р.-н-но.южепы на уровне третьего четвертого этажей обще-
ственного нотис''' г, -..у.,.. л	и у|'т|1зереа.тьный книжный магазин с
44
выставочным залом и конференц-залом, центральный букинистический и антиквар-
ны^ магазины, фирменные магазины республиканских министерств, ресторан, пив-
ной'бар, сберегательная касса, отделение связи и центральный переговорный пункт,
кинотеатр на 500 мест, Дом быта, магазин «Цветы», центральная городская аптека.
Одним из важных вопросов, который приходится решать при пла-
нировке населенных мест, это этажность проектируемой застройки.
Этажность жилых домов обычно устанавливают с учетом экономи-
Рис. 3.2. Центральная часть жилою комплекса в ядре центрального района
города:
/— пешеходная платформа; 2 магистраль общегородского значения; 3 обслуживающее
помещение; 4 мт азин; 5 жилые этажи
ческих, архитектурно-градостроительных, социально-бытовых и дру-
гих требований.
В городах этажность застройки ведется с учетом специальных
указаний, разработанных на основе перечисленных выше требований.
Согласно этим указаниям наиболее экономичными типами жилых до-
мов для массовой застройки городов и поселков городского типа в
зависимости от величины города и местных условий являются жилые
дома без лифтов в пять и с лифтами в девять этажей. Для некоторых
климатических районов и местностей, расположенных на высоте бо-
лее 1000 м над уровнем моря, жилые дома без лифтов должны быть
не выше четырех этажей. В районах сейсмичностью 8...9 баллов сле-
дует предусматривать преимущественно четырехэтажную застройку.
В массовом жилищном строительстве девятиэтаж-
ные жилые лома целесообразно возводить:  в крупнейших городах
(население более 500 тыс. чел.);  в крупных городах (население
250...500 тыс. чел.) при неблагоприятных инженерно-геологических
условиях (просадочные грунты, затапливаемые и заторфованные
территории и т. п.), где требуются сложные инженерно-технические
мероприятия по подготовке этих территорий к строительству, а также
в центральных районах этих городов;  в городах с крайне ограни-
ченными возможностями расширения территории. В остальных горо-
дах и районах городов, которые по условиям строительства не отно-
сятся к вышеуказанным, в массовом жилищном строительстве воз-
водятся пятиэтажные дома.
45
Строительство жилых зданий высотой 12...16 этажей в широком
объеме осуществляется в Москве, Ленинграде, Киеве. В других горо-
дах, где рекомендована массовая застройка девятиэтажными Зда-
ниями, здания в 12...16 этажей будут возводить лишь на наиболее
ответственных участках застройки, при соответствующих градострои-
тельных и технико-экономических обоснованиях.
Жилые дома высотой более 16 этажей являются недостаточно
экономичными в строительстве и эксплуатации, создают определен-
ные неудобства для проживания. Поэтому лиень в порядке исключе-
ния с разрешения Советов Министров союзных республик, а в Моск-
ве, Ленинграде, Киеве с разрешения горисполкомов Советов народ-
ных депутатов будут строить такие дома.
Этажность общественных зданий определяется путем
технико-экономических расчетов исходя из требований СНиПов, гра-
достроительного значения проектируемых объектов, условий удоб-
ства работы персонала и рациональной величины эксплуатационных
расходов.
С этажностью зданий тесно связано такое понятие, как плот-
ность застройки, которая характеризуется коэффициентом застрой-
ки (/?) - отношением застроенной зданиями площади ко всей площа-
ди жилой части микрорайона (включая площадь зданий и незаст-
роенную площадь между зданиями). Незастроенная площадь между
зданиями определяется в основном санитарными разрывами, тре-
буемыми для обеспечения ежедневной трехчасовой инсоляции жилых
помещений. Величина санитарных разрывов, в свою очередь, увели-
чивается с этажностью зданий (например, от 20 м для двух-, четырех-
этажных до 80 м — для 16-этажных). Поэтому и коэффициент заст-
ройки уменьшается с повышением этажности. Например, для одно-
секционных домов он снижается с 0,225 при двух — четырех этажах
до 0,041 при 16 этажах. Для многосекционннх домов эти значения
несколько выше.
Коэффициент застройки k связан с плотностью жилого фонда
Рш (м2/га) соотношением
Р„,= 104/?п//,	(3.1)
где п—средняя этажность жилых зданий микрорайона; i=z/f- от-
ношение площади застройки микрорайона к жилой площади квартир;
в зависимости от этажности здания и площади квартир i= 1,91 ...2,41;
z -- площадь застройки жилыми зданиями, приходящаяся на одного
жителя, м2; / — обеспеченность одного жителя жилой площадью,
м2. В практических расчетах обычно рассматривают не плотность
жилого фонда нетто, а плотность жилого фонда брутто, когда в фор-
муле (3.1) величина 104 (1 га=104 м2) уменьшена на значение пло-
щади участков, занятых учреждениями обслуживания. Так как в
настоящее время нормируется не жилая, а общая площадь на одного
человека, то плотность жилого фонда вычисляют по общей площади:
Р»/=104 kn/ia,	(3.2)
46
где io — отношение площади застройки микрорайона к общей пло-
щади квартир, г'о= 1,27... 1,44 в зависимости от этажности здания и
площади квартиры.
Норма жилого фонда (обеспеченность общей площадью в расчете
на Одного человека) на первую очередь строительства принимается
равной 13,5 м2, на перспективу (расчетный срок)— 18 м2, для опре-
деления резервных территорий за пределами расчетного срока —
23 м’
Архитектурно-строительная реконструкция промышленных пред-
приятий. Она во многом зависит от условий их размещения. Для
разработки проекта реконструкции предприятия, размещенного в
условиях городской застройки кроме необходимости развития произ-
водства возникают исторически складывающиеся проблемы ликви-
дации «несовместимости» промышленной и селитебной застройки.
Характерными для города являются предприятия швейной, обувной
и трикотажной промышленности. Как показывает практика, рекон-
струкция этих предприятий происходит по следующим направлениям:
 перебазирование производства на территорию аналогичных пред-
приятий или на новую площадку;  реконструкция существующей
застройки с одновременным строительством новых зданий за счет
увеличения промышленной площадки;  то же, со строительством но-
вых зданий и пристроек в пределах существующей площадки;  по-
этапный снос существующих зданий и строительство вместо них но-
вых объектов;  строительство кооперированных объектов подсоб-
ного и вспомогательного назначения для группы предприятий.
Перебазирование производства обусловливается целесообраз-
ностью территориального присоединения филиалов предприятий или
их отдельных цехов, размещенных в неприспособленных зданиях, к
основным или аналогичным предприятиям. Например, совершенство-
вание организации швейного производства объединения «Латвия»
(Рига) решается перебазированием на площадку головного пред-
приятия одного из филиалов, созданием единого экспериментального
производства. Проведение указанных .мероприятий позволяет высво-
бодить производственные площади мелких предприятий. Пример
перебазирования предприятий в градостроительных целях — объеди-
нение на одной новой площадке в районе Чертанова (Москва) шести
производственных площадок обувных фабрик «Пролетарий» и «Вос-
ток», расположенных в центральных районах столицы. Объемно-
планировочная структура новой застройки представляет собой еди-
ное здание прямоугольной конфигурации с внутренним двором, что
позволяет перенести места приложения труда во вновь создаваемые
районы, улучшить застройку и оздоровить городскую среду централь-
ных районов.
Пример реконструкции существующей застройки с одновремен-
ным строительством новых зданий за счет увеличения промышленной
площадки — главное производство фабрик «Латвия», где кроме ре-
конструкции существующих зданий были сооружены два новых кор-
47
нуса производственного и производственно-бытового назначения.
Пример реконструкции существующей застройки со строительством
новых зданий и пристроек в пределах промышленной площадки -
швейная фабрика «Большевичка» (Москва). Реконструируемое зда-
ние, построенное в конце прошлого века, шестиэтажное с подвалом.
Новые производственные площади встраиваются между существую-
щими корпусами и завершают застройку квартала, причем форми-
руется единое здание с внутренним двором.
Пример поэтапного сноса существующих зданий и строительство
вместо них новых — реконструкция обувной фабрики «Парижская
коммуна», промышленная площадка которой расположена в селитеб-
ной застройке и формирует набережную Москвы-реки. Застройка
представляет собой хаотическое нагромождение разноэтажных зда-
ний, неоднократно подвергавшихся всевозможным преобразованиям.
Проектируемая застройка соответствует градостроительным, техно-
логическим и санитарно-гигиеническим требованиям, характеризует-
ся высокими архитектурно-художественными качествами. При этом
площадь территории фабрики после реконструкции сократится с
2,42 до 1,28 га, в то время как развернутая площадь зданий увели-
чится с 53,6 тыс. до 61,6 тыс. м2.
Пример создания кооперированных объектов подсобного назна-
чения и централизованных производств для групп предприятий —
образование некоторых единых производственных и подсобных функ-
ций в рамках обувного объединения «Скороход». Здесь в структуру
застройки фабрики «Пролетарская Победа» включается ряд объек-
тов, общих для группы предприятий. Предусмотрены мероприятия,
направленные на совершенствование технологической и функцио-
нальной структуры объединения. В частности, на резервных терри-
ториях площадки намечено строительство корпуса для централизо-
ванного изготовления клеев, здания для производства каблуков и
колодок, а также для централизованного механического производ-
ства, рассчитанного на обслуживание широкой группы предприятий.
Проектом реконструкции предусматривается развитие объектов вспо-
могательного назначения для существующего производства, строи-
тельство нескольких объектов подсобного назначения и нового быто-
вого корпуса.
3.6.	ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ*
Для надежной защиты помещений от внешних
воздействий служат ограждающие конструкции зданий. Влияние
указанных воздействий на. ограждения и человека, находящегося
в помещении, является предметом изучения строительной физики.
* Студенты, обучающиеся по специальности «Теплогазосиабжение и вентиля-
ция», изучают в настоящем разделе курса только вопросы строительной акустики
(звукоизоляции) и светотехники; вопросы строительной теплотехники подробно изу-
чаются ими в отдельном курсе.
48
Строительная физика состоит из трех основных разделов: строитель-
ной теплотехники, строительной акустики (звукоизоляции) и свето-
техники.
Основы строительной теплотехники. Этот раздел строительной
физики рассматривает теплозащитные и санитарно-гигиенические ка-
чества ограждающих конструкций зданий. Указанные качества зави-
сят как от свойств самой ограждающей конструкции, так и от харак-
тера и.величины внешних воздействий — температуры и влажности
наружного воздуха, количества и характера атмосферных осадков,
направления и скорости ветра. Важным является не только возмож-
ность различных этих воздействий, но и их взаимное сочетание,
например дождя с сильным ветром. Поэтому вопросы строительной
теплотехники всегда рассматриваются в сочетании с данными строи-
тельной климатологии — отрасли науки, изучающей для различных
географических районов условия климатического режима, подле-
жащие учету при проектировании.
Проектирование ограждающих конструкций зданий должно про-
изводиться с учетом:  достаточных теплозащитных свойств для за-
щиты помещений от охлаждения зимой и от перегрева летом;  огра-
ниченной воздухонепроницаемости для защиты помещений от излиш-
него воздухообмена;  влагозащитных свойств конструкций;  дос-
таточно высокой температуры внутренней поверхности для преду-
преждения появления на ней конденсатной влаги;  сохранения
нормального влажностного режима конструкции и предотвращения
ее увлажнения, которое может снизить как теплозащитные свойства,
так и долговечность этой конструкции.
Осуществление перечисленных требований должно проводиться
при одновременном стремлении к минимуму приведенных затрат, учи-
тывающих как единовременные, так и эксплуатационные расходы. В
соответствии с этим в строительной теплотехнике анализируют воп-
росы теплопередачи, воздухопроницаемости и влажностного режима
ограждающих конструкций.
Теплопередача через ограждение, т. е. перенос теплоты от одной
более нагретой газообразной среды к другой через разделяющую их
твердую преграду, определяется по формуле
Q=cx(tb—тн)Л/,	(3.3)
где Q количество тепла, проходящего через ограждение; а— ко-
эффициент теплопередачи, Вт/ (м2- °C); тв, тн — температура соответ-
ственно внутренней и наружной стороны ограждения, °C; А — пло-
щадь ограждения, м2; t — время, с.
Коэффициент теплопередачи а характеризует количество теплоты
(Дж), которое проходит в течение 1 с через 1 м2 ограждения при
разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1 °C.
При расчете теплозащитных свойств ограждающих конструкций
обычно рассматривают не саму теплопередачу, а сопротивление
49
теплопередаче и пользуются не коэффициентом теплопередачи а,
а обратной величиной — сопротивлением теплопередаче:	/
Яо=1/<х.	(3.4)
Сопротивление теплопередаче может быть интерпретировано как
разница температур внутреннего и наружного воздуха (в Кельвинах
или градусах Цельсия), требуемая для передачи через 1 м2 огражде-
ния теплового потока в 1 Вт (т. е. 1 Дж за 1 с). Рассмотрим струк-
туру сопротивления теплопередаче Со-
процесс перехода теплоты через ограждающую конструкцию сос-
тоит из трех этапов: 1) тепловосприятия с внутренней стороны (со
стороны более нагретого воздуха); 2) теплопроницания через ограж-
дение; 3) теплоотдачи с наружной стороны (со стороны более холод-
ного воздуха). На каждом этапе тепловому потоку приходится прео-
долевать соответствующие термические сопротивления, из которых и
складывается величина Ro:
для однородного (однослойного) ограждения (принимая (= 1)
Яо=1/ав+ЯН-1/ак,	(3.5)
для многослойного ограждения
п
Rn= 1/,,+ J Я(+	(3.6)
(=|
где Ri=6i/kt — термическое сопротивление z-ro слоя: 6, — толщина
z-ro слоя материала п-слойного ограждения (нумерация слоев идет
от внутренней поверхности), м; fa— расчетный коэффициент тепло-
проводности, Вт/(м-°С); ан — коэффициент конвективной теплоот-
дачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей
конструкции, Вт/(м - С), <Хв — см. ниже.
При наличии внутри многослойного ограждения замкнутых воз-
душных прослоек в правую часть формулы (3.6) вводят дополнитель-
но термические сопротивления отдельных воздушных прослоек RB.n..
Конкретные расчетные значения названных выше величин опреде-
ляют в зависимости от конкретной конструкции ограждения по таб-
лицам, приведенным в СНиП 11-3—79*.
Основные принципы конструирования ограждающих конструк-
ций, вытекающие из теплотехнических требований, заключаются в
следующем. При проверке сопротивления теплопередаче уже сущест-
вующей конструкции вначале определяют Ro по формулам (3.5) или
(3.6). Величина Ro должна быть не меньше требуемого по санитарно-
гигиеническим условиям значения Rtf, зависящего от назначения
помещения, его температурно-влажностного режима, вида огражде-
ния, а также от местных климатических условий:
Rov = Ra/M =n(tB-Г) / (AC ав),
50
где п — коэффициент, зависящий от положения наружной поверх-
ности ограждения по отношению к наружному воздуху; для наруж-
ных стен п=1; 1„— расчетная температура внутреннего воздуха,
°C;	— расчетная зимняя температура наружного воздуха, °C;
Д/н — нормируемый температурный перепад между температурами
внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения, °C;
ав — коэффициент теплопередачи внутренней поверхности огражде-
ния, Вт/(м2-°С).
Расчетная зимняя температура tH принимается с учетом массив-
ности ограждения, которая характеризуется тепловой инерцией
ограждения D (см. ниже).
При решении другой задачи, а именно при проектировании новых
конструкций, задаются сопротивлением теплопередаче, равным
RoK — экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче
(пс минимуму приведенных затрат), но не менее требуемого сопро-
тивления теплопередаче /?ор по санитарно-гигиеническим условиям.
Опэеделение величины /?ок рассмотрено ниже.
Выше всюду предполагалось, что тепловой поток является стацио-
нарным— неизменным во времени. В действительности, вследствие
колебаний температур внутреннего и наружного воздуха тепловой
поток будет переменным по времени. Поэтому к ограждающим конст-
рукциям предъявляются некоторые дополнительные теплотехниче-
ские требования, состоящие в необходимости обеспечить минимум
колебаний температуры на внутренней поверхности ограждения. Это
важно как для поддержания комфортных условий в помещении, так и
для предотвращения выделения конденсационной влаги на внутрен-
ней поверхности ограждающей конструкции. Свойство ограждения
обеспечивать относительное постоянство температуры на внутренней
поверхности при изменениях величины теплового потока через ограж-
дения называют теплоустойчивостью. Важной величиной, во многом
определяющей теплоустойчивость ограждения, является его тепловая
инерция D, характеризующая свойство конструкции сохранять или
медленно изменять распределение температур внутри конструкции.
Телловая инерция — величина безразмерная.
Для однородного (однослойного) ограждения (принимая (=1)
D=RiS„	(3.7)
для многослойного ограждения
п
D^RS,.	(3.8)
<= I
гд? Ri — термическое сопротивление г'-го слоя материала п-слойного
огэаждения, м2-°С/Вт; S, — коэффициент теплоусвоения материала
z-ix) слоя, Вт/(м2-°С). Коэффициент теплэусвоения характеризует
свэйство поверхности материала воспринимать теплоту при колеба-
ниях теплового потока, он зависит от удельнэй теплоемкости материа-
ла, его плотности и весовой влажности.
51
Для конструкций малой инерционности £)>1,5 (до 4), для конст-
рукции средней инерционности £)>4 (до 7), для безынерционных
конструкций £)<1,5, для конструкций большой инерционности
£»7,0.
Экономически целесообразное сопротивление теплопередаче
(Ушков Ф. В., Шубин Л. Ф., Шемякин Д. Д. К расчету экономичес-
ки целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих кон-
струкций//Жилищное строительство. 1981. № 3. С. 9...11):
/?<э)к=/?торгэк,	(3.9)
где Гэк — коэффициент тепловой эффективности ограждающей конст-
рукции, являющийся мерой целесообразного повышения минималь-
но необходимой величины требуемого сопротивления теплопередаче
/?ор;
^K=V“c/(xnyT₽sJ-	(З-Ю)
где а - коэффициент, зависящий от тепловой инерции конструк-
ции; Ст — стоимость единицы тепловой энергии для отопления по-
мещений; Ху? — приведенный (с учетом влияния теплопроводных
включений) коэффициент теплопроводности материала утепляющего
слоя; Сут - стоимость 1 м3 материала утепляющего слоя «в деле».
Значения указанных величин и коэффициента тепловой эффектив-
ности Гэк для распространенных видов ограждающих конструкций
приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1. Экономически целесообразное сопротивление теплопередаче
Конструкция стены	О	г,к по фор- муле (3.10)
Большой инерционности Из кирпича обыкновенного М125 на цементно-песчаном растворе, толщиной более 51 см	Болес 7	0,94
Из пустотелого кирпича плотностью р= 1300 кг/м3, тол- щиной более 51 см	Более 7	1,11
Средней инерционности Из однослойных керамзитобетонных панелей, р—-1000 кг/м3, на керамзитовом песке	4...7	1,02
1о же, на кварцевом песке с поризацией, деревянная брусчатая	4...7	0,96
Малой инерционности Из трехслойных железобетонных панелей с ребрами из железобетона с утеплителем из пенополистирола, р = = 40 кг/м3	1,5...4	1,48
То же, с гибкими связями	1,5...4	2,2
52
Продолжение таблицы 3.1
Конструкция стены	D	г,k по фор- муле (3.I0)
Безынерционные		
Деревянная сборная щитовая с утеплителем из минерало-		
ватных плит, р= 100 кг/м3	До 1,5	2,03
Металлические панели типа «сэндвич» с ушили гелем из		
термореактивного пенопласта, р=40 кг/м3	До 1,5	1,4
То же, из керамзитобетоиа, р= 1200 кг/м'1; на керамзато-		
вом носке	1 .7	0.93
То же, на кварцевом песке с поризацией	4...7	0,88
Из однослойных панелей из ячеистого бетона, р=700 кг/м3	4...7	1,23
То же, р=800 кг/м3	4...7	1,15
Из трехслойных железобетонных панелей с керамзито-		
бетонными ребрами с вкладышами из керамзитобетоиа, р=500 кг/м3	4...7	1,7
То же, с вкладышами из мивераловатных плит, р=3(Х) кг/м3	4...7	1,68
То же, с ребрами из железобетона	4...7	1,37
Как видим из табл. 3.1, значения гэк для кирпичных и керамзи-
тобетонных стен близки к единице, т. е. R'^kRI,1'. Для стен из трех-
слойных железобетонных панелей, из панелей типа «сэндвич», а
также деревянных с минераловатным утеплителем величина /?окД> 1,
т. е. экономически целесообразно проектировать эти стены так, чтобы
их сопротивление теплопередаче было существенно выше минималь-
но требуемого значения /?6Р. Кроме существующих традиционных
расчетов предложен расчет ограждающих конструкций с помощью
номограмм (Шубин Л. Ф.. Умн.чкона И. П. Теплотехнический рас-
чет ограждающих конструкций с помощью номограмм. Изд. МИНИ
им. В. В. Куйбышева, М., 1985).
Важно также, что для различных географических районов стра-
ны соотношение стоимости строительных конструкций и энергии,
расходуемой на обеспечение требуемых параметров микроклимата
в производственных помещениях, различно. В соответствии с этим
различается и отношение г,к=/?ок//?пр. Приведенные данные свиде-
тельствуют о необходимости дифференцированного решения вопроса
экономии энергетических ресурсов при эксплуатации зданий в зави
симости от конкретных условий строительства.
В экономии теплоты в производственных зданиях важное зна
чение имеет качество конструктивного решения ограждений. Так,
в зависимости от климатического района строительства и конструк-
тивного оформления стыка стен на нагрев холодного воздуха, фильт-
рующегося через 1 м стыка, может потребоваться 10...40 % теп-
лоты, расходуемой на компенсацию теплопотерь через I м2 глухого
участка стены.
53
При конструировании ограждающих конструкций необходимо
учитывать, что значительные теплонотери происходят в зданиях не
только через стены, но и через окна. Рассмотрим, каким образом
конструктивное решение окон влияет на теплонотери в жилых до-
мах. Удельный расход теплоты через окна зависит от конструкций
окна и его размера. Расчеты показывают, что на каждый 1% уве-
личения проемности стен сверх минимальных требований по освещен-
ности (см. ниже) удельный расход теплоты увеличивается на 0,5...
0,9% в пятиэтажных и на 0,7... 1 % в девятиэтажных домах.
Особенно большое влияние на теплонотери оказывает конструк-
ция окна. Поэтому установлены рациональные границы применения
окон разных типов. При средней по стране стоимости условного топ-
лива жилых домов окна с раздельными переплетами и двойным
остеклением целесообразно применять, начиная с расчетной темпера-
туры наружного воздуха 27 °C, окна с раздельными переплетами
и тройным остеклением — при —31 °C. Эти показатели определены из
условия применения в качестве уплотнителя пенополиуретановых
прокладок. Если вместо пенополиуретана применяется полушерстя-
ной шнур, удельный расход теплоты через окна возрастает в среднем
в 1,5 раза, а в случае отсутствия прокладок — в 2...2,5 раза.
Воздухопроницаемость — свойство ограждения пропускать через
себя воздух. Фильтрация наружного воздуха сквозь ограждения
(стены, заполнения проемов, стыки и др.) происходит в основном
по двум причинам:  тепловой напор, возникающий вследствие
разности температур воздуха внутри и вне здания в холодный период
года, способствует инфильтрации воздуха сквозь ограждение ниж-
них этажей высоких зданий. Если в конструкции ограждения имеет-
ся плотный воздухонепроницаемый слой, он препятствует сквозному
движению воздуха;  ветровой напор, который создает избыточное
давление на отдельных участках ограждений. В этом случае воздух
движется не только поперек, но и вдоль отдельных слоев и наружной
поверхности ограждения. При этом значительно увеличивается теп-
лообмен с внешней средой. Если наружные слои ограждения воз-
духопроницаемы, то фильтрация воздуха, возникающая от ветрового
напора, приводит к существенному снижению температуры внут-
ренней поверхности конструкции.
Чрезмерная воздухопроницаемость нежелательна с теплотехни-
ческой точки зрения, так как она вызывает (особенно зимой) до-
полнительные теплопотери. Степень воздухопроницаемости материа-
ла характеризуется коэффициентом воздухопроницаемости i
[кг/(м-с-Па) |. Коэффициент воздухопроницаемости численно ра-
вен массе воздуха (кг), фильтрующегося в 1 с через 1 м2 поверхности
материала при его толщине в 1 м и при перепаде давления 1 Па.
Для оценки воздухопропроницаемости ограждения определяют
величину его сопротивления воздухопроницанию (м2-с • Па/кг):
для сплошного слоя материала, без щелей и стыков
/?ои=8//.	(3.11)
54
для многослойного ограждения
п
Ro«=^ R«i’	(3-12)
i= I
где 6 — толщина слоя, м.
Для расчета ограждения на воздухопроницаемость находят фак-
тическую величину сопротивления воздухопроницанию по формулам
(3.11), (3.12) и сравнивают ее с нормативной величиной требуемо-
го сопротивления воздухопроницанию Rl^, которая в свою очердь,
зависит от требуемого сопротивления теплопередаче и расчетной
скорости ветра.
Наличие штукатурки резко (иногда в десятки раз) снижает возду-
хопроницаемость стен. Поэтому, например, наружные стены с ошту-
катуренной наружной поверхностью, а также наружные каменные
или кирпичные стены с внутренней штукатуркой и расшивкой швов
по наружной поверхности на воздухопроницаемость рассчитывать
не требуется.
Сохранение теплозащитных и санитарно-гигиенических качеств
ограждающих конструкций возможно только при соблюдении их
определенного влажностного режима. Основной причиной появления
влаги в ограждениях является конденсация водяных паров в процес-
се эксплуатации.
Влажностный режим помещений может быть сухим (относитель-
ная влажность воздуха в зимнее время ср<50%), нормальным ср=
—50...60%), влажным (ср=61 ...75%), мокрым (ср>75%). Если
воздух охлаждается, его относительная влажность увеличивается.
При некоторой температуре, называемой точкой росы, относитель-
ная влажность воздуха достигает 100% и при дальнейшем охлажде-
нии воздуха часть влаги будет конденсироваться. Поэтому для борь-
бы с конденсационной влагой необходимо, чтобы температура на
внутренней поверхности ограждения всегда была выше точки росы.
При расчетах ограждающих конструкций на возможность конденса-
ции влаги (на их внутренней поверхности) значения относительной
влажности в помещениях с заданным влажностным режимом при-
нимают по максимальной величине допускаемой в них влажности.
Недопустимость выпадения конденсата обосновывается тем, что
он способствует повышению влажности ограждений, появлению пле-
сени и других нежелательных явлений. Увлажнение конденсатом по-
вышает теплопроводность материалов, снижает их прочность и долго-
вечность. Во многих производственных помещениях выпадение кон-
денсата на ограждениях и особенно на потолке ведет к повыше-
нию брака выпускаемой продукции. Наиболее опасными местами с
точки зрения образования конденсата являются углы помещения, где
температура обычно ниже, чем на остальной поверхности стены (за
счет превышения площади теплоотдачи над площадью тепловосприя-
тия), а также места расположения теплопроводных включений (же-
55
лезобетонные ребра, железобетонные колонны в кирпичных стенах).
При опасности образования конденсата в указанных местах необхо-
димо увеличить сопротивление теплопередаче путем внутреннего
или наружного утолщения стены, устройства пилястр и т. п.
Кроме конденсации влаги, возникающей на внутренней поверх-
ности ограждающей конструкции, возможно увлажнение ограждения
за счет конденсации водяных паров в его толще. Это происходит
обычно в зимнее время за счет диффузии водяных паров из помеще-
ния через ограждение наружу (вследствие более высокой упругости
пара внутри теплого помещения по сравнению с холодным наружным
воздухом). Наиболее вероятные плоскости образования конденса-
та -- в однородной стене на 2/3 толщины, считая изнутри; в много-
слойных стенах — сразу за слоем утеплителя, также считая изнутри;
в покрытиях — под стяжкой или гидроизоляцией. Если расчетом
обнаружена возможность конденсации влаги внутри ограждения, в
конструкцию непосредственно перед утепляющими слоями вводят до-
полнительную пароизоляцию (обмазочную, оклеенную или комбини-
рованную). Если помещение по влажностному режиму является нор-
мальным (при однослойном ограждении) или сухим (при любом
ограждении), то расчет влажностного режима ограждения можно
не производить. Основное конструктивное мероприятие для борьбы
с конденсацией влаги в бесчердачных покрытиях -- устройство вен-
тилируемых (раздельных) покрытий.
Основы строительной акустики. Одной из важных задач при про-
ектировании конструкций зданий является проверка их звукоизоли-
рующей способности от воздействия шума. При этом в первую оче-
редь оценивают шумовую нагрузку от соседних помещений, которая
определяется архитектурно-планировочным решением и задает вели-
чину затрат на необходимые звукоизоляционные мероприятия. Далее
выбирают вид ограждения - однослойное или многослойное. Затем
анализируют с точки зрения звукоизоляции перекрытия, окна и две-
ри и рассматривают их изоляционные свойства совместно со стена-
ми и перегородками. Результатом такого поэтапного рассмотрения
проблемы защиты от шума является принятие конструктивного ре-
шения перекрытий, перегородок, окон и дверей.
В зданиях различают воздушный и ударный шум. Снижение воз-
душного шума осуществляется наиболее радикально посредством
устройства на пути его распространения звукоизолирующих преград
в виде стен, перегородок, перекрытий, специальных звукоизолирую-
щих кожухов, кабин и выгородок. Сущность звукоизоляции огражде-
ний заключается в том, что наибольшая часть падающей на нее
энергии отражается и лишь малая часть проникает через огражде-
ние. Падающая звуковая волна приводит ограждение в колебатель-
ное движение с частотой, равной частоте колебаний частиц воздуха
в волне. В результате ограждающая конструкция сама становится
источником шума. Однако ее звуковая мощность меньше зву-
ковой мощности излучающего источника шума.
56
Ударный шум излучается ограждением, которое приходит в коле-
бательное движение под действием ударов и вибрации' источников.
Вибрирующие конструкции излучают шум в помещения, расположен-
ные даже на значительном расстоянии от источника. Такой шум обыч-
но называют структурным. Структурным будет также шум при излу-
чении его конструкцией, жестко связанной с какими-либо вибрирую-
щими механизмами, например насосными, вентиляционными или
лифтовыми установками.
Для изоляции от ударного шума широко применяют различные
конструкции полов (по упругим основаниям, по лагам и упругим
прокладкам, рулонные, «плавающие» полы). Улучшение звукоизо-
ляции происходит в результате потерь энергии на местное смятие
упругого слоя.
Основным мероприятием по уменьшению структурного шума яв-
ляется виброизоляция всех агрегатов и их элементов при помощи
амортизаторов, пружин и резин.
Звукоизоляционные качества ограждений от падения звуковых
волн определяются коэффициентом звукопроницаемости т—(рпр/
рП)2, где и рщ. — звуковые давления соответственно в падающей
и прошедших волнах. Величина R= 10 1 g(1 /т) называется собст-
венной изоляцией ограждения воздушного шума и измеряется в
децибелах (дБ). Практически звукоизолирующая способность дан-
ного ограждения R (дБ) от воздушного шума определяется
/?=Л1-Л2+Ю lg/1/В,	(3.13)
где L] — средний уровень звукового давления в помещении с ис-
точником звука, дБ; L> — то же, в изолируемом помещении, дБ;
А — площадь ограждения, через которую проникает шум в защищае-
мое от шума помещение, м2; В — постоянная изолируемого помеще-
ния, м2.
Звукоизолирующие качества ограждений при ударах и вибрациях
характеризуются приведенным уровнем ударного шума в изолируе-
мом помещении. Нормируемыми параметрами звукоизоляции ограж-
дающих конструкций являются индексы звукоизоляции воздушного
шума (дБ) и индексы приведенного уровня ударного шума под
перекрытием (дБ). Для них в Строительных нормах и правилах «За-
щита от ijuyiyia» установлены нормативные величины для различных
зданий и помещений.
Шумы от инженерного и санитарно-технического оборудования —
наиболее частая причина формирования неудовлетворительного
акустического климата помещений. Защита от этих шумов предусмат-
ривает в первую очередь применение оборудования и установок, шум
которых без дополнительного шумоглушения не превосходит допус-
тимого значения. Снижение уровня шума от санитарно-технического
и вентиляционного оборудования достигается за счет правильного
выполнения изоляции стояков и элементов оборудования от конст-
рукций здания путем применения изолирующих прокладок.
57
Например, в перекрытиях для этой цели используют стальные диафрагмы, трубо-
проводы располагают в изоляционных муфтах (рис. 3.3, а), при этом оставшееся
пространство перекрытия заливают бетоном или иным герметизирующим материалом.
Стояки в каналах защищают экраном со звукоизоляцией не менее 20 дБ. Стояки
трубопроводов со стороны жилых комнат отделяют перегородкой со звукоизоляцией
ие менее 37 дБ. Газовый стояк располагают в отдельном канале, поскольку его
нельзя изолировать в междуэтажных перекрытиях. Воздуховоды изготовляют со
звукоизолирующим покрытием. Вентиляторы, располагаемые на крышах, оснащают
глушителями шума и акустическими экранами.
Рис. 3.3. Схема к определению звукоизоляции ограждения:
1— труба; 2— крепление; 3- звукоизоляционный элемент; 4— подсыпка из песка и гравия;
5— шахта лифта; 6— ограждающая конструкция здания (стена); 7 — эластичные прокладки;
8~ виброизоляторы (пружинные или пружинно-резиновые); 9—лебедка; 10—фундамент
лебедки; II—мусоропровод; /2-- минераловатный защитный слой; 13 •- виброизолирую-
щие прокладки
58
Оборудование систем центрального отопления, насосы устанавли-
вают на фундаментах, независимо от конструкции здания и подклю-
чают к трубопроводам с помощью гибких вставок. Если применение
последних невозможно, то следует предусматривать виброизолиро-
ванпое соединение труб. Система трубопроводов центрального отоп-
ления должна обеспечивать глушение вибрации. Места пропуска
труб центрального отопления через стены теплового узла изолируют
от конструкции здания.
Важным вопросом звукоизоляции также является обеспечение
герметичности пропускания труб через стены и перекрытия теплового
узла с помощью асбестового шнура, нетвердеющей мастики* и т. п.
Защита от шума лифтового оборудования прежде всего достигает-
ся его правильным расположением в здании. Однако если даже и в
этом случае шум превышает допустимые значения, возможно его
снизить за счет:  применения малошумных лифтовых лебедок с не-
высоким уровнем вибрации, а также правильного использования виб-
роизоляции лебедок;  отделения шахты лифта и перекрытия машин-
ного отделения от конструкций здания (рис. 3.3, б);  повышение зву-
коизоляции ограждений, отделяющих шахту лифта и машинное отде-
ление от других помещений.
Для защиты от шумов, возникающих в каналах мусоропроводов,
последние отделяют от конструкций зданий (рис. 3.3, в), используя
соответствующие виброизолирующие подкладки под крышками
спускных люков. Приемная камера мусоропровода, ее стены и пол
должны быть по возможности отделены от конструкции здания. Одна-
ко основное мероприятие, которое сможет обеспечить снижение шума
от инженерных коммуникаций и систем,— это соблюдение норматив-
ных требований к акустическим характеристикам приборов, обору-
дования и арматуры и их соответствующая планировка.
Понятие о светотехнике. Основная задача строительной светотех-
ники — определение естественной освещенности помещения, т. е. ос-
вещенности их прямым солнечным светом или диффузным (рассеян-
ным) светом небосвода. На практике в качестве характеристики
естественной освещенности помещений используют относительную
величину — коэффициент естественной освещенности (к. е. о.) (%):
е = (£в/£н) 100 ,	(3.14)
где Ек — освещенность поверхности внутри помещения; Ен — осве-
щенность открытой наружной поверхности.
Для обеспечения необходимой степени естественного освещения
должно соблюдаться условие
е>е7,	(3.15)
где Снр требуемый (нормальный) коэффициент естественного
освещения, зависящий в основном от характера процесса, выполняе-
мого в помещении, от светового климата в данном географическом
районе, а также солнечного климата, характеризующего дополни-
59
тельный световой ноток за счет прямого солнечного света (зависит от
географической широты, а также от ориентации и архитектурно-кон-
структивного решения световых проемов).
В строительной светотехнике наряду е достаточно точными мето-
дами (здесь не рассматриваемыми) существуют также упрощенные
способы расчета естественного освещения. Так,при наличии только
бокового естественного освещения (например, в многоэтажных зда-
ниях), а также при предварительном назначении площади световых
проемов можно принимать эту площадь (%) от площади пола. При
этом исходят из величины нормируемого к. е. о., а также табличных
коэффициентов, учитывающих светопотери в оконных проемах, за-
темнение противостоящим зданием, увеличение к. е. о. за счет отра-
женного света при боковом освещении, увеличение к. е. о. при нали-
чии естественного освещения сверху (плафоны, фонари верхнего све-
та) . Обычно такие расчеты показывают, что площадь окон составляет
1/5...1/8 площади пола.
Помимо вопросов естественной освещенности в светотехнике рас-
сматривают также вопросы инсоляции, т. е. прямого солнечного ос-
вещения помещений. Инсоляция (в количестве не менее 3 ч/сут)
необходима для жилых помещений, что создает определенные требо-
вания по ориентации проектируемых квартир по странам света.
Инсоляция необходима и для некоторых общественных зданий.
В помещениях, где недопустимы солнечные блики (чертежные залы,
операционные и др.) инсоляция нежелательна.
Какие здания относятся к жилым, общественным и производственным?
• Назовите основные конструктивные элементы здания, ф Каким основ-
J ным требованиям должны удовлетворять здания? ф Как делятся здания
ио огнестойкости? ф Назовите основные природоохранные требования,
ф Что такое индустриализация строительства, типизация и унификация? ф Расска-
жите о строительстве зданий из элементов Единого каталога унифицированных
строительных изделии, ф Когда це ц'сообразно применять монолитные конструкции?
ф Каковы основные этапы разработки архитектурно-строительного проекта? ф По
каким показателям производят техники экономическую оценку зданий? ф Какова
классификация населенных мест но численности населения? ф Как производится
зонирование городских территорий? ф Каковы основные системы застройки микро-
районов и районов? ф В чем специфика реконструкции и застройки центральных
районов крупных и крупнейших городов? ф Какова рекомендуемая этажность
застройки сельских населенных мест и городов? ф Что такое коэффициент застрой-
ки? ф Каковы особенности архитектурно строительной реконструкции промышлен-
ных иредприя।ий? ф Что такое коэффициент теплопередачи и сопротивление тепло
передаче? Ит каких компонентов складывай геи сопротивление теплопередаче? ф Что
такое теплоустойчивость и тепловая инерция? ф Как определяют величину эконо-
мически целесообразного сопротивления теплопередаче? ф Каковы пути уменьшения
теплопотерь через окна зданий? ф Каковы основные причины фильтрации воздуха
через ограждения? ф Что такое коэффициент воздухопроницаемости? ф Как преду-
предить обра топание конденсата па внутренней поверхности ограждения? ф Какие
места в толще ограждения наиболее опасны с точки зрения образования конденсата?
ф Как определить звукоизолирующую способность ограждения от воздушного шума?
ф Как снизть уровень шума от инженерных и санитарно-технических устройств?
ф Что такое коэффициент естественного освещения? ф В чем заключается упрощен-
ный метод расчета естественного освещения? ф Что такое инсоляция и какую роль
играет она при проектировании зданий?
60
Глава 4
ГРАЖДАНСКИЕ ЗДАНИЯ
Известно, что в СССР принимаются все меры к разверты-
ванию жилищно-гражданского строительства, совершенствованию эксплуатации жи-
лищного фонда, укреплению жилищного хозяйства и усилению охраны жилищных
прав граждан. В стране реализуется выработанная XXVII съездом КПСС широкая
программа дальнейшего подъема благосостояния народа, в том числе в области улуч-
шения жилищных условий трудящихся. В двенадцатой пятилетке предусмотрено уве-
личение строительства общей площади жилых домов. В результате последовательного
проведения в жизнь намеченных партией мер по развитию жилищно-гражданского
строительства коренным образом изменился облик многих городов и сел, повысился
уровень их благоустройства. В стране решается одна из серьезных социальных проб-
лем - предоставить каждой семье отдельную квартиру.
4.1.	АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ
РЕШЕНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
Жилые здания предназначены для постоянно-
го, временного и кратковременного проживания в них людей. П о
этажности жилые здания подразделяют на малоэтажные (1...2
этажа), средней этажности (3...5 этажей), многоэтажные (9...16
этажей), повышенной этажности (17...26 этажей) и высотные (более
25 этажей); по характеру застройки —для городского и
сельского строительства; по функциональному назначе-
нию -на квартирные, гостиницы, общежития, дома-интернаты.
Квартирные жилые дома. Они предназначены для постоянного
проживания людей различного численного состава. В зависимости
от характера застройки они подразделяются на усадебные малоэтаж-
ные, с входом с участка (в рабочих поселках городского типа и сель-
ской местности) и многоквартирные дома городского типа с входом в
квартиры из общего коммуникационного узла, т. е. лестницы, кори-
дора, галереи (дома секционного, коридорного и галерейного типов,
рис. 4.1).
Секционные жилые дома. Эти дома, наиболее распространенные
в жилищном строительстве, состоят из жилых секций, каждая из ко-
торых содержит группу поэтажно повторяемых квартир, объединяе-
мых одной лестничной клеткой. По количеству квартир на этаже раз-
личают секции двух-, трех-, четырехквартирные и т. д. По характеру
расположения секции подразделяют на рядовые (средние) и торцо-
вые (крайние). Исходя из требований ориентации жилых помещений
по странам света, различают жилые секции меридиональные (про-
дольная ось здания располагается по меридиану) и широтные (про-
дольная ось здания располагается в широтном направлении).
Коридорные жилые дома. Они объединяют группу квартир, каж-
дая из которых имеет выход в общий коридор, взаимоувязанный с
лестничной клеткой. Длина общих коридоров принимается не более
20 м при освещении с одного торца и не свыше 40 м — при освещении
с двух торцов; при большей длине предусматриваются расширенные
61
Рис. 4.1. Планировочные решения квартирных жилых домов:
/—схемы планировочных решений малоэтажных усадебных домов; а — одноквартирного; б — .двухквартирного; в — четырех-
квартнрного с двусторонним блокированием; г, д четырех- и шестиквартирного с односторонним блокированием квартир
(рядовой); //--схемы планировочных решений секционных домов; ///— то же. коридорного лома; IV- то же. галерейного
дома; 1...6 количество квартир
части коридоров — холлы, расстояние между которыми должно сос-
тавлять не более 20 м, а между холлами и оконным проемом в торце
коридора — не более 30 м. Общие коридоры длиной 60 м и более
согласно противопожарным требованиям разделяют перегородками
с самозакрывающимися дверями (через 30 м). В коридорных домах
целесообразно размещение квартир для малосемейных (1...2 челове-
ка) и одиночек.
Галерейные жилые дома. Это совокупность квартир, выходящих
на одностороннюю открытую или застекленную галерею на каждом
этаже, взаимоувязанную с лестничной клеткой. Галерейные дома
весьма экономичны, однако целесообразны для строительства лишь
в южных районах. В квартирных домах коридорного и галерейного
типов высотой 10 этажей и более общие коридоры или галереи
должны иметь выходы на две незадымляемые лестницы при жилой
площади этажа более 300 м2. В домах до девяти этажей при жилой
площади этажа не более 300 м2 допускается устройство одной
лестничной клетки; при этом и в торцах коридорных зданий следует
в противопожарных целях предусматривать общие балконы для
всех квартир, соединенные наружными эвакуационными лестница-
ми до отметки пола пятого этажа. В двухэтажных жилых зданиях
при вместимости второго этажа не более 100 человек допускается
организация одной лестничной клетки при наличии выходов в тор-
це коридора или галереи на наружную пожарную лестницу.
Гостиницы (общего типа, туристские, курортные). Они предназ-
начены для кратковременного проживания людей. Гостиницы общего
типа проектируют на 15, 25, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 800 и 1000
мест, туристские и курортные гостиницы — на 300, 500, 800 и 1000
мест. Архитектурно-планировочное решение здания включает жи-
лую часть коридорного типа и блок обслуживания. Основной пла-
нировочный элемент жилой части — жилой номер, площадь кото-
рого принимается: для одноместного—9 м2, для двухместного —
12 м2, для трехместного—15 м2, для четырехместного—18 м2.
Общежития. Они предназначены для временного проживания сту-
дентов во время обучения, учащихся средних специальных учебных
заведений и профессионально-технических училищ. Размещаются об-
щежития в домах секционного и коридорного типов. Основной плани-
ровочный элемент — жилая комната вместимостью 2...4 человека при
норме площади 6 м2 на одного человека. Предусматриваются также
поэтажные комнаты для занятий и комнаты обслуживания.
Дома-интернаты для престарелых. Предназначаются для постоян-
ного проживания престарелых, инвалидов-одиночек и супружеских
пар, нуждающихся по состоянию здоровья в повседневном бытовом
и медицинском обслуживании, а также периодическом или постоян-
ном уходе. Исходя из контингента проживающих пожилых людей
дома-интернаты проектируют двух типов: общего типа — для прак-
тически здоровых людей и больничного типа — для немощных. От-
деления для практически здоровых пожилых людей располагаются в
63
домах коридорного типа и формируются жилыми группами в составе
жилых комнат на 1...2 человека (площадь соответственно 12 и 18 м2)
и обслуживающих помещений. Жилую группу в отделениях для
немощных на 25...30 человек проектируют на 1, 2, 3 и 4 человека.
Требования, предъявляемые к жилым помещениям. В состав квар-
тиры входят жилые помещения (общая комната и спальни), подсоб-
ные помещения (передняя, кухня, ванная или душевая, уборная,
хозяйственная кладовая или хозяйственный шкаф), летние помеще-
ния (балконы, лоджии). Расселение семей разного состава (по чис-
ленности, возрасту, полу и родственным отношениям) обеспечива-
ется требуемым количеством комнат и различными размерами общей
жилой площади. Количественное соотношение в жилом доме квар-
тир разных типов определяется заданием на проектирование соглас-
но демографическим данным. Требования к площади квартир в горо-
дах и сельских населенных пунктах согласно СНиП 2.08.01—85
«Жилые здания» приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Требования к площади квартир
Вид строительства	Верхние пределы общей площади квартир, м2. с числом комнат					
В городах и поселках В сельских населенных пунктах	36 44	53 60	65 76	77 89	95 106	116
Примечания.  Верхние пределы обшей площади квартир даны без учета площади
балконов, лоджий и веранд;  в квартирах, расположенных в разных уровнях, допуска-
ется увеличивать площадь не более чем на 2 м?;  в жилых домах, проектируемых для
1А, 1Б, 1Г и 1Д климатических поясов, допускается увеличивать площадь квартир не более
чем на 10%. Площадь отдельных типов квартир во всех климатических районах допус-
кается увеличивать не более чем на 5 %, если необходимость в этом вызывается унифи-
кацией конструктив но-планировочных решений, без превышения суммарного показателя
общей нормируемой площади квартир по лому (секции).
В настоящее время в нашей стране квартиры для посемейного
заселения проектируют по нормам 12 м2 жилой и 18 м2 общей пло-
щади на одного человека. Это означает возможность перехода к выде-
лению членам семьи отдельных комнат. Эволюция трехкомнатной
квартиры крупнопанельного жилого дома показана на рис. 4.2.
При проектировании перспективных квартир исходят из того
требования, что в общей комнате не должно располагаться спаль-
ное место. Большинство семей расселяется в квартирах с количест-
вом комнат, равным числу членов семьи. Семья из четырех, а также
из пяти человек и более, демографический состав которых позво-
ляет разместить в одной спальне двух членов семьи одного пола,
могут быть расселены в квартирах с количеством комнат, на единицу
меньшим числа членов семьи. При планировке квартиры ее помеще-
ния зонируют, т. е. выделяют группу спален с санитарным узлом
и группу с передней, ощей комнатой, кухней и летним помещением
(балкон, лоджия). В многокомнатных квартирах целесообразно
64
устройство двух санитарных узлов: при кухне — уборная с рукомой-
ником, при спальне — ванная или душ с умывальником.
Общая комната двухкомнатных квартир проектируется площадью
не менее 16 м2, трехкомнатных — не менее 18 м2, четыпех-пятиком-
натных — 20 м2. Спальня имеет площадь не менее 12 м2 для родите-
лей и не менее 8 м2 для детей и других членов семьи. Глубина жилых
Рис. 4.2. Эволюция трехкомнатной квартиры крупнопанельного жилого дома с
поперечными несущими стенами с пролетами 6,0 и 3,0 м:
а —- планировка квартиры с проходными комнатами в 60-е годы; б то же, с улучшенной
планировкой в 70-е годы (9 м2 жилой площади на 1 чел.); в - то же, в 80-е годы (при норме
жилой площади 12 м2 на 1 чел.)
комнат должна быть не более удвоенной их ширины. В целях
освобождения пространства целесообразно применять встроенное
оборудование в виде шкафов-перегородок или пристенных шкафов
для одежды, хозяйственных предметов и др.
Особенности проектирования жилищ в различных природно-кли-
матических условиях. Разнообразие архитектуры жилища в значи-
тельной степени определяется природно-климатическими условиями
и национальными традициями района строительства. При проектиро-
вании зданий для I и II климатических районов особое внимание уде-
ляется созданию комфортных условий, обеспечивающих сохранение
тепла в жилище. В районах Крайнего Севера и Сибири суровые
природно-климатические условия влияют не только на архитектурно-
планировочные решения жилищ, но и на застройку в целом. Для
защиты населения от сурового воздействия климатических условий
проектируют компактные жилые массивы с крытыми переходами,
объединяющие жилища с общественными зданиями. Ведутся иссле-
дования по созданию поселков с искусственным микроклиматом,
обеспечиваемым легким пневматическим покрытием.
В природно-климатических условиях юга (III и IV климати-
ческие районы) существенным является защита жилищ от перегре-
ва. Для этого необходимы:  выбор правильной ориентации здания;
3 Зак. 1285
65
 обеспечение сквозного и углового проветривания помещений;
 применение архитектурных средств (козырьки, жалюзи, озелене-
ние и т. п.);  широкое использование летних помещений;  при-
менение строительных конструкций с высокими теплоизолирующими
свойствами, а также вентилируемых конструкций.
Расположение санитарно-технического оборудования в жилых
зданиях. Санитарные узлы проектируют раздельными (ванная и
уборная) в двух- и трехкомнатных квартирах и совмещенными в
однокомнатных. В многокомнатных квартирах предусматривают
два санитарных узла: совмещенный в зоне спален и уборная с умы-
вальником при зоне кухни. В двухъярусных квартирах предусматри-
вается размещение совмещенного санузла на втором этаже при
спальнях, а уборной с умывальниковм — на первом этаже.
Планировка и площадь санитарного узла определяются коли-
чеством и габаритами санитарно-технических приборов и оборудо-
вания, местом расположения окон, дверей и способом их открыва-
ния. Площадь ванной комнаты должна обеспечивать размещение
в ней стиральной машины и водогрейной колонки в районах с децен-
трализованным водоснабжением. Расположение ванных комнат и
уборных непосредственно над жилыми комнатами и кухнями, а так-
же присоединение санитарно-технических приборов к наружным сте-
нам не допускается. Номенклатура типов и габаритов санитарно-
технического оборудования зданий, выпускаемого отечественной
промышленностью, показана на рис. 4.3, а типы санитарных узлов
жилых зданий с горячим водоснабжением приведены на рис. 4.4,
4.5.
Кухни квартир жилых домов включают стационарное встроенное
оборудование; плиту (газовую, электрическую или на твердом топли-
ве), мойку, устанавливаемые в процессе строительства; холодиль-
ник, шкаф под мойку, напольные и навесные шкафы; передвижную
обеденную мебель. Типы и габариты распространенных моделей
кухонных плит (газовых, электрических и на твердом топливе), а
также моек даны на рис. 4.6.
Размеры кухни должны допускать размещение набора санитарно-
технического оборудования, холодильника и кухонной мебели. Ши-
рина кухни при однорядном размещении оборудования должна быть
не менее 190 см, при двухрядном и угловом оборудовании — не
менее 230 см. Площадь кухни с газовой плитой проектируют не ме-
нее 8 м2. При оборудовании кухни электроплитой допускается устраи-
вать вход в кухню из общей комнаты. В этом случае кухня должна
иметь второй вход для связи с передней, коридором или шлюзом.
Общая протяженность фронта оборудования, размещаемого соглас-
но технологической последовательности процесса приготовления
пищи (хранение—мойка — разделка - варка), должна быть не
менее 270 см (холодильник, мойка, рабочий стол, плита).
Оборудование рабочего фронта кухонь в жилых домах городского
строительства выполняют, как правило, стационарным. Наборы фор-
66
Рис. 4.3. Типы и габариты оборудования санитарных узлов:
а — умывальники; б уиитазы; в биде; г — ваины; д — поддон душевой; е полотенцесушитель; ж — бачки смывные
600 ; 500
миру ют из отдельных предметов, при этом газовая плита и мойка
с подстольем входят в строительную смету и устанавливаются в про-
цессе строительства, предметы кухонной мебели приобретают и мон-
тируют сами жильцы. Выпускаются также наборы кухонного обо-
рудования в виде единых объемных блоков заводского изготовле-
ния. Они состоят из плиты, мойки, врезанной в рабочий стол, и хо-
Рис. 4.4. Типы и габариты раздельных санитарных узлов для районов с горячим
водоснабжением:
а уборная; б уборная с рукомойником; в ванная; / унитаз; 2 рукомойник; 3
умывальник; 4- ванна (длиной 150 иди 170 см); 5- колонка-водонагреватель; 6 поло-
тен песуш итель; 7  стиральная машина
Рис. 4.5. Типы и габариты совмещенных санитарных узлов:
а - с горячим водоснабжением; б- с водогрейной колонкой; / - унитаз; 2 умывальник;
3 - ваниа; 4 - стиральная машина; 5— полотенцесушитель; 6- колонка-водонагреватель
68
250
15W
Рис. 4.6. Тины санитарно-технического оборудования кухонь:
и мойки; 1 без спинки, чугунная, на одно отделение, малой модели; 2 со сливной
.кн-кой стальная (изготовляют в левом и правом исполнении); б плиты; 1 электри-
•нч кая «Луч»; 2 газовые ПГ-4, Ш -2; 3 на твердом топливе НК-2; в- водонагреватели:
I на твердом топливе «Луганск»; 2—газовый КГМ-56; г — кухонный блок: /— мойка;
2 светильник; 3— навесной шкаф; 4— запасное отделение; 5 - холодильник; 6— плита
69
лодильника и применяются обычно в кухнях-нишах жилых домов
гостиничного типа, предназначенных для малосемейных и одиночек.
Приемы размещения оборудования и мебели в кухнях с электричес-
кими и газовыми плитами показаны на рис. 4.7.
В сельских квартирах, специфика которых состоит в организа-
ции местных систем инженерного оборудования, возможно примс-
Рис. 4.7. Планировка кухонь с однорядным размещением оборудования:
а с электроплитой; б- с 1азоной плитой; в с угловым размещением оборудования;
г то же, с двухрядным
нение следующих типов санитарно-технического оборудования ку-
хонь: с газовыми плитами, с газовыми плитами и водонагревателями,
с децентрализованным теплоснабжением на газе и жидком топливе
(отопительно-варочные аппараты), с плитами на твердом топливе
для канализованных и неканализованных районов.
Основные виды общественных зданий и их архитектурно-плани-
ровочные решения. Общественные здания предназначены для массо-
70
вого обслуживания людей. Они подразделяются на следующие виды:
 здания здравоохранения, физической культуры и спорта (больни-
цы, санатории, дома отдыха, стадионы, бассейны и др.);  здания
культурно-просветительные, зрелищные (детские сады, школы, вузы,
театры, клубы и др.);  здания науки и научного обслуживания
(НИИ, конструкторские бюро и др); Издания финансирования,
кредитования и государственного страхования; и здания учрежде-
ний управления, партийных и общественных организаций; и зда-
ния коммунального хозяйства и бытового обслуживания (бани,
прачечные, дома быта, парикмахерские и др.); И здания торговли и
общественного питания (магазины, столовые); Издания связи и
транспорта (вокзалы, порты, автостоянки); и многофункциональ-
ные общественные здания и др. (СНиП 2.08.02—85).
Общественные здания массового строительства строятся в го-
родах обычно до 16 этажей (в поселках, селах — до четырех эта-
жей) .
В зависимости от расположения на территории города различа-
ют общественные здания общегородского, районного и микрорайон-
ного значения; кроме того, для улучшения условий проживания
населения в жилых домах последующего этапа строительства будут
предусматриваться общие обслуживающие помещения хозяйствен-
ного, бытового и культурного назначения (приемные пункты пра-
чечной и химчистки, прием заявок на различные услуги, помещения
для организации выездной формы торговли, для проведения общест-
венной работы, работы с детьми, домовая библиотека и др.) с учетом
нормы суммарной площади 0,3 м2 на одного человека.
Общественные здания массового строительства как в городах,
так и в поселках возводят по типовым проектам на основе унифици-
рованных взаимозаменяемых элементов заводского изготовления
(рис. 4.8), уникальные здания — по индивидуальным проектам.
Наряду с общими требованиями, предъявляемыми к зданиям,
в общественных зданиях приобретают большое значение специаль-
ные противопожарные и санитарные требования, обеспечивающие
хорошую видимость, слышимость, а также безопасность вынужден-
ной эвакуации людей при пожаре. Так, продолжительность эвакуа-
ции людей при пожаре согласно нормам должна составлять для
зданий I—II степеней огнестойкости: для отдельных помещений 1,5...
2 мин; для всего здания — 6 мин. Б зальных помещениях требова-
ния видимости предопределяют размещение рядов мест с уклоном;
при этом уровень глаз сидящих зрителей над полом принимается
равным 1150 мм, а превышение уровня глаз над верхней точкой
головы впереди сидящего зрителя должно составлять 120...150 мм.
Несмотря на большое разнообразие объемно-планировочных ре-
шений общественных зданий, возможно отметить три основных
приема их композиции: коридорного, зального и анфиладного типов
(рис. 4.9, а, б, в). В композициях коридорного типа некоторые поме-
щения (рабочие кабинеты, палаты, общие спальные комнаты) объе-
71
линяют общим коридором. В анфиладных композициях помещения,
размещаемые последовательно, являются проходными; такая компо-
зиция характерна, например, для помещений музеев или крупных
универмагов, где необходимо сквозное (кольцевое) движение для
ознакомления с экспозицией. В объемно-планировочных решениях
зального типа основным ядром центрической композиции являются
Рис. 4.8. Общественный центр поселка на 4000
жителей:
а общий вид; б план первого этажа; /
отделение связи: 2- аптека; «3 комбинат бытово-
го обслуживания; 4 - магазин; 5 столовая; 6
фойе; 7 вестибюль; 8 — зрительный зал; 9 сце-
на; 10 спортивный зал; // артистические
залы (зрительные, торговые, читальные, выставочные); остальные
помещения группируются вокруг основного ядра. Применяют также
смешанные композиции на основе сочетания элементов вышерас-
смотренных решений. Композиция внутреннего пространства (ин-
терьера) здания должна быть увязана с его объемно-пространствен-
ным решением.
72
В общественных зданиях возможно выделить следующие группы
помещений: основные, вспомогательные, подсобные, коммуникаци-
онные.
Основные помещения проектируют в соответствии с глав-
ным функциональным назначением общественного здания. К таким
помещениям относятся классы, аудитории в учебных зданиях, залы
ЧиЧ Hl 1111 I 111И
^TTTTTTTTTTffiTTTTTTTTTT
театров, музеев, магазинов, конторские помещения в администра-
тивных зданиях и т. п.
Вспомогательные помещения, располагаясь в непосред-
ственной связи с основными помещениями, содействуют осущест-
влению процессов главного назначения здания (рекреации в шко-
лах, фойе театров, цирков, кулуары клубов и др.).
73
Подсобные (служебные) помещения обеспечивают обслу-
живание людей в здании в соответствии с санитарно-гигиенически-
ми требованиями (буфеты, курительные, санитарные узлы, поме-
щения для персонала и т. п.). При этом санитарные узлы проекти-
руют состоящими из уборной и умывальной-шлюза, через который
осуществляется вход в помещение уборной. Количество санитарных
а)
Рис. 4.10. Габаритные схемы санитарных узлов общественных зданий:
а — уборные мужские; б - уборные женские
приборов -• унитазов, писсуаров, умывальников - определяется в
соответствии с расчетным количеством людей, находящихся в зда-
нии (рис. 4.10). Помещения санитарных узлов размещают на рас-
стоянии не более 75 м от наиболее удаленного места пребывания
людей.
Коммуникационные помещения, обеспечивающие связь
между помещениями этажа и вертикальную связь между этажами,
включают в себя коридоры, галереи, лестницы, лифты, а также ком-
муникационные соединения и узлы (холлы, вестибюли, тамбуры).
Входной узел в составе тамбура, вестибюля, гардероба, а иногда и
лестницы и санитарных узлов проектируют в соответствии с нормой:
для зданий с равномерным людским потоком — 0,15...0.20 м2 на
одного человека, при неравномерном потоке 0,25...0.35 м2. Про-
тяженность основных коридоров между двумя лестницами (или
входами), обязательными для общественных зданий, не должна пре-
вышать 40 м, причем она дифференцирована для различных типов
зданий. Лестницы применяют двух-, трех- и четырехмаршевые,
а лифты размещают рядами не более четырех в ряду и не далее 60 м
от двери. Грузоподъемность лифтов зависит от их назначения (пас-
сажирские, грузопассажирские, грузовые, больничные, и др.) 400,
1000 кг. и т. п.
Элементы систем отопления в интерьере. В целях создания ком-
фортных условий в зданиях необходимо рационально размещать
элементы инженерного оборудования: водо-, тепло- и газоснабже-
ния, канализации, вентиляции, лифтов, мусороудаления и т. п. В ин-
терьере жилых и общественных зданий особо важным является раз-
мещение прогрессивных типов приборов систем отопления централь-
74
ных и .местных систем (печи, газовые водонагревтели, электро-
калориферы и т. п.).
Конвективно-нзлучающие приборы включают радиаторы различ-
ных систем, конвективные приборы системы воздушного отопления,
излучающие- представлены панельно-лучистыми отопительными
приборами.
При конвективном отоплении, применяемом преимущественно в
общественных зданиях, совместно с системами приточной вентиля-
ции и кондиционирования воздуха в качестве приборов в индустри-
альном строительстве используют многопустотные панели внутрен-
них стен.
В системах панельно-лучистого отопления — бетонные панели с
вмонтированными в них стояками и стальными регистрами наруж-
ных и внутренних стен являются приборами отопления. В качестве
теплоносителя используются горячая вода или электропроводники.
Наиболее целесообразно при этом размещение приборов панель-
ного отопления для I и II климатических районов в подоконной зоне
наружных стен с установкой панели на относе от стены, а для III и
IV - - в панелях перекрытий, что дает возможность сезонного приме-
нения систем с горячей или холодной водой для отопления зимой и
охлаждения помещения летом.
Размещение регистров во внутренних стенах и перегородках
нецелесообразно, поскольку в решении интерьера нарушается сво-
бода планировки, появляются ограничения в организации функцио-
нальных зон мебели и оборудования помещений.
Расположение и планировка помещений для вентиляционных
устройств зданий. Помещения инженерного оборудования зданий
включают приточные и вытяжные камеры (помещения приточно-
вытяжных вентиляционных систем), а также домовые котельные с
водогрейными котлами, предназначенными для центрального отоп-
ления, и тепловые пункты, бойлерные оазмешаемые в подвальных
этажах зданий. В жилых зданиях предусматривают преимутпеет-
венно вытяжную вентиляцию с естественной тягой через вытяжные
каналы. В зависимости от этажности здания используют две систе-
мы устройства вытяжных каналов.
Индивидуальные каналы для каждой кухни и санитарного узла
устраивают в домах малоэтажных и средней этажности. Выпуск
воздуха здесь осуществляют выше покрытия дома.
Систему вытяжной вентиляции организуют из сборных каналов
или шахт, к которым присоединяют вытяжные решетки кухонь и са-
нитарных узлов, расположенных по одной вертикали. Подобная
система осуществляется посредством каналов-спутников, ведущих к
основным каналам или шахтам, вытяжку из которых устраивают
через диффузоры в отапливаемое чердачное помещение, воздухо-
сборную камеру системы вентиляции дома.
В условиях Крайнего Севера (подрайоны IА, 1Б, 1Г) в жилых
домах следует применять приточную вентиляцию с механическим
75
побуждением. Приточные камеры могут быть расположены в ниж-
нем или верхнем этаже здания (надстройке), в отдельно стоящем
блоке с передачей воздуха по воздуховодам, теплых проходных
надземных галерей.
В общественных зданиях помещения приточных и вытяжных
камер устраивают с целью организации обмена воздуха путем меха-
нической (с помощью вентиляторов) приточно-вытяжной вентиля-
ции. Приток воздуха осуществляется через отверстия в наружных
ограждениях и приточные каналы, вытяжка загрязненного воздуха
Рис. 4.11. Элементы строительно-вентиляционных устройств:
а возлухоприемиая шахта; Г> фрагмент установки вентиляционных блоков; в фрагмеН!
установки вентиляционной трубы канализациопноп) стояка; г приточная камера (в подва-
ле) (разрез)
76
происходит через специальные вытяжные каналы и отверстия в
вытяжных шахтах. Приточные камеры систем вентиляции разме-
щаются обычно у стены снаружи здания; их назначение - соответ-
ствующая обработка воздуха (очистка от пыли, увлажнение, нагре-
вание или охлаждение) с целью улучшения микроклимата внутри
здания. Воздухоприемное устройство проектируют в виде отдельно
стоящей (или приставной) шахты на расстоянии не менее 10... 12 м
от столовых, котельных, уборных, соединенной со зданием подземным
каналом, размещаемым не ниже 2 м от поверхности земли. Приточ-
ные камеры можно размещать не только в специально проектируе-
мых помещениях, но также в подвалах, чердаках, технических
этажах.
Вытяжные вентиляционные камеры, где устанавливают вентиля-
тор с электромотором, располагают в верхнем этаже здания или на
чердаке. Элементы строительно-вентиляционных устройств показаны
на рис. 4.11. Оборудование (вентиляторы и электродвигатели) с
целью звукоизоляции присоединяют к нагнетательным и всасываю-
щим воздуховодам через резиновые прокладки. Предусматривается
вытяжная шахта, выводимая выше конька на 50 см. Ограждающие
конструкции камер должны иметь гладкую поверхность и выполнять-
ся из огнестойкого материала. Размеры приточных и вытяжных
камер определяются исходя из условий расположения оборудова-
ния. С целью сокращения протяженности коммуникаций вентиля-
ционные приточные и вытяжные камеры размещают центрально
по отношению к вентилируемым помещениям.
4.2.	НЕСУЩИЙ ОСТОВ ЗДАНИЙ
Несущий остов здания представляет собой
совокупность конструктивных элементов здания (фундаменты, стены,
отдельно стоящие опоры и колонны, перекрытия, покрытия), воспри-
нимающих различные виды нагрузок, как постоянных (от собствен-
ного веса элементов здания), так и временных, а также воздействий,
например, температурных, климатических. Подробнее классификация
нагрузок и воздействий рассмотрена ниже, в гл. 6.
Несущие конструкции зданий должны отвечать требованиям
прочности, жесткости и устойчивости, а также безопасности в по-
жарном отношении и долговечности. Кроме того, они должны удо-
влетворять требованиям экономичности и индустриальное™.
Характер расположения вертикальных и горизонтальных эле-
ментов несущего остова гражданского здания определяет его конст-
руктивную схему. Выбор конструктивной схемы определяется назна-
чением, этажностью здания, а также характером эксплуатации в
различных природно-климатических условиях. Основные конструк-
тивные схемы гражданских зданий следующие: с несущими стенами
(бескаркасные), с несущим каркасом (каркасные), из объемных
блоков.
77
Несущие конструкции зданий могут выполняться монолитными
или из штучных изделий; из мелких элементов (кирпича, естествен-
ного камня, мелких блоков), из крупных блоков или крупных пане-
лей. При этом основным направлением современного индустриаль-
ного сборного строительства является крупнопанельное домострое-
ние. Оно дает возможность снизить стоимость строительства на
6...8%, затраты труда — на 30...40%, сроки строительства в
1,5...2 раза (по сравнению с возведением кирпичных домов).
Бескаркасные конструктивные системы с несущими стенами.
В зависимости от расположения в здании несущие стены, на которые
опираются перекрытия, могут быть продольными или поперечными.
В бескаркасных конструктивных системах при схеме с продольными
несущими стенами последние располагаются вдоль здания; в кон-
структивных схемах с поперечными несущими стенами — поперек
здания (рис. 4.12, а). Распространены также смешанные бескаркас-
ные схемы, в которых несущими являются одновременно продоль-
ные и поперечные стены.
В жилищном строительстве широко применяются все три выше-
указанные разновидности бескаркасных конструктивных схем. При
этом в индустриальном крупнопанельном домостроении наиболее
распространена конструктивная схема с поперечными несущими
стенами. Это позволяет добиться минимального расхода стеновых
материалов, поскольку толщину несущих стен внутри здания, опре-
деленную лишь требованиями прочности (без учета теплозащитных
требований), удается значительно снизить.
В жилых зданиях из крупных блоков и мелких элементов, а также
общественных зданиях более распространена конструктивная схема
с тремя продольными несущими стенами, из которых две несущие
стены являются наружными, а третья — внутренней.
Каркасные конструктивные системы. Каркасные конструктивные
системы представляют собой совокупность наружных и внутренних
несущих вертикальных опор — колонн (стоек каркаса), горизон-
тальных ригелей (прогонов), на которые опираются плиты перекры-
тий, и диафрагм жесткости (связей). Различают следующие кар-
касные конструктивные схемы:  с полным каркасом и продольными
ригелями, располагаемыми вдоль здания;  с полным каркасом и
поперечными ригелями, располагаемыми поперек здания (рис. 4.12, в,
поз. /);  с неполным каркасом, когда ригель опирается одним кон-
цом на колонну (или кирпичный столб), а другим на наружную
стену (рис. 4.12, я, поз. 2); Ис безригельным стоечным каркасом
полным (углы панелей перекрытий опираются на канители колонн
при наличии панелей перекрытий размером на ячейку каркаса);
 с безригельным стоечным каркасом неполным (два угла панелей
перекрытий опираются на капители колонн, противоположная сто-
рона — на наружные стены).
Каркасы могут быть двух-, трех и многопролетными. Их выпол-
няют обычно монолитными или сборными из унифицированных
78
элементов согласно каталогу изделий заводского изготовления. На-
иболее распространенным материалом для возведения каркасных
зданий является железобетон. Более подробные сведения о конструк-
тивных схемах гражданских зданий с железобетонным каркасом
даны ниже, в § 12.6.
Рис. 4.12. Конструктивные схемы гражданских зданий:
а - с поперечными несущими стенами; /— узкий шаг; 2— широкий шаг; б — с продольными
несущими стенами; в — каркасная; / с полным каркасом; 2 с неполным каркасом;
г — из объемных блоков
Здания из объемных элементов. Дома из объемных элементов
(объемных блоков) возводят, используя коробчатые блоки-комнаты
или их группы, изготовленные на домостроительном комбинате с
полной отделкой и санитарно-техническим оборудованием. Приме-
няют как сборные объемные блоки (из отдельных элементов), так
и монолитные цельноформованные блоки типа «лежащий стакан»
или «колпак», «труба», приведенные на рис. 4.13, 4.14. Подобные
объемные блоки имеют длину до 660 см, ширину не более 360 см
79
(без балкона), масса блока вместе с монтажной траверсой состав-
ляет до 20...25 т. Сборные объемные блоки выполняют из панелей
кассетного или вибропрокатного производства.
Стены блоков, формирующие наружную стену дома, обычно вы-
полняют многослойными (например, из плотного бетона, утеплителя,
наружного защитно-отделочного слоя и внутреннего отделочного
Рис. 4.13. Конструктивно-технологические схемы объемных блоков:
а колпак; б стакан; в - труба
Рис. 4.14. Монолитный цельноформованный объемный блок для жилых зданий:
а разрез; б план; в конструкция горизонтального стыка объемных блоков типа
«колпак»; г—то же, вертикального стыка; /- цементный раствор; 2 плита пола; 3
«колпак»; 4 доска или твердая резина; 5 керамзнтобетои; 6- гернит илн вилатерм С;
7 мастнка УМС-50; 8 пленка
слоя), а также сплошными или пустотелыми из однородных мате-
риалов; внутренние стены и перекрытия обычно делают однослойны-
ми. Блоки соединяют путем сварки закладных деталей. Герметизация
стыков обеспечивается обетонированием и прокладкой резиновых
трубок и жгута из пороизола.
80
Как показал опыт массового строительства в Москве, Краснода-
ре, Куйбышеве, Сочи, применение одно- и двухкомнатных блоков
конструкции типа «колпак» или «стакан» значительно снижает тру-
доемкость и сроки строительства, повышает степень сборности
зданий, значительно улучшает качество строительства. Применение
объемных блоков особенно рационально при малой удаленности
объекта от места изготовления и наличии соответствующих меха-
низмов для монтажа. В экспериментальном строительстве освоено
также изготовление блок-квартир. Наибольший объемный элемент —
блок-квартира массой 20 т, площадью 62 м2, высотой 270 см была
выполнена на Востряковском заводе Москвы. Она экспонировалась
на ярмарке в Лейпциге. Трудности широкого внедрения блок-квар-
тир заключаются в необходимости транспортирования таких гро-
моздких блоков и их монтажа кранами большой грузоподъемности.
4.3.	СТЕНЫ
Стены являются основными несущими и ограж-
дающими конструкциями здания. Они должны быть прочными, жест-
кими и устойчивыми, обладать требуемыми огнестойкостью и долго-
вечностью, быть малотеплопроводными, теплоустойчивыми, достаточ-
но воздухо- и звуконепроницаемыми, а также экономичными. Прин-
ципы конструирования стен с учетом физико-технических воздейст-
вий рассмотрены выше, в § 3.6.
По характеру восприятия и передачи нагру-
зок стены (наружные и внутренние) подразделяются на несущие,
самонесущие и навесные (при несущем каркасе). Несущие стены
должны обеспечивать прочность, жесткость и устойчивость здания
от воздействия ветровых нагрузок, а также нагрузок, приходящихся
на перекрытия и покрытия, передавая возникающие усилия через
фундаменты на основание. Самонесущие стены должны сохранять
свою прочность, жесткость и устойчивость при воздействии нагруз-
ки от ветра, от собственного веса и вышележащей части стены.
Навесные стены, предназначенные только для защиты помещений от
атмосферных воздействий (холод, шум), конструируют с применени-
ем высокоэффективных теплоизоляционных материалов легкими
многослойными. Они обычно передают нагрузку (ветровую) в пре-
делах одной панели и от собственной массы на элементы несущего
каркаса здания.
По характеру размещения в здании различают
стены наружные, т. е. ограждающие здание, и внутренние — разде-
ляющие помещения.
По виду применяемых материалов стены могут
быть деревянными (бревенчатые, брусчатые, каркасно-щитовые
и др.), из каменных материалов, бетона, железобетона, а также
многослойными (с применением в качестве теплоизолирующего слоя
высокоэффективных теплоизолирующих материалов).
81
По методам возведения стены делят на возводимые
вручную в передвижной опалубке и монтируемые из крупноразмер-
ных элементов и объемных блоков.
Элементы стен. Цоколь — нижняя часть наружной стены, лежа-
щая непосредственно на фундаменте. Цоколь обычно подвергается
частым механическим, температурным и влажностным воздействиям,
поэтому он устраивается из более прочных и долговечных материа-
лов (или облицовывается такими материалами). Карниз— гори-
зонтальный, профилированный выступ стены, венчающий здание,
устраиваемый для предохранения плоскости стен от увлажнения
атмосферными осадками. Парапет — часть стены выше карниза,
закрывающая выступающие за плоскость крыши вентиляционные
шахты, трубы и пр. Простенки — части стены между оконными и
дверными проемами. Перемычки — конструктивные элементы балоч-
ного или арочного типа, которые перекрывают проемы в стене и вос-
принимают нагрузки от вышележащего участка стены, передавая
ее простенкам. Пилястры — представляют собой вертикальное утол-
щение стены (имитация колонны). Их устраивают в местах опирания
элементов покрытия (перекрытия) для увеличения устойчивости стен
большой протяженности.
Стены из мелких элементов. Такие стены возводят из керамичес-
кого и силикатного кирпича и камней.
Кирпичные стены возводят толщиной в 2,5; 2 и 1,5 кирпича. При
размере кирпича 250Х 120X65 мм это соответствует толщине стены
(с учетом растворных швов по 10 мм) 640, 510 и 380 см. Кирпич
укладывают на цементном или известковом растворе горизонталь-
ными рядами с соблюдением перевязки швов. Перевязка кирпичной
кладки применяется цепная (чередование ложковых и тычковых ря-
дов) и многорядная (пять ложковых рядов чередуются с одним тыч-
ковым). Кирпичные стены выполняют сплошными или облегченной
кладки (для малоэтажных зданий). Наиболее распространена об-
легченная колодцевая кладка. Основой облегченных кладок является
наружная и внутренняя стенки в полкирпича; промежуток запол-
няется сухой засыпкой или легким бетоном на заполнителе из керам-
зита, шлака и др. (рис. 4.15). В колодцевой кладке связь стенок
обеспечивается промежуточными стенками перпендикулярно плос-
кости стены, выкладываемыми в полкирпича через каждые 500 мм.
Кирпичные стены в целом малоиндустриальны, хотя и обладают
хорошими эксплуатационными качествами.
Стены из мелких блоков, применяемые для зданий до пяти эта-
жей, менее трудоемки по сравнению с кирпичными, поскольку объем
одного блока в несколько раз превышает объем кирпича. Стены вы-
полняют из мелких сплошных блоков (из естественного камня, туфа,
ракушечника, известняка), из легкобетонных блоков (шлакобетон,
керамзитобетон), пустотелых блоков типа «крестьянин» с габарита-
ми 390X190X190 мм, семищелевых керамических блоков с габари-
тами 250X250X140 мм. Стены из пустотелых блоков по сравнению
82
со сплошными при равных теплотехнических качествах имеют мень
шую массу и толщину (в 1,5 раза), однако применение их рациональ-
но лишь для зданий высотой не более 3...4 этажей.
Крупноблочные стены. Их возводят из искусственных или при-
родных блоков (толщиной 300, 400, 500 и 600 мм) массой до 3 т.
Искусственные крупные блоки изготовляют из легкого и ячеистого.
Рис. 4.15. Стены из кирпича:
а — система кирпичной кладки цепная; б - то же. тестирядная; в - то же, колодцевая;
г — фрагмент карниза; 1 тычок; 2- ложок
силикатного и других бетонов, кирпича, керамических камней. Кир-
пичные блоки подобно кирпичным стенам выпускают сплошные или
облегченной кладки толщиной 250, 380, 510 и 640 мм. Распростра-
ненные размеры легкобетонных блоков показаны на рис. 4.16.- Рас-
кладка (разрезка) блоков — двухрядная (два блока по высоте эта-
жа), возможна также трех- и четырехрядная разрезка. Соответст-
венно принятой на рис. 4.16 системе разрезки наружная стена обра-
зуется простеночными, перемычечными и подоконными блоками.
Номенклатура крупных блоков гражданских зданий, разработанная
для конструктивной схемы с продольными несущими стенами, вклю-
чает также блоки внутренних стен и инженерных коммуникаций —
санитарно-технические, электротехнические, с дымовентиляционными
каналами и др.
КЗ
4	4
Рис. 4.16. Стены из крупных блоков:
а тины блоков; б фрагменты стены с вариантами расположения крупных блоков;
/- простеночный; 2 - перемычечный; 3 - для внутренних стен; 4 — подоконный
Рис. 4.17. Узлы сопряжений крупных блоков наруж-
ных и внутренних стен (разрез по оконному прое-
му):
1 - герметизация; 2— перемычечный блок; 3 - подокон-
ный блок, 4— блок внутренней стены; 5— перекрытие;
6 - простеночный блок; 7- легкий бетон; 8 — поэтажные
сварные каркасы
Крупные блоки, сна-
ружи облицованные
плитами или офакту-
ренные декоративным
бетоном, укладывают с
перевязкой швов на
цементном растворе.
Для наружных степ
применяют блоки с чет-
вертями, во внутренних
стенах используют бло-
ки с пазами; верти-
кальный стык, качество
заделки которого обе-
спечивает тепло- и зву-
коизоляцию, заполняют
бетоном или раствором
с прокладкой пакли или
жгутов из пороизола
(рис. 4.17). Пересече-
ния стен и угловые сты-
ки армируют в швах.
Связь перекрытий со
стенами выполняются
сваркой стальных анке-
ров с монтажными пет-
84
лями плит перекрытий и закладными деталями блоков перемычек.
Крупнопанельные стены. Их монтируют без перевязки швов, из
одно- и многослойных панелей наружных и внутренних стен разме-
ром «на комнату». Размеры панелей принимают по ширине кратной
модулю ЗМ (2400, 2700, 3000, 3300, 3600 мм), по высоте — равной
Рис. 4.18. Типы бетонных панелей наружных стен:
а. 6. в соответственно одно-, двух и трехслойная: /- конструктивно-теплоизоляцион-
ный легкий бегов; 2 защитно отделочный слой; 3 тяжелый нли конструктивный легкий
бетон; 4 эффективный утеплитель
высоте этажа. Для вентиляции помещений применяют специальные
вентиляционные панели, снабженные дымовентиляционными кана-
лами.
По характеру работы панели делятся на несущие, самонесущие
и навесные. Несущие воспринимают помимо нагрузки от собственно-
го веса нагрузки от перекрытий и крыши, самонесущие восприни-
мают только нагрузку от веса стен вышележащих этажей, а навес-
ные, являющиеся теплоограждающи.м заполнением каркаса, переда-
ют нагрузку от своего веса на каркас здания.
В каркасных зданиях применяют в основном навесные панели.
По расположению панелей на фасаде они подразделяются на цо-
кольные, рядовые, простеночные, перемычечные и карнизные. Систе-
му разрезки крупнопанельных наружных стен на панели принимают
в зависимости от конструкций стен и особенностей материалов:
однорядную (с проемом), полосовую, вертикальную, а также комби-
нированную на Г-, П- и Т-образные элементы (рис. 4.18).
Для бескаркасных зданий с несущими наружными и внутренни-
ми поперечными и продольными стенами из бетонных и железобе-
тонных панелей характерна однорядная разрезка панелей, а также
вертикальная с вмонтированным окном (или балконной дверью) и
полосовая. Комбинированные панели, состоящие из горизонталь-
85
ных поясов, простенков и блоков окон или балконных дверей различ-
ной формы — Г-, Т-, П-образной или крестовидной, характерны для
навесных панелей из листовых материалов (рис. 4.19).
Конструкция панелей может быть однослойной или слоистой, т. е.
из одного или двух несущих слоев и теплоизоляционного слоя
(рис. 4.18). Однослойные панели, применяемые для наружных стен,
Рис. 4.19. Варианты разрезки стен на панели:
а однорядная; б двухрядная; в ПЬобразная; г горизонтальная; д Т-образная;
е  крестообразная; ж - вертикальная; з - двухрядная
просты в изготовлении и перспективны. Их выполняют обычно из
легкого или ячеистого бетона. Двухслойные панели состоят из несу-
щего слоя (70...120 мм) и утеплителя (пено- и газобетон, пеностекло
и др.), а трехслойные - из двух несущих слоев, взаимосвязанных
стальной арматурой, между которыми находится утеплитель. Сна-
ружи и изнутри панели имеют защитноотделочные слои (по 20...
...70 мм) с отделкой цветным цементом, керамической плиткой и т. п.
Несущий слой слоистых несущих панелей может выполняться из же-
лезобетона (железобетонные панели), виброкирпичной кладки (виб-
рокирпичные панели) и т. п. Панели для внутренних стен изготов-
ляют без утеплителя.
В качестве навесных панелей применяют панели из асбестоце-
ментных листов с утеплителем, а также из полимерных материалов.
86
Более высокими теплотехническими качествами обладают ограж-
дения с уменьшением плотности материала от внутренней к внешней
поверхности, поэтому наиболее рациональны двухслойные панели с
размещением с внутренней стороны стены несущего слоя, а снару-
жи — утеплителя, с тонким защитно-отделочным слоем, предохра-
няющим от атмосферных воздействий. Наилучшие эксплуатацион-
ные качества трехслойные панели обеспечивают при расположении
утеплителя между двумя железобетонными или кирпичными стен-
ками.
Стыки крупнопанельных стен, от качества выпол-
нения которых зависят прочность и комфорт микроклимата квартир,
должны быть герметичными, обеспечивать воздухонепроницаемость,
достаточную тепло- и звукоизоляцию, отсутствие конденсата. Связь
панелей между собой и с перекрытиями обеспечивают сваркой за-
кладных деталей и бетонированием. Вертикальные стыки между
панелями выполняют замоноличенными, полусухими и сухими (упру-
гоподатливыми). Полусухие стыки имеют часть полости шва, запол-
няемую вкладышем, а другую часть — бетоном. Для заделки полу-
сухого стыка в шов закладывают просмоленный жгут или пороизол
(пористая резина), а с внутренней стороны наклеивают на битумной
мастике полосу из рубероида. В «сухих» стыках полости заполняют
вкладышами из пористой резины, а изнутри — минеральной ватой.
Снаружи швы заделывают раствором. Горизонтальный стык образу-
ют установкой на растворе верхних панелей на нижние. Герметиза-
ция осуществляется аналогично вышерассмотренным вертикальным
стыкам.
Существенно улучшить эксплуатационные качества наружных
стен крупнопанельных зданий и разнообразить решения фасадов
можно путем применения раздельной конструкции стен, предло-
женной А. Н. Дороховым (см. «Жилищное строительство». 1986.
№ 4), состоящих из несущих и навесных (фасадных) утепленных
панелей с замкнутой воздушной прослойкой между ними (рис. 4.20).
По сравнению с обычно применяемой совмещенной слоистой кон-
струкцией наружных стен в виде монопанелей раздельная конструк-
ция позволяет:  устраивать перекрытые (а не сквозные) стыки с
двойной герметизацией благодаря разрезке стен на несущие и фасад-
ные панели;  увеличить длину несущих железобетонных панелей
стен до размеров квартир путем уменьшения их плотности на 30%
и более;  изготовлять несущие стеновые панели в вертикальных
(а не горизонтальных) кассетных формах;  специализировать про-
изводство по раздельному изготовлению несущих и фасадных пане-
лей, что способствует повышению его интенсивности и качеству
работ с обеспечением надежного поэтапного контроля;  применять
разнообразные архитектурные решения фасадов с использованием в
фасадных панелях различных конструкционных (армоцемент, асбес-
тоцемент, шлакоситалл, стеклоцемент, стеклопластик и др.), изоля-
ционных (минераловатные и пенополистирольные плиты, пенопла-
87
сты, сотопласты, пеностекло и др.) и отдельных материалов;  ис-
ключить гибкие стальные связи для соединения наружного и внутрен-
него слоев бетона;  снизить расход железобетона в наружных сте-
нах на 20...40% (в зависимости от материала фасадных панелей) и
облегчить их конструкции;  повысить теплотехнические качества
наружных стен на 10...15% благодаря использованию замкнутой
воздушной прослойки между несущими и фасадными панелями.
Рис. 4.20. Конструкция стены с замкнутой воздушной прослойкой:
а - фрагмент стены; б -- типы несущих панелей; в — типы фасадных панелей; / • навесная
ребристая утепленная панель из армонемента; 2 плиты теплоизоляционные; 3  замкнутая
воздушная прослойка; 4 несущая железобетонная панель; 5- крепежное устройство
Устойчивость несущих стен, обеспечивающая пространственное
взаимодействие наружных стен с перекрытиями и примыкающими
внутренними стенами, определяется конструкцией стыков и связей
между ними.
Сборные элементы крупнопанельных зданий имеют стальные свя-
зи, объединяющие их. Панели несущих стен должны иметь связи
между собой и с внутренними конструкциями не менее чем в двух
уровнях по высоте этажа, панели перекрытий — связи между собой
и со стенами. Дополнительные междуэтажные связи устраивают в
виде вертикальных арматурных соединений панелей несущих стен
смежных по высоте этажей.
Горизонтальные стыки применяют четырех типов: кон-
тактный, платформенный, комбинированный и монолитный
(рис. 4.21). Контактный стык, передающий усилие непосредственно
с панели на панель через слои раствора, обладает максимальной
несущей способностью. Это достигается опиранием перекрытий на
панели стены специальными опорными выступами панелей перекры-
тия. В платформенном стыке усилие передается через торец панели
перекрытия, опирающейся на стену; в монолитном — через бетон
замоноличивания стыка; в комбинированном — через панель стены
и торец перекрытия.
88
Вертикальные стыки панелей наружных стен между
собой и внутренними конструкциями по геометрической форме и
характеру статической работы наиболее распространены бесшпо-
ночные и шпоночные бетонные и железобетонные (рис. 4.22). Типы
конструктивных решений стальных связей в вертикальных стыках
известны следующие: сварные, замоноличиваемые связи типа «пет-
ля — скоба», болтовые и замковые самофиксирующиеся.
Рис. 4.21. Горизонтальные стыки наружных стен:
а— контактный; б - платформенный; в - комбинированный профилированный; г —• плоский;
д- монолитный; е - платформенный при иенесущих наружных стенах: 1 панель перекры-
тия,• 2 панель наружной стены; 3- бетон замоноличивания; 4 цементный раствор;
5 панель внутренней стены
Рис. 4.22. Вертикальные стыки наружных и внутренних стен:
а - бетонный бесшпоночный с плоскими стыковыми торцами панелей; б то же. с профили-
рованными торцами; в- петлевой бессварочнын; / - бетон; 2 наружнаи панель; 3-
стержни; 4 воздухозатитная прокладка; 5- съемная опалубка; 6 арматура; 7 внутрен-
няя панель
В последние годы в связи с истощением запасов топлива (нефть,
уголь) в недрах земли получает широкое распространение в СССР
и за рубежом устройство гелиоприемников в наружных огражде-
ниях зданий, подвергающихся прямому солнечному облучению,
89
улавливающих солнечные лучи и аккумулирующие их для исполь-
зования электроснабжения жилых и общественных зданий.
Устройство межпанельных стыков, разработанных применитель-
но к раздельной конструкции наружных стен, имеет следующие осо-
бенности. Стыки выполняются закрытыми, раздельно для несущих
и фасадных панелей. Вертикальные стыки несущих панелей распо-
лагаются, как правило, по границам квартир, а фасадных — в пре-
делах междуэтажных поясов.
Возведение стен из крупноразмерных элементов содействует
увеличению процента сборности зданий, снижает трудозатраты,
обеспечивает перенесение максимального числа операций в стацио-
нарные условия завода, а следовательно, повышение качества
строительства.
4.4.	ПЕРЕКРЫТИЯ И ПОЛЫ
Перекрытия. Выполняя несущие и звукоизоли-
рующие функции, перекрытия разделяют здания по высоте на этажи
(см. выше § 3.1). Междуэтажные перекрытия должны быть звуко-
непроницаемыми, а чердачные и перекрытия над подвальными поме-
щениями — нетеплопроводными. Междуэтажные перекрытия вклю-
чают следующие основные элементы: несущую конструкцию (балку
или панель), пол, потолок и заполнение (в междуэтажных — звуко-
изолирующий слой, в чердачных и в перекрытиях над подпольем —
утепляющий). В конструкциях чердачного перекрытия пол отсутст-
вует.
В зависимости от типа основного несущего элемента (балки или
панели) перекрытия различают балочные (рис. 4.23,а) и безбалоч-
ные (рис. 4.23, б) — монолитные и панельные. Исходя их материала
балок (стальные, железобетонные и деревянные), перекрытия ба-
лочного типа подразделяют на три основные группы: по деревян-
ным, стальным и железобетонным балкам.
Балки опираются на несущие стены здания — продольные или
поперечные, или каркасы. При наличии прогона, заменяющего
внутреннюю стену, балки опираются на прогон. Поверх балок устра-
ивают пол, причем укладывают его непосредственно на балки или
на лаги (рис. 4.24). Утепляющий слой и звукоизоляцию укладыва-
ют на накат, опирающийся при деревянных балках на черепные
бруски, а при стальных балках — на полки двутавров. В перекры-
тиях чердачных и над подпольями, т. е. разделяющих помещения
с различной температурой воздуха, применяют теплоизоляцию из
неорганических сыпучих материалов или минеральной ваты.
Перекрытия по балкам из дерева устраивают в зданиях высотой
не более четырех этажей. Они экономичны в районах, богатых лесом,
однако трудоемки и обладают малой огнестойкостью, что ограни-
чивает их применение. Перекрытия по стальным балкам применяют
лишь на особо важных объектах большой этажности. Железобе-
тонные перекрытия являются наиболее распространенным и пер-
90
5).
Рис. 4.23. Перекрытия монолитные но балкам [а)
и безбалочное перекрытие (б):
/- ребристые; 2 кессонные; 3- колонна; 4- капитель
Рие. 4.24. Деревянные перекрытия:
а - чердачное; б - междуэтажное по
балкам из досок; в то же, но сталь-
ным балкам; / накат; 2 балка; 3
нароизоляция; 4 -звуко- и теплоизоля-
ция; 5 защитный слой; 6 — доски по-
ла; 7- штукатурка; 3- подшивка; 9—
воздушная прослойка; 10- звукоизоля-
ционная прокладка; //-- чистый досча-
тый пол; 12 — лаги; 13 — металлическая
сетка; 14 «черный» пол из досок;
15— паркет
91
спективным типом, поскольку они наиболее долговечны и надежны.
Различают монолитные и сборные железобетонные перекрытия.
Более подробные сведения о железобетонных перекрытиях приве-
дены ниже, в § 12.3.
В целях повышения звукоизоляции от воздушного шума иногда
устраивают раздельные потолки-— самонесущие или подвесные (под-
Рис. 4.25. Панельные перекрытия:
а • типы панелей; б утепленные чердачные перекрытия; в - то же, цокольные; г -
железобетонные пустотелые настилы, / многопустотная панель; 2 то же, сплошная;
3 то же, ребристая; 4 то же, шагровая с ребрами но контуру; 5 несущий элемент;
6 - нароизолирующий слой; 7 - утеплитель; 8— выравнивающая стяжка; 9 покрытие вола;
10, 11, 12- - круглые, вертикальные и овальные пустоты
вешенные в конструкции перекрытия) (см. выше, § 3.5). Для защиты
от ударного шума устраивают раздельные перекрытия, которые в от-
личие от совмещенных состоят из панелей пола и потолка, разде-
ленных воздушной прослойкой. Подобные перекрытия устраивают
трех видов: из двух несущих панелей; из одной панели с опиранием
на нее раздельного пола; из одной панели (несущей) с подвесным
(раздельным) потолком. Основные конструктивные схемы перекры-
тий и типы панелей перекрытия даны на рис. 4.25.
Полы. Они могут состоять из отдельных штучных или рулонных
элементов или быть монолитными. Полы должны быть прочными,
малотеплопроводными, сопротивляться истиранию; в санитарных уз-
лах — водонепроницаемыми. Элементы полов различного типа вклю-
чают в себя покрытие, гидроизоляцию, выравнивающий слой —
стяжку, подстилающий слой толщиной 15...20 мм (рис. 4.26). Покры-
92
тие пола, т. е. его верхним слои, подвергающийся эксплуатационным
воздействиям, устраивают паркетным, дощатым, из рулонных мате-
риалов — линолеума, топифлекса, релина, а также из керамических
и других плиток. Гидроизоляция, предназначенная для предупреж-
дения проникания воды в перекрытие, устраивается из одного-двух
слоев рубероида или аналогичных материалов. Выравнивающий
ж) я ч ю
Рис. 4.26. Виды полов:
/— полы по грунту: а - по бетонной подготовке; б — утепленные; в ио лагам на столби-
ках; - уплотненный грунт; 2— бетонная подготовка: 3 стяжка; 4— покрытие пола;
5-- утепляющий слой; 6— кирпич; 7 два слоя рубероида; 8 лага; 9 аитисептироваи-
ная подкладка; //— полы по междуэтажным перекрытиям; г из рулонных двуслойных
материалов; д — раздельный пол по панели основания; е — то же, но мелким легкобе-
тонным плитам; ж дощатый пол; з — слоистый паркетный пол; и •- пол санитарных
помещений; 1- несущая часть перекрытия; 2- теплозвукоизоляциоииый линолеум; 3 — про-
слойка под покрытие пола; 4— звукоизоляционная прокладка; 5— панельное основание
пола; 6 линолеум; 7- легкобетоииые плиты; 8—стяжка; 9—лага; 10—дощатый пол;
11 — твердая и полутвердая древесноволокнистые плиты; 12— паркет; 13— метлахская
плитка; 14— рулонная гидроизоляция
слой выполняют в виде цементной стяжки. Подстилающий слой
осуществляется в виде слоя бетона толщиной 1000... 1500 мм для
полов на грунте. В междуэтажных перекрытиях подстилающим
слоем является несущая плита или аналогичный элемент пере-
крытия.
Паркетные полы долговечны и красивы, хотя и трудоемки.
Они широко распространены в жилищном строительстве. Паркет
из отдельных клепок (паркетин), раскладываемый различным ри-
сунком, укладывается на дощатый настил («черный» пол) с соеди-
нением в шпунт. Клепки паркета прибивают гвоздями в кромку к
настилу. Между дощатым настилом и паркетом укладывают бумагу
93
пли картон (для предохранения от скрипа). Возможно устройство
паркетных полов также по бетонному или асфальтовому основа-
нию па мастике. Применяется также менее трудоемкий щитовой
паркет.
Дощатые полы устраивают из шпунтованных строганых
досок толщиной 38 мм либо из заготовленных сборных щитов ши-
риной 800... 1000 мм. Доски настилают по деревянным балкам или
лагам. Если устраивают двойной дощатый пол, то поверх черного
пола из досок толщиной 20...25 мм настилают чистый пол из шпун-
тованных досок толщиной 22 мм под углом 45°.
Пол из рулонных материалов устраивают с покры-
тием из линолеума, безосновпого релина (на резиновой основе),
топифлекса на тканевой основе, ворсового ковра на пластмассовой
основе и т. п. Такие полы малотеплопроводны, гигиеничны, бесшум-
ны, малотрудоемки, дешевы (в 2 раза дешевле паркетных), однако
срок их службы относительно невелик. Пол из линолеума настилают
по деревянному основанию на мастике или цементно-казеиновом
клее, а по бетонному--насухо, сваривая края линолеума. Преду-
сматривается утепленный слой поверх железобетонного основания,
который снижает теплоусвоение конструкции пола (теплоотдача
полу от ног человека).
Полы из керамических плиток гигиеничны, водо-
стойки, поэтому широко применяются в санитарных узлах и вести-
бюлях, на площадках лестничных клеток. Однако они чувствитель-
ны к ударным воздействиям. Плитки укладывают по бетонному
основанию на битумной мастике или цементной стяжке слоем
10... 15 мм.
Монолитные полы применяют на лестничных клетках
Жилых зданий, в вестибюлях гостиниц, общежитий.
Ксилолитовые полы (магнезиальные) выполняют из сме-
си каустического магнезита, водного раствора хлористого магния и
мелких древесных опилок (или асбеста) двухслойными с добавкой
различных красителей по бетонному или железобетонному основа-
нию. Нижний слой имеет толщину 100...150 мм, верхний — более
плотный - 100 мм.
Наливные полы из синтетических материа-
лов (поливинилацетатная эмульсия с наполнителем из песка и
красителя) требуют основания хорошего качества, малотрудоемки,
дешевы, однако при большом потоке людей быстро разрушаются.
Применяются для коридоров и вестибюлей общих коммуникацион-
ных узлов зданий.
Особенности устройства перекрытий и полов. Во влажных поме-
щениях (санузлах, прачечных и т. п.) предусматривают устройство
в составе слоев гидроизоляционного слоя из рулонных материалов
(толь, рубероид). Технико-экономические характеристики некото-
рых типов перекрытий и полов приведены в табл. 4.2, 4.3.
94
Таблица 4.2. Технико-экономические характеристики панельных перекрытий
(на 1 м2 без учета пола)
Тип панелей	Труа«ем- кость мон- тажа, чел-дн	Приве- денная толщина бетона, мм	Расход, кг	
			цемента	стали
Железобетонные с овальными пустотами	0,057	100	29,4	4,04
То же, с вертикальными пустотами	0,047	100	29,4	3,88
То же, с круглыми пустотами	0,065	120	35,4	4,34
Таблица 4.3. Технико-экономические характеристики некоторых типов полов
(на 1 м2 пола)
Конструкция пола	Коэффициент тепло- усвоения, ккал/(м•ч•°C)	Трудоем- кость, чел-дн
Дощатый по лагам на упругих прокладках	5,05	0,16
Из метлахских плиток по цементной стяжке	—	0,21
Бетонный	11,20	0,19
4.5. ПОКРЫТИЯ
Покрытия (крыши) должны защищать здания
от атмосферных осадков и содействовать сохранению комфортного
микроклимата (температура, влажность) в помещениях, защищать
от охлаждения в I и II климатических районах, предохранять от
перегрева в III и IV климатических районах. Покрытия жилых зда-
ний и общественных зданий небольших пролетов могут быть чер-
дачными (рис. 4.27) и бесчердачными — совмещенными (рис. 4.28).
Для несущих конструкций чердачных крыш применяют стропила
(деревянные и железобетонные), крупноразмерные панели, а также
фермы из дерева, железобетона и стали. Стропила выполняют на-
слонными и висячими. Наслонные стропила, применяемые при на-
личии в здании внутренних опор, включают стропильные ноги, под-
косы и стойки. Нижние концы стропильных ног опираются на мау-
эрлаты (подстропильные брусья), укладываемые по верху наруж-
ных стен. Верхние концы стропил опираются на прогон (продольный
брус). Висячие стропила рациональны в зданиях шириной 6...12 м,
не имеющих промежуточных опор. Элементы стропил малых проле-
тов (до 6 м) включают стропильные ноги и затяжки, воспринимаю-
щие горизонтальные усилия, образующие равнобедренный треуголь-
ник. Концы стропильных ног соединяют шипами и врубкой взатяжку
с креплением болтами. При больших пролетах применяют деревян-
ные подкосы для поддержки стропильных ног.
95
Рис. 4.27. Чердачные
крыши:
а двускатная крыша с
кровлей из волнистых ас-
бестоцементных листов
при продольных несущих
стенах; б безрулонная
крыша с внутренним во-
доотводом; в  то же, с
наружным; /- скат; 2-
конек
2
Весьма перспективно применение сборных элементов наслонных
стропил из дерева в виде скатных щитов и опорных продольных
рам, индустриальными, экономичными и перспективными являются
также конструкции крыш из сборных тонкостенных железобетонных
и армоцементных панелей, складчатых, волнистых и т. п.
В зданиях без внутренних несущих стен или колонн применяют
стропильные фермы из дерева, а при больших пролетах также желе-
зобетонные и стальные. По прогонам, подвешенным, к узлам ниж-
него пояса фермы, настилают перекрытие, которое утепляют в целях
сокращения процесса создания конденсата на чердаке, огражден-
ного сверху кровлей; дополнительные меры — введение пароизо-
ляции и вентиляция чердака через вентиляционные отверстия в
коньке крыши и под карнизом.
Бесчердачные (совмещенные) покрытия выполняют с уклоном
до 5%. Они могут быть вентилируемыми наружным воздухом через
воздушные прослойки или через каналы в верху панели с целью
избежания конденсата и невентилируемыми — монтируемыми из
сплошных или многослойных панелей. Вода с совмещенных крыш
отводится по внутренним водостокам (организованный водосток),
как показано на рис. 4.27, а. С чердачных покрытий вода может
отводиться по водосточным желобам (неорганизованный водосток)
или по внутренним водостокам (организованный водосток).
В состав основных элементов совмещенного покрытия входят:
 настил из сборных крупноразмерных железобетонных плит (пол-
нотелых и пустотелых);  утеплитель из плитиых и сыпучих мате-
риалов;  пароизоляционный слой из 1...2 слоев рубероида или пер-
гамина;  кровля из рулонных материалов в 4...5 слоев и защитный
слой (песок или мелкий гравий либо слой бронированного рубе-
роида). Кровля — верхний водонепроницаемый слой крыши —
выполняется из листовой стали, асбестоцементных листов или ру-
лонных материалов (см. рис. 4.28).
Асбестоцементные кровли отличаются долговеч-
ностью, огнестойкостью, малой массой. Асбестоцементные листы
укладывают по обрешетке из брусков сечением 50X50 мм и крепят
специальными гвоздями или шурупами. Асбестоцементные плитки
укладывают внахлестку.
Кровли из рулонных материалов (толь, рубероид)
просты в выполнении, легки по массе, водонепроницаемы, однако
неогнестойки. Укладывают их по сплошному жесткому деревянному
или бетонному основанию в 1...3 слоя. Число слоев рулонного мате-
риала зависит от уклона кровли.
Кровли из металла — стальные (листовая и оцинкован-
ная сталь), укладывают по обрешетке (рис. 4.29). Они имеют малую
массу, однако требуют большого расхода металла.
Необходимо отметить, что в железобетонных бесчердачных кры-
шах высокая влажность утеплителя приводит к появлению вздутий
в рулонных кровлях. Причем интенсивное образование вздутий про-
4 Зак. 1285
97
I 2 3
исходит летом, когда от воздействия солнечного тепла из влажного
утеплителя выделяется пар, избыточное давление паровоздушной
смеси приводит к местным отрывам кровли от основания. К числу
конструктивных мероприятий, предотвращающих образование взду-
тий, относится приклейка нижнего слоя кровли к основанию в от-
дельных точках через перфооации рубероида диаметром 20 мм с ша-
гом между их центрами
100X100 мм. Такие кровли
получили название «дыша-
щих» или с диффузионными
прослойками. Образуемая
между кровельным ковром и
основанием покрытия непро-
клеенная полость сообщает-
ся с наружным воздухом че-
рез щели, оставляемые в
карнизах, парапетах и др.
Основанием для таких кро-
вель служат поверхности
железобетонных плит или
цементно-песчаных стяжек и
затирок, не покрытые ог-
рунтованными битумными
составами. Основание долж-
но быть сухим и тщательно
очищенным от строительно-
го мусора и пыли.
Технико-экономические ха-
рактеристики некоторых ти-
пов крыш жилых зданий
(на 1 м2) приводятся ниже:
Рис. 4.29. Устройство металлической кровли:
I водосточная воронка; 2- желоб; 3 костыли;
4 крюк; 5— наслонные желоба; 6— стоячий
фальц; 7— сталь листовая; 8 обрешетка; 9-
стропильные ноги; /0-- мауэрлат
Деревянные сборные стропила; кровля из волнистых асбес-
тоцементных листов ......................................
Железобетонные сборные стропила с деревянной обрешеткой;
кровля из волнистых асбестоцементных листов..............
Ребристые железобетонные сборные панели; кровля рулонная
Масса, Тру доем	
кг	кость, чел-дн
40	0,17
123	0,15
223	0,21
Для покрытия общественных зданий больших пролетов обычно
применяют пространственные конструкции, совмещающие в себе не-
сущие и ограждающие функции. За последние годы пространствен-
ные конструкции получили широкое применение. Так, монолитные
железобетонные оболочки пролетом до 240 м и гиперболические
оболочки пролетом до 120 м возведены в США, складки пролетом
75 м — в Канаде, а мембраны пролетом до 224 м — в СССР. Сборные
железобетонные оболочки из унифицированных элементов проле-
4
99
том 24... 100 м и складки пролетом до 48 м были осуществлены в
СССР, стальные, поднимаемые с земли структуры пролетом 190 м —
в Японии, мягкие полимерные воздухоопорные и тентовые оболочки
пролетом до 240 м и деревянные оболочки пролетом до 150 м — в
США.
Применительно к тонкостенным пространственным конструкциям
широко внедряются новые материалы. Например, возводятся боль-
шепролетные сводчатые покрытия из железобетона с пустотелой
керамикой без утеплителя и рулонной гидроизоляцией. В массовом
промышленном строительстве применяют монолитные железобе-
тонные оболочки большого пролета методами набрызга и подъема,
используют структуры больших пролетов с усовершенствованными
узлами в плоских и купольных покрытиях с мягким и жестким за-
полнением, мягкие оболочки, усиленнее канатами или жестким кар-
касом из светопрозрачной высококачественной поливинилхлоридной
пленки, а также пневматические оболочки из тонких металлических
листов. Перспективны новые оболочки малых форм — армоцемент-
ные и полимерные, в том числе армированные деревом или сталью
ледовые оболочки, возводимые без опалубки методом набрызга для
Крайнего Севера, и т. п.
Более подробные сведения о наиболее распространенных прост-
ранственных конструкциях покрытий — железобетонных — приве-
дены ниже, в § 12.8.
4.6.	СБОРНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ДЛЯ САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
ЗДАНИЙ
Широкое применение в гражданском строи-
тельстве получили стандартные санитарно-технические и вентиля-
ционные блоки и панели, а также кабины санитарных узлов.
В строительной практике применяют санитарно-технические
блоки-панели сплошного сечения с патрубками для присоединения
к приборам с вмонтированными стояками отопления, горячего водо-
снабжения, газа, водопровода, канализации, а также блоки-шахты
корытного сечения (рис. 4.30, 4.31); стены с вентиляционными
каналами проектируют также из сборных элементов высотой
в этаж.
Вентиляционные блоки с площадью сечения не менее 200 см2
применяют для несущих и самонесущих стен, устанавливая их на
цементном растворе. Вентиляционные шахты применяют в зданиях
повышенной этажности для самонесущих или ненесущих конструк-
ций, устанавливаемых на перекрытии. Вентиляционные блоки и
шахты выполняют из тяжелого бетона класса не менее В15. Пане-
ли осуществляют с конструктивным армированием сварными сет-
ками и каркасами, армирующими стенки между каналами, толщи-
на которых не менее 50 мм. Вентиляционные панели и шахты, пре-
100
дусматриваемые выше совмещенной крыши или чердачного пере-
крытия, проектируют утепленными, выполняя наружные блоки верх-
него яруса с облицовкой плитами утеплителя.
Вентиляционные шахты дымоудаления, предусматриваемые в
зданиях более девяти ' этажей при незадымляемых лестничных
клетках с механической вентиляцией, включаемой автоматически
от датчиков дымообнаружения, проектируют из сборных бетонных
элементов с конструктивным армированием, самонесущей или не-
несущей конструкции. Сечение таких шахт принимается согласно
расчету вентиляции (1,5 м2 и более).
Рис. 4.30. Типы вентиля-
ционных блоков:
/ наружные для зданий с
бесчердачными крышами; 2-
то же. с холодным чердаком;
3 внутренние
Рис. 4.31. Вентиляционное
оборудование санитарно-ку-
хонного узла:
/—блок дымовых каналов; 2
дефлектор; 3— шахта; ко-
роб; 5— блок дымовентиляцион-
ных каналов
101
Стены с дымовыми каналами от газовых водогрейных колонок,
отводящие газы с температурой до 200 °C, устраивают самонесущи-
ми из обычного тяжелого бетона класса не менее В22,5 или из бето-
на на пористых заполнителях класса В10.
Вентиляционные блоки и панели с круглыми, прямоугольными
или овальными каналами, располагаемыми в зависимости от этаж-
ности здания и системы его вентиляции, изготовляют из легкого
бетона и железобетона массой 0,5...3,5 т. Приставные каналы делают
из асбестоцементных труб или коробов прямоугольного сечения и
гипсошлаковых плит.
Конструкции санитарных узлов могут выполняться: из объемных
кабин или плоских сборных элементов, изготовленных, смонтирован-
ных и укомплектованных на заводе; из плоских сборных элементов
заводского изготовления, смонтированных и укомплектованных обо-
рудованием на строительной площадке. В составе оборудования са-
нитарных узлов предусматривается следующая, включаемая в смету
номенклатура санитарно-технических приборов и арматуры: ванная
и умывальник с общим смесителем, унитаз, полотенцесушитель, вен-
тиляционная решетка и светильники.
Санитарно-техническую кабину, выполняемую на заводе с пол-
ным инженерным оснащением и отделкой, проектируют несущей,
устанавливаемой на перекрытие в виде объемно-пространственного
конструктивного элемента с расположением внутри помещения
совмещенного или раздельного санитарного узла.
Конструктивное решение санитарно-технической кабины массой
1...5 т включает железобетонный поддон и «колпак» (стены и пере-
крытие потолка). Конструкция объемного элемента «колпака» мо-
жет осуществляться каркасной со стойками и ригелями из стальных
или алюминиевых стержней с обшивкой из гипсобетонных плит,
асбоцементных листов и других материалов или в виде тонкостен-
ного железобетонного объемного блока.
На рис. 4.32 приведен общий вид кабины санитарного узла с горя-
чим водоснабжением для жилых домов. Она включает раздельный
или совмещенный узел, предусматриваемый для одно-, пятикомнат-
ных квартир. Каждая из кабин предусматривается в прямом и
зеркальном варианте.
В практике зарубежного строительства имеются примеры изго-
товления объемного санитарно-кухонного блока. На рис. 4.33 пока-
зан сборный санитарно-кухонный блок, применяемый в массовом
жилищном строительстве Чехословакии.
Блок доставляется на строительную площадку в виде комплекта
из 12 составных частей, которые монтируются в готовой квартире
в законченный санитарно-кухонный блок. Применяются также стан-
дартные объемные санитарно-кухонные блоки, полностью изготов-
ленные на заводе, доставленные на стройку в готовом виде и установ-
ленные на место в процессе монтажа дома.
В Швеции выпускается укрупненный объемный санитарно-ку-
102
хонный блок (рис. 4.34), в котором санитарный узел сблокирован
с частью кухни, где размещается кухонное оборудование, включая
навесные шкафы. Блок имеет массу до Юти предназначается для
индивидуальных жилых домов, рассчитанных на одну семью. Это
Рис. 4.34. Стандартный санитарно-
технический блок (Швеция)
Рис. 4.32. Кабина санитар-
ного узла
Рис. 4.33. Стандартный санитарно-
технический блок заводского изготовле-
ния:
/— перегородка между уборной и ванной;
2 унитаз; 3--монтажная шахта; 4 га-
зовая плита; 5 напольный кухонный блок;
6- настенный кухонный шкаф; 7, 8-
верхняя и нижняя разделительные панели;
9 ванна; 10- умывальник; II—перего-
родка между ванной и проходом в кухню
103
крупное индустриальное строительное изделие, изготовленное на за-
воде с полной комплектацией оборудования, является как бы серд-
цевиной дома и предопределяет собой весь технологический процесс
его возведения. Доставленный с завода полностью готовый (запе-
чатанный) санитарно-кухонный блок устанавливают на предвари-
тельно сооруженный фундамент из монолитного бетона. Затем к нему
подключают воду, электроэнергию, прокладывают канализацион-
ные вводы и т. д., после этого возводят остальную часть дома. Такая
кабина, выполненная из железобетона или асбестоцементных лис-
тов в виде пространственного блока с полностью вмонтированным
санитарно-техническим оборудованием, дает значительное снижение
трудовых затрат и сроков строительства.
4.7.	ЛЕСТНИЦЫ
Лестницы могут быть основными (главными),
вспомогательными (служебными), пожарными (аварийными).
Лестница состоит из наклонных маршей, горизонтальных лест-
ничных площадок, ограждения. Помещения, где размещается лест-
ница, называют лестничной клеткой. Лестничный марш состоит из
ступеней; их поддерживают косоуры (или тетивы -- в деревянных
лестницах). Величина горизонтальной поверхности ступени -про-
ступь — принимается не менее 250 мм, высота подступенка (верти-
кальной плоскости ступени) — 150...180 мм (рис. 4.35). На каждом
этаже устраивается этажная площадка, а между маршами в середи-
не высоты этажа - промежуточная. Ширина площадки должна
быть не менее ширины марша, но не менее 1200 мм. Между маршами
предусматривают зазор не менее 100 мм для пропуска пожарных
рукавов. Ограждения лестниц высотой 800 мм включают стойки,
стальные решетки, поручни. Поручень (из дерева или пластмассы)
монтируют на верхнюю стальную обвязку.
В зависимости от числа маршей лестницы могут быть одно-,
двух- и трехмаршевыми. Наиболее распространены двухмаршевые
лестницы с естественным освещением. Лестничные клетки должны
выполняться несгораемыми. Для конструкции основных элементов
применяют сборный и монолитный железобетон, а также металл.
Незадымляемость лестниц в домах более шести этажей обеспе-
чивается организацией междуэтажных входов в них с лоджий, а так-
же устройством специальной вентиляционной шахты с подпором
воздуха, около лестничной клетки, автоматически включаемой во
время пожара; в этом случае лестничные марши разделяются несго-
раемой перегородкой через пять этажей. В секционных домах преду-
сматривают не менее одной незадымляемой лестницы на секцию.
В домах коридорного и галерейного типов с жилой площадью на
этаже более 300 м2 устраивают не менее двух незадымляемых лест-
ниц. В общественных зданиях в отдельных случаях взамен лестниц
возможно устройство пандусов специально выполненных маршей
104
без ступеней с меньшим уклоном и большей расчетной протяжен-
ностью.
Определение размеров элементов лестниц и графическое постро-
ение осуществляют следующим образом: горизонтальную проекцию
марша делят на количество проступей минус одну, а высоту этажа
делят на число подступенков в этаже; с учетом полученных точек
Рис. 4.35. Лестницы гражданских зданий:
а двухмаршевые; б - трехмаршевые; в -- сборные железобетонные лестницы жилого
здания с цокольным неполным маршем; г -- схема построения двухмаршевой лестницы;
1 цокольный марш; 2 - этажные марши; 3 - этажные площадки; 4 - промежуточная
площадка


проводят горизонтальные и вертикальные линии и на основе полу-
ченной сетки определяют профиль лестницы; ширина лестницы равна
сумме двух ширин марша плюс свободный зазор 100 мм между мар-
шами. После расчета размеров лестничной клетки их согласовыва-
ют с конструктивной схемой и модульными параметрами.
Сборные железобетонные лестницы, наиболее распространенные
в массовом строительстве, выполняют:  из мелкоразмерных эле-
ментов — косоуров и тетив, подкосоурных балок, ступеней и плит
площадок; Виз цельных маршей и площадок (двух элементов);
105
 из одного элемента — марша с этажной и междуэтажной пло-
щадками. Крупноразмерные лестничные марши могут быть различ-
ных конструкций: с двумя несущими выступающими вниз ребрами,
со ступенями сплошного сечения с накладными мозаичными про-
ступями. В лестницах из мелкоразмерных элементов сборные бетон-
ные или железобетонные ступени укладывают по косоурам, с опо-
рами на балки площадок. Для
лестничных площадок приме-
Рис. 4.36. Сборный лестнично-лифтовой
узел 9-зтажного жилого дома:
а - план; б - железобетонный блок шахты
лифта; в -- общий вид; / плита перекрытия
шахты; 2- верхний блок; 3— средний (поэтаж-
ный) блок; 4 - нижний блок; 5 тумба под
буфер кабины
няют плиты сплошного сече-
ния или с овальными пустотами.
Внутриквартирные лестницы
выполняют из дерева. Лес:
тницы в подвалы применяют
одномаршевые, размещаемые
в здании или снаружи в при-
ямке, огражденном подпорны-
ми стенами с верхним зонтом
для защиты от атмосферных
осадков.
Пожарные и аварийные ле-
стницы обычно выполняют ме-
таллическими, с тетивами из
швеллеров, а ступенями из пру-
тьев закаленной стали. Элемен-
ты этих лестниц соединяются
на болтах и крепятся к стене
с помощью металлических
кронштейнов.
В зданиях более пяти эта-
жей применяют лифты, распо-
латаемые преимущественно при
лестницах. Пассажирские лиф-
ты необходимы и при мень-
шей этажности — в больницах,
санаториях. Лифты подразде-
ляются на пассажирские, слу-
жебно-хозяйственные, грузовые, специальные, больничные. Они име-
ют различные габариты, скорость и грузоподъемность. Расчет лифтов
в гражданских зданиях производится исходя из количества людей,
пользующихся ими, скорости подъема — спуска лифта и его грузо-
подъемности. Расположение лифтов в здании должно обеспечивать
их легкую доступность для посетителей без пересечения людских и
грузовых потоков в вестибюлях и коридорах. Как правило, они распо-
лагаются в вестибюле, недалеко от входа в здание. В зда-
ниях средней этажности (5...8 этажей) лифты размещают обычно
около лестниц. На рис. 4.36 показан сборный лестнично-лифтовый
узел девятиэтажного жилого дома.
106
Организация лестнично-лифтового узла зависит от этажности
дома, количества квартир, выходящих на лестничную площадку, и в
значительной степени определяет композиционное решение секций
или блоков. Лестнично-лифтовый узел является комплексным эле-
ментом, рациональное решение которого должно включать общую
планировочную организацию лестницы, лифта и мусоропровода.
При этом наряду с учетом стандартных габаритов лифтовых шахт
в соответствии с ГОСТом, соблюдением нормированных минимумов
ширины маршей площадок и проходов необходимо также обратить
внимание на удобство расположения мусоропровода и возможность
устройства мусоросборных камер в первом этаже.
Следует учитывать, что островное расположение глухой шахты
лифта в центре между маршами лестницы загораживает много све-
та и снижает архитектурные качества интерьера лестничной клетки;
расположение мусоропровода на середине лестничной клетки по хо-
ду движения нежелательно с санитарно-гигиенической и эстети-
ческой точек зрения; центральное положение мусоропровода на
лестнице затрудняет изолированное устройство мусоросборной ка-
меры. Поэтому предпочтительнее располагать ствол мусоропровода
в обособленной части лестничной площадки.
4.8.	ПЕРЕГОРОДКИ
Перегородки — тонкие ненагруженные внутрен-
ние стены, устанавливаемые непосредственно на перекрытии и от-
деляющие помещения в пределах этажа.
Межквартирные перегородки должны обладать хорошей звуко-
изоляцией, а перегородки санитарно-технических узлов и кухонь —
влагоустойчивостью. Перегородки выполняют из дерева, кирпича,
плит (гипсовых, гипсошлакобетонных), сухой штукатурки по дере-
вянному каркасу. Применяют также перегородки из легких бетонов
и железобетона. В массовом строительстве используют гипсовые
или гипсобетонные плиты размером 800X400 мм, толщиной 80 или
100 мм.
Наиболее индустриальны крупнопанельные перегородки; они об-
ладают преимуществами перед перегородками из мелких плит: тру-
дозатраты на их изготовление и установку ниже в 2 раза, стои-
мость--на 35...40% ниже. Толщина крупнопанельных перегородок
составляет 50, 80, 100 и 120 мм, минимальная высота — 2500 мм,
длина — 6000 мм (рис. 4.37). Крупнопанельные перегородки выпол-
няют из прокатных гипсобетонных панелей, гипсобетона с заполни-
телем из шлака или древесных опилок.
Толщина межкомнатных перегородок — 90... 100 мм, междуквар-
тирные перегородки применяют из двойных панелей с воздушной
прослойкой в 40...50 мм. В целях повышения звукоизоляции целе-
сообразно при опирании перегородок на панели перекрытия приме-
107
нять упругие прокладки, а зазоры между потолком и стеной проке-
нопачивать просмоленной паклей.
Перегородки во влажных помещениях (санузлы, кухни) рацио-
нально выполнять из кирпича (в четверть кирпича) с армированием
в швах, из шлакобетонных пустотелых плит, шлакобетонных пане
лей. Крепление перегородок к бетонному потолку осуществляете*
Рис. 4.37. Крупнопанельные перегородки:
а - общий вид; б примыкание перегородки к гладкому потолку в месте стыка;
в — то же, к балке; г детали крепления; /— деревянные рейки, армирующие перегород-
ки; 2--обвязка перегородки; 3 просмоленная пакля; 4— деревянный вкладыш; 5- закрепы
крепления перегородки; 6 гипсоопилочная перегородка; 7- металлический штырь крепле-
ния; 8— крепежная проволока; 9 - дверная коробка; 10— наличники; 11- галтели; 12—
упругая звукоизоляционная прокладка
путем устройства анкеров из металла, к стене — с помощью закреп,
вбиваемых в деревянные вкладыши; крепление санитарно-техни-
ческого оборудования - к специальным блокам-панелям.
4.9.	ОКНА И ДВЕРИ
Окна. Заполнение оконных проемов состоит из
оконных коробок и переплета со стеклами (спаренные или раздель-
ные, глухие или створные) и подоконных досок. В индустриальном
строительстве переплеты вместе с коробками собирают в блоки, а
108
для панельных зданий устанавливают в панели стен. Размеры окон-
ных блоков в жилых зданиях составляют 1143, 1343, 1953 и 2153 мм
(по наружному размеру коробок) при высоте 1383 мм.
Оконные переплеты различают раздельные — с двойным остек-
лением и спаренные — с двойным или тройным остеклением; послед-
ние представляют собой сближенные вплотную и скрепленные на-
Рис. 4.38. Элементы окоп:
а — фасад двух- и трехстворчатого окна; б •- разрез окоииой коробки с двойным
остеклением; в - то же, с совмещенным двойным остеклением; г - окониый блок с
заполнением стеклопакетами; /- переплет; 2 оконная коробка; <?- стекло; 4 уплот-
няющая прокладка; 5- прокладки опорные, распорные и ветровые; 6— опорная
клиновидная прокладка; 7 прорезь для отвода воды
ружный н внутренний переплеты. Прогрессивной конструкцией яв-
ляются окна со стекнлопакетами (два-три стекла, склеенные по кон-
туру) в одинарный переплет с прокладками из пластмассы по кон-
туру и закрепляемые штапиками (деревянными рейками).
Раздельные переплеты размещают на расстоянии 0,12...0,15 м с
воздушной прослойкой между ними, выполняющей функции тепло-
изоляции. В спаренных переплетах, объединяемых винтами, преду-
сматривают герметизирующую прокладку.
109
В деревянных оконных блоках оконные коробки изготов-
ляют из толстых досок или деревянных брусьев (рис. 4.38). Щели
между коробкой и стеной конопатят войлоком; притолоки проема
штукатурят.
Металлические оконные блоки, выполняемые из проката
алюминия методом прессования, применяют в оконных проемах и
витринах гражданских зданий. Переплеты утепляют термовклады-
шами; в притворах прокладывают профили из атмосферостойкой
резины с целью предохранения от продувания. Возможно использо-
вание остекления двух видов: обычным листовым стеклом (раздель-
ные переплеты) и стеклопакетами (спаренные переплеты).
В общественных зданиях рационально заполнение оконных прое-
мов из стеклоблоков, имеющих хорошие эксплуатационные каче-
ства.
Витрины и витражи проектируют в виде светопрозрачных ограж-
дений общественных зданий. Витрины — светопрозрачные ограж-
дения первого этажа торговых зданий и встроенных помещений для
экспозиции товаров. Витражи — участки светопрозрачного ограж-
дения высотой в один или несколько этажей; применяются в зданиях
выставочных павильонов, спортзалах, универмагах и др.
Конструкция витража состоит из несущего каркаса и переплетов
с крупномерным стеклом (до 3,5X4,5 м) толщиной 8 мм. Витрины и
витражи проектируют проходными с расстоянием между стеклами
от 450 мм до 1,2 м и непроходными, размещаемыми в толще наруж-
ных стен с расстоянием между наружным и внутренним остеклением
до 350 мм. Для размещения наружного ряда остекления проходных
витрин предусматривают консольные горизонтальные выносы из
плоскости цоколя и наружной стены.
Двери. Дверные блоки жилых и общественных зданий одно- и
двупольные, состоящие из полотен, навешенных на петли в дверных
коробках, изготовляют на заводе. По назначению двери подразде-
ляют на наружные входные и внутренние. Входные двери проекти-
руют для жилых зданий преимущественно деревянными, остеклен-
ными, одно- и двупольными (рис. 4.39). Стандартные их размеры
составляют по высоте 2 или 2,3 м, ширина однопольных дверей 0,9 м;
ширина проема двупольной двери с одинаковыми полотнищами 2 м,
с неравными— 1,5 и 1,3 м. Типы дверных полотен распространены
щитовые, обвязочные и решетчатой конструкции.
В общественных зданиях применяют деревянные входные двери,
а также стеклянные двери с металлической обвязкой по периметру
или без обвязки с закаленным стеклом толщиной 8... 12 мм в виде
полотна двери. Двери внутренние деревянные для жилых и общест-
венных зданий массового строительства проектируют с глухими
полотнами с притвором в четверть; с остекленными полотнами, с
притвором в четверть, с остекленными качающимися полотнами
(рис. 4.40).
110
Размеры дверей: по высоте — 2 м, ширина дверных полотен
однопольных и полуторных входных в квартиры и блоки помещения
общественного назначения — 90 и НО см, двупольных— 140 см;
межкомнатных — 80 см, ванных — 70 см, уборных — 60 см.
Двери применяют щитовые и филенчатые. Щитовые двери ши-
роко распространены в массовом строительстве, выполняются из
а)	д)	б)
г)
Рис. 4.39. Фасады
входных дверей жилых
зданий:
а, б — щитовой; в — об-
вязочной; г - решетча-
той остекленной кон-
струкции
о)
Рис. 4.40. Двери дере-
вянные внутренние для
жилых и общественных
зданий (ГОСТ 6629 -
74):
а — типы дверей; б - се-
чения по притворам тех
же дверей; I—- глухие;
2—. остекленные;	3 —
с качающимися полотна-
ми
брусков и складываются фанерным шпоном или пластиком. Филен-
чатые двери включают обвязку, средники и филенки (одно- и двух-
слойные). Дверные полотна устанавливают в коробки дверей в чет-
верть дверных проемов ограждающих стен.
Расположение дверей в здании, размеры их и характер открыва-
ния определяются условиями эвакуации людей из зданий.
111
9—|	Каковы основные типы жилых зданий?® В чем заключаются требования,
предъявляемые к жилым помещениям?® Расскажите о приемах распо
—S  ложения санитарно-технического оборудования в квартирах?® Основные
виды общественных зданий?® Каковы расположение и планировка по-
мещений для вентиляционных устройств в здании?® Каковы основные элементы не-
сущего остова зданий?® Что представляют собой здания из объемных элементов?
® Классификация стен по несущей способности, материалам и методам возведения.
Принципы конструирования крупнопанельных элементов несущих и ограждающих
конструкций зданий. Как устраиваются совмещенные крыши, как организуется их
водоотвод, каковы методы борьбы с конденсационной влагой?® Каковы индустри-
альные типы санитарно-технических устройств зданий?
Глава 5
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЗДАНИЯ
Важнейшей составной частью любого города
являются промышленные предприятия, которые в большинстве слу-
чаев определяют его возникновение и дальнейшее развитие. Одной
из основных задач промышленной архитектуры является создание
оптимальных планировочных и конструктивных решений промыш-
ленных объектов и их комплексов.
Понятие о территориально-производственных комплексах, рай-
онной планировке и промышленных узлах. Территориально-произ-
водственный комплекс (ТПК) - это часть единого народнохозяйст-
венного комплекса страны, представляющая совокупность промыш-
ленных и сельскохозяйственных предприятий различных отраслей,
расположенных на определенной территории, экономически связан-
ных между собой использованием общетерриториальных природных
и экономических ресурсов и условий, а также общей системой рас-
селения. Под районной планировкой понимают проектирование
комплексного территориально-хозяйственного устройства экономи-
ческого или административного района и формирование его плани-
ровочной структуры, обеспечивающей оптимальное развитие и ра-
циональное размещение отраслей народного хозяйства, городов и
сельских поселений, создание условий для труда, быта и отдыха
населения.
Обычно ТПК объединяет несколько промышленных узлов или
районов. Промышленным узлом и районом считают территорию, на
которой расположена объединенная группа промышленных пред-
приятий, имеющая общие коммуникации, инженерные сооружения,
вспомогательные производства и хозяйства, а при соответствующих
условиях и кооперацию основных производств. За последние годы
возникли крупные промышленные узлы, занимающие значительные
территории.
Санитарно-защитные зоны и их значение в системе защиты сре-
ды от вредных влияний промышленных производств. Производст-
венный процесс активно воздействует на окружающую среду, изме-
112
няя ее характер. Многие технологические процессы являются источ-
никами загрязнения воздуха в здании и вне здания вредными веще-
ствами, источниками шума, вибрации, электромагнитных волн,
ионизирующих излучений и других вредных факторов внутренней
и внешней среды. Для промышленных предприятий и производств,
тепловых и электрических станций и других объектов, являющихся
источниками выделений производственных вредностей в окружаю-
щую среду, установлена так называемая санитарная классифика-
ция (СН 245 71, разд. 8), согласно которой все промышленные
предприятия разделяют на пять классов. К I классу относят произ-
водства с наиболее вредными выделениями, к V — производства с
наименее вредными выделениями.
В соответствии с санитарной классификацией устанавливают са-
нитарно-защитные зоны, т. е. пространство вокруг промышленного
предприятия, где не должны строиться объекты, связанные с длитель-
ным пребыванием людей. Размеры санитарно-защитных зон в зави-
симости от санитарной классификации составляют:
Класс........................... I	II	III	IV	V
Санитарно-защитная	зона, м . . . .	1 000	500	300	100	50
Основные принципы решений генеральных планов. Размещение
промышленных предприятий производится на основе схем или про-
ектов районной планировки, которые составляются на перспективу
для всех экономических районов страны. Промышленные предприя-
тия обычно размещают в промышленных узлах, что позволяет более
полно использовать сырьевую базу, осуществить кооперирование
предприятий между собой и с городским хозяйством, достигать
экономии капитальных вложений за счет сокращения территорий,
занимаемых предприятиями, протяженности коммуникаций, коли-
чества отдельно стоящих зданий и сооружений, снижать эксплуата-
ционные расходы и увеличивать доход предприятий за счет реализа-
ции побочных продуктов.
Планировка промышленных районов может быть ленточная
(вдоль селитебной территории) и глубинная. Ленточная пла-
нировка промышленного района применяется при расположении
производственных предприятий, имеющих по санитарной классифи-
кации одинаковый или близкий класс, глубинная - при их
различном классе. Промышленный район или территория промыш-
ленного предприятия делится проездами и магистралями на к в а р-
т а л ы. Объединение нескольких кварталов между продольными
проездами образует панель, и застройка называется квартально-
панельной. Объединение в блок нескольких кварталов промышлен-
ного предприятия с законченной частью технологического процесса
позволяет создать блочную или квартально-блочную застройку.
В целях унификации размеры кварталов, панелей и блоков назна-
чают кратными укрупненному модулю.
113
При проектировании генеральных планов промышленных райо-
нов и отдельных предприятий большое внимание уделяется зониро-
ванию территории, которое осуществляется по производственному
функциональному (технологическому) признаку. Транспортные пути
при зонировании территории промышленного предприятия проекти-
руют с учетом того, что людские потоки должны быть изолированы
Рис. 5.1. Примеры решения генеральных планов промышленного района и пред-
приятия:
а схема генерального плана промышленного района; б — схема генерального плана
вагоностроительного завода, входящего в состав промышленного района; 1— вагоностро-
ительный завод; 2 ремонтно-механнческий завод; 3 - ТЭЦ; 4 завод по переработке
цветных металлов; 5— сортировочная железнодорожная станция; 6  склады; 7— заго-
товительные цехи; 8-- градирни; 9— корпус вспомогательных цехов; 10— главный корпус;
II—объекты обслуживания работающих и управления производством
от грузовых, путь следования как людей, так и грузов должен быть
минимальным. Пересечения людских и грузовых потоков распола-
гаются на разных уровнях.
Проводится также санитарное и противопожарное зонирование
территории по степени вредности и пожарной опасности отдельных
производств. В этих целях цехи группируют по количеству выде-
ляемых вредностей, производственному шуму, взрыво- и огнеопас-
ности.
114
Кроме того, осуществляют горизонтальное и вертикальное зони-
рование промышленных территорий. В последнем случае различают
три зоны: наземную (пути передвижения людей и грузов), надзем-
ную (основные производственные цехи и другие здания) и подземную
(склады и некоторые вспомогательные цехи).
При проектировании генеральных планов стремятся к компакт-
ности застройки, что главным образом обеспечивается блокиро-
ванием производственных зданий. С помощью бло-
кирования можно в отдельных случаях уменьшить площадь завод-
ской территории на 30%, сократить периметр наружных стен до
50%, снизить стоимость строительства на 15...20%.
Наиболее существенный показатель экономичности решения ге-
нерального плана предприятия — плотность застройки (П3). Малый,
процент застройки приводит к удлинению коммуникаций и дорог,
излишним затратам по планировке и благоустройству территории
и повышению эксплуатационных расходов. Примеры решения гене-
ральных планов промышленного района и предприятия приведены
на рис. 5.1.
5.1.	АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ
РЕШЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Классификация промышленных зданий. Неза-
висимо от отрасли промышленности промышленные здания делят
на четыре основные группы:  производственные, в которых раз-
мещены цехи, выпускающие готовую продукцию или полуфабрика-
ты; это могут быть цехи металлообрабатывающие, механосбороч-
ные, цехи по производству железобетонных конструкций и т. п.;
 энергетические — атомные электростанции (АЭС), теплоэлектро-
станции (ТЭЦ), котельные, электрические и трансформаторные
подстанции, компрессорные станции и др.;  транспортно-складско-
го хозяйства — это гаражи, склады готовой продукции, полуфабри-
катов и сырья и др.;  вспомогательные здания для размещения
административно-конторских помещений, помещений общественных
организаций, бытовых помещений и устройств (душевых, гардеро-
бов и др.), пунктов питания и медицинских пунктов.
Объемно-планировочные и конструктивные решения промышлен-
ных зданий зависят от их назначения, характера размещенных в них
технологических процессов и отличаются значительным разнообра-
зием. Такие здания можно классифицировать по следующим при-
знакам. По числу пролетов- одно- и многопролетные одно-
этажные промышленные здания. Однопролетные здания (рис. 5.2, а)
целесообразны для небольших производственных, энергетических
или складских зданий, а также для производств, требующих значи-
тельной величины пролетов (от 36 м и более) и высоты (более 18 м).
Многопролетные здания (рис. 5.2, б) — наиболее распространен-
ный тип одноэтажных промышленных сооружений. Такие здания с
115
одинаковыми или близкими параметрами пролетов (шириной и высо-
той) без внутренних открытых дворов называют зданиями сплошной
застройки. Они иногда достигают в плане нескольких сотен метров
по ширине и длине. Однопролетные здания могут выполняться с
напольным транспортом (рис. 5.2, а).
Рис. 5.2. Виды одноэтажных промышленных зданий:
а — однопролетиые; б- многопролетные; в- однопролетные с напольным транспортом;
/ — мостовой кран; 2- фонарь
По числу этажей — одно- и многоэтажные здания. В со-
временном строительстве преобладают одноэтажные здания (при-
мерно 80% общего объема строительства).
Многоэтажные промышленные здания (рис. 5.3) возводят для
производств с относительно легким технологическим оборудованием,
размещаемым на междуэтажных перекрытиях. Их проектируют на
ограниченных размерах территории и нередко делают с так называе-
мыми техническими этажами (рис. 5.3, в), в которых располагают
технологические коммуникации, а в некоторых случаях — вспомо-
116
гательные помещения. Верхний этаж во всех типах многоэтажных
промышленных зданий может быть свободен от промежуточных
вертикальных опор (рис. 5.3,6).
Существуют также двухэтажные промышленные здания, в кото-
рых на первом этаже располагают цехи с тяжелым оборудованием,
Рис. 5.3. Виды многоэтажных промышленных зданий:
а — четырехэтажное; б • то же, с верхним крановым этажом; в то же, с техническими
этажами
а на втором — производства с легким оборудованием, требующие
хорошего естественного освещения.
По наличию подъем но -транспорт но го обо-
рудования — на бескрановые и крановые (с мостовыми кранами
и подвесным транспортом). П о материалу основных не-
сущих конструкций — со сборным железобетонным карка-
сом; стальным каркасом; кирпичными несущими стенами и покры-
тием по железобетонным, металлическим или деревянным конструк-
циям. По системе отопления - неотапливаемые и отапли-
ваемые. По системам вентиляции — с естественной венти-
ляцией или аэрацией; с искусственной приточно-вытяжной вентиля-
цией с помощью вентиляторов и системы воздуховодов; кондициони-
рованием воздуха. По системам освещения — с естествен-
117
ным, искусственным или совмещенным (интегральным) освещением.
Естественное освещение осуществляют через светопроемы в стенах
(окна) и в покрытии (фонари). По профилю покрытия —
с фонарными надстройками или без них. Фонарные надстройки
усложняют конструктивное решение здания и его эксплуатацию
(происходит накопление снега на крыше в межфонарных простран-
ствах) .
Технологическая схема производства как основа проектирования
промышленных зданий и сооружений. Производственный процесс
включает передвижение материалов или изделий по территории
предприятия, хранение их на складах или в цехах и собственно
технологический процесс, при котором происходит качественное
изменение обрабатываемого материала.
При проектировании промышленного предприятия в целом или
его отдельного цеха составляется технологическая часть проекта,
в которой разрабатывают вопросы, связанные с выбором способа
производства, типов оборудования, его производительности и т. п.
В эту часть на самой первой стадии проектирования входят так на-
зываемая технологическая схема, устанавливающая последователь-
ность операций в технологическом процессе, и основанные на ней
схемы расстановки оборудования и компоновки производственных
помещений.
Архитектурно-планировочные решения одноэтажных промыш-
ленных зданий. Одноэтажные промышленные здания могут иметь
простые и сложные формы в плане. Здания простой прямоугольной
формы (рис. 5.4, а), небольшие по размерам, преобладают при па-
вильонной (раздельной) застройке территории предприятия. В этом
случае имеется потребность в межцеховом транспорте, развитии
территории, протяженности дорог и коммуникаций.
В настоящее время преобладающей является прямоугольная
.форма здания с крупными размерами в плане (сплошной застройки),
устраняющая недостатки раздельной застройки (рис. 5.4, г). Зда-
ния сложных форм — П, Ш-образные (рис. 5.4, б, в) возводят толь-
ко для аэрируемых цехов, имеющих большие тепло- и газовыделе-
ния (прокатные, прессовые, кузнечные цехи и др.), поскольку раз-
витый периметр позволяет организовать приток и удаление воз-
духа.
В зависимости от характеристики технологического процесса од-
ноэтажные промышленные здания по обьемно-планировочному ре-
шению могут быть:  пролетного типа, их применяют в случаях, когда
технологические процессы направлены вдоль пролета и обслужива-
ются кранами;  зального типа, применяют, когда технологический
процесс связан с выпуском крупногабаритной продукции или уста-
новкой большеразмерного оборудования: машинные залы тепловых
электрических станций, ангары, цехи сборки самолетов, главные зда-
ния мартеновских и конвертерных цехов и т. и.;  ячейкового типа
(в одноэтажных зданиях сплошной застройки с квадратной сеткой
118
колонн). В зданиях такого типа (гибких или универсальных) наи-
большее распространение имеют сетки колонн 12X12, 18X18,24X24,
30X30, 36X36 м. В гибких цехах высоту всех пролетов принимают
одинаковой, а в качестве подъемно-транспортных средств используют
подвесные краны, конвейеры или напольные виды транспорта. Отли-
чительной особенностью гибких цехов является то, что любые сущест-
ву
	
	
	
Рис. 5.4. Планировочные решения промышленных зданий:
а раздельное; б — 11-образное; в Ш-образное; г — сплошное
венные изменения в техническом процессе не влияют на его архитек-
турно-планировочное и конструктивное решения.
Архитектурно-планировочные решения многоэтажных промыш-
ленных зданий. Различают три основные архитектурно-планиро-
вочные структуры многоэтажных промышленных зданий:  регу-
лярную (см. рис. 5.3, а);  регулярную, сблокированную с одно-
этажными зданиями, или регулярную с помещениями больших про-
летов, расположенных в верхнем этаже (см. рис. 5.3, б);  нерегуляр-
ную. Архитектурно-планировочное решение многоэтажных промыш-
ленных зданий получают путем блокировки архитектурно-планиро-
вочных элементов пролетного или ячейкового типа.
Многоэтажные промышленные здания регулярного типа имеют
ячейковую или пролетную структуру при сетке колонн каркаса соот-
ветственно 6X6 или 9X6 м. Многоэтажные промышленные здания
решают, как правило, со сборным железобетонным каркасом с сет-
кой колонн 6X6 или 9x6 м при высоте здания 3...5 этажей, с нагруз-
ками на междуэтажные перекрытия 5000...25 000 Па. Блокируя тем-
пературные блоки или архитектурно-планировочные элементы между
собой, можно получить разнообразные решения многоэтажных про-
мышленных зданий.
Здания регулярной структуры, сблокированные с одноэтажными
зданиями или помещениями больших пролетов, расположенных в
верхнем этаже, достаточно широко применяют в промышленном
строительстве. Блокирование многоэтажных зданий с одноэтажными
применяют при сплошной застройке. Такое решение еще в большей
степени сокращает площадь территории, протяженность дорог и ком-
муникаций и в целом способствует снижению стоимости строитель-
ства.
В двухэтажных зданиях верхний этаж имеет более крупные про-
леты, чем первый. На производственных площадях первого этажа
119
обычно размещают технологическое оборудование, создающее боль-
шие статические и динамические нагрузки, а на втором этаже —
легкое оборудование, что позволяет сделать конструкцию между-
этажного перекрытия достаточно простой.
Многоэтажные промышленные здания с нерегулярной архитек-
турно-планировочной структурой, как правило, проектируют для
угольной, коксохимической, горнорудной, целлюлозно-бумажной от-
раслей промышленности, на предприятиях цветной металлургии,
где технологический процесс связан с устройством встроенного
оборудования бункеров, резервуаров и других сооружений больших
размеров, располагаемых на разных отметках. Эти устройства
осложняют архитектурно-планировочные решения зданий. Здания
с нерегулярной архитектурно-планировочной структурой, как прави-
ло, блокируют с одноэтажными зданиями.
Технико-экономические характеристики архитектурно-планиро-
вочных решений промышленных зданий. В процессе проектирования
производится технико-экономическая оценка принимаемых решений
путем выявления ряда показателей по данным проекта и сметы и их
сравнения с эталонными показателями. Наиболее общим комплекс-
ным технико-экономическим показателем, учитывающим как техно-
логическую, так и строительную часть проекта, является количество
выпускаемой продукции с 1 м2 производственной площади здания.
Для технико-экономической оценки, характеризующей архитек-
турно-планировочное решение промышленного здания, расчетными
единицами являются: 1 м2 площади застройки, 1 м2 полезной площа-
ди и 1 м3 объема. Площадь застройки определяют по внеш-
нему периметру здания на уровне .цоколя по внешнему обводу стен.
Она состоит из полезной и конструктивной площадей. Полезная
площадь представляет собой сумму площадей помещений всех
этажей в чистоте, т. е. измеренных в пределах внутренних поверхно-
стей ограждений. В полезную площадь включают также площади
вспомогательных помещений, антресолей, обслуживающих площа-
док, этажерок, галерей и эстакад. Для оценки экономичности строи-
тельной части целесообразно принимать 1 м 2 полезной (общей)
площади здания или 1 м2 площади застройки. Строительный
объем здания определяют умножением площади застройки на вы-
соту от уровня первого этажа до верха чердачного перекрытия или
до верхней отметки кровли при бесчердачных покрытиях. В объем
здания включают объемы фонарей и подвалов. Строительный объем
здания имеет большое значение для оценки экономичности расходов,
связанных с эксплуатацией зданий.
Оценку экономичности архитектурно-планировочного и конструк-
тивного решения здания и сопоставление с лучшими существующими
решениями выполняют по следующим технико-экономическим по-
казателям:	по затрате денежных средств; определяют сметную
стоимость строительства, отнесенную к 1 м2 и к 1 м3 проектируемого
промышленного здания;  по застройке территории предприятия в
120
целом; плотность застройки П3 определяют путем деления общей
площади застройки (суммы площадей застройки всех зданий) на
площадь территории предприятия;  по качеству архитектурно-
планировочного решения; определяют путем установления значений
коэффициентов; Ki — отношение рабочей площади к полезной, К.2 —
отношение объема здания к рабочей площади, Кз — отношение пло-
щади поверхности ограждающих конструкций к полезной площади;
 по расходу основных строительных материалов (стали, цемента
и др.); определяют путем установления удельных расходов материа-
лов на 1 м3 здания или на единицу полезной площади;  по трудо-
емкости возведения здания; определяют посредством вычисления
удельной трудоемкости на 1 м3 здания или на единицу полезной пло-
щади;  по массе здания; устанавливают путем определения удель-
ных показателей на 1 м3 здания или на единицу полезной площади.
Следует иметь в виду, что применение облегченных конструкций
снижает массу здания и часто трудоемкость возведения, а также
транспортные расходы, связанные с доставкой изделий на строитель-
ную площадку и с укладкой в дело.
Принятые в проекте решения конструктивных элементов сопо-
ставляют с эталонными типовыми конструкциями, которые провере-
ны практикой. Оценку экономичности проводят для всех конструк-
тивных элементов здания. Однако чтобы получить возможно боль-
ший эффект, целесообразно в первую очередь обращать внимание на
конструкции, имеющие в общей стоимости здания наибольший удель-
ный вес (табл. 5.1).
Таблица 5.1. Ориентировочная стоимость основных конструктивных
элементов промышленных зданий, % от общей стоимости общестроительных работ
Элементы зданий	Стоимость конструктивных элементов для зданий		
	одноэтажных при нролетах		много- Э1 ажных
	12...18 м без кра- нов	18.. .24 м с крана- ми	
Основания и фундаменты	4...5	6...8	7...8
Колонны	4...5	6.„6.5	3...4
Подкрановые балки (при грузоподъемности кранов 15...20 т) Несущие элементы покрытий	10... 14	10...12 7...9	4...6
Фонари	8...12	7...10	
Междуэтажные перекрытия с ригелями Наружные несущие стены	10...11	11.„12	26...28 18...20
Ограждающие элементы покрытий и кровли	21...35	26.„30	6...7
Полы	14... 15	12... 14	13... 14
Окна, двери, ворота	5...6	5...6	12.-..13
Перегородки	4...5	3...4	1
Лестницы Лифты Прочие элементы и работы	5...7	6...8	I...1.5 2...3 8...9
121
Особенности внутреннего режима производственных помещений.
На внутренний режим производственных помещений оказывают су-
щественное влияние воздушная среда, световой и акустический ре-
жимы. Состояние воздушной среды производственных помещений
характеризуют температурой, влажностью и скоростью движения
воздуха, а также содержанием в нем химических и механических
(аэрозолей) примесей. Воздушная среда должна по своим парамет-
рам отвечать технологическим и санитарно-гигиеническим требова-
ниям. Например, согласно СН 245-71 для помещений с незначитель-
ными избытками тепла при работах средней тяжести в теплый период
года оптимальные значения температуры составляют 20...23 °C,
влажности 60...30% и скорости движения воздуха 0,2...0,5 м/с, до-
пустимые значения температуры и влажности не должны превы-
шать оптимальных, но скорость может достигать 0,7 м/с.
Производственные вредности и борьба с ними. Воздух произ-
водственных помещений всегда содержит различные примеси, ко-
торые могут оказывать вредное воздействие на организм человека,
конструкции здания и на технологический процесс или технологи-
ческое оборудование.
Вредное действие влаги в производственных помещениях, тех-
нологические процессы которых связаны, например, с выделением
сернистых или других газов, может резко усилиться в результате
взаимодействия этих газов с влагой и образования слабых раство-
ров кислот, разрушающе действующих на строительные конструк-
ции (сталь, бетон и др.). При перемещении сконденсировавшейся
на внутренней поверхности ограждающей конструкции влаги, содер-
жащей растворенные химические примеси, по толще ограждающей
конструкции к ее наружной поверхности в холодных слоях конструк-
ции может возникнуть кристаллизация этих примесей, сопровож-
дающаяся расширением вещества и вызывающая серьезные нару-
шения структуры материала конструкции.
Отрицательные последствия могут возникнуть в результате вза-
имодействия влаги с некоторыми видами механических примесей,
содержащихся в воздухе (аэрозолей). Поэтому при проектировании
здания следует особенно тщательно проанализировать ожидаемый
влажностный режим воздушной среды и предусмотреть все необхо-
димые меры для предупреждения его неблагоприятных воздействий
как на человеческий организм, так и на конструкции.
Во многих промышленных зданиях воздушная среда может со-
держать вредные для человека химические вещества. Опасность
для работающих могут представлять химические вещества, не толь-
ко содержащиеся в воздухе, но и растворы кислот, щелочей, солей,
органические жидкости (растворители, масла, растворы сахара
и др.). Степень агрессивного воздействия аэрозолей зависит от их
вида, дисперсности, интенсивности обмена воздуха (для пыли и
дыма), растворимости, гигроскопичности и, главное, от содержания
влаги в воздухе. По размерам частиц аэрозоли подразделяются на
122
пыль (от 10 мкм и более), туманы с жидкими частицами (0,1 ...10 мкм)
и дым (0,001...0,1 мкм).
Особым, очень важным аспектом состояния воздушной среды
производственного помещения является возможность образования в
нем взрывоопасных смесей. Они образуются в помещениях, где в
процессе производства в воздух выделяются пары газа или пыли,
способные в смеси с ним (в определенных соотношениях) взры-
ваться. Наибольшее число таких взрывов происходит на химических
производствах, связанных с водородом, ацетиленом и метаном.
При проектировании промышленных зданий на обеспечение оп-
тимальных параметров воздушной среды должно обращаться боль-
шое внимание. Они достигаются с помощью систем отопления, есте-
ственной вентиляции (аэрации), искусственной вентиляции и систем
кондиционирования воздуха, надлежащим образом отрегулирован-
ных и управляемых, а также путем правильного подбора физико-
технических параметров ограждающих конструкций здания.
Понятие об очистке вредных выбросов в атмосферу. Производ-
ственный процесс активно воздействует на окружающую среду, из-
меняя ее характер нередко в сторону, не приемлемую по технологи-
ческим и санитарно-гигиеническим требованиям. Многие технологи-
ческие процессы являются источниками загрязнения воздуха в зда-
нии и вне здания вредными веществами. Если в здании от этих вред-
ностей в известной мере человек может быть защищен с помощью
систем аэрации, искусственной вентиляции или других средств, то
через фонари, трубы, шахты эти вредности выбрасываются в атмо-
сферу, губительно воздействуя на природу и человека. Для совре-
менного промышленного строительства.с технологическими процес-
сами, являющимися источниками выделения вредных веществ, дол-
жны предусматриваться очистка от них выбросов в атмосферу и
рекуперация (возвращение части материалов или энергии для по-
вторного использования).
Освещение. В производственных помещениях промышленных
зданий применяется естественное, искусственное и совмещенное
(интегральное) освещение.
Естественное освещение осуществляют через проемы
в ограждающих конструкциях здания и может быть боковым (через
окна в стенах); верхним через фонари, устраиваемые в покрытии,
а также через высоко расположенные проемы в стенах, например,
в местах перепадов высот смежных пролетов промышленных зда-
ний; комбинированным, т. е. сочетающим одновременно боковое
и верхнее.
Искусственное освещение осуществляют с помощью
электрических светильников. Различают две системы искусствен-
ного освещения производственных зданий - общую и комбиниро-
ванную. При комбинированном освещении кроме общего, дающего
свет по всей площади помещения, устраивают дополнительное осве-
щение на рабочих местах с помощью местных светильников.
Совмещенная (интегральная) система освещения
предусматривает освещение рабочих мест одновременно естествен-
ным и искусственным светом.
На рис. 5.5 показаны светотехнические характеристики (кривые
освещенности), которые необходимо учитывать при выборе типа
проемов и их размещении при проектировании здания. На рис. 5.5, а
Рис. 5.5. Светотехнические характеристики свстопроемов при различных видах
естественного освещения помещений (характер кривой естественного освещения):
а боковом; б -боковом двухъярусном; в  верхнем (треугольные фонари); г—верхнем
(трапециевидные фоиарн); д верхнем (прямоугольные фонари); е — верхнем (треуголь-
ные фонари с односторонним остеклением); ж - верхнем (зенитные фонари в виде свето-
прозрачных панелей); з верхнем (зенитные купола из органического стекла); и -комби-
нированном (боковом и верхнем)
следует, что боковые светопроемы создают крайне неравномерное
освещение. Расчет освещенности помещений производственных зда-
ний ведется путем определения в расчетных точках геометрического
коэффициента естественной освещенности (к. е. о.), который вычис-
ляют графическим методом, разработанным А. М. Данилюком, за-
тем устанавливают действительное значение к. е. о. (при этом воз-
можно использование ЭВМ), строят кривые освещенности и полу-
ченные данные сопоставляют с нормативными значениями.
Подъемно-транспортное оборудование и его влияние на конструк-
ции зданий. В одноэтажных промышленных зданиях наиболее рас-
пространенным видом транспорта являются подвесные и опорные
мостовые краны. Они достаточно просты в управлении и обладают
несложной системой электропитания. Однако при применении мосто-
вых кранов увеличивается высота здания и усложняется его конст-
руктивное решение. Грузоподъемность мостовых кранов достигает
630 т, а пролеты — 50 м. Опорный мостовой кран состоит из моста,
поставленного на катки, и тележки с механизмами подъема и пере-
движения. Кран перемещается вдоль цеха по рельсам, уложенным
на подкрановые балки, которые опирают на консоли колонн каркаса
или пилястры стен.
124
Целесообразно применять такие виды транспорта, которые, мало
влияют на архитектурно-планировочное и конструктивное решение
промышленного здания, т. е. отказаться, где возможно, от примене-
ния мостовых кранов и тех видов транспорта, которые затрудняют
модернизацию технологического процесса. Поэтому предпочти-
тельнее применять напольный безрельсовый и рельсовый подвесной,
конвейерный, пневматический и гидравлический транспорт.
Типизация, унификация и модульная система в промышленном
строительстве. Унификация архитектурно-планировочных и конст-
руктивных решений промышленных зданий имеет две формы — от-
раслевую и межотраслевую. Создание межотраслевой системы уни-
фикации архитектурно-планировочных и конструктивных решений
промышленных зданий позволяет сократить число типоразмеров кон-
струкций, снизить стоимость строительства и создать условия для
повышения уровня его индустриализации. Для удобства унификации
объем промышленного здания расчленяют на отдельные части или
элементы.
Архитектурно-планировочным элементом или пространственной
ячейкой называют часть здания с размерами, равными высоте этажа,
пролету и шагу. Планировочным элементом или ячейкой называют
горизонтальную проекцию архитектурно-планировочного элемента.
Архитектурно-планировочные и планировочные элементы в зависи-
мости от расположения их в здании могут быть угловые, торцовые,
боковые средние и элементы у температурного шва. Температурным
блоком называют часть здания, состоящую из нескольких архитек-
турно-планировочных элементов, расположенных между продольны-
ми и поперечными температурными швами или между температур-
ными швами и торцовой или продольной стеной здания.
' Путем взаимосочетания архитектурно-планировочных элементов
можно получать нужные разновидности температурных блоков, а
следовательно, и унифицированных габаритных схем промышленных
зданий разных габаритов и разной этажности. Как известно, унифи-
кация архитектурно-планировочных и конструктивных решений воз-
можна только при наличии координации размеров конструкций и
размеров зданий на основе единой модульной системы с применением
укрупненных модулей. Основные унифицированные параметры и их
укрупненные модули для одно- и многоэтажных промышленных
зданий приведены в табл. 5.2 и рис. 5.6.
Таблица 5.2. Основные параметры и модули для одноэтажных
промышленных зданий
Параметры	Модуль, м	Принятые размеры, м
Пролет L	6	6, 12, 18, 24, 30 и более
Шаг колонн а Высота от пола до низа несущей конструкции покрытия на опоре Н:	6	6, 12, 18 и более
125
Продолжение таблицы 5.'-
Параметры	Модуль, м	Принятые размеры, *
в бескрановых зданиях	0,6	3; 3,6; 4,2; 4,6
в крановых зданиях	0,6	5,4; 6 и более 8,4; 9; 9,6 и боле-г
Привязка осей подкрановых балок к осям колонн: без проходов bi	0,25	0,75
с проходами 62	0,25	1 и более
Привязка стен к разбивочным осям 63	0,25	0; 0,25; 5
126
Выбор профиля здания и сетки колонн в зависимости от техноло-
гических и экономических требований. Профиль промышленного
здания определяет его поперечное сечение. Определяющими при
зыборе профиля здания являются требования технологические,
>свещенности, аэрации, климатические и уклон покрытия. Для не-
которых промышленных зданий их профиль зависит в первую очередь
зт условий освещенности или аэрации, которые значительно услож-
зяют поофиль здания.
4
127
При наличии местных источников избыточных тепловыделений в
многопролетных цехах, чтобы получить в них устойчивую аэрацию,
устраивают активизированный профиль здания. Для этого «горячим»
пролетам придают большую высоту. При этом приток наружного
воздуха организуют через окна в наружных стенах и через фонари
в пониженной части здания. Активизированный профиль здания
можно также создать путем чередования высоких вытяжных фона-
рей с низкими приточными. Высотный перепад при незначительных
тепловыделениях делают не менее 4 м, а при значительных тепловы-
делениях - не менее 2,5 м, а расстояние между высокими фонарями
назначают 24...40 м.
При выборе сетки колонн промышленного здания следует иметь
в виду, что увеличение пролета и шага колонн позволяет целесооб-
разнее использовать площадь цеха. Например, увеличение в одно-
этажных зданиях механических цехов пролета с 12 до 24 м дает воз-
можность увеличить число размещенных станков на 10%, а в много-
этажных зданиях увеличение сетки колонн с 6X6 до 6X12 м дает
экономию площади при оборудовании средними станками на 4% и
крупными - на 10% без существенного увеличения общей стоимости
здания.
Состав, расположение и оборудование бытовых помещений.
Бытовые помещения можно подразделить на общие (гардеробные,
душевые, умывальные, уборные и др.) и специальные (прачечные,
помещения для химической чистки, сушки, обеспыливания, обезвре-
живания и ремонта рабочей одежды и обуви и т. п.). Необходимый
состав помещений, их размеры, расчет оборудования, его габариты
и правила установки определяют в зависимости от количества ра-
ботающих и санитарно-гигиенических условий производственных
процессов (СНиП 2.09.04—88 «Административные и бытовые зда-
ния») .
Вспомогательные помещения обычно располагают в отдельно
стоящих зданиях, в специальных пристройках к производственным
зданиям, а также внутри производственного здания, т. е. они могут
быть встроенными вспомогательными помещениями. Выбор реше-
ния зависит от санитарной характеристики технологического про-
цесса, размеров территории промышленного предприятия, коли-
чества работающих и других факторов.
Согласно 2.09.04—88, число выходов из вспомогательных
зданий по условиям эвакуации должно быть не менее двух. Расстоя-
ние от двери наиболее удаленного помещения (кроме уборных,
умывальных, курительных, душевых и т. п.) до ближайшего выхода
наружу или ближайшей лестничной клетки устанавливают в зависи-
мости от степени огнестойкости зданий и для помещений, располо-
женных между лестничными клетками и выходами наружу, составля-
ет 20...50 м, а для помещений с выходом в тупиковый коридор —
10...25 м.
128
При большой численности рабочих бытовые помещения прихо-
дится располагать и на первом, и на втором этаже. В этом случае
принимают специальную секционную планировку, причем каждую
секцию рассчитывают на определенное число рабочих и необходимое
санитарно-техническое оборудование.
5.2.	НЕСУЩИЙ ОСТОВ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Промышленные здания в большинстве случаев
выполняют по одной из двух основных конструктивных схем: с не-
сущими стенами; каркасные.
Здания с несущими стенами. Такую конструкцию применяют при
небольших пролетах (до 12 м) и отсутствии тяжелого подъемно-
транспортного оборудования. Основными конструктивными элемен-
тами таких зданий являются стены, несущие конструкции покрытия
(балки или фермы) и уложенные по ним плиты ограждения. По-
скольку в промышленных зданиях обычно отсутствуют внутренние
поперечные стены, устойчивости наружных стен достигают устрой-
ством утолщений — пилястр, которые располагают чаще всего в мес-
тах опирания несущих конструкций покрытия.
Каркасные здания. В большинстве случаев каркасную конструк-
тивную схему имеют одно- и многоэтажные промышленные здания.
Каркасные системы наиболее рациональны при значительных ста-
тических и динамических нагрузках, характерных для промышлен-
ных зданий, и значительных размерах перекрываемых пролет,ов.
В одноэтажном каркасном промышленном здании не-
сущим остовом являются поперечные рамы и связывающие их про-
дольные элементы. Поперечная рама каркаса состоит из стоек (ко-
лонн), жестко заделанных в фундаменты, и ригелей (ферм и балок),
являющихся несущими конструкциями покрытия, опертых на стойки
каркаса (рис. 5.7). К продольным элементам каркаса относят фун-
даментные, обвязочные и подкрановые балки, тормозные фермы,
подстропильные конструкции (балки или фермы), несущие конструк-
ции ограждающей части покрытия и специальные связи (между
стойками и между несущими конструкциями покрытия).
Наружные стены каркасных зданий представляют собой лишь
ограждающие конструкции и поэтому их решают как самонесущие
или навесные. Конструктивная система покрытия может быть с про-
гонами или беспрогопной; последняя более экономична. При шаге
колонн каркаса 12 м и более возникает необходимость устройства
подстропильных конструкций (рис. 5.7.6), на которые через 6 или
12 м устанавливают ригели (балки или фермы).
Многоэтажные промышленные здания проектируют, как
правило, с полным сборным железобетонным каркасом и самонесу-
щими или навесными стенами и в отдельных случаях с неполным кар-
касом и несущими стенами. Основными элементами каркаса явля-
5 Зак. 1285
129
ются колонны, ригели, плиты перекрытий и связи. Колонны и ригели,
соединенные жестко в узлах между собой, образуют рамы каркаса,
которые могут располагаться поперек, вдоль или одновременно в
обоих направлениях. В современном индустриальном строительстве
применяют в основном сборные железобетонные каркасы, конструк-
тивные элементы которых типизированы.
Рис. 5.7. Основные элементы каркаса одноэтажного промышленного здания:
а — общий вид; б— схема устройства подстропильных конструкций; /—фундамент под
колонну; 2- фундаментная балка; 3— колонна каркаса; 4—подкрановая балка; 5—ригель
(балка или ферма); б—несущая конструкция ограждающей части покрытия — плиты;
7— воронка внутреннего водостока; 8 ограждающая конструкция покрытия (паронзоляция,
термоизоляция и кровля); 9— наружная стена; 10— оконные переплеты; 11 вертикальные
связи между колоннами; 12— подстррпильиая ферма
Колонны каркаса по конструктивному решению делят на одно-
и двухветвевые, по местоположению в здании — на крайние, сред-
ние и фахверковые, располагаемые у торцовых или продольных стен.
Типовые железобетонные колонны запроектированы с унифициро-
ванными геометрическими размерами (подробнее см. в § 9.7). Сталь-
ные колонны каркаса в поперечном сечении чаще всего представляют
собой комбинацию нескольких прокатных профилей (швеллеров,
двутавров, уголков, стальных листов), связанных накладками.
130
Соединения элементов колонн выполняют обычно сварными и при
особо тяжелых крановых нагрузках клепаными (подробнее см. в
§ 13.4).
Фундаменты под колонны выполняют монолитными или сборными
(подробнее см. в § 12.10).
Подкрановые балки (см. рис. 5.7) служат опорами для рельсов,
по которым передвигаются мостовые краны. Кроме того, они в значи-
тельной мере обеспечивают продольную пространственную жест-
кость каркаса здания. Железобетонные и стальные подкрановые
балки могут быть разрезными и неразрезными. Наиболее распро-
странены разрезные подкрановые балки. Они просты в конструктив-
ном решении, индустриальны. Неразрезные подкрановые балки име-
ют лучшие условия эксплуатации подкрановых путей и более эконо-
мичны по расходу материалов. Железобетонные подкрановые балки
применяют под краны легкого и среднего режима работы при шаге
6 и 12 м, грузоподъемности мостовых кранов до 30 т. Стальные под-
крановые балки могут быть сплошными или решетчатыми.
Несущие конструкции покрытий. Несущие конструкции покрытий
промышленных зданий подразделяют на стропильные, подстропиль-
ные и несущие элементы ограждающей части покрытия. Подстро-
пильные конструкции выполняют в виде балок или ферм, а несущие
конструкции ограждающей части покрытия — в виде крупноразмер-
ных плит. Соответственно унифицированным размерам архитек-
турно-планировочных элементов промышленных зданий величину
поперечных пролетов и продольного шага несущих конструкций
назначают кратной укрупненному модулю 6М, в отдельных случаях
допускается применение модуля ЗМ. (подробнее см. § 3.3).
Привязка конструктивных элементов к модульным разбивочным
осям. Унификация промышленных зданий предусматривает опре-
деленную систему привязки конструктивных элементов к модульным
разбивочным осям.
Для одноэтажных промышленных зданий со сборными железо-
бетонными или стальными каркасами установлены привязки колонн
крайних и средних рядов, наружных продольных и торцовых стен,
колонн в местах устройства деформационных швов (осадочных и
температурных) и в местах перепада высот между пролетами одного
или взаимно перпендикулярных направлений (рис. 5.8). Выбор «ну-
левой привязки» (т. е. совпадения наружной грани колонн с разби-
вочной осью) или привязки на расстоянии 250 или 500 мм от наруж-
ной грани колонн крайних рядов зависит от грузоподъемности мос-
товых кранов, шага колонн и высоты здания. Геометрические оси
торцовых колонн основного каркаса следует смещать с поперечных
разбивочных осей внутрь здания на 500 мм, внутренние поверхности
торцовых стен должны совпадать с поперечными разбивочными
осями, т. е. иметь нулевую привязку (рис. 5.8, а).
Деформационные (температурные и осадочные) швы, как пра-
вило, устраивают на спаренных колоннах. Ось поперечного дефор-
5:
131
мационного шва должна совпадать с поперечной разбивочной осью
а геометрические оси колонн смещают от нее на 500 мм (рис. 5.8, б)
В продольных деформационных швах привязку колонн к продольных
разбивочным осям осуществляют по тем же правилам, что и колош
крайнего ряда. Размер вставки, устраиваемой в покрытии, зависи*
Рис. 5.8. Привязка конструктивных элементов одноэтажных каркасных промыиьченны:
зданий к разбивочным осям:
а - колонн и стен; б колонн в местах деформационных швов; в колонн в места,
перепада высот; /- торцовая стена; 2— поперечный температурный шов; 3 то же, по<-
дольный; 4— подстропильная конструкция
132
от величины привязки и принимается чаще всего 500, 1000 и 1500 мм.
В зданиях со стальным или смешанным каркасом продольные тем-
пературные швы выполняют на одной колонне с устройством сколь-
зящих опор.
Перепад между пролетами одного направления или при двух
взаимно перпендикулярных пролетах устраивают на спаренных ко-
лоннах со вставкой размером 500 или 1000 мм (рис. 5.8, в), а также
300, 350 и 400 мм.
В одноэтажных зданиях с несущими наружными стенами их при-
вязку к продольным разбивочным осям осуществляют с таким рас-
четом, чтобы обеспечить достаточную опору для несущих конструк-
ций покрытия. Геометрические оси несущих внутренних стен совме-
щают с разбивочными осями. В многоэтажных каркасных промыш-
ленных зданиях разбивочные оси колонн средних рядов совмещают
с геометрическими. Исключением могут быть колонны, располагае-
мые в местах деформационных швов, перепада высот зданий и в тех
случаях, когда конструкции опор различны.
5.3.	ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ОГРАЖДЕНИЯ
Конструкции стен промышленных зданий вы-
бирают в зависимости от климатических условий и внутреннего
режима помещения. Стены производственных зданий по сравнению
со стенами гражданских зданий подвергаются более сложному
комплексу внешних и внутренних силовых и несиловых воздействий,
среди которых воздействие агрессивных химических веществ и мик-
роорганизмов, динамические, вибрационные, акустические, тепловые
и др. Поэтому к конструктивному решению стен промышленных
зданий предъявляют не только большие требования, но и требова-
ния, свойственные в каждом отдельном случае характеру техноло-
гического процесса.
Так, неотапливаемые здания и цехи с большими избыточными
тепловыделениями проектируют с холодными стенами, имеющими
ничтожно малую величину сопротивления теплопередаче Ro, про-
мышленные здания с нормальным температурным режимом или с
повышенной влажностью, возводимые в средних и северных райо-
нах, должны иметь теплые стены с Ro, определяемым по расчету.
Стены из кирпича и блоков. Стены промышленных зданий из
кирпича и мелких блоков (камней) по своему конструктивному ре-
шению мало отличаются от стен гражданских зданий. Такие стены
применяют для небольших отдельно стоящих зданий и для участков
стен с большим количеством технологических отверстий, дверей,
ворот и других проемов. Стены промышленных зданий из кирпича и
мелких блоков выполняют, как правило, с применением сплошной
кладки. Они могут быть несущими, самонесущими и в отдельных
случаях навесными. Крупные блоки для стен промышленных зданий
изготовляют из легких или ячеистых бетонов (керамзитобетона,
133
бетона на зольном гравии и др.). В зависимости от районов стро-
тельства толщину блоков наружных стен принимают 300, 400 и 500 мм,
а внутренних стен — 300 мм. Для устройства стен используют блоки
рядовые, угловые, перемычечные, парапетные, карнизные. Номи-
нальную высоту блоков принимают в один или два укрупненных
модуля, т. е. 600 и 1200 мм.
Стены из крупных панелей. Крупные панели применяют для
устройства стен отапливаемых и неотапливаемых зданий. Стены из
крупных панелей имеют навесную или самонесущую конструктив-
ную схему. Навесные стены устраивают, когда панели имеют неболь-
шую толщину и для их изготовления используют материалы с малой
плотностью (объемным весом).
Самонесущие панельные стены применяют в производственных
зданиях с влажным и мокрым режимами. Устройство в этом случае
навесных панельных стен нецелесообразно, так как при навесных
стенах для опирания панелей необходимо устройство стальных опор-
ных консолей-столиков, которые в процессе эксплуатации будут
подвергаться коррозии. Панели в стенах располагают, как правило,
горизонтально. При этом проще осуществляется их крепление и до-
стигается большая герметичность швов. Навесные панели с помощью
специальных креплений навешивают на колонны каркаса, а самоне-
сущие панели-перемычки опирают на простеночные панели. В целях
унификации элементов стен и деталей креплений размеры панелей
по высоте приняты: 900, 1200, 1500 и 1800 мм, т. е. кратные модулю
300 мм, а по длине - равные шагу колонн 6000 и 12 000 мм.
Основные стеновые панели промышленных зданий показаны на
рис. 5.10. Эффективны также стены из профилированных оцинкован-
ных стальных* или алюминиевых листов (рис. 5.9). По конструктив-
ному решению они могут быть двух видов: полистовой сборки, т. е.
выполняемые методом послойного монтажа непосредственно на
стройплощадке, или из панелей полной заводской готовности.
Наиболее индустриальными и экономичными являются стены из
трехслойных бескаркасных панелей типа «сэндвич», в которых утеп-
литель пенополиуретан вспучивается между двумя стальными листа-
ми в процессе изготовления панелей. При этом адгезия (сцепление)
утеплителя с металлическими облицовочными листами обеспечива-
ется без дополнительных конструктивных соединений (рис. 5.11).
Такие панели изготовляют шириной около 1000 мм и длиной
12 000 мм.
Заполнения оконных проемов деревянными и стальными пере-
плетами, стеклоблоками и стеклопрофилитом. Для достижения не-
обходимой освещенности и аэрации остекленные поверхности на-
* По ГОСТ 24045—80 «Профили стальные оцинкованные гнутые с трапециевид-
ной формой гофра для строительства. Технические условия» (М., 1980). Согласно
этому стандарту выпускается профилированный настил 13 нрофилеразмера для
покрытий зданий н 4— для стен.
134
дужных стен промышленных зданий делают значительно больших
размеров, чем гражданских зданий. В целях унификации переплетов
гх размеры назначают кратными по ширине 500 и по высоте 600 мм.
'.творки переплетов возможны с вертикальной и горизонтальной
>сью навески. Они могут быть верхне-, нижне- и среднеподвесными.
3 связи со значительными размерами промышленных зданий в них
дрименяют преимущественно створки, вращающиеся вокруг гори-
зонтальной оси. За последние годы получили широкое применение
теоевянные оконные панели высотой 1200 и 1800 мм и длиной 6000 мм.
эис. 5.9. Конструкция облегченной стены, выполненной на основе металлических
стальных оцинкованных или алюминиевых)листов:
j -- фрагмент фасада; б — схема разреза продольной стены; в — деталь стены в плане;
--- колонна; 2 - промежуточные ригели; 3 опорные ригели; 4 — внутренняя панель, утеплен-
ная пенопластом; 5 наружный профилированный лист; 6 — комбинированные заклепки че-
>ез 400 мм; 7 стальной анкер диаметром 10 мм; 8 — самонарезывающиеся болты; 9—
•тальиой элемент толщиной 1 мм; 10— герметизирующая мастика; //— асбестоцементный
.ист
135
Рис. 5.10. Стеновые панели промышленных зданий:
а однослойные из легких или ячеистых бетонов для стеи отаплива
плит и теплоизоляции (фибролитовые или минераловатиые плиты) для
ной 12 м для стен отапливаемых зданий; г — комплексная панель с железо
отапливаемых зданий; д железобетонная с перекрестными ребрами
ными ребрами для стен неотапливаемых зданий
J-3
6000
емых зданий; б трехслойные из двух железобетонных ребристых
стен отапливаемых зданий; в однослойные керамзитобетонные дли-
бетонным контуром и плитой из керамзитобетона длиной 12 м для стен
для стен неотапливаемых зданий; е  железобетонная с продоль-
В горячих цехах (литейных, прокатных и др.), в цехах с высокой
влажностью воздуха и в зданиях повышенной капитальности устра-
ивают стальные оконные переплеты.
Более совершенной и индустриальной конструкцией по сравнению
с обычными стальными переплетами являются стальные оконные
панели. Они достаточно просты, жестки и позволяют заполнять
Рис. 5.11. Трехслойные бес-
каркасные панельные стены
из стальных листов тина
«сэндвич», утепленные пено-
полиуретаном:
а — фрагмент фасада; б -- кон-
струкции панелей; в стыки па-
нелей; / цокольная панель;
2 стеновая панель; 3 - ригели;
4— стальные профилированные
листы; 5— пенопласт; 6— мяг-
кий полиуретан, пропитанный
битумной мастикой; 7 натель-
ник
оконные проемы высотой до 20 000 мм. Оконные панели изготовляют
из трубчатых или гнутых профилей. Их размеры соответствуют раз-
мерам стеновых панелей высотой 1200 и 1800 мм и длиной 6000 мм.
Они могут быть глухими и с открывающимися створками, с одинар-
ным или двойным остеклением. В безоконных герметичных зданиях,
а иногда и в зданиях с обычным режимом можно устраивать свето-
прозрачные стены из стекложелезобетонных панелей, заполненных
пустотелыми вакуумированными стеклянными блоками.
138
5.4.	ПОКРЫТИЯ
Покрытия над производственными зданиями,
как правило, устраивают бесчердачными с пологой скатной и“ли
плоской кровлей, с внутренними и в отдельных случаях с наружными
водостоками.
Рис. 5.12. Конструктивные решения ограждающей части беенрогонного покрытия:
а — холодное; б — утепленное; /— верх несущей конструкции покрытия; 2  ребристая желе-
зобетонная плита; 3 гидроизоляционный ковер; 4 стяжка; 5 цементный раствор;
6— теплоизоляция; 7 пароизоляция
На рис. 5.12 приведены основные схемы ограждающей части по-
крытий для отапливаемых и неотапливаемых производственных
зданий. Наиболее распространенными являются решения покрытий
по сборным железобетонным плитам. Их недостатком следует счи-
тать большую массу. Покрытия легкого типа выполняют с примене-
нием стального профилированного настила и новых эффективных
утеплителей (рис. 5.13). Легкие ограждающие конструкции реко-
мендуются при устройстве покрытий по стальным несущим конст-
рукциям, они особенно целесообразны для строительства в отдален-
ных северных районах нашей страны.
При утепленном покрытии его ограждающая часть состоит из
несущей конструкции, пароизоляции, теплоизоляции, выравниваю-
щей стяжки и кровли, а при холодном --- только из несущей конст-
рукции, стяжки и кровли. Толщина теплоизоляции зависит от физи-
ческих показателей материала, условий его эксплуатации и необхо-
димой величины сопротивления теплопередаче покрытия. Под теп-
лоизоляцией располагают пароизоляцию, которая препятствует
проникновению в утеплитель влаги из воздуха помещений. Гидро-
изоляционная часть покрытия должна обеспечивать непротекае-
мость кровли. При устройстве несущей и ограждающей частей по-
крытия в виде сплошных плит из легкого или ячеистого бетона,
выполняющих как несущие, так и теплоизоляционные функции,
устройство теплоизоляционного слоя не требуется.
При холодных покрытиях, устраиваемых по сборным железо-
бетонным панелям, поверхность их выравнивают цементным раство-
ром, после чего наклеивают рулонный гидроизоляционный ковер
(см. рис. 5.12, а). В утепленных покрытиях после заделки швов меж-
ду железобетонными панелями укладывают слой теплоизоляции,
для которого применяют легкие или ячеистые бетоны (керамзито-
бетон, бетон на зольном гравии, пено-, газобетон и др.). Жесткие
139
минераловатные плиты или утеплители выполняют в виде засыпки —
из керамзитового и зольного гравия, гранулированного шлака,
пемзы, ракушечника и др.
По теплоизоляции устраивают цементную, а в зимнее время ас-
фальтовую стяжку, по которой наклеивают рулонную кровлю (см.
рис. 5.12, б).
Рис. 5.13. Профилированные настилы из металла и
части покрытия:
а стальной оцинкованный; б алюминиевый; в - устройство ограждающей части покрытия
при уклоне кровли 1.5"; г то же. при уклоне 12.5 ; / стальной прогон; 2- стальной
оцинкованный настил; 3 пароизоляцня из одного слоя рубероида марки РМ-350 на горячем
битуме; 4 гидроизоляционный ковер из четырех слоев рубероида марки РМ-350 на антисепти-
рованной мастике; 5 слой i рання 3...10 мм; 6 теплоизоляция пенополистирол с плот-
ностью 35 кг/м3; 7 гидроизоляционный ковер из двух слоев рубероида марки РМ-350
и одного слоя рубероида марки РБ-420 на битумной мастике
За последние годы в практику промышленного строительства с
целью облегчения массы покрытия внедряют профилированные (с
трапециевидной формой гофра) стальной оцинкованный и алюми-
ниевый настилы. Стальной оцинкованный настил изготовляют из тон-
колистовой рулонной стали толщиной 0,8... 1 мм (рис. 5.13, а). Настил
из алюминия изготовляют толщиной 0,5...1,2 мм (рис. 5.13,6). Про-
фили для покрытия изготовляют мерной длины, кратной 0,6 м,
от 3 до 12м.
Стальной оцинкованный или алюминиевый настил укладывают по
верхним поясам основных несущих конструкций покрытия или по
прогонам, которые имеют шаг 3 м, и закрепляют к ним самонарезаю-
140
щими болтами диаметром 6 мм. Между собой элементы настила
соединяют специальными заклепками диаметром 5 мм. По настилу
располагают плитный утеплитель (из пенопласта, пенополистирола
и др.) с приформованными слоями рубероида (пароизоляция),
фольгоизола (служит временной кровлей при производстве работ)
и рулонный гидроизоляционный ковер с защитным слоем гравия
(рис. 5.13,в), а также с применением бронированного рубероида
РБ-420 для верхнего слоя гидроизоляционного ковра (рис. 5.13, г).
Для устройства покрытий промышленных зданий разработаны
трехслойные плиты с применением пластмасс и с обшивками из
листовых материалов. Масса такого типа плиты около 200 Па. Плиты
на основе пластмасс имеют размер 1,5x6 м, они состоят из среднего
теплоизоляционного слоя, который оклеивают с двух сторон листами
высокопрочного материала. Для наружных слоев и обрамления
плиты применяют алюминий, стеклопластик и асбестоцементные
листы. Внутренний слой плиты выполняют в виде сот из жесткого
пенопласта, армированного стеклянным волокном.
В горячих цехах черной и цветной металлургии устраивают
холодные покрытия по стальным прогонам с применением профи-
лированного пастила или волнистых листов из стали и алюминия.
В практике промышленного строительства получили распростра-
нение также настилы из полых асбестоцементных плит, укладывае-
мых по стальным прогонам. Такая плита состоит из двух фасонных
асбестоцементных листов, соединенных между собой алюминиевыми
заклепками, и слоя минерального войлока между ними, наклеенного
на нижний лист битумом.
Кровли и водоотводы с покрытий. В промышленных зданиях
устраивают главным образом рулонные кровли, однако применяют
кровли из асбестоцементных волнистых листов, а также мастичные
кровли, армированные стекломатериалами. Рулонные кровли устра-
ивают из рубероида, гидроизола, стеклорубероида, толя и других
материалов. Число слоев рулонных материалов назначают в зави-
симости от уклона покрытия и принимают при уклоне 0 и менее
2,5% — 4...5 слоев, при уклоне 2,5% и менее 10% — 3 слоя, при
уклоне 10...25%	2...3 слоя.
Максимальные уклоны скатных покрытий при кровле из рулонных
материалов не должны превышать 25%. При больших уклонах
рулонный ковер прибивают к основанию гвоздями или приклеивают
теплостойкой клеящей мастикой. Уклоны больше 25% допускают
только на отдельных участках покрытия, таких, как борта фонарей,
глухие скаты зубчатых покрытий и т. д.
Рулонные кровли устраивают по цементно-песчаной или асфаль-
тобетонной стяжкам. Гидроизоляционный кровельный ковер устраи-
вают путем склейки между собой слоев рулонного кровельного
материала горячими или холодными битумными или горячими дег-
тевыми мастиками.
При плоских покрытиях с заливными кровлями по стяжке на-
141
клеивают гидроизоляционный ковер из четырех слоев толь-кожи на
дегтевой мастике, защищаемой сверху слоем втопленного в мастику
гравия или шлака. Гидроизоляционный ковер в местах примыканий
к стенам, парапетам и другим выступающим элементам должен
плавно подниматься при скатных покрытиях на высоту не менее
250 мм, а при плоских и заливных кровлях — не менее чем на 150 мм.
Места примыканий оклеивают сверху дополнительными слоями ру-
лонного материала, сопрягаемыми с основным ковром внахлестку.
Кровли из волнистых асбестоцементных листов усиленного про-
филя в холодных покрытиях одновременно выполняют функции
настила и кровли. Достоинствами таких кровель являются инду-
стриальность, экономичность и малая трудоемкость. К недостаткам
следует отнести сравнительную хрупкость и возможность дефор-
мации асбестоцементных листов при увлажнении. Листы уклады-
вают по прогонам, решаемым по многопролетной схеме.
Армированные мастичные кровли выполняют на основе битум-
ных, битумно-резиновых и битумно-латексных эмульсий. Для повы-
шения трещиноустойчивости мастики или эмульсии армируют стек-
ломатериалами. В кровлях с применением горячих битумных и би-
тумно-резиновых мастик используют стеклохолст, а в кровлях с при-
менением битумно-латексных эмульсий — стеклосетку. На мастич-
ную кровлю сверху наносят защитный слой из гравия. Мастичные
кровли в зависимости от уклонов подразделяют на плоские с уклоном
^2,5% и скатные с уклоном >2,5%. Наибольшие уклоны основ-
ных скатов мастичных кровель не должны превышать 25%.
Отвод воды с покрытий промышленных зданий может быть на-
ружный и внутренний. Наружный неорганизованный водоотвод
допускается при отсутствии дождевой канализации на территории
предприятия и ширине отапливаемых зданий не более 72 м, т. е.
расстояние пути воды по кровле в одну сторону должно быть не
более 36 м.
Многопролетные производственные здания со скатными или плос-
кими покрытиями проектируют, как правило, с внутренним водоот-
водом, при этом в целях унификации конструктивных элементов
покрытий не следует устраивать наружный водоотвод с крайних
скатов кровли.
На скатных кровлях водосточные воронки располагают в пони-
женных ее участках — ендовах. При плоских покрытиях в каждом
ряду колонн устанавливают не менее одной воронки. Площадь во-
досбора, приходящуюся на одну водосточную воронку, определяют
расчетом в зависимости от типа и уклона кровли, а также от кон-
струкций водосточной системы. Максимальная площадь водосбора
на одну водосточную воронку не должна превышать 600... 1500 м2
в зависимости от типа кровли и расчетной интенсивности дождя
для данной местности.
Расстояние между воронками для кровель любых видов должно
быть не более 48 м. Гидроизоляционный ковер в месте примыкания
142
к воронке усиливают двумя дополнительными слоями гидроизоля-
ционного материала или листом оцинкованной кровельной стали,
заклеенной сверху промасленным холстом. Зазор между нижней
частью сливного патрубка и раструбом стояка заделывают просмо-
ленной паклей и битумной мастикой.
5.5.	ФОНАРИ
По назначению фонари в промышленных
зданиях подразделяют на световые, светоаэрационные и аэрацион-
ные. Их, как правило, располагают вдоль пролетов здания. Фонарь
состоит из несущей конструкции — каркаса и ограждающих час-
тей — покрытия, стен и заполнения световых или аэрационных про-
емов.
Рис. 5.14. Типы фонарей:
а — двусторонние (с наружным и внутренним водостоком) прямоугольные; б — то же,
трапецеидальные; в — односторонний (шед) зубчатый; г — то же, пилообразный; д зенит-
ный точечный - куполообразный; е то же, треугольный - ленточный
По форме фонари подразделяют на двусторонние, односторон-
ние (шеды) и зенитные (рис. 5.14). Если фонарь имеет треугольный,
куполообразный, трапецеидальный или очерченный по сложной
кривой профиль и все его поверхности светопрозрачны, то его назы-
вают зенитным (рис. 5.14, д, е). Когда световые проемы расположе-
ны горизонтально и элементы их заполнения вмонтированы в ограж-
дающую конструкцию покрытия, то они называются светопрозрач-
ными панелями.
По верхнему поясу рам фонарей укладывают железобетонные
плиты покрытия размером 1,5X6 или 3X6, или 3X12 м, которые
являются несущим элементом ограждающей его части и в значитель-
ной мере обеспечивают вместе с тем пространственную жесткость
каркаса фонаря. В целях сокращения количества сборных элемен-
тов предпочтительно применение плит шириной 3 м. В этом случае
143
также сокращается расход металла на ригель стальной рамы фс-
наря.
Ограждающими конструкциями фонарей являются продольные г
торцовые стены, покрытие и заполнение световых или аэраиионны;
проемов.
Рис. 5.15. Аэрационные фонари
Светоаэрационные фонари. За последние годы в промышленном
строительстве в основном применялись светоаэрационные фонар[
прямоугольного профиля. В. В. Батуриным были предложены неза
дуваемые при любых направлениях ветра светоаэрационные фонарь
Такой фонарь состоит как бы из двух половинок прямоугольного
фонаря, поставленных с разрывом, величина которого зависит о~
высоты фонаря. Внутренние стороны фонаря имеют открывающиеся
створки, а внешние — глухое остекление. По концам фонаря уста
навливают глухие торцовые стенки. В фонарях системы В. В. Бату-
рина меньше загрязняется остекление, однако при метелях его за
носит снегом.
Светоаэрационные зенитные фонари куполообразного очертания
также совмещают функции освещения и аэрации. Отработанны;
воздух может быть удален через межкупольное пространство путел
открывания или поднятия купола или через отверстия, устраиваемые
в бортовом элементе.
Аэрационные фонари. Одним из основных показателей качеств;,
аэрационных фонарей является их аэрационная эффективность, кот<-
рая зависит от коэффициента местного сопротивления проходу воз-
духа через фонарь, а также от устойчивости его работы на вытяжк'
независимо от направления ветра. В свою очередь, значение коза-
144
фициснта местного сопротивления является функцией конструктив-
ных\размеров и формы фонаря, конструкции и степени открытия ство-
рок, 'а устойчивость работы зависит от незадуваемости открытых
проемов ветром.
Незадуваемость аэрационных фонарей достигают одним из сле-
дующих способов: закрывают проемы фонаря с наветренной стороны
и открывают их на заветренную (рис. 5.15, а); также решают конст-
рукцию фонарей, показанных на рис. 5.15, б, в, используют ветроот-
бойные щиты-панели, устанавливаемые перед проемами (рис. 5.15, г).
5.6.	ПОЛЫ
Требования, предъявляемые к полам. Помимо
общих требований к полам гражданских зданий, рассмотренных
ранее, к полам промышленных зданий (учитывая характерные на
них воздействия) предъявляют и специальные требования, напри-
мер: повышенная механическая прочность при воздействии на пол
больших нагрузок статического и динамического характера, хоро-
шая сопротивляемость истиранию, несгораемость и жаростойкость,
стойкость в отношении физико-химических и биологических воздей-
ствий. Кроме того, при взрывоопасных производствах полы не долж-
ны давать искр при ударах и движении безрельсового транспорта,
полы должны обладать диэлектричностью, по возможности быть
бесшовными.
При проектировании полов промышленных зданий учитывают
расположение и размеры оборудования, которое устанавливают
непосредственно на пол, на перекрытие или на специально устраива-
емые для этого фундаменты: наличие каналов, приямков, беска-
пальных инженерных сетей под полом и в его толще, проездов и
проходов у рабочих мест, путей широкой и узкой колеи; расположе-
ние и размеры распространения механических, тепловых, химичес-
ких, влажностных и других воздействий на пол и характер этих
воздействий. Тип и конструкцию пола выбирают в зависимости от
вида и интенсивности воздействий в соответствии с нормами.
Конструктивные схемы полов. Конструкция пола состоит из по-
крытия, прослойки, стяжки, гидроизоляции, подстилающего слоя и
тепло- или звукоизоляционных слоев.
В промышленных зданиях полы классифицируют в зависимости
от типа и материала покрытия и подразделяют на три основные
группы.
Группа 1 полы сплошные или бесшовные. Они могут быть:
 на основе естественных материалов — земляные, гравийные, ще-
беночные, глинобитные, глинобетонные, комбинированные;  на
основе искусственных материалов — бетонные, сталебетонные, моза-
ичные, цементные, шлаковые, асфальтовые, асфальтобетонные, дег-
тебетонные, ксилолитовые, полимерные (в виде мастик, растворов
и бетонов).
145
Группа ll—полы из штучных материалов:  каменные — бу-
лыжные, брусчатые, кирпичные и клинкерные;  из плиток и плит
бетонных, железобетонных, металлоцементиых, мозаичных — терра-
ио, асфальтовых, асфальтобетонных, дегтебетоиных, ксилолитовых,
керамических, лещадных из каменного литья, чугунных, стальных,
пластмассовых, древесноволокнистых, литых шлаковых, шлакоси-
талловых;  деревянные — торцовые и дощатые.
Рис. 5.17. Устройство деформационных швов:
а, б — с использованием окаймляющих уголков при отсутствии и наличии в конструкции
пола гидроизоляции; в, г — то же, с использованием компенсаторов; д — типы окаймляющих
уголков и компенсаторов; /--анкеры из полосовой стали 4X40 мм через 500 мм; 2
заполнение деформационного шва; 3— окаймление из уголковой стали; 4- компенсатор из
оцинкованной кровельной стали; 5-- покрытие; 6~ бетонный подстилающий слой или плита
перекрытия; 7— компенсатор из полиизобутилена или нержавеющей листовой стали толщиной
0,6...0,8 мм; 8— гидроизоляция; 9- - сварка
Рис. 5.16. Устройство гидроизоляции в полах:
а, б -гидроизоляция от сточных вод и других жидкостей; в --то же, от грунтовых
вод; /- покрытие; 2 -два слоя битумной или дегтевой мастики; 3- стяжка; 4 — звукоизо-
ляция; 5— плиточная гидроизоляция; б  рулонная гидроизоляция; 7—плита перекрытия;
8 — подстилающий слой; 9 - гидроизоляниоиный слой из литого асфальтобетона; 10— стяжка;
11- щебень, пропитанный битумом и втрамбованный в грунт
146
Группа III — полы из рулонных и листовых материалов;  ру-
лонные — из линолеума, релина, синтетических ковров;  листо-
вые — из винипласта, древесноволокнистых и древесностружечных
листов.
Гидроизоляция полов. Гидроизоляцию устраивают в целях за-
щиты конструкций перекрытия от производственных жидкостей в
виде обмазки из двух слоев битумной или дегтевой мастики (рис. 5.16,
а), из двух или трех слоев рулонных материалов на соответствую-
щих мастиках или в виде плиточной гидроизоляции (из керамичес-
ких или каменных литых плит на прослойке из раствора на жидком
стекле), расположенной по оклеенной изоляции (рис. 5.16,6).
Гидроизоляцию от грунтовых вод выполняют из литого асфаль-
тобетона или дегтебетона по щебню, втрамбованному в грунт,
либо в виде проливки слоя щебня битумом или дегтем, либо путем
устройства гидроизоляции из двух слоев рулонного материала
(рис. 5.16, в).
Устройство деформационных швов в полах. Деформационные
швы устраивают в сплошных и плитных полах, в зонах значительных
механических воздействий на пол — с окаймляющими уголками
(рис. 5.17, а), а в зонах, где отсутствуют такие воздействия,— без
них (рис. 5.17,6). При устройстве в конструкции пола гидроизоля-
ции деформационные швы выполняют так, как показано на рис. 5.17,
в, г. В деформационный шов вводят компенсатор из пекоррозирую-
щего материала — кровельной оцинкованной стали, оклеенной с
двух сторон рулонными материалами на битумной или дегтевой
мастике, или из нержавеющей стали толщиной 0,6...0,8 мм. Тины ком-
пенсаторов показаны па рис. 5.17,6. Деформационные швы запол-
няют битумными или дегтевыми мастиками с добавкой песка, камен-
ной муки и волокнистых веществ (асбеста, опилок).
Конструкции перекрытий в многоэтажных промышленных зда-
ниях выполняют в основном в железобетоне, балочного или безба-
лочного типа. Их конструктивное решение рассматривается в § 9.1...
9.4.
5.7.	ПЕРЕГОРОДКИ, ВОРОТА, ЛЕСТНИЦЫ
Перегородки. В промышленных зданиях в боль-
шинстве случаев перегородки делают сборно-разборными на высо-
ту, меньшую высоты помещений цеха. Такое решение обеспечивает
быстрый их демонтаж при изменении технологического процесса
производства. Если в цехе имеются отдельные участки с различным
климатическим режимом, то для их ограждения устанавливают
стационарные перегородки на всю высоту помещения. Стационар-
ные перегородки выполняют из кирпича, мелких блоков, плит или
крупных панелей, изготовляемых из несгораемых материалов. При
большой высоте производственных помещений перегородки чаще
имеют каркасное решение.
147
Рис. 5.18. Конструкция распаш-
ных ворот
Сборно-разборные перегородки устраивают из щитов или пане-
лей, выполняемых из дерева, металла, железобетона, стекла или
пластмассы. Устойчивость щитовой перегородки достигается путем
введения в конструкцию легкого каркаса, чаще всего состоящего
из стоек и обвязок, расположенных вверху и внизу. Щиты или па-
нели состоят из обвязки и заполнения. Заполнение щита устраивают
из стекла, металлической сетки или из
того же материала, из которого вы-
полняют щиты. Коробки одно- или дву-
польных дверей, а в складских поме-
щениях окон для выдачи материала
или инструмента располагают в щи-
тах перегородок в целях их унифика-
ции.
Все большее распространение полу-
чают перегородки из легких эффектив-
ных материалов — слоистых пластиков,
стеклопластиков, асбестоцементных
листов, древесноволокнистых или дре-
весностружечных плит с легкими ме-
таллическими каркасами.
Ворота. В промышленных зданиях
ворота могут быть утепленными, холод-
ными, с калитками и без них. В ка-
честве утеплителя используют легкие
высокоэффективные материалы, напри-
мер минеральный войлок и вату,
поропласты и др. Полотна ворот откры-
вают как вручную, так и с помощью
специальных механизмов. На рис. 5.18 показаны распашные ворота
с калиткой и остекленным верхом. Каркас полотен ворот состоит из
обвязки, средников и диагональных тяг, которые выполнены из
прокатной стали. Каркас заполняют деревянными щитами. В не-
отапливаемых цехах полотна ворот обшивают листовой полосовой
или волнистой сталью толщиной 1,5...2 мм. Вертикальный зазор
между полотнами — притвор закрывают стальными полосами, а за-
зор между полотнами и полом — брезентовым фартуком.
Двери. В промышленных зданиях по своему конструктивному
решению они не отличаются от рассмотренных ранее дверей в граж-
данских зданиях.
Лестницы. В промышленных зданиях по назначению их подраз-
деляют на основные, служебные, пожарные и аварийные.
Основные лестницы предназначены для сообщения между
этажами, а также для эвакуации людей в случае пожара или аварии.
Основные лестницы размещают в лестничных клетках, расположен-
ных в пределах контура здания или в виде отдельных пристроек.
Конструктивное решение основных лестниц многоэтажных промыш-
ленных зданий и лестниц гражданских зданий аналогично. Следует
148
отметить, что в промышленных зданиях из-за большей высоты этажа
по сравнению с высотой жилого дома часто проектируют лестницы
трех-, четырех- и пятимаршевые.
Служебные лестницы обеспечивают связь с рабочими пло-
щадками, на которых установлено оборудование, а в некоторых
случаях их применяют для
дополнительной связи
между этажами. Служеб-
ные лестницы обслужива-
ют также посадочные и ре-
монтные площадки мо-
стовых кранов. Поскольку
служебными лестницами
пользуется обычно огра-
ниченное число лиц, их
делают открытыми, сквоз-
ной конструкции и с кру-
тым подъемом. Такие лест-
ницы занимают мало мес-
та и не затемняют по-
мещения. Служебная лес-
тница состоит из проме-
жуточных площадок И Рис. 5 |9 Виды пожарных лестниц:
сбОрНЫХ ЛеСТНИЧНЫХ мар- a перин, a.n.iiuie; 6 наклонная: и аварийная
шей.
Несущей конструкцией марша служат две тетивы из полосовой
или уголковой стали, к которым укрепляют ступени, имеющие только
проступь. При уклоне лестницы до 60° ступени выполняют из лис-
товой рифленой стали с отогнутым для жесткости передним краем,
при уклоне 60...80°- из двух-трех стержней, каждый толщиной
16... 19 мм, а при более крутых уклонах в виде стремянок со сту
пенями — из одного стержня.
Пожарные лестницы предназначены в случае пожара для
доступа в верхние этажи и на покрытие здания.
Пожарные металлические лестницы (рис. 5.19) устраивают в
производственных зданиях для подъема пожарных на покрытие це-
ха и фонаря. В тех случаях, когда высота до верха карниза превы-
шает 10 м, лестницы располагают по периметру здания через 200 м
в производственных и через 150 м во вспомогательных зданиях.
При высоте здания менее 30 м лестницы устраивают вертикальными
шириной 600 мм, а при высоте 30 м и более наклонными под углом
не более 80°, шириной 700 мм, с промежуточными площадками не
реже чем 8000 мм по высоте.
На рис. 5.19 показано расположение на фасаде здания лестницы,
которая запроектирована до третьего этажа как аварийно-пожарная
с промежуточными площадками, л от третьего этажа для покрытия
как пожарная. Пожарные лестницы устанавливают против простен-
ков, не доводят до уровня земли на 1500... 1800мм н при наличии на
покрытии фонарей выводят между ними.
149
Аварийные лестницы используют только для эвакуации
людей из здания на случай пожара или аварии. Запасными путями
эвакуации помимо основных, аварийных и пожарных лестниц могут
быть специально устраиваемые как внутри, так и снаружи здания
спуски и штанги. Аварийные стальные лестницы имеют такую же
конструкцию, как служебные или пожарные, но их обязательно дово-
дят до земли. Уклон их маршей должен быть не более 45°, ширина —
не менее 700 мм, а расстояние по вертикали между площадками —
ие более 3600 мм.
?Что такое территориально-производственный комплекс и промышленный
узел? Приведите примеры ТПК. Ф В чем сущность блокирования про-
J изводственных зданий? ф По каким признакам классифицируются про-
мышленные здания? ф Дайте характеристику одноэтажных зданий про-
летного, зального типа и гибких (универсальных), ф Каковы основные объемно-
планировочные структуры многоэтажных зданий? ф Каковы основные технико-
экономические характеристики объемно-планировочных решений промышленных
зданий? ф Дайте характеристику несущего остова одно- и многоэтажных зданий.
• Опишите основные типы стен из крупных панелей, ф Каковы основные схемы
ограждающей части покрытий для отапливаемых и неотапливаемых зданий? ф Как
устраивается водоотвод с покрытий? ф Каковы назначение и общая конструктив-
ная схема фонарей? ф Каковы основные типы полов промышленных зданий? ф В чем
отличительная особенность перегородок в промышленных зданиях? ф Каковы
основные типы лестниц в промышленных зданиях?
СТРОИТЕЛЬНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ
РАЗДЕЛ
Глава 6
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О СТРОИТЕЛЬНЫХ конструкциях
На протяжении многих тысяч лет человек при строитель-
стве использовал камень- один из наиболее долговечных строительных материалов.
Как известно, камень хорошо работает на сжатие и плохо сопротивляется растяги-
вающим усилиям. Это свойство камня хорошо знали древние строители, о чем мы
можем судить по дошедшим до нас остаткам храмов, дворцов, а также
отдельных колонн, стен, сводов, фундаментов и т. и. В ннх камень работал практически
только на сжатие.
Перекрытия и покрытия зданий, работающих на изгиб, выполняли чаще всего
из дерева. Оно во много раз легче камня и в противоположность ему значительно
лучше сопротивляется изгибу, когда нижние волокна изгибаемой деревянной кон-
струкции растянуты, а верхние сжаты.
Человечество всегда стремилось найтн такой строительный материал, который
был бы долговечен и хорошо воспринимал как сжимающие, так и растягивающие
усилия. Создать такой строительный материал стало возможно, когда в 1824- 1825 гг.
практически одновременно н независимо друг от друга русский инженер Е. Г. Челиев
и английский дорожный мастер Дж. Аспдин из Лидса сообщили в печати о создании
минерального гидравлического вяжущего вещества — портландцемента — продукта
совместного обжига известняка и глнны. В результате этого открытия появился
новый материал бетон. Но бетон, как и всякий камень, хорошо работал на сжатие
и плохо - на растяжение. Лишь с введением в бетон арматуры (стальных стержней)
удалось создать эффективный строительный материал железобетон, в котором
сжимающие напряжения воспринимаются, как правило, бетоном, а растягивающие -
стальной арматурой. Это оказалось возможным благодаря хорошему сцеплению ар-
матуры с бетоном и нх совместной работе на растяжение и сжатие. Совместная
работа бетона и стальной арматуры обусловлена тем, что сталь и бетон обладают
близкими по величине коэффициентами линейного расширения. При колебаниях
внешней температуры они деформируются одновременно и между ними не возникают
сдвигающие напряжения, которые могут нарушить их сцепление.
По способу выполнения железобетонные конструкции могут быть сборными (из
элементов заводского илн полигонного изготовления) н монолитными, возводимы-
ми непосредственно на месте строительства. Существуют также сборно-монолитные
конструкции, собираемые из элементов заводского или полигонного изготовления
с заполнением отдельных участков монолитным бетоном на месте строительства.
Наиболее индустриальными являются сборные железобетонные конструкции. Иногда
целесообразно железобетонную конструкцию до приложения внешней нагрузки под-
вергнуть интенсивному обжатию путем натяжения арматуры. Полученная конструк-
ция, называемая предварительно напряженной, обладает значительно большей
жесткостью и трещиностойкостью, позволяет более эффективно использовать высо-
копрочный бетон и высокопрочную арматуру. Предварительно напряженный желе-
зобетон получает все большее применение.
Стальные конструкции ввиду высоких механических характеристик и однород-
ности структуры материала также применяют в ответственных сооружениях, при
больших пролетах и высотах зданий и сооружений, при значительных нагрузках.
Вместе с тем из-за дороговизны н дефицитности металла стальные конструкции
применяют в основном лишь в тех случаях, когда они экономически значительно
151
выгоднее железобетонных. В стальных конструкциях также применяют предвари-
тельное напряжение, в частности создают предварительное напряжение (сжатие) в
стержнях с помощью затяжек из высокопрочных материалов, создают предвари-
тельное напряжение (растяжение) в гибких элементах (канатах, тонких листах)
для придания им жесткости, регулируют усилия в статически неопределимых кон-
струкциях путем смещения опор и др.
За последние годы расширилось применение облегченных стальных строитель-
ных конструкций, предназначенных для цехов с легкими кровлями и стенами, т. е.
где испатьзовались новые чрезвычайно легкие утеплители (теплоизоляционные
пенопласты с массой 100 кг/м3 и др.). В этих конструкциях расход стали существен-
но ниже конструкции в полном комплекте, т. е. полностью несущие и ограждающие
элементы должны поставляться на стройку и монтироваться крупными блоками.
К строительным конструкциям предъявляются следующие требования: функ-
циональные, технические, экономические, эстетические, природоохранные. Они долж-
ны удовлетворять этим требованиям на всех стадиях их производства, изготовления,
транспортирования, монтажа и эксплуатации. На практике выбор конструктивных
решений производится на основании рассмотрения приведенных затрат по сравни-
ваемым вариантам согласно СИ 546 — 82 с учетом максимального снижения материало-
емкости, трудоемкости и стоимости строительства — при обеспечении всех остальных
названных требований, в том числе технических, из которых основным является
обеспечение требуемой надежности и долговечности конструкции. Этой цели можно
достигнуть путем применения эффективных строительных материалов и конструкций,
снижения массы конструкций, наиболее полного использования физико-механичес-
ких свойств материалов, использования местных строительных материалов, соблюде-
ния требований по экономному расходованию основных строительных материалов.
Наиболее выгодна с точки зрения .материалоемкости равнопрочная конструкция,
т. е. такая конструкция, все сечения которой подобраны из условия полного исполь-
зования физико-механических свойств применяемых материалов. Однако экономич-
ность конструкции зависит еще от стоимости изготовления, транспортирования,
монтажа и эксплуатации. Иногда целесообразно отказаться от наименьшей мате-
риалоемкости, если можно добиться существенного уменьшения трудоемкости воз-
ведения сооружения, сокращения сроков его строительства или сокращения энер-
гоемкости.
Обычно при проектировании здания или сооружения составляют несколько
вариантов решений с подсчетом показателей по расходу материалов, энергоемкости,
трудоемкости изготовления и возведения конструкций, стоимости и срокам строитель-
ства. В вариантах решений рассматривают конструктивные схемы, обеспечивающие
необходимую прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий
и сооружений в целом, а также отдельных конструкций на всех стадиях возведения
и эксплуатации. При проектировании предусматриваются мероприятия, обеспе-
чивающие долговечность конструкции (соответствующий выбор материалов, меро-
приятия по морозостойкости н огнестойкости, по защите от коррозии и т. п.).
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на
1986 1990 годы и па период до 2000 года предусматривалось дальнейшее повыше-
ние уровня индустриализации строительства и степени заводской готовности строи-
тельных конструкций заводского изготовления. На XXVII съезде КПСС говорилось,
что при проектировании строительных конструкций необходимо учитывать основные
задачи, стоящие перед советскими строителями:  широкое применение в проектах
прогрессивных научно-технических достижений, ресурсо- и энергосберегающих тех-
нологий и оборудования, экономичных объемно-планировочных решений, конструк-
ций, материалов;  дальнейшее совершенствование применяемых строительных
конструкций и материалов, расширение использования эффективных видов металло-
проката, пластмасс, смол, полимеров, прогрессивных изделий из древесины, керами-
ческих и других неметаллических материалов;  развитие производства эффектив-
ных строительных материалов, более полное использование материалов попутной
добычи, вторичного сырья, шлаков и других отходов для производства строительных
материалов;  широкое внедрение автоматизированных систем проектирования.
Нормы проектирования строительных конструкций и оснований. Основным
нормативным документом, используемым при проектировании строительных кон-
152
струкцнй и оснований, являются Строительные нормы и правила (СНиП). Строитель-
ные нормы и правила состоят из пяти основных частей:  Организация, управление
и экономика.  Нормы проектирования.  Организация производства и приемка
работ.  Сметные нормы.  Нормы затрат материальных и трудовых ресурсов.
Эти части, в свою очередь, делятся на группы. Например, Нормы проектирования
делятся на группы: 01 — общие нормы проектирования; 02 — основания и фунда-
менты; 03—строительные конструкции и т. д. В пределах каждой группы издается
ряд нормативных документов, имеющих свой шифр. В шифр документа входят:
«СНиП», номера части, группы и документа, отделенных друг от друга точками;
две последние цифры, присоединяемые через тире, обозначают две последние цифры
года утверждения документа, например: СНиП 1.01.01 82 «Система нормативных
документов в строительстве», СНиП 2.02.01 83 «Основания зданий и сооружений»,
СНиП 2.03.01 — 84 «Бетонные и железобетонные конструкции», СНиП 2.03.03 85
«Армоцементные конструкции».
В развитие отдельных глав выпускаются пособия и руководства, более подробно
рассматривающие особенности проектирования конструкций какого-либо частного
вида.
6.1.	ОСНОВЫ РАСЧЕТА
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Расчет строительных конструкций по методу
предельных состояний.
Предельными состояниями конструкций и оснований называются
такие состояния, при которых достигается предельная несущая их
способность или нарушается пригодность к нормальной эксплуата-
ции. Эти предельные состояния не должны достигаться ни при каких
условиях. Строительные конструкции и основания должны удовлет-
ворять требованиям расчета по несущей способности (предельные
состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуата-
ции (предельные состояния второй группы).
Расчет по предельным состояниям первой группы должен обеспе-
чивать конструкции От:  хрупкого, вязкого или иного характера
разрушения (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях
прогиба конструкции перед разрушением);  потери устойчивости
формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конст-
рукций и т. д.) или ее положения (расчет на опрокидывание и сколь-
жение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фунда-
ментов; расчет на всплывание заглубленных или подземных резер-
вуаров, насосных станций и т. п.);  усталостного разрушения
(расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздейст-
вием многократно повторяющейся нагрузки - подвижной или пуль-
сирующей (подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и пере-
крытий под некоторые неуравновешенные машины и т. п.);  раз-
рушения под совместным воздействием силовых факторов и небла-
гоприятных влияний внешней среды (периодического или постоянно-
го воздействия агрессивной среды, действия попеременного замора-
живания и оттаивания и т. п.).
Расчет по предельным состояниям второй группы должен предуп-
реждать конструкции от:  образования трещин, а также их чрез-
мерного или продолжительного раскрытия (если по условиям эксплу-
153
атации образование или продолжительное раскрытие трещин недо-
пустимо);  чрезмерных перемещений (осадок, прогибов, углов по-
ворота, углов перекоса и колебаний).
Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также
отдельных ее элементов должен, производиться для всех стадий —•
изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации.
Расчет по предельным состояниям второй группы (по раскрытию
трещин и по деформациям) можно не производить, если на основании
опытной проверки или практики применения каких-либо конструкций
установлено, что данные предельные состояния ни на одной из пе-
речисленных стадий не достигаются. Расчет конструкций по несущей
способности (т. е. по предельным состояниям первой группы) про-
изводится всегда.
Классификация и характеристики нагрузок, действующих на
конструкцию. Основное назначение несущих строительных конструк-
ций состоит в восприятии действующих на них эксплуатационных
нагрузок различной природы и различной длительности.
Как отмечалось выше, бетон по-разному ведет себя при кратко-
временном и при длительном нагружении — в последнем случае
деформации могут нарастать и без увеличения нагрузки (явление
ползучести), прочность может быть исчерпана при напряжениях, не
достигающих временного сопротивления (явление длительной проч-
ности). Такому же влиянию длительности действия нагрузки в боль-
шей или меньшей мере подвержены и другие строительные мате-
риалы. Поэтому нормами предусмотрена классификация нагрузок
по времени их действия.
Нагрузки делятся на постоянные (нагрузка от собственной
массы частей зданий и сооружений, массы и давления грунтов, воз-
действия предварительного напряжения) и временные, которые, в
свою очередь, делятся на длительные, кратковременные и особые.
К длительным временным нагрузкам относятся:
 нагрузки от массы стационарного оборудования (станков, аппа-
ратов, моторов, емкостей, конвейеров), а также от массы жидкостей,
давления газов и сыпучих тел (заполняющих оборудование, трубо-
проводы и емкости в процессе их эксплуатации);  нагрузки на
перекрытия складских помещений, холодильников, зернохранилищ,
книгохранилищ, архивов, библиотек и подобных зданий и помеще-
ний;  нагрузки от массы слоя воды на водонанолненных плоских
покрытиях;  нагрузки от одного мостового Или подвесного крана,
умноженные на коэффициенты 0,6 для кранов среднего режима ра-
боты и 0,8 для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы;
 снеговые нагрузки для III.„IV климатических районов с коэффи-
циентами 0,3...0,6. Указанные доли крановых и снеговых нагрузок
составляют только часть их полного значения и вводятся в расчет
при учете влияния длительности нагрузок на перемещения, дефор-
мации и образование трещин, а полные значения этих нагрузок от-
носят к кратковременным.
154
К кратковременным временным нагрузкам
относятся:  нагрузки от массы людей, деталей, ремонтных материа-
лов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;  нагрузки
при перевозке и монтаже строительных конструкций, при монтаже
и перестановке оборудования;  нагрузки от подвижного подъемно-
транспортного оборудования (кранов, тельферов и т. п.);  нагруз-
ки от массы временно складируемых на строительстве изделий и
материалов и т. д.;  нагрузки от оборудования, возникающие в
пускоустановочном, переходном и испытательном режимах;  снего-
вая и ветровая нагрузки.
К особым нагрузкам относятся сейсмические и взрыв-
ные, а также воздействия, вызываемые резким нарушением техно-
логического процесса, неисправностью оборудования — обрыв кана-
тов, удар о преграду, удар кранов о тупиковый упор и т. д.
Перечисленные виды нагрузок действуют обычно не в отдельно-
сти, а в различных сочетаниях друг с другом. В расчетах следует
учитывать наиболее неблагоприятные, но физически возможные со-
четания нагрузок. Так, при расчете на крановые нагрузки можно
учитывать силы торможения (±Т) только при одновременном учете
вертикальной нагрузки от крана, так как при отсутствии крана в
рассматриваемом пролете не может быть силы торможения. Для
расчета строительных конструкций различают сочетания двух ви-
дов: основные и особые. В основные сочетания усилий входят их зна-
чения от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, в
особые сочетания - усилия от постоянных, длительных, возможных
кратковременных и одной из особых нагрузок.
Для железобетонных конструкций для учета явления длительной
прочности бетона разрешается из состава кратковременных нагру-
зок выделять нагрузки непродолжительного действия, характери-
зуемые тем, что суммарная длительность их действия за срок служ-
бы сооружения весьма мала. К нагрузкам непродолжительного дей-
ствия относятся: ветровая нагрузка, нагрузка от кранов, а также
нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании, воз-
ведении. При учете в рассматриваемом сочетании подобных нагру-
зок непродолжительного действия явление понижения длительной
прочности бетона (по сравнению с временным сопротивлением) не
учитывается.
Нагрузки, входящие в сочетания усилий, в некоторых случаях
умножают на коэффициенты сочетаний. В основные сочетания вхо-
дят:  усилия от постоянных и временных длительных нагрузок и
одной из кратковременных, которые берутся полностью;  усилия
от постоянных и длительных нагрузок (полностью) и от кратковре-
менных (в количестве не менее двух) с коэффициентами сочетаний
0,9. В особые сочетания усилия от кратковременных нагрузок вхо-
дят с коэффициентами сочетаний 0,8. По первой группе предельных
состояний (несущая способность) конструкцию рассчитывают на
действие расчетных нагрузок (нормативных, умноженных на коэф-
155
фипиент надежности ио на|рузке). По второй группе предельных
состояний конструкцию рассчитывают на действие нормативных
• ин рузок.
6.2.	НОРМАТИВНЫЕ
И РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ
Основными характеристиками нагрузок явля-
ются их нормативные значения, установленные нормами по номи-
нальной величине нагрузки или (для статистически изменчивых
нагрузок) по определенной вероятности превышения средних значе-
ний. Так, для постоянных нагрузок от собственной массы строитель-
ных конструкций значения нормативных величин определяют по про-
ектным размерам конструкций и по нормативным (среднестатисти-
ческим) значениям плотностей, с учетом фактических данных завода-
из1 отовителя или по установленным стандартам. Нормативные
значения временных технологических нагрузок соответствуют наи-
большим значениям во время нормальной эксплуатации. Норматив-
ные значения снеговых и ветровых нагрузок установлены по средним
из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным
значениям за определенный период их повторяемости.
Коэффициент надежности но нагрузке у/ учитывает возможное
(пусть очень редкое) отклонение нагрузок от их нормативных зна-
чений. Произведение нормативного значения нагрузки на коэффи-
циент надежности по нагрузке называют расчетной нагрузкой. Зна-
чение у) обычно больше единицы. Однако в тех случаях, когда умень-
шение массы конструкций ухудшает условия работы конструкции
(например, при расчете на устойчивость положения конструкции
против всплытия, опрокидывания и скольжения), коэффициент
надежности но нагрузке принимают меныпим единицы, т. е. ^=0,9.
Конкретные значения у; принимают дифференцированно в зависи-
мости от характера нагрузок. Так, для нагрузки от массы конструк-
ций, оборудования и грунтов коэффициенты надежности по нагрузке
таковы:
Бетонные, железобетонные, каменные, армокаменные и деревянные '/f
конструкции......................................................1,1 (0,9)
Металлические конструкции .	..................... 1,05(0,9),
Konci рукпин из легких беп.ион (п.тотши’ть не менее 1600 кг/м’),
а ыкже изоляционные, выравнивающие и отделочные элементы кон-
струкций (плиты, рулонные материалы, засыпки, стяжки и т. и.), вы-
полняемые:
в заводских условиях........................................1,2(0,9)
на строительной площадке ................. .................1,3(0,9)
Грунт в природном залегании (к плотности).....................1,1 (0,9)
Насыпной грунт (к плотности)..................................1,15(0,9)
Нагрузка от стационарного оборудования........................1,05
Нагрузка от погрузчиков, электрокаров с грузом, а также от изо-
ляции стационарного оборудования.................................1,2
Нагрузки от заполнения оборудования (в том числе резервуаров и
трубопроводов) сыпучими телами, шламом, суспензиями ... 1,1
156
Нагрузки от заполнения оборудования (в том числе резервуаров
и трубопроводов) жидкостями, а также от давления воды при испы-
таниях емкостей..........................................1
Коэффициент 0,9, приведенный в скобках, принимают в случаях
(см. выше), когда уменьшение постоянных нагрузок играет небла-
гоприятную роль. Временные, приведенные к равномерно распреде-
ленным нормативные нагрузки для помещений некоторых граждан-
ских и производственных зданий приведены ниже.
Наименование	q., кПа
Квартиры, спальные комнаты детских садов и яслей, школ-
интернатов и домов отдыха, палаты санаториев, больниц
и других лечебных заведений..............................1,5
Служебные помещения научных и административных уч-
реждений, бытовые помещения промышленных предприятий
и общественных зданий, классные комнаты, читальные залы 2,0
Вестибюли, фойе, коридоры и лестницы в зданиях (в зави-
симости от назначения примыкающих помещений) .... 3,0...5,0
Аудитории, обеденные залы (столовых, кафе, ресторанов) 3,0
Книгохранилища, архивы, трибуны для стоящих зрителей,
сцены зрелищных предприятий...............................по действительной
нагрузке, но не ме-
нее 5,0
Чердачные помещения................................. ...	дополнительно к на-
грузке от массы
оборудования и ма-
териалов 0,7
Балконы, лоджии.........................................4,0
Коэффициент надежности по нагрузке у) для этих нагрузок ра-
вен 1,3 при q<2 кПа и 1,2 — при q>2 кПа.
Снеговые нагрузки зависят от высоты снегового покрова в данной
местности и конфигурации кровли. Высота снегового покрова, в свою
очередь, зависит от географического района*. Статистическим ме-
тодом определена нормативная снеговая нагрузка (s„) для каждого
из шести географических районов СССР:
S = SoP,
где so — нормативное значение веса снега на 1 м2 горизонтальной
поверхности земли; ц — коэффициент перехода от массы снегового
покрова земли к снеговой массе и нагрузке на покрытие.
Значения s() (кПа) для некоторых городов по различным райо-
нам (1- VI) СССР:
Астрахань, Ашхабад, Баку, Одесса, Ростов-па-Дону, Ташкент (I) 0,5
Вильнюс, Волгоград, Киев, Минск, Рига, Таллин, Харьков (И) 0,7
Москва, Ленинград, Оренбург, Тюмень, Челябинск (III) ... 1,0
Архангельск, Казань, Новосибирск, Томск, Чебоксары, Уфа (IV) 1,5
Пермь, Туруханск, часть Сахалинской области (V)...............2,0
Петропавловск-Камчатский (VI).................................2,5
* См. СНиП 2.01.07—85, прилож. 5. «Карты районирования территории СССР по
климатическим характеристикам», карта № 1.
157
Значение ц зависит от угла наклона покрытия а. На крутых по-
крытиях снег практически не держится, поэтому при а^25° ц=1,
а при а^60° р.=0. Для промежуточных значений а значение ц берут
по интерполяции. Коэффициент ц и схемы снеговой нагрузки для
различных профилей покрытий принимают в одном или двух вариан-
тах (рис. 6.1).
Коэффициент надежности по снеговой нагрузке у/ зависит от
соотношения между нормативными нагрузками от собственного
Рис. 6.1. Схемы снеговой нагрузки:
а при односкатном покрытии; 6  при дву-
скатном покрытии
веса покрытия g и от веса
снегового покрова so. Если это
соотношение менее 0,8, т. е.
снеговые нагрузки преобладав
ют, то значение принимается
повышенным, равным 1,6, а в'
остальных случаях у,—1,4.
Ветровые нагрузки состоят
из двух частей — средней w„,
и пульсационной wp.
Пульсационная (динамичес-
кая) составляющая обычно
довольно невелика, учитывает-
ся только при динамическое
расчете здания (сооружения). Необходимость такого расчета воз-
никает, как правило, только для зданий высотой более 40 м и для
высотных сооружений типа дымовых труб, водонапорных башен.
Однако в городских районах с достаточно протяженной застрой-
кой зданиями высотой более 25 м может возникать довольно
опасная пульсационная составляющая. Поэтому в таких районах
определение пульсационной составляющей требуется во всех случаях.
Соответствующая методика расчета изложена в СНиП 2.01.07—
85 (с. 10 12). Нормативное значение средней составляющей
ветровой нагрузки определяется по формуле	>
Wm=W()kC,
где шо — нормативное значение ветрового давления, зависящее от
района расположения сооружения; на высоте 10 м от земной поверх-
ности его величина составляет:
Районы СССР но
давлению ветра* . la I II III IV V VI VII
Нормативное зна-
чение давления вет-
ра, кПа .' . . .	0,17	0,23	0,3	0,38	0,48	0,6	0,73	0,85.
k—коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора
ветра в зависимости от высоты рассматриваемой точки над поверх-
ностью земли и типа местности (табл. 6.1).
* См. СНиП 2.01.07—85, прилож. 5, карта № 3.
158
Таблица 6.1. Значения k, учитывающие изменения давления ветра
в зависимости от высоты над поверхностью земли и типа местности
Тип местности	Высота над поверхностью земли, м						
	10	20	40	60	100	200	480 и. более
А (открытый)	1	1,25	1,5	1,7	2,0	2,45	2,75
Б (городской)	0,65	0,85	1,1	1,3	1,6	2,1	2,75
(. (городской со зданиями высотой бо- лее 25 м)	0,4	0,55	0,8	1,0	1,25	1,8	2,75
с — аэродинамический коэффициент (коэффициент обтекания), для
вертикальных поверхностей принимают с наветренной стороны с—
= + 0,8, с заветренной стороны (отсос) в общем случае с=—0,6, но
для низких, вытянутых в направлении ветра зданий с=—0,5, более
подробные сведения о величине с даны в СНиП 2.01.07—85 (с. 23
33).
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке на здания и со-
оружения у/=1,4.
При расчете элементов сборных конструкций на воздействие уси-
лий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже,
нагрузку от собственного веса вводят в расчет с коэффициентом
динамичности, равным: при транспортировании— 1,6, при подъеме
и монтаже— 1,4. Для указанных коэффициентов динамичности до-
пускаются более низкие значения, если это подтверждено опытом
применения конструкций, но не менее 1,25.
6.3.	РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
ПЕРВОЙ ГРУППЫ
Этот вид расчета производится в общем случае
для всех стадий работы конструкции и ее элементов — изготовления,
транспортирования, возведения и эксплуатации. Условие для рас-
чета по первой группе предельных состояний, гарантирующее кон-
струкцию от достижения конкретного предельного состояния (по
прочности, устойчивости, выносливости и т. д.), в наиболее общем
виде записывается так:
Yb	у-).	(6.1)
где Q — усилие (момент, продольная или поперечная сила), зави-
сящее от нормативных нагрузок qn, умноженных на коэффициент
надежности по нагрузке у/, сочетаний усилий ф и на коэффициент
надежности по назначению уп, который учитывает класс ответствен-
ности здания или сооружения и в соответствии с этим требуемый
уровень надежности. Коэффициенты сочетаний гр для равномерно
159
распределенных нагрузок от мостовых и подвесных кранов приведе-
ны в СНиП 2.01.07- 85 (с. 4- 8). Коэффициент надежности по
назначению дан в табл. 6.2.
Таблица 6.2. Значения коэффициента надежности по назначению
Класс объек- та	Степень ответственности объекта	Примеры объектов	К
I	Особо важное народнохозяй- ственное или социальное зна- чение	Главные корпуса ТЭС., АЭС, центральные узлы доменных печей, дымовые трубы высотой более 200 м, телевизионные башни, крытые спортивные сооружения с трибунами, театры, кинотеатры, цирки, крытые рынки, детские сады, больницы, музеи, госархивы и т. п.	1
11	Важное народнохозяйственное или социальное значение	Объекты, не вошедшие в классы I и III	0,9
III	Ограниченное народнохозяй- ственное и социальное значение	( клады без процессов сортировки и упа- ковки для хранения сельскохозяйствен- ных продуктов, удобрений, химикатов, уг- ля, торфа и т. д., теплицы, одноэтажные жилые здания, опоры проводной связи и освещения, ограды, временные здания, сооружения и т. д.	0,9
	То же	Временные здания и сооружения со сроком службы до 5 лет	0,8
Ф — функция геометрических характеристик сечения S, норма-
тивных сопротивлений материалов Rn, коэффициентов условий рабо
ты ya и надежности по материалу ут.
Физический смысл формулы (6.1) заключается в том, что макси-
мально возможное усилие (момент, сила) в сечении элемента долж-
но быть меньше или в крайнем случае равно минимально возможной
несущей способности сечения.
Независимо от вида конструкции появление предельного состоя-
ния первой группы недопустимо, так как это приводит к разрушению
конструкции и аварийным ситуациям. С учетом важности этого фак-
тора расчет по первой группе предельных состояний является во
всех случаях обязательным и производится на основе расчетных
значений нагрузок и расчетного сопротивления материалов.
В расчете по методу предельных состояний надежность конст-
рукции обеспечивается за счет учета возможных отклонений дейст-
вительных нагрузок или характеристик материалов от среднестати-
ческих значений в неблагоприятную сторону.
Нормативное сопротивление материалов как основной параметр
их сопротивления силовым воздействиям. Нормативное сопротивле-
ние Rn — это установленное нормами предельное значение напря-
жений в материале. Нормативное сопротивление служит основной
характеристикой сопротивления материалов силовым воздействиям.
Оно обычно равно контрольной или браковочной характеристике,
устанавливаемой соответствующими государственными стандарта-
160
ми на материалы. Нормами установлены и другие нормативные ха-
рактеристики материалов (плотность, модуль упругости, коэффи-
циенты трения, сцепления, ползучести, усадки и др.).
Нормативные сопротивления материалов /?„ задаются с уровнем
обеспеченности около 0,95; коэффициент надежности по материалу
ут3>1 повышает уровень надеж-
ности до 0,997; yd может прини-
мать значения меньше единицы
(у<;<1), что учитывает небла-
гоприятные условия, не отражае-
мые явно в расчетах; однако этот
коэффициент может быть и боль-
ше единицы (у</>1), когда он
учитывает, наоборот, благоприят-
ные условия; параметр S зави-
Рис. 6.2. Графики статического рас-
пределения значений усилий от нагруз-
ки - / и несущей способности 2:
Q и Q среднестатическое и расчетное
значении усилий; Ф и Ф — то же, несущей
способности
сит от геометрических характерис-
тик и прочих факторов, влияющих
на несущую способность. Значе-
ния усилия Q, так же как и несу-
щей способности Ф, зависят от
изменчивости указанных факторов
и статистически подчиняются закону нормального распределения -
закону Гаусса (рис. 6.2).
Расчетное сопротивление материала R (или расчетная характе-
ристика грунта) - это сопротивление, принимаемое при расчетах
конструкций или оснований, которое получают делением норматив-
ного сопротивления на коэффициент надежности по материалу,
т. е. R=R„/ym.
В расчетах по первой группе предельных состояний значение
у,„ для любых материалов принимают не менее 1,025.
Особенности действительной работы и предельных состояний
материалов, элементов и конструкций в целом, не отражаемые в рас-
четах прямым путем, но способные повлиять на несущую способ-
ность или деформативность конструкций, учитываются коэффициен-
тами yd- В частности, этими коэффициентами оцениваются условия,
характер и стадия работы элемента, способ его изготовления и
прикрепления, размеры сечения, специфика данного вида конструк-
ции или сооружения, влияние температуры, влажности и агрессив-
ности среды и длительности воздействий, многократная повторя-
емость нагрузки, влияние приближенности расчетных схем и приня-
тых в расчете предпосылок и т. п. При благоприятных условиях рабо-
ты а при неблагоприятных — yd<l. Коэффициент y,i исполь-
зуют как множитель к расчетным сопротивлениям материалов, когда
оценивают условия работы отдельных материалов элемента, или как
множитель непосредственно в формулу для расчета элемента при
оценке условий работы элемента в целом.
6 Зак. 1285
161
6.4.	РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
ВТОРОЙ ГРУППЫ
Расчет для второй группы предельных состоя-
ний производится по трем условиям:
по образованию трещин (для железобетонных кон-
струкций): трещины не появляются, если максимально возможное
усилие Т от нагрузки не превышает усилия Тсгс, которое может вос-
приниматься поперечным сечением конструкции перед образованием
трещин
Т^Тсгс;	(6.2)
по раскрытию трещин (для железобетонных конструк-
ций): трещины, раскрывающиеся в элементе под действием нагруз-
ки на ширину аСгс, проверяются по условию
Ctcrc^^Qcrc.i,	(6-3)
где асг. t (i— 1; 2) — предельная ширина раскрытия, зависящая от раз-'
личных условий работы конструкции и равная 0,05...0,40 мм;
по перемещениям (для всех строительных конструкций) :
прогиб элемента под нагрузкой не должен превышать предельного
значения /и, принимаемого в зависимости от вида конструкции и ее
пролета, т. е.
Kiu.	(6.4)
Значения fu устанавливаются с учетом следующих требований:
 технологических (условия нормальной работы кранов, технологи*-1
ческих установок, машин и т. п.);  конструктивных (влияние со-
седних элементов, ограничивающих деформации, необходимость вы-
держивания заданных уклонов и т. п.);  эстетических (впечатле-
ние людей о пригодности конструкции).
Значения предельно допустимых прогибов для железобетонных
конструкций, как наиболее распространенных, приведены в табл. 6.3
Расчет прогибов должен производиться при ограничении техно-
логическими и конструктивными требованиями — на действие посто-
янных, длительных и кратковременных нагрузок; при ограничении
эстетическими требованиями — на действие постоянных и длитель-
ных нагрузок. При этом коэффициент надежности по нагрузке у,
принимается равным единице.
При действии постоянных, длительных и кратковременных нагру-
зок прогиб во всех случаях не должен превышать 1/150 длины про-
лета и 1/75 вылета консоли. Для незащищенных от солнечной радий?
ции конструкций, предназначенных для эксплуатации в климати-
ческом подрайоне IVA, согласно гл. СНиП 2.01.01—82 «Строитель-
ная климатология и геофизика» при определении перемещений
необходимо учитывать температурные климатические воздействия.
162
Таблица 6.3. Предельно допустимые значения прогибов железобетонных
конструкций
№ н/п	Наименование конструкций	1редельно до- пустимые прогибы
	Перекрытия с плоским потолком и элементы покрытия (кроме указанных в п. 3) при пролетах: /<6 м 6 м^/^7,5 м />7,5 м	//200 3 см //250
-	Перекрытия с ребристым потолком и элементы лестниц при пролетах: /<5 м 5 м</<10 м />10 м	//200 2,5 см //400
	Элементы покрытий сельскохозяйственных зданий производ- ственного назначения при пролетах: /<6 м 6 м</< 10 м />10 м	//150 4 см //250
-*	Навесные стеновые панели (при расчете из плоскости) при пролетах: /<6 м 6 м=С/=С7,5 м />7,5 м	//200 3 см //250
	Подкрановые балки при кранах: ручных электрических	//500 //600
Примечания:  Для консолей пролег балок или плит I— 2/i, где 1\ - вылет консоли.
 .Величины предельно допустимых прогибов по и. I...3 обусловлены эстетическими требо-
ваниями, а по п. 4 и 5 - технологическими и конструктивными требованиями.
Для конструкций, выполняемых со строительным подъемом,
значения предельно допустимых прогибов могут быть увеличены на
высоту строительного подъема, если это не ограничивается техноло-
гическими и конструктивными требованиями. Для других конструк-
ций, не предусмотренных табл. 6.3, значения предельно допустимых
прогибов устанавливаются по специальным требованиям, но при
этом они не должны превышать 1/150 длины пролета и 1/75 вылета
консоли.
Необходимость расчета по второй группе предельных состояний
определяется в зависимости от вида конструкции, эксплуатацион-
ных требований и т. п. Например, для железобетонных конструкций
производятся расчеты по несущей способности, перемещениям,
образованию или раскрытию трещин. Для металлических и дере-
вянных конструкций выполняются расчеты по несущей способности
и перемещениям, так как образование в таких материалах трещин
от нагрузки приводит к фактическому разрушению.
6*	163
7
_s_
Каковы основные требования, предъявляемые к строительным конст-
рукциям? ф В чем отличительная особенность метода предельных состоя-
ний по сравнению с применявшимися ранее методами расчета? ф Что дол-
жен обеспечивать расчет конструкций по предельным состояниям первой группы?
ф Что должен обеспечивать расчет конструкций по предельным состояниям второй
группы? ф Как классифицируют нагрузки, действующие на конструкции? ф Как
определяют величины нормативных нагрузок (для постоянных и временных нагру-
зок различного вида)? ф Как записывается основная формула метола предельных
состояний для предельных состояний первой и второй групп? ф Какими величинами
и по каким требованиям ограничиваются прогибы конструкций?
Глава 7
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА,
АРМАТУРНОЙ СТАЛИ
И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
История железобетона сравнительно коротка. Первое желе-
зобетонное изделие было получено во Франции в 1850 г. Французский садовник
Жозеф Монье (1823 - 1906) решил создать большие кадки для апельсиновых де-
ревьев, заложив металлическую сетку в цементный раствор. Кадки неожиданно для
самого изобретателя оказались очень удачными и привлекли к себе внимание. Через
шесть лет другой француз, инженер Ж. Лямбо, сделал гребное судно из бетона,
армированного стальными стержнями, а еще через несколько лет он же запатен-
товал применение железобетона в строительстве.
Однако широкое применение в строительстве железобетон получил лишь после
тщательных исследований, проведенных в 1886 г. Вайсом, и Баушингером (Герма-
ния). Этому способствовал также первый метод расчета железобетонных конструкций,
предложенппый в том же году Кененом (Германия). В конце XIX в. были проведены
большие исследовательские работы во Франции (Консидер и Геннебик) и в Герма-
нии (Мёрш), значителпо повлиявшие па развитие железобетонных конструкций.
В деле развития железобетона в России большая заслуга принадлежит Н. А. Беле-
любскому, профессору Петербургского института инженеров путей сообщения. Т1рд
его руководством в 1891 г. были проведены широкие испытания железобетонных
конструкций, открывшие путь к применению железобетона в отечественном стро-
ительстве. В конце прошлого столетия в России из железобетона строили промышлен-
ные и общественные здания, мосты, доро| и, резервуары, бассейны и т. д.
Большой вклад в дальнейшее развитие железобетона в нашей стране внесли А. Ф. Ло-
лейт и А. А. Гвоздев, заложившие основы нового, более прогрессивного метода
расчета железобетонных конструкций.
В настоящее время бетон и железобетон по объему применения составляют
более 30 % всей массы строительных материалов и конструкций, применяемых в нашей
стране. Из бетона и железобетона возводятся основные несущие и ограждаю-
щие конструкции зданий. В бетоне и железобетоне выполняются многие инженерные
сооружения, включая крупные плотины и корпуса атомных реакторов.
Широкому распространению железобетона в строительстве способствовали его
положительные свойства - долговечность и огнестойкость. Арматура, находящаяся
в бетоне, защищена им от прямого воздействия огня и воздуха. Бетон предохраняет
арматурную сталь от коррозии еще и потому, что в нем содержится щелочь.
Кроме того, железобетон хорошо сопротивляется как статическим, так и динамичес-
ким (в том числе и сейсмическим) нагрузкам. Прочность бетона во времени не
только не снижается, но может даже расти. Бетон можно легко приготовить,
используя местные материалы (щебень, песок), составляющие до 70...80 % массы
железобетона. Здания, построенные из железобетона, требуют небольших затрат
на эксплуатацию и их ремонт.
Предварительно напряженный железобетон, являющийся разновидностью обыч-
ного железобетона, выполняют следующим образом. Еще в проц^дсе
164
изготовления конструкции (до приложения к ней внешних нагрузок) искусственно
обжимают те зоны бетона, которые позднее, в процессе эксплуатации, будут работать
на растяжение. Эго позволяет исключить преждевременное образование трещин в бе-
тоне.
Первые попытки создать преднапряжеппый (так его называют для сокращения)
железобетон относятся к последним годам прошлого столетия. В 1886 г. Джексон
(США), а затем в 1888 г. Дёринг (Германия) предложили железобетонные конструк-
ции, в которых рабочая арматура была предварительно натянута с целью исключения
трешин в растянутой зоне бетона. Однако в этих опытных образцах повышенная
трешиностойкость наблюдалась только сначала: с течением времени конструкции
становились обычными железобетонными. Это происходило оттого, что тогда не
учитывались две особенности бетона, которые еще не были изучены. Первая зак-
лючается в том, что в бетоне в процессе его твердения и высыхания происходит
процесс усадки, приводящий к укорочению изделия, в том числе его предварительно
напряженных элементов. Вторая особенность: при длительном действии даже постоян-
ных нагрузок деформации бетона нарастают: бетон «ползет», или, говоря языком
специалистов, в нем проявляются деформации ползучести. Следовательно, длина пред-
варительно напряженного элемента с течением времени уменьшается не только от
усадки, но и в результате ползучести бетона. Вместе е бетоном укорачивается
и арматура, предварительно созданные в арматуре напряжения уменьшаются. Одно-
временно уменьшаются и напряжения, передаваемые с арматуры на бетон, т. е.
сопротивление железобетона растяжению снижается.
В первых упомянутых выше опытных конструкциях величина предварительного
напряжения в арматуре малой прочности принималась равной около 60 МПа. В то же
время потери напряжения в арматуре только от усадки бетона за первые 100 дней
обычно составляют 40 МПа. Если учесть еще и ползучесть бетона, то становится
ясным, что эффект предварительного напряжения в этих опытных конструкциях
полностью исчез. Расчеты показали, что для создания в конструкции ощутимого
предварительного напряжения арматуру необходимо натягивать до напряжения 400...
500 МПа и выше. Одновременно желательно повысить и прочность бетона, так как тог-
да уменьшатся и деформации ползучести, а следовательно, предварительное на-
пряжение арматуры сохранится более полно.
Практическое применение преднапряжепный железобетон получил после 1928 г.,
когда инженер Э. Фрейсине (Франция), приняв во внимание усадку и ползучесть
бетона и применив высокопрочные бетон и арматурную сталь с предварительным ее
натяжением более 400 МПа, получил первые предварительно напряженные конструк-
ции.
Предварительное напряжение значительно увеличивает трешиностойкость конст-
рукций и снижает их деформации, а также позволяет успешно использовать высо-
копрочные бетон и арматуру, применение которых в обычном железобетоне
является малоэффективным. Предварительные напряжения в бетоне являются сжи-
мающими, в арматуре - растягивающими.
Применение высокопрочных материалов в преднапряженном железобетоне позво-
ляет существенно снизить материалоемкость конструкций, а также добиться их удешев-
ления (стоимость бетона и стали увеличивается медленнее, чем их прочность).
Предварительно напряженные конструкции значительно расширили область при-
менения железобетона за счет увеличения пролетов, уменьшения сечений, возмож-
ности широкого применения железобетона в растянутых и сложно напряженных
элементах и конструкциях (трубы, резервуары, газгольдеры, плавучие доки, корпуса
атомных реакторов и т. п.).
7.1.	БЕТОН
Классификация бетонов. Бетон для железо-
бетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью
(в, том числе прочностью сцепления с арматурой) и плотностью
(непроницаемостью).
165
Бетоны классифицируют по ряду признаков. По структуре
различают бетоны плотной структуры, крупнопористые и поризо-
ванные — с заполнителем и искусственной пористостью затвердев-
шего вяжущего между зернам заполнителя, ячеистые —без
заполнителя, с искусственно созданными замкнутыми порами. По
плотности — особо тяжелые, тяжелые, облегченные, легкие,
особо легкие. По виду вяжущего —цементные, силикатные,
на гипсовом вяжущем, на смешанных или специальных вяжущих
(шлакощелочные бетоны — на шлакощелочном вяжущем и др.). П о
виду заполнителей — на заполнителях плотных, пористых или
удовлетворяющих специальным требованиям (по биозащите, жаро-
стойкости, химической стойкости и др.). По зерновому сос-
таву — крупнозернистые — с крупным и мелким заполнителем,
мелкозернистые — только с мелким заполниелем. По усло-
виям твердения — естественного твердения, подвергнутый теп-
ловой обработке при атмосферном давлении, подвергнутый авто-
клавной обработке.
Бетоны, применяемые в несущих железобетонных конструкциях
и рассматриваемые в настоящем курсе, обозначаются сокращен-
ными названямшИ «тяжелый бетон» — бетон плотной структуры,
тяжелый, на цементном вяжущем, на плотных заполнителях (песча-
ник, гранит, диабаз и др.), крупнозернистый, твердеющий при лю-
бых условиях;  «бетон на пористых заполнителях»—то же, но на
пористых заполнителях (естественных или искусственных: пемза,
туф, перлит, керамзит и др.).
Характеристики прочности бетона. Известно, что разрушение об-
разца сжатого бетона начинается с развития так называемых
контактных трещин, т. е. трещин на площадках контакта между
цементным камнем и зернами заполнителя, что происходит при
достижении сжимающими напряжениями определенного значения
R°crc — нижней границы микроразрушений. Трещины развиваются
в основном вдоль усилий сжатия, но могут и слегка отклоняться
от этого направления. Этапы развития трещины в бетонной приз-
ме по мере увеличения нагрузки показаны на рис. 7.1, где даны
последовательные этапы разрушения бетона, полученные методом
математического моделирования на ЭВМ. Прочность бетона кон-
тролируют путем испытаний. Для каждого вида испытаний установ-
лены форма и размеры образцов (ГСТ 10180—78 «Бетоны, мето-
ды определения прочности на сжатие и растяжение»). Так, при
определении прочности на сжатие испытывают кубы, цилиндры и
половинки призм. Прочность на осевое растяжение можно опре-
делять испытанием образцов, имеющих форму цилиндров, призм или
восьмерок. Кроме прямого определения прочности на осевое растяже-
ние проводят испытания его при раскалывании и изгибе.
Для всех видов бетонов в качестве основного размера образ-
цов принимают 15 см. Так, при испытании на сжатие это куб с
размером ребра 15 см, на осевое растяжение — призма или вось-
166
мерка с поперечным сечением 15X15 см, на растяжение при изгибе—
призма размером 15Х 15X60 см, на растяжение при раскалывании —
куб с размером ребра 15 см или цилиндр диаметром и высотой
15 см. Скорость приложения нагрузки составляет 0,6±0,2 МПа/с При
испытаниях на сжатие и 0,05±0,02 МПа/с — при испытаниях
на растяжение. Допускается использование переходных коэффицие-
Рис. 7.1. Последовательные этапы развития трещин в бетонной
призме при сжатии
тов от одного вида прочности к другому. Например, эксперимен-
тально по особой методике можно определить переходый коэффици-
ент от прочности на сжатие к прочности на расстяжение при изгибе
для данного бетона и в дальнейшем оперативно контролировать толь-
ко прочность бетона на сжатие.
В соответствии со СНиП 2.03.01—84 «Бетонные и железобетон-
ные конструкции» в зависимости от назначения конструкций и ус-
ловий ик работы устанавливают показатели качества бетона, назы-
ваемые марками и классами.
Основные классы бетона. Класс бетона (определение понятий
«класс бетона» и «марка бетона» дано в ГОСТ 25192—82 «Бетоны.
Классификация и общие технические требования», с. 10) по проч-
ности на сжатие В определяется значением гарантированной
прочности R°, контролируемой на кубах 15Х 15Х 15 см в установлен-
ные сроки с обеспеченностью 0,95; это важнейший показатель и назна-
чается в проекте во всех случаях. Класс бетона по прочности
на осевое растяжение В, определяется значением гаранти-
167
рованной прочности на растяжение, определяемой на образцах-
восьмерках; назначается в случаях, когда эта характеристика имеет
главное значение и контролируется на производстве.
Основные марки бетона. Марка по морозостойкости F
назначается для конструкций, подвергающихся в увлажненном сос-
тоянии действию попеременного замораживания и оттаивания. Число
после буквы F соответствует количеству выдерживаемых циклов
замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии. Марка
по водонепроницаемости W назначается для конструкций, к
которым предъявляются требования непроницаемости. Число после
буквы W соответствует наибольшему давлению воды в кг/см2,
при котором еще не наблюдается просачивания воды через бетон.
Марка по средней плотности D назначается в тех случаях,
когда к бетону кроме конструктивных предъявляются требования
теплоизоляции. Если назначается марка D, то она должна контро-
лироваться на производстве. Число после буквы D соответствует
средней плотности бетона в кг/м3. Марка по самонапряжению
Sp назначается в случаях, когда эта характеристика имеет главное
значение. Обычно она используется для конструкций, выполненных
на напрягающем (расширяющемся) цементе. Если марка Sp
назначается, то она должна контролироваться на производстве. Она
определяется значением предварительного напряжения в бетоне (в
МПа), создаваемого за счет его расширения при наличии продольной
арматуры в количестве 1 %.
Для железобетонных инструкций предусматриваются следующие
классы и марки бетона:
классы по прочности на сжатие: для тяжелых (обычных) бето-
нов — В7, 5; BIO; В12, 5; В15; В20; В25; ВЗО; В50; В55; В60; иногда
(если это дает экономию цемента) можно применять промежуточные
классы В22,5 и В27,5; для мелкозернистых бетонов: вида А (на песке с
модулем крупности 2,1 и более) -- В7,5; BIO; В12, 5; В15; В20; В25;
ВЗО; В35; В40; вида Б (на песке с модулем крупности менее 2,1) —
В7,5; В10; В15; В12,5; В20; В25; ВЗО; вида В (на песке с модулем
крупности не менее 1, подвергнутые автоклавной обработке) —
В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60, допускаются
промежуточные классы В22,5 и В27,5; для легких бетонов — В2,5;
В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40, а также
промежуточные классы В22,5 и В27,5;
классы прочности на осевое растяжение: для всех бетонов —
В, 0,8; В,1,2; Btl,6; В,2; В,2,4; В,2,8; Bt3,2;
марки по морозостойкости: для тяжелых (обычных) и мелкозер-
нистых бетонов - F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; для
легких бетонов — F25; F35; F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400;
F500;
марки по водонепроницаемости: для всех бетонов - W2; W4;
W6; W8; W10; W12; для зданий и сооружений систем водоснабже-
ния, канализации в основном применяют бетоны марок W4 и W6;
168
марки по средней плотности для тяжелых (обычных) бетонов--
D2200; D2300; D2500; для мелкозернистых бетонов — D1800; D1900
D2000; D2100; D2200; D2400; для легких бетонов D800; D900;
D1000; D1200; D1400; D1300; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900;
D2000; D2100; D2200;
марки по самонапряжению (для бетонов на напрягающем цемен-
те) — от Sp0,6 до Sp4.
Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжа-
тие, назначается при проектировании исходя из возможных реаль-
ных сроков фактического загружения конструкции проектными
нагрузками, а также способа возведения и условий твердения
бетона. Если таких данных нет, то устанавливают класс, исходя из
возраста 28 сут. Выбор оптимального класса бетона производится на
основании технико-экономического анализа в зависимости от вида
конструкции. Для железобетонных сжатых стержневых элементов
рекомендуется класс бетона не ниже В15, для сильно нагруженных
элементов (например, колонны нижних этажей многоэтажных зда-
ний, колонны под значительные крановые нагрузки) — не ниже В25;
для железобетонных элементов, подверженных многократно повторя-
ющейся нагрузке,- не ниже В15.
Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости в
зависимости от режима эксплуатации железобетонных конструкций
и значений расчетных зимних температур наружного воздуха в рай-
оне строительства должны приниматься не ниже указанных в СНиП
2.03.01—84, а для конструкций зданий и сооружений систем водо-
снабжения и водоотведения — не ниже указанных в СНиП П-31--74
(пп. 13.22, 13.23). В частности, требуемые для сооружений II клас-
са марки бетона по морозостойкости для надземных частей гради-
рен, для лотков, облицовки откосов прудов - от F100 до F300 (в
зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха),
для стен и наружных конструкций открытых емкостных сооружений
(отстойников) и других сооружений с постоянным горизонтом во-
ды — от F75 до F200, для стен и покрытий резервуаров, элементов
камер и колодцев — от F50 до F150, для емкостей и конструкций,
расположенных в отапливаемых помещениях или заглубленных в
грунт ниже глубины промерзания, - от F50 до F75. Требуемые мар-
ки бетона по водонепроницаемости зависят от градиента напора (от-
ношение величины гидростатического напора к толщине конструкции,
м); при градиенте напора до 30 принимают марку W4, при градиентах
30...50— марку W6.
Для замоноличивания стыков элементов сборных конструкций,
которые в процессе эксплуатации или монтаже могут подвергаться
воздействию отрицательных температур наружного воздуха, следует
применять бетоны проектных марок по морозостойкости и водонепро-
ницаемости не ниже принятых для стыкуемых элементов.
При длительном действии нагрузки (напряжения о,) бетон
за счет развивающихся в нем структурных изменений имеет
169
меньшую прочность по сравнению с временным сопротивле-
нием осевому сжатию Rb. Предел длительного сопротивле-
ния зависит от ряда факторов и в первом приближении со-
ставляет Ri—(0,75...0,85)XRb- Однако если конструкция экс-
плуатируется в условиях, благоприятных для твердения бето-
на, и Rb растет, т. е. уровень напряжений о;/Rb снижается,
то снижения прочности может и не происходить. При многократно
повторных нагрузках (миллионы циклов) прочность бетона также
заметно снижается и определяется пределом выносливости, завися-
щим от ряда факторов, причем минимальное значение предела
выносливости равно около 50 % от призменной прочности Rb-
Бетой обладает характерным свойством уменьшаться в объеме
при твердении в воздушной среде. Это свойство бетона называет-
ся усадкой. Противоположное его свойство — увеличиваться в объ-
еме при твердении в воде — называют набуханием. Бетоны, изготов-
ленные на специальных цементах, не имеют усадки. Процесс усадки
бетона связан с физико-химическими особенностями гидратации це-
ментного камня. Поэтому усадка, как и гидратация, проходит наи-
более интенсивно в начальный период твердения бетона, затем
постепенно замедляется. Вследствие усадки возможно появление
усадочных напряжений и усадочных трещин в поверхностных слоях
бетона. Даже при обеспечении равномерной по толщине усадим
могут появляться усадочные напряжения на поверхности зерен
заполнителя (так как эти зерна препятствуют свободной усадке це-
ментного камня). В этих условиях и возникают контактные трещины,
т. е. трещины на площадках контакта между цементным кам-
нем и зернами заполнителя. Для уменьшения усадочных напряжений
применяют меры как технологического характера (например, специ-
альный подбор состава, увлажнение поверхности бетона), так,,и
конструктивного (в частности, устройство при большой протяжен-
ности конструкций так называемых деформационных швов). г
Рассмотрим обычное (кратковременное) испытание бетонного
образца. Если после каждого приращения нагрузки выдерживать
образец некоторое время при напряжении о'ь, то диаграмма «напря-
жение— деформация» (пунктир на рис. 7.2) будет иметь ступенча-
тый вид. Наклонные участки диаграммы описывают мгновенные (уп-
ругие) деформации, соответствующие линии 1. Горизонтальные пун-
ктирные участки являются проявлением характерного свойства бе-
тона, называемого ползучестью. Она выражается в нарастаНИи
деформации бетона во времени при действии постоянной нагруз®и.
Полная деформация бетона складывается из упругих деформаций
ее/ и деформаций ползучести есгр. Если приложить относительно
высокие напряжения о"ь, приближающиеся к призменной прочности
Rb, то вследствие развития трещин в структуре бетона процефс
деформирования перестает быть упругим даже при очень быстром
(мгновенном) нагружении; наклонные участки диаграммы искривля-
ются и появляется третье слагаемое есгс, связанное с деформациями
170
Рис. 7.2. Диаграмма зависимости
а - е. при сжатии и растяжении бе-
тона:
/- упругие деформации; 2 полные де-
формации при ступенчатом нагружении;
3 - то же. яри непрерывном нагруже-
нии
трещинообразования в структуре бетона. Таким образом, полная
деформация бетона
®=8rf-|-ecrp+eCrC.	(7.1)
Если прикладывать нагрузку небольшими ступенями или осуще-
ствить непрерывное нарастание, то зависимость о—е превращается
в плавную кривую, показанную
линией 2 на рис. 7.2. При
нагружении бетонного образца до
определенной величины напряже-
ний и последующем фиксировании
нагрузки на длительное время
деформации ползучести будут на-
растать непрерывно, но с постепен-
но затухающей скоростью. Они
состоят из двух компонент:  ли-
нейной, когда деформации ползу-
чести прямо пропорциональны
действующим напряжениям; ли-
нейная компонента связана с осо-
быми свойствами цементного геля;
 нелинейной, обусловленной
главным образом развитием тре-
щин в структуре бетона; нелиней-
ная компонента становится замет-
ной лишь при относительно высо-
ких напряжениях (порядка 0,5
/?(,). Деформации ползучести при
условно-линейными.
Наблюдаемые непосредственно
деформации бетона зависят от ряда факторов. В первом приближе-
нии предельные деформации равны: при центральном сжатии еь.и=
= 2-10~3, в сжатой зоне при изгибе е *,«=3-10—3, при растяжении
е ft„=0,l5-10-3.
Начальный модуль упругости бетона при сжатии Еь характеризует
упругие деформации при мгновенном загружении и может быть ин-
терпетирован как тангенс угла «о наклона линии о—е в
начале координат. Существует также модуль деформаций бетона
Е'ь при сжатии, который характеризует полные деформации и
определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой о—е в
точке с заданным напряжением. Между обоими модулями существу-
ет соотношение Е'ь=уЕь, где v=ec//e(> - коэффициент упругих
деформаций бетона, представляющий собой отношение упругих де-
формаций к полным деформациям. Некоторые значения начально-
го модуля упругости бетона в зависимости от его класса и вида
тепловой обработки приведены в табл. 7.1.
меньших напряжениях считают
перед разрушением предельные
171
Таблица 7.1. Начальные модули упругости тяжелого бетона
при сжатии и растяжении Ел-Ю”3, МПа
Бетон	Класс бетона по прочности на сжатие					
	Bill	В12,5	В 15	В20	В25	ВЗО
Естественного твердения	18,0	21,0	23,0	27,0	30,0	32,5
Подвергнутый тепловой обработке при атмос- ферном давлении	16,0	19,0	20,5	24,0	27,0	29,0
Продолжение
Бе) он	Класс бетона но прочное! и на сжат не					
	В35	В 4(1	В 45	В50	В55	В60
Естественного твердения	34,5	36,0	37,5	39,0	39,5	40,0
Подвергнутый тепловой обработке при атмос- ферном давлении	31,0	32,5	34,0	35,0	35,5	36,0
Влияние температуры на бетон. При систематическом воздейст-
вии на бетон повышенных температур (до 200° С) его прочность
может снизиться до 30 %. При длительном действии более высоких
температур (500...600° С) и последующем охлаждении бетой может
полностью разрушиться, поэтому для конструкций, испытывающих
воздействие высоких температур, применяют специальные жаро-
стойкиебетоны.
7.2.	АРМАТУРА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Назначение и классификация арматуры. Арма-
туру железобетонных конструкций по ее назначению делят:  на ра-
бочую, т. е. устанавливаемую по расчету для восприятия действую-
щих усилий;  монтажную, устанавливаемую по конструктивным
или технологическим соображениям;  распределительную, приме-
няемую в основном в плоских сетках для более равномерного распре-
деления напряжений в железобетоне. Обычно рабочую и монтажную
арматуру объединяют в сварные или вязаные сетки и каркасы. Кроме
того, арматуру делят по ее профилю:  на гладкую;  периодическо-
го профиля. Причем последнее делается для улучшения сцепления с
бетоном (рис. 7.3).
В зависимости от способа применения различают арматуру:
 напрягаемую — для создания предварительно напряженных кон-
струкций;  ненапрягаемую — для армирования обычных железобе'-
тонных конструкций.
Классы арматурной стали. По своим механическим свойствам
арматурная сталь подразделяется на ряд классов. Нормами преду-
172
смотрены следующие классы арматуры:  стержневая горячеката-
ная классов A-I, А-П, Ас-1Г, А-Ш, A-IV, A-V, A-VI (арматура клас-
са A-I гладкая, остальных классов периодического профиля);  стер-
жневая, термомеханически и термически упрочненная, классов Ат-
ШС, Ат-IVC, At-1VK, At-V, Ат-VC, At-VCK, At-VI, At-V1K (перио-
дического профиля);  холоднотянутая проволока, классов Вр-1
Рис. 7.3. Общий вид арматуры периодического профиля:
а — стержневая (класс А-Н); б - стержневая (класс А-Ш и выше); в — высоко-
прочная проволока; г — арматурный канат
обыкновенная периодического профиля), В-П (высокопрочная
гладкая), Вр-П (высокопрочная периодического профиля);  ар-
матурные канаты — спиральные семипроволочные класса К-7, де-
вятнадцатипроволочные класса К-19.
В железобетонных конструкциях допускается применять арма-
туру других видов, в том числе упрочненную вытяжкой на пред-
приятиях строительной индустрии стержневую арматуру класса А-
111в, а также в качестве конструктивной арматуры — обыкновенную
гладкую проволоку класса В-1.
Кроме того, нормы допускают применение новых видов армату-
ры, непрерывно осваиваемых промышленностью. В обозначениях
термомеханически упрочненной арматуры индекс «С» указывает на
возможность стыкования стержней арматуры, а индекс «К» — на
ровышенную стойкость против коррозионного растрескивания. Если
цет необходимости конкретно указывать вид арматуры, то для крат-
кости употребляют обозначения классов арматуры без буквенных
индексов, например, A-IV, подразумевая под этим обозначением
классы A-IV, Ат-IVC, At-IVK и т. п. Основой для разделения арма-
турных сталей на классы служит величина ее предела текучести
Цу (физического или условного т. е. соответствующего остаточному
относительному удлинению 0,2 %).
* Индекс «с» (северного исполнения) употребляется для арматурной стали
Марки 10ГТ, применяемой в суровых климатических условиях.
173
Пуги экономии арматурной стали в железобетонных конструк-
циях. Самым эффективным направлением снижения расхода металла
является применение для арматуры более прочной стали, которая,
как правило, сочетается со снижением себестоимости и энергоемкос-
ти. Значительная (более 30 %) экономия при переходе от арматуры
класса A-I к классу A-II или от A-II к А-Ш. В предварительно
напряженном железобетоне значительная экономия достигается при
использовании высокопрочной арматуры классов A-V, A-VI, Ат-V и
At-VI вместо арматуры класса A-IV. Существенная экономия стали
(20 % и более) может быть достигнута в изделиях за счет улучше-
ния конструктивных решений.
Механические свойства арматурных сталей и их применение в
железобетонных конструкциях. Сталь класса A-I диаметром 6...22 мм
имеет сравнительно невысокий предел текучести (0^=240 МПа)
и допускается для применения в основном для поперечной армату-
ры линейных элементов, для конструктивной и монтажной арматуры.
Сталь класса А-Ш и Ат-ШС диаметром 6...40 мм (о!/=400 МПа)
рекомендуется для применения в качестве основной арматуры для
конструкций без предварительного напряжения. Стали классов A-IV,
Ат-IVC, A-V, Ат-V, A-VI, At-VI все диаметром 10...32 мм имеют доста-
точно высокие значения ау (600... 1000 МПа) и применяются в качест-
ве основной арматуры преднапряженных элементов (в основном при
их длине до 12 м включительно). Сталь класса Вр-I диаметром 3...
5 мм применяется в качестве ненапрягаемой арматуры, а классов В-П
диаметром 4...8 мм, Вр-П диаметром 5...8 мм, К-7 диаметром 6...15 мм,
К-19 диаметром 14 мм — в качестве напрягаемой арматуры (в основ-
ном при длине элементов более 12 м).
В системах водоснабжения и канализации многие железобетон-
ные конструкции находятся под давлением жидкостей. Для таких ,
конструкций в качестве ненапрягаемой арматуры следует использо-
вать преимущественно горячекатаную арматурную сталь классов A-II
и A-I. Допускается также применять для этих целей горячекатаную
арматурную сталь класса А-Ш, обыкновенную арматурную проволо-
ку класса Вр-1.
В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных
элементов, находящихся в системах водоснабжения и канализации
под давлением жидкостей, следует преимущественно применять высо-
копрочную арматурную проволоку классов В-П, Вр-П и ар-
матурные канаты классов К-7 и К-19, термомеханически
и термически упрочненную сталь классов Ат-VI, At-VIK, At-V, Ат-VC
и Ат-VCK, горячекатаную арматурную сталь классов AVI и А-V. До-
пускается также применять для этих целей горячекатаную арма-
турную сталь класса A-IV, термомеханически упрочненную сталь
класса Ат-IVK, арматурную сталь, упрочненную вытяжкой, клас-
са А-Шв.
174
Значения модуля упругости арматурной стали в зависимости от
je класса даны в табл. 7.2.
Таблица 7.2. Модули упругости арматуры
Класс арматуры	A-I А-11	А-Ш Б-11 Б р-11	A-IV A-V A-VI	А-1Пв К-7 К-19	Бр-1
J>10~3, МИ а	210	200	190	180	170
Сортамент арматуры приведен в табл. 7.3. Он составлен по
номинальным диаметрам, т. е. по диаметрам гладких стержней, рав-
зовеликих по площади сечения стержню периодического профиля,
зли по диаметру до профилирования (для проволочной арматуры).
Расчетные площади сечений и масса арматуры приведены в табл. 7.4.
Арматурные изделия (сварные каркасы и сетки). Для изготовле-
ния конструкций используют арматурные изделия в виде сварных
каркасов и сеток (рис. 7.4). Эти изделия изготовляют обычно за-
зодским способом с помощью контактной точечной электросварки.
Сварные рулонные сетки изготовляют из арматуры
’•классов Вр-I и А-Ш при диаметре продольных стержней не более
5 мм. Максимальная ширина рулонных сеток составляет 3,5 м. Свар-
•тво которой должно быть расширено или освоено.
175
Таблица 7.4. Расчетные площади поперечных сечений и масса арматуры
/Тиаметр, мм	Расчетные плошал г			поперечного		сечения, см2,		ри числе стержней			Масса 1 м дл ииы, кг
3	0,071	0,14	0,21	0,28	0,35	0,42	0,49	0,57	0,64	0,71	0,055 (0,051)
4 5	0,126 0,196	0,25	0,38	0,5	0,6	0,76	0,88	1,01	1,12	1,26	0,098 (0,09)
		0,39	0,59	0,79	0,98	1,18	1,37	1,57	1,77	1,96	0,154 (0,139)
											
6	0,283	0,57	0,85	0,18	1,42	1.7	1,98	2,26	2,55	2,83	0,222
7	0,385	0,77	1.15	1,54	1,92	2,31	2,69	3,08	3,46	3,85	0,302
8	0,503	1,01	1,51	2,01	2,51	3,02	3,52	4,02	4,53	5,03	0,395
9	0,636	1.27	1,91	2,54	3,18	3,82	4,45	5,09	3,72	6,36	0,499
10	0,685	1,57	2,36	3,14	3,93	4,71	5,5	6,28	7,07	7,85	0,617
12	1,131	2,26	3,39	4,52	5,65	6,79	7,92	9,05	10,18	11,31	0,888
14	1,539	3,08	4,62	6,16	7,79	9,23	10,77	12,31	13,85	15,39	1,208
16	2,011	4,02	6,03	8,04	10,05	12,06	14,07	16,08	18,1	20,11	1,578
18	2,545	5,09	7,63	10,18	12,72	15,27	17,81	20,36	22,9	25,45	1,998
20	3,142	6,28	9,41	12,56	15,71	18,85	21,99	25,14	28,28	31,42	2,466
22	3.801	7,6	11,4	15,2	19	22,81	26,61	30,41	34,21	38,01	2,984
25	4,909	9,82	14,73	19,63	24,54	29,45	34,36	39,27	44,13	49,09	3,853
28	6,158	12,32	18,47	24,63	30,79	36,95	43,1	49,26	55,42	61,58	4,834
32	8,042	16,08	24,13	32,17	40,21	48,25	56,3	64,34	72,38	80,42	6,313
36	10,18	20,36	30,54	40,72	50,9	61,08	71,26	81,44	91,62	101,8	7,99
40	12,56	25,12	37,68	50,24	62,8	75,36	87,92	100,48	113,04	125,5	9,87
Примечание. В скобках дана масса проволоки Bp -1.
Рис. 7.4. Типы сварных сеток:
а с рабочей арматурой в продольном направлении; б го же, в двух взаимно перпен-
дикулярных направлениях
ные плоские сетки имеют размеры до 2,5X9 м. Сортамент плоских
сварных сеток довольно обширен, однако для унификации и типиза-
ции рекомендованы четыре сварные сетки с шагом продольных и
поперечных стержней 200X 600, 200 X 300, 200 X 200 и 100 X 300 мм.
Сетки 200Х 600, 200Х300 и 100Х 300 мм рекомендуются с рабочей ар-
матурой 10...32 мм в продольном направлении, а 200X200 мм — в
двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем в продольном
176
направлении рекомендуется арматура диаметром 10...25 мм, а в попе-
речном 6...14 мм.
Установлено, что наиболее экономичны сетки 200X600 мм. Они
Предназначены в основном для армирования монолитных железобе-
тонных конструкций, а также сборных, преимущественно плитных
конструкций нулевого цикла (фундаментные плиты и т. д.). Сетки
100X300 мм рекомендуется применять для армирования сборных
железобетонных конструкций. Сетки 200 X 300 мм используют в сбор-
ном и монолитном железобетоне. Сетки 200X200 мм с рабочей
арматурой в двух направлениях следует применять только в подош-
вах монолитных фундаментов под колонны при площади армиро-
вания до 15 м2 и шириной до 3 м. В этом случае подошву фун-
дамента целесообразно армировать одной сеткой.
Сварные каркасы изготовляют плоскими, они состоят из
продольных и поперечных стержней, причем продольные стержни мо-
гут располагаться с одной или двух сторон в один или два ряда по
высоте. С целью удобства транспортировки и установки плоские кар-
касы обычно объединяют в пространственный каркас путем при-
варивания дополнительных поперечных стержней. Стержни попереч-
ного направления в сварных сетках и каркасах служат анкерами,
обеспечивающими совместную работу арматуры и бетона. Если же
устанавливают отдельные стержни гладкой арматуры, то их концы
обязательно нужно загибать, создавая крюки на концах стержня,
являющиеся своего рода анкерами.
При использовании предварительного напряжения часто на кон-
цах арматурных элементов устанавливают специальные анкерные
устройства. Требуемое количество анкеровки арматуры в бетоне про-
веряют расчетом.
Для соединения железобетонных элементов между собой, а
также для крепления к ним технологических коммуникаций и уст-
ройств в настоящее время применяют металлические сварные зак-
ладные детали, состоящие обычно из двух основных элементов —
пластин и анкеров. Пластины выполнены из листа или полосы, ан-
керы — из стержней круглых гладких или периодического профиля,
присоединяемых к пластинам сваркой. Размеры пластин сварных
закладных деталей принимаются большей частью не по условиям
прочности, деформативности, коррозионной стойкости, а исходя
из возможности размещения и приваривания к ним анкеров, рас-
положения сварных швов. Производство сварных закладных дета-
лен весьма трудоемко. Сварные закладные детали в основном уни-
фицированы, что позволяет несколько снизить расход металла на де-
тали и трудоемкость их изготовления. В качестве примера на
рис. 7.5 приведены унифицированные закладные изделия железобе-
тонных конструкций для крепления технологических коммуникаций
и устройств.
. Для дальнейшего снижения металло-, энерго- и трудоемкости из-
готовления закладных деталей весьма эффективно изготовление их
177
методом холодной штамповки. Штампованные закладные детали
изготовляют единым элементом, часть его выполняет роль полосовых
анкеров. Отгиб анкерных частей и выдавливание на них сферичес-)
ких выступов, усиливающих анкеровку деталей в бетоне, осуществляв
ются в процессе штампования. Сокращение размеров закладных
деталей позволяет экономить металл, а отсутствие операций по
Рис. 7.5. Унифицированные закладные детали для
крепления технологических коммуникаций и устрой-
ств
сварке в несколько раз снижает трудозатраты и энергоемкость
конструкций.
Анкеровка, перегибы и стыки арматуры. Анкеровка арматуры
в бетоне обеспечивается:  при использовании сварных сеток и кар-
касов за счет надежного соединения стержней в местах их переселе-
ния;  в случае применения отдельных стержней — за счет установ-
ки арматуры периодического профиля (если используют отдельные
стержни гладкой арматуры, то их концы обязательно загибают, соз-
давая крюки). Чтобы предотвратить резкую концентрацию напря-
жений в бетоне в местах перегибов арматуры, перегибают стержни по
дуге окружности не менее 10 ds. В легком бетоне в местах перегиба
устанавливают поперечные коротыши.
Стыки арматуры выполняют в основном на сварке. При этом в
заводских условиях для арматуры классов A-I...A-V применяют ^н-
тактную сварку встык. При сварке во время монтажа сборных
железобетонных конструкций (например, сварка выпусков арм^у-
ры) используют дуговую ванную сварку в инвентарных формах, а при
диаметре стыкуемых стержней более 20 мм применяют стальные
накладки, привариваемые к обоим стержням дуговой сваркой. ’
При изготовлении закладных деталей железобетонных конструк-
ций приходится осуществлять соединения втавр стержней, служа-
щих для анкеровки деталей в бетоне, со стальной пластийЬй.
Такое соединение должно осуществляться автоматической сваркой
под слоем флюса.	1
Стыки арматуры в теле железобетонного элемента могут-’вы-
полняться внахлестку (без сварки) — для стержневой арматуры
классов A-I... А-Ш в тех местах, где прочность арматуры исйоЛь-
178
зуетсяне полностью, причем необходимо перепустить концы стержней
на 20...50 диаметров. Если таким способом стыкуются не отдельные
стержни, а сварные сетки, то в растянутой зоне в каждой из
соединяемых сеток (если они из гладкой арматуры) на длине
перепуска должно быть не менее двух поперечных стержней, прива-
ренных ко всем продольным стержням сетки. Плоские сварные
каркасы стыкуются внахлестку только при одностороннем располо-
жении рабочих стержней и выполняются так же, как и стыки сварных
сеток; при этом на длине перепуска каркасов должна устанав-
ливаться дополнительная поперечная арматура с шагом не более
5'd (d — диаметра продольной арматуры). Все описанные стыки стер-
жневой арматуры внахлестку следует располагать вразбежку. Не
допускается сварка высокопрочной арматурной проволоки, прядей и
канатов.
7.3.	ЖЕЛЕЗОБЕТОН
Сцепление арматуры с бетоном является очень
важным свойством железобетона, так как оно обеспечивает работу
материалов, входящих в состав железобетона. Исследования показы-
вают, что при выдергивании стржня из бетона касательные напряже-
ния сцепления распределяются неравномерно (рис. 7.6). Среднее
(условное) напряжение сцепления опреде-
ляют как отношение усилия в стержне Р к по-
верхности анкеровки (заделки):
Тб — P/(lanU),	(7.2)
где 1ап — длина анкеровки стержня; и —
его периметр.
Для бетона средней прочности и гладкой
арматуры Т(,= 2,5...4 МПа, при арматуре пе-
риодического профиля — примерно в 2 раза
больше; прочность сцепления возрастает с
увеличением прочности бетона. При недоста-
точной длине анкеровки концы стержней
снабжают коротышами и шайбами, а для
арматуры класса A-I устраивают крюки на
концах стержня.
Рис. 7.6. Сцепление арма-
туры с бетоном:
а арматурный стержень в
бетоне; б — эпюра касатель-
ных напряжений сцепления
. Усадка и ползучесть железобетона. Железобетон, как и бетон,
подвержен усадке и ползучести. Благодаря сцеплению как арматура,
так и бетон деформируются совместно, причем наличие арматуры
препятствует свободному протеканию усадки и ползучести. При усад-
ке бетона в арматуре возникает сжатие, а в бетоне — растяжение.
Растягивающие напряжения в бетоне тем больше, чем больше
количество арматуры. При проектировании протяженных железобе-
тонных конструкций устраивают усадочные швы, которые предупреж-
дают появление усадочных трещин в бетоне. В условиях ползучести
бетона под длительно действующей нагрузкой происходит перерас-
пределение напряжений между бетоном и арматурой. В сжатых
железобетонных элементах усадка и ползучесть производят одина-
ковый эффект, уменьшая сжимающие напряжения в бетоне
и увеличивая их в арматуре. За счет ползучести бетона оба
материала деформируются совместно вплоть до стадии разруше-
ния, несмотря на значительную разницу в их предельных дефор-
мациях.
Ползучесть оказывает положительное влияние на работу коротких
сжатых железобетонных элементов, позволяет полностью использо-
вать прочность бетона и арматуры. В изгибаемых (а также гибких
сжатых) железобетонных элементах ползучесть вызывает увеличение
прогибов; в гибких сжатых элементах за счет этого может снизиться
несущая способность.
Влияние температуры на железобетон. При систематическом воз-
действии на бетон повышенных температур (до 200° С) его проч-
ность может снизиться на 30%. При длительном действии более
высоких температур (500...600° С) и последующем охлаждении бетон
может полностью разрушиться. При кратковременном действии вы-
соких температур и огня (пожар) железобетон может в течение
нескольких часов сохранить свою несущую способность. Предел
огнестойкости (ч) зависит от размеров и конструктивной схемы желе-
зобетонного элемента, вида арматуры и особенно от толщины защит-
ного слоя бетона, который предохраняет арматуру от непосредствен-
ного действия огня.
Коррозия железобетона. Если бетон имеет недостаточную плот-
ность, то при фильтрации воды (особенно мягкой) растворяется
составная часть цементного камня — гидрат оксида кальция. Кор-
розия бетона возникает также под действием кислых газов . (в
сочетании с повышенной влажностью), растворов солей, кислот и г. д.
Довольно агрессивны также некоторые грунтовые воды и морская
вода. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций опреде-
ляется плотностью бетона и степенью агрессивности среды. Для
защиты железобетонных конструкций от коррозии в зависимости
от вида и степени агрессивности среды следует повышать плот-
ность бетона и снижать его фильтрующую способность за счет приме-
нения специальных добавок, увеличивать толщину защитного слоя.
Защитный слой бетона играет большую роль в обеспечении сов-
местной работы бетона и арматуры, в защите арматуры от кор-
розии и от действия высоких температур. Для продольной рабочецар-
матуры толщина зашитого слоя должна быть не менее диаметра
стержня (каната) и не менее: 10 мм — в плитах и стенках толщи-
ной до 100 мм; 15 мм — в плитах и стенках толщиной более 100 мм,
в балках и ребрах высотой до 250 мм; 20 мм — в балках и реб-
рах высотой 250 мм и более, а также в колоннах; 30 мм — в фун-
даментных балках и сборных фундаментах (в монолитных фундамен-
тах 35...70 мм). Для поперечной и монтажной арматуры защитный
180
слой при высоте элемента /г<250 мм должен составлять не менее
10 мм, при /1^250— не менее 15 мм.
Железобетонные конструкции, подверженные воздействию высо-
ких температур или агрессивной среды, должны иметь увеличен-
ный защитный слой бетона (принимается по специальным норматив-
ным документам).
Предварительно напряженный железобетон. Железобетонные
конструкции, в которых в процессе изготовления создаются искус-
ственные предварительные напряжения в бетоне и арматуре, назы-
вают предварительно напряженными (или, сокращенно, преднап-
ряжеными). Предварительные напряжения в бетоне являются сжи-
мающими, в арматуре — растягивающими. Идея создания предвари-
тельно напряженного железобетона заключалась в том, чтобы бетон,
плохо работающий на растяжение, путем искусственного напряжения
заставить работать на сжатие. Предварительное напряжение значи-
тельно увеличивает трещиностойкость конструкций и снижает их де-
формации, а также позволяет успешно использовать высокопрочные
бетон и арматуру, применение которых в обычном железобетоне
является малоэффективным.
Переход к предварительно напряженным конструкциям значи-
тельно расширил область применения железобетона за счет уве-
личения пролетов, уменьшения сечений, возможности широкого при-
менения железобетона в растянутых и сложно напряженных элемен-
тах и конструкциях (трубы, резервуары, отстойники, плавучие доки,
корпуса атомных реакторов и др.). Применение высокопрочных мате-
риалов позволило существенно снизить материалоемкость железобе-
тонных конструкций и добиться их удешевления.
Способы создания предварительного напряжения. Существует
два способа создания предварительных напряжений в арматуре:
натяжение на упоры и натяжение на бетон. Натяжение на упоры
является более индустриальным и поэтому чаще применяется в
заводском производстве преднапряженных железобетонных конст-
рукций. При этом способе арматуру устанавливают в форме до
бетонирования, один конец закрепляют домкратом (или другим
приспособлением), натягивают другой конец до заданных напряже-
ний (механическое натяжение). После того как бетон уложен и наб-
рав определенную передаточную прочность Rbp, арматуру отпускают с
упоров, вследствие чего напряжения с арматуры передаются на
бетон (рис. 7.7, а, б), стремясь обжать его. Вместо домкратов
можно воспользоваться электронагревом (до 300...400 °C) арматур-
ных стержней с заранее высаженными головками (электротерми-
ческий способ). Сразу после нагрева стержней их свободно укладыва-
ют в упоры, препятствующие их укорочению при остывании, в резуль-
тате чего в остывших стержнях устанавливаются предварительные
растягивающие напряжения. Недостатком этого способа является
его значительная энергоемкость по сравнению с напряжением на
упоры.
181
Менее индустриальным способом является натяжение на бетон.
Оно применяется в основном на строительных площадках для из-
готовления крупноразмерных конструкций или для укрупнительной
сборки составных конструкций из элементов заводского изготов-
ления. При этом способе вначале изготовляется чисто бетонный
или слабо армированный элемент (рис. 7.7, в), после того как бетон
набрал передаточную прочность Rbp,
арматуру заводят в каналы (об-
разованные еще при бетонировании с
помощью специальных шлангов или
труб) и напрягают домкратами, ис-
пользуя в качестве упоров сам бе-
тонный элемент. Затем каналы инъе-
цируют мелкозернистым бетоном под
давлением для улучшения сцепления
арматуры с бетоном.
Материалы для преднапряжен-
ных конструкций. В качестве мате-
риалов для преднапряженных конст-
рукций применяют стержневую ар-
матуру периодического профиля
/	/
7	<Sp
Рис. 7.7. Способы предварительно
го напряжения:
а, б натяжение на упоры; в, г на-
тяжение на бетон; 1 упоры; 2 фор-
ма; 3 арматура; 4 - домкрат; 5 зат-
вердевший бетон; 6, 7 канал; 8 ан-
кер
классов A-IV, Ат-lV, A-V, At-V,
A-V1, Ат-Vl, проволочную классов
В-11, Вр-Н и арматурные канаты
классов К-7, К-19. По возможности
следует применять арматуру с более высокими прочностными ха-
рактеристиками, при длине элементов более 12 м применяют преи-
мущественно проволочную арматуру и арматурные канаты.
Основные принципы конструирования преднапряженных элемен-
тов. Для обеспечения надежной передачи усилии с арматуры на
бетон на концах арматурных элементов часто приходится устанав-
ливать анкерные устройства, а сами концы железобетонного элемента
усиливать. В частности, у концов предварительно напряженных эле-
ментов устанавливают дополнительную поперечную или косвенную
арматуру (сварные сетки, охватывающие все продольные стержни
арматуры, хомуты и другие элементы с шагом 5... 10 см). Эту
арматуру располагают на длине участка не менее 20 см, если
арматура без анкеров, а при наличии анкерных устройств —
на участке, равном двум длинам этих устройств.
Установка анкеров является обязательной у концов арматуры,
натягиваемой на упоры .при недостаточном ее сцеплении с бетоном
(гладкой проволоки, многонрядных канатов); при этом анкерные
устройства должны обеспечивать надежную заделку арматуры в бе-
тоне. В преднапряженных элементах применяют различные виды ан-
керных устройств. В частности, для натяжения и закрепления на упо-
рах арматурных стержней используют приваренные к ним коротыши и
шайбы (рис. 7.8, а, б), нарезку накатом без ослабления сечения,
182
высаженные головки различной формы (рис. 7.8, в). Применяют так-
же спецальные цанговые захваты (рис. 7.8, г) — для стержневой
и канатной арматуры, а также петли и коротыши—для высоко-
прочной гладкой проволочной арматуры.
При натяжении арматуры на бетон применяют заводские гильзо-
вые анкеры для арматурных пучков (рис. 7.8, <?). При протяжке че-


Рис. 7.8. Анкеровка напрягаемой арматуры в предварительно напряженных эле-
митах:
/Ч-- напрягаемая арматура; 2— коротыши; 3 шайба; 4 - цанговый зажим; 5 - зажимы для
приволок; 6— упор; 7 анкерная пробка; 8 — обойма (стальная илн железобетонная);
9— обжимаемая конструкция; 10— натягиваемая проволока; //— полость, заполненная при
зййрессовке анкерной пробки; 12 — полость домкрата, заполняемая при натяжении арма-
туры; 13— обжимное колыю: 14— гильза; 15— стержень с нарезкой; 16— пучок
рез обжимное кольцо материал гильзы достигает предела текучести
ИЗапрессовывает проволоки пучка. После натяжения арматуры анкер
•Закрепляют гайкой концевого стержня, затягиваемой до упора в
бетонную поверхность. Можно закреплять арматурный пучок и сталь-
ной конической пробкой с помощью домкрата двойного действия
(рис. 7.8, е). Вначале домкрат, упирась в бетонную поверхность,
натягивает арматурный пучок, а затем вторым поршнем
запрессовывает пробку, закрепляя растянутую арматуру.
:нВ центрально-растянутых элементах напрягаемую арматуру раз-
мешают равномерно по сечению, чтобы равнодействующая усилий
обжатия была приложена в центре сечения. Изгибаемые элементы
проектируют так, чтобы сечение имело по возможности раз-
витую сжатую и растянутую зоны бетона (тавровые, двутавровые.
183
коробчатые сечения). Основную напрягаемую арматуру Sp пло-
щадью сечения Ар располагают в растянутой зоне и предусматри-
вают, кроме того, напрягаемую арматуру S'p площадью сечения А'р,
чтобы А'р=0,2 Ар. Арматура обычно требуется для обеспечения
трещиностойкости верхней зоны, которая при изготовлении может
оказаться растянутой.
Если в изгибаемом элементе действуют значительные поперечные
силы, то на приопорных участках можно подвергнуть предваритель-
ному напряжению и поперечную арматуру (хомуты), существенно
увеличивая трешиностойкость наклонных сечений балки за счет воз-
никающего при этом двухосного предварительного напряжения.
Кроме напрягаемой арматуры Sp и S'p устанавливают обычную (не-
напрягаемую) арматуру S и S' из условия прочности элемента в
процессе изготовления, транспортировки и монтажа; при этом ненап-
рягаемая арматура располагается ближе к наружной поверхности
элемента.
Величина предварительного напряжения, контролируемого при
изготовлении преднапряженных конструкций, нс должна быть слиш-
ком низкой, иначе эффект предварительного напряжения будет со
временем утрачен вследствие неизбежных потерь этого напряже-
ния. С другой стороны, величина предварительного напряжения не
должна быть слишком высокой, иначе возникает опасность раз-
вития остаточных деформаций в арматуре или даже ее разрыва
(в случае высокопрочной проволоки). Величина предварительного
напряжения арматуры osp (соответствующего нулевым напряже-
ниям в бетоне) принимается в следующих пределах:
0,3/?s.s,.r>osp—АщР;	(7.3)
osp+Aasp</?s, ser,	(7.4)
где знак «+» относится к наибольшим, а «—» к наименьшим зна-
чениям osp; Aosp— допустимое отклонение величины предваритель-
ного напряжения; при механическом способе натяжения Aosp=
=0,05osp; при электротермическом способе Aasp—р, (1-|-/|//), где
pi=30 МПа, Zi = 12 м, I — длина надшиваемого стержня.
Величины начального контролируемого предварительного напря-
жения осоя,| назначаются так, чтобы конструкции с различными спо-
собами натяжения (на упоры и на бетон) работали в одинаковых
условиях и могли быть рассчитаны по единой методике. При
натяжении на упоры
Ocnn,l==tTsP Оз 04,	(7.5)
где оз и 04 — потери напряжений от деформации анкеров и от
трения об огибающие приспособления (см. СНиП 2.03.01—84,
табл. 5).
При натяжении на бетон для случая центрально-обжатого эле-
мента
О еоп ,2= О sp vP/Ar(>d'	(7.6)
184
где v=Es/Eb', P/Ared — напряжение в бетоне при обжатии (с учетом
первых потерь, т. е. происходящих до окончания обжатия); величина
yP/Ared представляет собой часть предварительного напряжения,
потраченного на обжатие бетона в процессе натяжения арматуры;
Р — усилие предварительного обжатия; А — площадь приведенного
сечения бетона (за вычетом площади арматуры).
При дальнейших расчетах величина предварительного напряже-
ния вводится с коэффициентом точности натяжения арматуры
У sp== 1 zb A Ysp*	(7.7)
причем знак «+» принимают при неблагоприятном влиянии предва-
рительного напряжения, когда оно на данном участке снижает проч-
ность, способствует образованию трещин, знак «—» -• при благопри-
ятном влиянии предварительного напряжения; величина Aysp при
механическом способе натяжения арматуры может приниматься рав-
ной 0,1 а при электротермическом способе
Лп	1
AVsp=0,5 —(^+—Г\ •	(7.8)
\	д/%/
где пр — число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента.
При определении потерь предварительного напряжения армату-
ры, а также при расчете по раскрытию трещин и по деформациям
допускается принимать Aysp—0, т. е. считать коэффициент точности
натяжения ysp=l. Для центрально-обжатого элемента принимают
YsP=0,l 5Rbp.
В бетоне в стадии предварительного обжатия напряжения <уЬр не
должны превышать значений согласно табл. 7.5.
Таблица 7.5. Предельное предварительное напряжение в бетоне
Напряженное состояние сечения	Способ натя- жения ар- мату ры	Предельные сжимающие на- пряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия в долях от передаточной прочности бетона VbP/RbP при расчетной зимней тем- пературе наружного воздуха не ниже минус 40 °C.	
		при централь- ном обжатии	при внецент- ренном обжа- тии
Напряжение при действии внешних нагрузок не увеличивается	На упоры	0,85	0,95
	На бетон	0.7	0,85
Напряжение при действии внешних нагрузок увеличивается	На упоры	0.65	0,7
	На бетон	0,6	0,65
185
7
В чем состоит сущность железобетона? ф На чем основана совместная
работа арматуры и бетона? ф Каковы основные преимущества железо-
бетона? ф Как различаются железобетонные конструкции по способу
возведения? ф Как подразделяются бетоны по структуре, плотности, по
виду вяжущего и заполнителей, зерновому составу заполнителей, условиям твер-
дения? ф Что называется усадкой бетона? ф Что такое набухание бетона? ф По
какой схеме происходит развитие трещин при разрушении бетона от сжатия? ф Что
такое класс и марка бетона? ф Что такое призменная прочность? ф Чем характери-
зуется прочность бетона при длительном и многократно повторном нагружении?
• Из каких слагаемых состоит общая деформация бетона при сжа-
тии? ф Из каких компонентов состоит деформация ползучести бетона? ф Дать
определение начальному модулю упругости бетона, ф Как подразделяется арматура по
своему назначению и технологии изготовления? ф Какие существуют классы арматур-
ной стали и как они применяются в железобетонных конструкциях? ф Виды
арматурных изделий, ф Как осуществляется сварка арматуры? ф Как осуществляют
стыки арматуры внахлестку (без сварки)? ф Как отражаются усадка и ползучесть бе-
тона на работе железобетонных элементов? ф Как влияет на железобетон повышение
температуры? ф Какие меры нужно принимать для защиты железобетона от коррозии?
• Какова минимальная толщина защитного слоя бетона? ф Какие конструкции
называют преднапряженными? ф Каковы основные преимущества преднапряженных
конструкций? ф Каковы два основных способа создания предварительных напряжений
в арматуре и в чем их особенность? ф Какие классы арматуры и бетона применяют для
преднапряженных конструкций? ф Что такое передаточная прочность бетона? ф Как
обеспечивается усиление концевых участков преднапряженных элементов? ф Какие
виды анкерных устройств применяются в преднапряженных элементах? ф Как разме-
щается арматура в центрально-растянутых и изгибаемых преднапряженных элемен-
тах? ф Как ограничиваются предварительные напряжения в арматуре и бетонр?
Глава 8
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
На первых этапах развития железобетонные конструкции
рассчитывали по методу допускаемых напряжений. Основной недостаток этого
метода заключается в том, что бетон рассматривался как идеально упругий ®га-
териал, В действительности в бетоне в процессе нагружения развиваются зна-
чительные неупругие или, упругопластические, деформации. Было установлено, что
неучет этого важного фактора часто приводит к излишнему расходу материала.
Недостатки метода расчета по допускаемым напряжениям побудили советских
ученых к выполнению специальных исследований и разработке метода расчета, кото-
рый лучше отвечал бы упругоиластическим свойствам железобетона. В 1938 г. были
разработаны новые нормы и технические условия проектирования железобетонных
конструкций. Метод расчета сечений по разрушающим усилиям (по разрушающим
нагрузкам) был основан на анализе заключительной стадии напряженно-деформи-
рованного состояния при изгибе. Работа бетона растянутой зоны не учитывалась.
Этот метод расчета учитывал упругопластические свойства железобетона и более
правильно отражал действительную работу сечений конструкции под нагрузкой. Боль-
шим преимуществом этого метода по сравнению с методом расчета но допускаемом
напряжениям является возможность определения близкого к действительности обгфего
коэффициента запаса прочности. При расчете по разрушающим усилиям (разруша-
ющим нагрузкам) иногда получается меньший расход арматурной стали по срав-
нению с расходом стали по методу допускаемых напряжений.
Основной недостаток этого метода расчета сечений заключается в том, что воз-
можные отклонения фактических нагрузок и прочностных характеристик материалов
от их расчетных значений не могут быть явно учтены при одном общем синтезирующем
коэффициенте запаса прочности.
186
Введенный с 1955 г. по инициативе Л. А. Гвоздева и Н. С. Стрелецкого
современный метод расчета конструкций по предельным состояниям явился дальней-
шим развитием метода расчета ио разрушающим усилиям. При расчете по этому методу
четко устанавливаются предельные состояния конструкций и вводится система рас-
четных коэффициентов, гарантирующих конструкцию от наступления этих состояний
при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях проч-
ностных характеристик материалов. Прочность сечений также определяется по стадии
разрушения, но безопасность работы конструкции под нагрузкой оценивается не од-
ним синтезирующим коэффициентом запаса, а системой расчетных коэффициентов.
Конструкции, запроектированные и рассчитанные но методу предельного состояния,
получаются более экономичными.
8.1.	НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ
СОПРОТИВЛЕНИЯ БЕТОНА
И АРМАТУРЫ
Для бетона нормативное сопротивление прини-
мают в виде двух величин: Rbn— временное сопротивление призм
осевому сжатию (нормативная призменная прочность), Rbtn — вре-
менное сопротивление осевому растяжению. Нормативная призмен-
ная прочность принимается по эмпирической формуле
Rbn=B(0,77-0,001 В)С0,72 В,
где В гарантированная прочность (класс бетона). Сопротивление
бетона растяжению Rbln определяют различными способами, в зави-
симости оттого, как контролируется прочность бетона. В тех случаях,
когда прочность бетона на растяжение не контролируется, Rbin
принимают косвенным путем — в зависимости от класса бетона по
прочности на сжатие согласно табл. 8.1. Если же осуществляют
непосредственный контроль класса бетона по прочности на осевое
растяжение, то нормативное сопротивление бетона осевому растяже-
нию принимают равным его гарантированной прочности (классу) на
осевое растяжение. Нормативные сопротивления бетона (с округле-
нием) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие
даны в табл. 8.1.
Нормативные сопротивления арматуры даны в табл. 8.3. Величи-
ну нормативного сопротивления арматуры Rsn с учетом разброса
прочности принимают равными наименьшему (с вероятностью
0,95) контролируемому значению предела текучести - физического
ву или же условного о0.2, соответствующего остаточному относитель-
ному удлинению 0,2 %. Исключение составляет обыкновенная (не
высокопрочная) арматурная проволока класса В-П, для которой
нормативные сопротивления Rsn принимают равным наименьшему
(с вероятностью 0,95) контролируемому значению напряжения, рав-
ного 75 % от временного сопротивления разрыву ои.
Расчетные сопротивления материалов являются результатом де-
ления нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности:
по бетону при сжатии (растяжении) yb (ybt) или по арматуре
у,5. При назначении этих коэффициентов учитывают не только разброс
187
Таблица 8.1. Нормативные сопротивления бетона
Вид сопротивления	Бетон	Нормативные сопротивления бетона Rbn и Rbtn. расчешые сопротивления предельных состояний второй группы Rb.ser и Rbt. $ег , МНа, при классе бетона по прочности на сжатие												
		В7,5	BI0	В 12,5	BI5	В20	В25	ВЗО	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Сжатие осевое	Тяжелый и мелкозер-	5,50	7.50	9,50	1 1,0	15,0	18,5	22,0	25,5	29,0	32,0	36,0	39,5	43,0
(призменная проч- ность) /?(,„ и Rbscr	пистый Легкий	5,50	7,50	9,50	1 1.0	15,0	18.5	22,0	25,5	29,0	—	—		
Растяжение осевое	Тяжелый	0,700	0,850	1,00	1,1b	1,40	1,60	1,80	1,95	2,10	2,20	2,30	2,40	2,50
Rbtn и Rbt, ser	Мелкозернистый вида: А Б	0,700 0,600	0,850 0,700	1,00 0,850	1,15 0,9,50	1,40 1,15	1,60 1,35	1,80 1,50	1,95	2,10	—			
	Б	-	—	—	1,15	1,40	1,60	1,80	1,95	2,10	2.20	2,30	2,40	2,50
	Легкий при мелком за- полнителе: плотном пористом	0,700 0,700	0,850 0,850	1,00 1,00	1,15 1,10	1,40 1,20	1,60 1,35	1,80 1,50	1,95 1,65	2,10 1,80		-	—	—
Таблица 8.2. Расчетные сопротивления бетона
Вид сопротивления	Вето н	Расчет	ные со	1ротив.'	ения б пр и	стона д классе	ля пре бетона	1ельны> по пр<	состо )ЧНОСТИ	чний пе на сже	рвой Г| 1ТНС	уппы А	>, и Rt	, МПа,
		Б7,5	БЮ	Б 12,5	Б15	В20	Б 25	ВЗО	Б35	Б40	В45	Б 50	В55	В60
Сжатие осевое (призменная проч- ность) /?»	Тяжелый и мелкозерни- стый Легкий	4,50 4,50	6,00 6,00	7,50 7,50	8,50 8,50	11,5 11,5	14,5 14,5	17,0 17,0	19,5 19,5	22,0 22,0	25,0	27,5	30,0	33,0
Растяжение осе- вое Rbi	Тяжелый Мелкозернистый вида: А Б В Легкий при мелком за- полнителе: плотном пористом	0,48 0,48 0,40 0,48 0,49	0,57 0,57 0,45 0,57 0,57	0,66 0,66 0,57 0,66 0,66	0,75 0,75 0,64 0,75 0,75 0,74	0,90 0,90 0,77 0,90 0,90 0,80	1,05 1,05 0,90 1,05 1,05 0,90	1,20 1,2 1,0 1,2 1,2 1,0	1,30 1,3 1.3 1,3 1,1	1,40 1,4 1,4 1,4 1,2	1,45 1,45	1,55 1,55	1,60 1,60	1,65 1,65
значений прочности, но и другие факторы, влияющие на надежность
конструкции, которые с трудом поддаются статистическому опреде-
лению. Коэффициенты надежности по бетону составляют: при сжатии
уь= 1,3, при растяжении уы—1,3 (если класс бетона назначается не-
посредственно по прочности на растяжение) или ybt= 1,5 (если
класс бетона назначается косвенным путем по прочности на сжатие,
т. е. отсутствует непосредственный контроль прочности на растяже-
ние). Расчетные сопротивления бетона классов В50...В60 дополни-
тельно умножают на коэффициенты, равные 0,90...0,95, учитывающие
особенность высокопрочного бетона — его пониженную ползучесть.
В табл. 8.2 (с округлением) приведены расчетные сопротивления
тяжелого бетона, полученные подобным путем.
Таблица 8.3. Нормативные сопротивления арматуры
Арматура	Класс	Диаметр, мм	Нормативные сопротивле- ния растиже- ния Rsn и Rs, ser для пре- дельных со- стояний вто- рой группы, МПа	Арматура	Класс	Диаметр, мм	Нормативные сопротивле- ния растяже- ния Rsn и Rs, для пре- дельных со- стояний вто- рой группы, МПа
Стержневая	А-1 А-П Л-И1 A-IIIb A-1V A-V A-V1	Все диа- метры	235 295 390 540 590 785 980	Проволочная	В 11 Бр-11	6 7 8 3 4 5 6 7 8 6 9 12 15 14	1255 1175 1100 1460 1370 1285 1175 1100 1020 1450 1370 1335 1295 1410
Проволоч- ная	Бр-1 В-П	3 4 5 3 4 5	410 405 395 1490 1410 1335		К-7 К-19		
Коэффициенты надежности по арматуре ys в зависимости от
класса арматуры принимают равными 1,05...1,20. Расчетные сопро-
тивления арматуры Rs растяжению даны в табл. 8.4. При сжатии
расчетные сопротивления Rsc арматуры (кроме класса А-П1в)
в расчете по первой группе предельных состояний принимают равны-
ми расчетным сопротивлениям арматуры Rs при растяжении, но не бо-
лее 400 МПа. При этом исходят из предельной сжимаемости бетона
е(,„=2-10-! при его совместной работе с арматурой. Однако в
случае отсутствия сцепления арматуры с бетоном принимают /?5С=0,
так как арматурные стержни вследствие своей большой гибкости в
этом случае не способны сопротивляться сжатию.
189
Таблица 8,4. Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояние
первой группы, МПа
Класс стержневой арматуры и ее диаметр d	При растяжении		Три	сжатиг Rsc
	продольной, а также попереч- ной (хомутов и отогнутых стерж- ней) при расчете наклонных изги- бающих момента	поперечной (хо- мутов и отогну- тых стержней) при расчете на- клонных сечений на действие по- перечной силы		
A-I	225	175		225
All	280	225		280
A-III (d=6...8 мм)	355	285 (255*)		355
A-111 (d= 10...40 mm)	365	290 (255*)		365
A-IV	510	405		400
A-V	680	545		400
A-VI	815	650		400
А-1Пв с контролем:				
удлинения и напряжения	490	390		20<
только удлинения	450	360		201
Bp-I d=3 мм	375	270		37г
Bp-1 d=4 мм	365	265		36г
Bp-I d=5 мм	360	260		36(
В-П d=3 мм	1240	990		
В-П d=4 мм	1180	940		
В-П d—5 мм	1110	890		> 400
В-П d=6 мм	1050	835		
В-П d=7 мм	980	785		
В-П d=8 мм	915	730		
Вр-П d=3 мм	1215	970		
Вр-П d=4 мм	1145	915		
Вр-П d=5 мм	1045	835		 400
Вр-П d=6 мм	980	785		
Вр-П d=7 мм	915	730		
Вр-П d=8 мм	850	680		
К-7	d = 6 мм	1210	965		
К-7	d=9 мм	1145	915		
К-7 d— 12 мм	1110	890		 400
К-7	с(=15мм	1080	865		
К-19 d= 14 мм	1175	940	400	
* Б сварных каркасах для хомутов, диаметр которых меньше '/з диаметре
продольных стержней.
8.2.	КОЭФФИЦИЕНТЫ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
БЕТОНА И АРМАТУРЫ
Для материалов помимо коэффициентов на-
дежности вводятся коэффициенты условий работы уы и (/=1, 2, 3...)
которые могут как понижать, так и повышать расчетные сопротийле
ния. Полностью система коэффициентов условий работы бетонА у°
190
Таблица 8.5. Коэффициенты условий работы бетона у»
Факторы, обусловливающие введение коэффициента условий
работы
Числовые значения
Многократно повторяющаяся нагрузка
Длительность действия нагрузки:
 при учете постоянных, длительных и кратковременных
нагрузок, кроме нагрузок непродолжительного действия,
суммарная длительность действия которых мала (напри-
мер, крановые, ветровые, возникающие при изготовлении,
транспортировании и возведении), а также при учете
особых нагрузок, вызванных деформациями просадочных,
набухающих, вечномерзлых грунтов:
если конструкция эксплуатируется в условиях, благо-
приятных для нарастания прочности бетона (твердение
под водой, во влажном грунте, на воздухе, при влаж-
ности воздуха выше 75%)
в остальных случаях
 при учете в рассматриваемом сочетании кратковре-
менных нагрузок, суммарная длительность действия кото-
рых мала, или особых нагрузках, не указанных выше
Бетонирование в вертикальном положении при высоте
слоя бетонирования более 1,5 м
Влияние двухосного напряженного состояния на проч-
ность бетона
Бетонирование монолитных бетонных столбов и железобе-
тонных колонн с наибольшим размером сечения менее
30 см
Попеременное замораживание и оттаивание
Эксплуатация конструкций, не защищенных от сильной
солнечной радиации (в южных районах)
Расчет в стадии предварительного обжатия конструкций
	с проволочной арматурой
	со стержневой арматурой
Бетонные конструкции
Бетон для замоноличивания стыков сборных элементов
при толщине шва менее 1/& наименьшего размера сечения
элемента и менее 10 см
Yu
Y»2
0,45...1,0 (СНиП
2.03.01—84, табл.
16)
1,0
0,9
1,1
Уьз 0,85
ум По СНиП
2.03.01—84, п. 4.11
Ум 0,85
ум 0,7... 1,0
(СНиП 2.03.01- 84,
табл. 17)
YW
Ум
Yw
YH2
0,85
1,1 (1,25)*
1,2 (1,35)*
0,9
1,15
* Для легкого бетона.
представлена в табл. 8.5, а коэффициентов условий работы арма-
туры ysi—в табл. 8.6. В табл. 8.6 отсутствуют коэффициенты
условий работы ysi и yS2, учитывающие неравномерность рас-
пределения напряжений в арматуре по длине наклонного сечения
и возможность хрупкого разрушения сварного соединения при расче-
те на поперечную силу, так как они уже учтены в расчетных сопротив-
лениях арматуры Rs (см. табл. 8.4).
191
Таблица 8.6. Основные коэффициенты условий работы арматуры
Фактор, обусловливающий введение коэффициента условий работы арматуры	Характеристика арматуры	Класс арматуры	Коэффициент условий работы ар- матуры	
				Числовое значение коэфф ициента
Многократное повторение нагрузки	Продольпая и поперечная	А-1, All, A-II1, A-IV, A-V, A-V1, Bp-1, B-IJ, Бр-11 и К-7	Ys3	0,31... 1,0 (по СНиП 2.03.01 — 84, табл. 25)
Наличие сварных соединений при многократном повторе- нии нагрузки		А-1, А-Н, A-I11, А-П1в, A-IV, A-V		0,2...1,0 (но СНиП 2.03.01 84, табл. 26)
Зона передачи напряжений для арматуры без анкеров и	Продольная на-	Независимо от		1х/1р— для напрягаемой
зона анкеровки ненапрягаемой арматуры	прягаемая и нсна- прягасмая	класса	Ysa	и 1х/1ап для ненапря- гаемой арматуры, 1х расстояние от начала зо- ны передачи напряжений до рассматриваемого се- чения: 1р, 1ап — соответ- ственно длина зоны пере- дачи напряжений и зоны анкеровки арматуры
Работа высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести	Продольная, растянутая	A-IV, A-V, A-VI, Ат-IVc, At-V и At-V1, Б-П, Бр-11, К-7 и К-19	Y>6	1,0...1,2 [по формуле (9.3) |
8.3.	ПОТЕРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ И С ТЕЧЕНИЕМ
ВРЕМЕНИ
Предварительные напряжения, созданные в бе-
тоне и арматуре, не остаются постоянными, но снижаются, особен-
но вскоре после их создания. Характер изменения напряжений зави-
сит от ряда причин, предопределяемых свойствами примененных ма-
териалов, условиями изготовления конструкций, влиянием окружаю-
щей среды и др.
При проектировании предварительно напряженных конструкций
необходимо заранее предвидеть возможность потерь напряжений в
бетоне и арматуре и заранее учитывать их так, чтобы
конструкция отвечала предъявленным к ней требованиям в любой мо-
мент времени. В нормах предусмотрено 11 различных видов потерь.
Однако одновременно проявление всех потерь обычно на практике не
встречается и при проектировании учитываются только те потери, ко-
торые обусловлены принятым способом изготовления конструкции, ее
видом, свойствами примененных в данном случае материалов, темпе-
ратурой и влажностью окружающей среды и т. п.
Все потери по времени их проявления подразделяются на первые
потери (при изготовлении элемента и обжатии бетона) и вторые
потери (после обжатия бетона). Величины указанных потерь даны
в табл. 8.7, 8.8. Если вычисленные потери оказываются отрица-
тельными, их принимают равными нулю, суммарная величина потерь
принимается не менее 100 MI 1а. Приведенные в табл. 8.7, 8.8 значения
применяют для определения потерь напряжений как в арматуре
S, так и в арматуре S'.
Таблица 8.7. Первые потери предварительного напряжения в арматуре, МПа
Факторы, вызывающие потери напряжения	Натяжение арматуры	
	на упоры	на бетон
tri -- от релаксации напряжения арматуры (asp - без учета потерь) при механическом способе натяжения арма- туры: проволочной стержневой	(0,22а,(, //?, -0,1)о,р>0 0,1а.,р —20^0	
при электротермических способах натяже- ния арматуры: проволочной	0,03о4р	
стержневой	0,03а,р	-
аг — от температурного перепада	1,25Д/	—
при пропаривании или прогреве бе- тона классов В15...Б40	(при отсутствии точных данных Л/=65 °C)	
7 Зак. 1285
193
П родолжение таблицы 8.
Факторы, вызывающие потери напряжения	Натяжение арматуры	
	на упоры	на бетон
оз — от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств	л/ с ТЕ‘	A/iH-A/z р / fcs
а, — от трения арматуры (<jsp без учета потерь): о стенки каналов или поверхность бетона кон- струкций, об огибающие устройства	(1	1
as —от деформации стальных форм	По СНиП 2.03.01—84 (при отсутствии точных данных ст-,=30 МПа, при электротермическом спо- собе О5 = 0)	—
де — от быстронатекающей ползучести, при- нимается а=0,25-|-0,25У?ьр<0,8; 1,1 <Р= =5,25—0,185Rbp <2,5	40^- при -5- С» или /\Ьр	АЬр 40а-{-85р(-~-р — а) ~ в ос- АЬр тальных случаях	
Примечание.  Потери <тj для арматуры классов А- 111 и А- Шв равны 0. Пр;
вычислении Об величину аЬр определяют на уровне центра тяжести продольной арматурь
sp и s'p с учетом потерь от О| до 05; потери 06 вычисляют умножением на коэффициент о~
0,85 для бетона, подвергнутого тепловой обработке.
 Обозначения: Д/=2,мм • обжатие опрессованных шайб, смятие высаженных гол о во:
и т. п. или смешение стержней в инвентарных зажимах, определяемое по формуле Д/=
~ 1,25-ЬО, 15d, d — диаметр стержня, мм; 1 мм — обжатие шайб или прокладок, расп-
ложенных между аикерами и бетоном элементом; Д/2 = 1 мм - деформация анкеров ста-
канного типа, колодок с пробками, анкерных гаек и захватов; I—длииа натягиваемогс
стержня, мм; е— основание натурального логарифма; w и 6 - коэффициенты, определяемы*-
по табл. 8.9; х - длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м; 0-
суммарный угол поворота оси арьдетуры, рад.
Таблица 8.8. Вторые потери предварительного напряжения, МПа, в арматур-
Факторы, вызывающие потери	Натяжение на упоры	арматуры на бетон
я? — от релаксации напряженной арматуры	—	О7=О| (СМ. табл. 8.7
о» — от усадки тяжелого бетона классов: В35 и ниже В40 В45 и ниже	40/35* 50/40 60/50	30/30 35/35 40/40
ад — от ползучести тяжелого бетона (аьр — согласно при мечанию к табл. 8.7, но с учетом потерь от а, до 05)	1 50ааьр //?ьр при Оьр/#ьр<0,75 или 300а> Х(оьр/У?ьр—0,375) при аьр//?(,р>0,75	
194
Продолжение таблицы 8.8
Факторы, вызывающие потерн	Натяжение на упоры	арматуры на бетон
Стю — от смятия бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры (при наружном диаметре конструк- ции	м)		70 22dexl (dexl—в м)
ан - от деформации обжатия стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков)		пА1 г -y-f'.s
Примечание.  Потери в числителе для бетона естественного твердения, в
знаменателе для бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении.
 Обозначения: а коэффициент , равный I для бетона естественного твердения и 0,85
.тля бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении; п — число швов
конструкции по длине натягиваемой арматуры; Л/—обжатие стыка, для стыков, запол-
ненных бетоном Л/=0,3 мм; при стыковании пазухов Д/—0,5 мм; I длина натягиваемой ар-
матуры. мм.
Таблица 8.9. Значения коэффициентов для определения потерь
от трения арматуры а4
8 при арми-
ровании
Наименование
пучка-
ми ар-
матур-
ной
прово-
локи,
арма-
турны-
ми ка-
натами
стерж-
нями
перио-
дичес-
кого
про-
филя
Канал с металлической поверхностью	0,003	0,35	0,4
Канал с бетонной поверхностью, образованный гибким канало-	0,0015	0,55	0,65
образователем			
Канал с бетонной поверхностью, образованный жестким кана-	0	0,55	0,65
лообразователем, или бетонная поверхность
8.4.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ
В БЕТОНЕ И АРМАТУРЕ.
ПРИВЕДЕННОЕ СЕЧЕНИЕ
При проектировании предварительно напря-
женных конструкций приходится оценивать влияние предварительно-
го напряжения и внешней нагрузки на работу конструкции в
различное время, начиная с момента ее изготовления и до достиже-
ния ею расчетного предельного состояния. В частности, возникает
необходимость в определении: наибольшего сжимающего напряже-
ния в бетоне в стадии обжатия, чтобы предупредить повреждение
или разрушение бетона; сжимающего напряжения в бетоне на уровне
7*
195
Таблица 8.10. Начальный модуль упругости тяжелого бетона
Начальные модулг классе бетон;		
Б7.5	БК)	В 12,5
16,0	18,0	21,0
14,5	16,0	19,0
12,0	13,5	16,0
Вид бетона
Естественного твердения
Подвергнутый тепловой обработке при атмосферном дав-
лении
Подвергнутый автоклавной обработке
продольной арматуры S(S') для вычисления потерь от ползучести
контролируемого предварительного напряжения в арматуре при ее
натяжении на бетон и др. Во всех подобных случаях напряжение
определяют по правилам расчета упругих материалов; при это!),
рассматривают приведенное сечение, включающее: площадь сечение
бетона А с учетом ослабления его каналами (пазами) и площад^
Рис. 8.1. Схема усилий предварительного напряже-
ния в арматуре и бетоне предварительно напря-
женного элемента
сечения всей продол,
ной (напрягаемой и не
напрягаемой) армату-
ры, умноженное соог
ветственио на a,=E„/L,
и ap=Esp /Еь, где £s, Es,
и Еь— модули упругое
ти арматуры и бетоне
(табл. 8.10, 8.11). Плс-
щадь приведенного се
чения, таким образом
равна (индекс от англ
reduced — приведен-
ный):
A red— 4(X (?4s “b/ls) + «p^sp “Ь'Ар) .
Усилие предварительного обжатия Р есть равнодействующая усг-
лий во всей арматуре, его эксцентриситет относительно центра тяжес
ти приведенного сечения определяется из условия 2М=0:
Р=о.,р Ачр+о1р Asp —os Ля — о, As ;
а А и -4-а А и —а А и —а А и
sp sp&sp' S S V s sp sp^sp a s y s
eop	P	..
где o5p, o(p — напряжения в напрягаемой арматуре S и S' (ci-
ответственно в зонах растянутой и сжатой от внешней нагрузки,
принимается с учетом первых потерь (стадия обжатия) или с учетов,
всех потерь (стадия эксплуатации); os, o's — сжимающие напряжг
ния в ненапрягаемой арматуре Ар и А'р, возникающие вследствие
усадки и ползучести бетона; Ар и А'р — площади сечения напряга
196
упругости при сжатии и растяжении по прочности на сжатие, МПа					при					
Б15	Б 20	Б 25	ВЗО	ЬЗ 5	Б41>	Б 45	Б,5(1	Б 35		Б 60
23,0	27,0	30,0	32,5	34,5	36,0	37,5	39,0		39,0	40,0
20,5 17,0	24,0 20,0	27,0 22,5	29,0 24,5	31,0 26.0	32,5 27,0	34,0 28,0	35,0 29,0		35,5 29,5	36,0 30,0
емой арматуры S площади сечения Л	А > •			4 S'; As и A\ ненапрягаемой ..			Т а бл и ц а 8.11. Модуль упругости арматуры				
арию 1 у |3U|	ур, у р, ys, у ,s расстояния от центра тяжести приве- денного сечения до точек приложения усилий в арматуре (рис. 8.1).						Класс ар- матуры			Модуль гости а ры Е3 Ml	УПРУ- рмату- Ю”4, 1а
Необходимость вычисления на- пряжений в бетоне оь возникает А J-А 11 при проверке контролируемых на- A’]v д v пряжений в арматуре, предельных A-V1 напряжений при обжатии, расчете А-111в потерь от быстронатекающей пол- ^41 зучести Об и от ползучести од. Эти на- Bpj ‘ пряжения, возникающие от равно- действующей Р, приложенной с эксцентриситетом ют в предположении упругой работы приведенного								С<	21 20 19 18 20 18 17 еор, определя- гчения:	
_ /‘ РеорУ
п . =— т----4-	- - -
Ь А ,! ~ 1 ,
red red
где Areii, he,i -- площадь и момент инерции приведенного сечения
относительно центра тяжести этого сечения; у -— расстояние от во-
локна, в котором определяются напряжения, до центра тяжести при-
веденного сечения.
Как исторически развивались методы расиста железобетонных конст-
рукций? ф Каковы два основных вида нормативных сопротивлений бетона
—®—	и как их определяют? ф Как определяют нормативное сопротивление
арматуры? ф Что представляет собой расчетное сопротивление бетона и
арматуры? ф Что учитывают коэффициенты надежности по бетону и арматуре и
каковы их числовые значения? ф Перечислите факторы, обусловливающие введение
коэффициентов условий работы бетона и арматуры, ф Перечислите основные виды пер-
вых и вторых потерь предварительного напряжения, ф На каких принципах основано
определение напряжений в бетоне и арматуре предварительно напряженного элемента?
ф Дайте определение приведенного сечения.
Глава 9
ИЗГИБАЕМЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
Изгибаемые железобетонные элементы широко применяют-
ся в практике строительства. Основные изгибаемые железобетонные элементы
это плиты и балки. Балки - это линейные элементы, для которых b^l'Srh (I
длина, bxh — размер поперечного сечения). Плты — плоские элементы, для которых
/Э>/г<6 (Ь ширина плиты, h — ее толщина).
Конструирование плит и балок. Плиты в плане чаще всего бывают
прямоугольными, а в сечении — сплошными, ребристыми или
пустотными. Их армируют сетками, у которых арматура одного
направления — рабочая, а другого — монтажная (рис. 9.1, а, б). Ра-
Рис. 9.1. Железобетонные балки и плиты:
1 продольная рабочая арматура; 2- монтажная арматура; 3 поперечная арматура;
4 арматурные сетки плит; 5- арматурные каркасы плит
бочая арматура воспринимает растягивающие усилия от изгибаю-
щего момента М, монтажная служит для связи рабочих стержней,
а также для распределения сосредоточенных нагрузок, для сдержи-
вания температурных и усадочных деформаций и т. п. Рабочие
стержни диаметром d=3...1O мм размещают с тагом 100...200 мм, а
поперечные стержни — с шагом 250...350 мм. В многопролетных
плитах сетки в соответствии с эпюрой М размещают в пролетах -
снизу, а на опорах сверху.
Балки представляют собой линейные элементы, которые могут
иметь различное поперечное сечение (рис. 9.1, в, г). Рабочая
арматура балок служит для воспринятия растягивающи усилий, воз-
никающих от действия изгибающего момента М. Поперечную арма-
туру балок (поперечные стержни, открытые или замкнутые хомуты)
устанавливают для воспринятия вместе с бетоном поперечной силы
Q. Применяют также и монтажную арматуру — в виде верхних про-
дольных стержней для крепления поперечной арматуры и в виде
коротышей, объединяющих плоский арматурный каркас в простран-
ственным. При высоте сечения балки й>700 мм у боковых граней
устанавливают продольные стержни d= 10... 12 мм через каждые 400
мм по высоте сечения. Площадь сечения продольной рабочей армату-
ры определяется расчетом и должна составлять не менее ц=0,05 %
площади сечения бетона.
198
В балках предусматривают также поперечную арматуру, охваты-
вающую крайние продольные стержни. При этом и — расстояние
между поперечными стержнями у каждой поверхности элемента дол-
жно быть не более 2Ь и не более 500 мм. В элементах, не
имеющих отогнутой арматуры, величину и принимают по расчету, но
с учетом следующих конструктивных ограничений:  на приопорных
участках (1/4 пролета при равномерной нагрузке) при высоте сече-
ния /1^450 мм указанное расстояние принимается не более 150 мм и
не более h/2, при большей высоте сечения — не более 500 мм и не
более /i/З;  на остальной части пролета при высоте сечения /г>
>300 мм расстояние между поперечными стержнями может быть уве-
личено до 500 мм, но не более чем до 3/4 /г (h •- высота балки).
Арматурные каркасы чаще всего бывают сварными (иногда
применяют и вязаные каркасы). Количество каркасов в балке зависит
от ее ширины. В узкой балке (ширина 150 мм) ставят один свар-
ной каркас, в более широкой — несколько. В последнем случае
плоские каркасы объединяются в пространственный путем установки
коротышей (соединительных стержней). Иногда для экономии арма-
туры часть продольных стержней не доводят до опоры (в соответст-
вии с эпюрой Л4). Однако при Ь>150 мм не менее двух стерж-
ней должны доходить до опоры. Продольные стержни диаметром
d= 10...40 мм размещают в растянутой зоне в один или два ряда с за-
зорами для удобства укладки бетона не менее d, а также не
менее 25 мм для нижних стержней или 30 мм — для верхних. В неко-
торых случаях, если нижние стержни расположены по высоте более
чем в два ряда или же если стержни при бетонировании находятся
не в горизонтальном, а в вертикальном положении, указанные
зазоры увеличивают до 50 мм.
9.1. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
ИЗГИБАЕМОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО
ЭЛЕМЕНТА
Экспериментальными исследованиями установ-
лено, что в сжатой и растянутой зонах изгибаемого железобетон-
ного элемента бетон работает в условиях неоднородного напряженно-
го состояния, при котором распределение напряжений (а также де-
формаций) по высоте балки неравномерно (рис. 9.2). Неоднородное
напряженное состояние оказывает влияние на процессы деформиро-
вания, микро-и макротрещинообразования и разрушения бетона. Это
влияние выражается, в частности, в том, что предельные сжимаю-
щие деформации бетона при изгибе существенно превышают предель-
ные деформации бетона при осевом сжатии. Кроме того, зависимости
напряжения — деформация для бетона при неоднородном сжатии —
отличны от соответствующих зависимостей при центральном сжатии
(при одинаковых продольных деформациях напряжения в бетоне
сжатой грани больше, чем при осевом сжатии).
199
Для предварительно напряженного элемента напряженно-дефор-
мированное состояние при изгибе обычно рассматривается для нес-
кольких основных стадий работы, начиная с момента обжатия
бетона и до момента разрушения. Напряженно-деформированное сос-
тояние изгибаемого элемента без предварительного напряжения так-
же рассматривается для нескольких стадий работы, начиная с момен-
та приложения внешней нагрузки и кончая разрушением.
Рис. 9.2. Основные стадии на-
пряженного состояния желе-
зобетонного обычного и пред-
напряженного элемента при
изгибе
Стадия 0 рассматривается только для преднапряженных элемен-
тов и соответствует установившимся предварительным напряжениям
(после обжатия), но до приложения внешней нагрузки (рис. 9.2, а).
Предполагается, что напряжения в балке претерпели как первые, так
и вторые потери. В этой стадии распределение напряжений по высоте
сечения приближенно принимается линейным. Из-за несимметрично-
го армирования и внецентреппо приложенного обжатия элемент при-
обретает выгиб (обратный прогиб).
После того как приложена внешняя нагрузка (и по мере ее
увеличения), напряжения обжатия в верхних волокнах бетона будут
возрастать, в нижних — убывать.
Стадия /о (рис. 9.2, б) будет соответствовать погашению пред-
варительного обжатия на уровне арматуры s и начиная с этого
момента преднапряженный элемент работает практически как обыч-
ный железобетонный (без предварительного напряжения). Для обыч-
ного элемента это начальная стадия работы. При дальнейшем
увеличении внешней нагрузки на преднапряженный элемент (ста-
дия /) или после небольшого нагружения обычного элемента напря-
жения в бетоне растянутой зоны достигают предела прочности на
растяжение Rbl. Эта стадия служит для расчета элемента по образо-
ванию трещин (рис. 9.2, а). По мере увеличения нагрузки элемент
постепенно переходит в стадии // и 111, причем в стадии // элемент
200
работает с трещинами в растянутой зоне (рис. 9.2, г), а стадия ///
соответствует исчерпанию расчетной несущей способности сечения
вследствие достижения расчетных сопротивлений бетона и арматуры
(рис. 9.2, Д.
В предельном состоянии (т. е. стадии III) как в предварительно
напряженном элементе, так и в обычном элементе характер раз-
рушения может быть двояким, что связано с количеством арматуры и
ее механическими свойствами. В случае, когда количество арматуры
не превышает некоторой определенной величины («нормально арми-
рованная балка»), разрушение начинается с текучести растянутой
арматуры; при этом трещины очень сильно раскрываются, в сече-
нии образуется «пластический шарнир», резко нарастают прогибы;
лишь после этого раздавливается бетон сжатой зоны. Для этого слу-
чая расчетные формулы легко выводятся из условий статики. Если
же количество арматуры больше определенной величины («переарми-
рованная» балка), то разрушение начинается со сжатой зоны бетона;
при этом напряжения в растянутой арматуре не достигнут предель-
ных значений (предела текучести или временного сопротивления),
т. е. арматура будет использоваться не полностью.
В соответствии с названными причинами разрушения различают
два случая расчета элементов по нормальным сечениям:  случай
1 — в сжатом бетоне и растянутой арматуре достигнуты предельные
значения напряжений, т. е. расчетное сопротивление Rb и Rs;  слу-
чай 2— в сжатом бетоне достигнуто предельное значение сопротивле-
ния сжатием (Rb), а в растянутой арматуре вместо Rs действует неко-
торое меньшее напряжение щ.
В расчете сечений часто используются такие величины, как высота
сжатой зоны х и рабочая высота сечения ho (т. е. полная высота h за
вычетом расстояния а от равнодействующей усилий в арматуре А до
растянутой грани балки). Отношение этих величин £=х/йп назы-
вают относительной высотой сжатия зоны.
Границу между случаями 1 и 2 устанавливают в зависимости от
относительной высоты сжатой зоны t==x/ho. Если где Д —
некоторое граничное значение, то имеет место случай 1, если
g>g£, то имеет место случай 2, а граничные значения gw определяются
по эмпирической формуле
ш/1,1)’	(9-1)
где osR— напряжение в арматуре, причем для ненапряженной арма-
туры (классы Л-1, A-1I, А-ШСв и Вр-1) принимают равным Rs;
<Tsc.:i — предельное напряжение в сжатой арматуре, равное 400 МПа
при уь-1^ 1 и (7sf „=500 МПа Св — по табл. 8.5); w - характерис-
тика деформативных свойств сжатой зоны бетона
w=a— Rb/Ri>\.	(9.2)
где а=0,85 (тяжелый бетон), а=0,8 (мелкозернистый вида А и лег-
201
кий бетон) или а=0,75 (мелкозернистый вида Б и В), Rb\ =
= 125 МПа.
Граничная относительная высота сжатой зоны как следует из
изложенного, является одной из характеристик, зависящей от свойств
материалов (Rs, Rb) и определяющей, к какому расчетному случаю
относится конкретное сечение железобетонных элементов. Для
проектирования сечений железобетонных элементов основным явля-
ется расчет по случаю 1, так как сечение, работающее по случаю
2, не позволяет полностью использовать арматуру, и такие сечения
стараются не проектировать.
Для предварительно напряженного элемента, как и для обычно-
ного железобетонного, также возможны два случая исчерпания несу-
щей способности:  случай 1—когда достигаются расчетные
сопротивления как в сжатом бетоне, так и в арматуре S'p и Sp;  слу-
чай 2—когда достигаются расчетные сопротивления в сжа-
том бетоне и в арматуре S', а напряжение в арматуре S меньше
ее расчетного сопротивления. Поэтому расчет нормальных (а
также наклонных) сечений предварительно напряженных элемен-
тов строится так же, как и для элементов из обычного железо-
бетона. Вместе с тем расчет предварительно напряженного эле-
мента имеет следующие особенности.
Расчетное сопротивление растянутой высокопрочной напрягаемой
арматуры при вводится-с коэффициентом условий работы
Yse, учитывающим повышение прочности этой арматуры, напряжен-
ной выше условного предела текучести:
Vs6=n-(n->)^2y--l^<Ti .	(9.3)
где т] — максимальное значение Yse, равное 1, 2 для арматуры класса
A-IV, 1,15—для A-V, B-II, Вр-П, К-7, К-19, 1,1—для Ат-VI; £ -
относительная высота сжатой зоны.
Коэффициент yS6 принимают не более 1,1 для Ат-IV, A-V, не более
1,05—для A-VI в случае сварных стыков арматуры в зоне элемента
с изгибающими моментами, превышающими 90 % максимального
расчетного момента. В случае армирования предварительно напря-
женного элемента высокопрочной арматурой указанных выше клас-
сов порядок проверки прочности таков. Вначале определяют значе-
ние по формуле (9.1), затем вычисляют высоту сжатой зоны
^=x/ho при напряжениях в арматуре, равных расчетному сопротив-
лению Rsp (т. е. при Ys6=l). Если то по этому значению £
определяют Yse и уже по значению /?sp, умноженному на коэффи-
циент Yse,— новое значение х. После этого вычисляют несущую спо-
собность сечения.
В напрягаемой арматуре S', расположенной в зоне, сжатой от
внешней нагрузки, напряжения равны не расчетному сопротивлению
арматуры на сжатие, а предварительному растягивающему напряже-
нию asp, уменьшенному на значение напряжений osc.u [см. пояснение
202
к формуле (9.1)], отвечающих предельной расчетной деформации
укорочения бетона. Этим учитываются падение растягивающих нап-
ряжений в арматуре за счет ее совместной деформации со сжима-
емым бетоном и возможный переход от растягивающих к сжима-
ющим напряжениям. В последнем случае напряжения в арматуре
не должны превышать Rsc. В результате того что величина n’sp
вводится с учетом коэффициента точности натяжения ysp (ysp> 1),
имеем для сжимающих напряжений в арматуре S':
<TSC = <TSC.„ — ysp<ysp^Rsc ,	(9.4)
где osf I1=400 (или 500 МПа) [см.- пояснение к формуле (9.1) | —
напряжение в напрягаемой арматуре, соответствующее предельной
сжимаемости бетона при центральном сжатии £^.„=0,002 или Е(,„=
0,0025 соответственно; ysp (ysp>l) — коэффициент точности предва-
рительного натяжения; o'sp — растягивающее предварительное на-
пряжение в арматуре S' с учетом потерь в зависимости от стадии ра-
боты конструкций, при ysp o'sp<400 МПа (или 500 МПа) арматура
S'p сжата, при Ysp(7'sp>400 МПа (или 500 МПа), т. е. при большой ве-
личине предварительного напряжения, арматура S'p к моменту разру-
шения элемента все еще растянута.
При определении граничной относительной высоты сжатой зоны
lR [см. формулу (9.1)1 вместо nsR=Rs принимают
Osr = ^?sp + 400 -|- <т5р—Ao.s-p ,	(9-5)
где osp вычисляют при коэффициенте ys< 1, Aasp= 1500asp//?s—1200>
для арматуры стержневой и A(rsp=0— для проволочной армату-
ры.
Формула (9.1), является основной для определения расчетного
случая изгибаемого (а также внецентренно сжатого или внецентрен-
но растянутого) предварительно напряженного элемента и использу-
ется при расчете прочности по случаю 2. Поэтому рассмотрим под-
робнее ее физическую сущность.
В общем случае расчета прочности нормальных сечений элементов
напряжение в арматуре может не достигать расчетных сопротивле-
ний. Отсюда следует, что для построения общего метода расчета необ-
ходимо дополнительное условие, связывающее напряжение в армату-
ре (при условии ее сцепления с бетоном) с высотой сжатой зоны в
предельном состоянии в предположении прямоугольной эпюры нап-
ряжений в сжатом бетоне. Использование высоты сжатой зоны как
исходного параметра для вычисления напряжений в арматуре
позволяет косвенно учесть совокупность влияния некоторых пара-
метров — вида и количества арматуры, прочностных и деформа-
тивных характеристик бетона, эксцентриситета и т. д.
Связь между высотой сжатой зоны и напряжениями в арматуре
имеет универсальный характер и пригодна как для элементов
изгибаемых, так и внецентренно сжатых и внецентренно растя-
нутых.
203
Из экспериментов известно, что в предельном состоянии связь
между относительной высотой сжатой зоны £ и приращением де-
формаций арматуры Лк, от внешних воздействий (рис. 9.3) мо-
жет быть приближенно представлена зависимостью
Лг,=Д/£-В,
где А и В — некоторые константы.
(9.6)
На графике этой зависимости есть две характерные точки Mi и
Мг- В точке М\ (при
Рис. 9.3. Зависимость
между относительной вы-
сотой сжатой зоны и при-
ращением деформаций ар-
матуры от внешних воз-
действий
5=<о) приращение деформаций арматуры
от внешних воздействий равно нулю. В точке
М2 приращение деформаций арматуры равно
предельному укорочению бетона в пре-
дельном случае при центральном сжатии,
V,-= Е(,.и. В этом предельном случае все сече-
ние бетона сжато, т. е. x=h и £=x//io=
=/г/й0= 1,1, так как арматура в железобетон-
ном элементе располагается примерно на рас-
стоянии 0,1/г от грани элемента. Поэтому в
качестве граничного условия для случая
Лр.,— ?ь.и можно принять е— 1,1 и, выражая А
и В через параметры со и еь.и, получить
(9.7)
Если приращение деформаций арматуры
от внешних воздействий равно нулю (при
р=<»), то фактическая нейтральная ось при
фактической криволинейной эпюре в сжатой
зоне совпадает с осью арматуры, т. е. Хфакт=
=/io. Тогда отношение высоты расчетной сжа-
той зоны (при прямоугольной эпюре) к фактической высоте Ефакт=
=Хф(1кт/'|го= 1 численно будет равна со, и значение со в какой-то мере
является коэффициентом полноты фактической эиюры напряже-
ний в сжатой зоне. Эго объясняет смысл определения со как «ха-
рактеристики сжатой зоны бетона».
Значения предельной сжимаемости бетона и коэффициента полно-
ты эпюры напряжений зависят в основном от деформативных
свойств бетона, поэтому специфика расчета сечений из бетона дан-
ного вида и проектной марки связана с установлением значений
еь.и и со для бетона различных марок и различных видов. Известно,
что с увеличением прочности бетона уменьшается доля неупругих
деформаций в его общей деформации, соответственно уменьшается
и коэффициент полноты эпюры напряжений. Поэтому на основе
экспериментальных данных установлена универсальная зависимость
для бетонов различных видев |см. формулу (9.2) |.
Для других видов бетона (мелкозернистых и на пористых запол-
нителях) в связи с их менее выраженными неупругими свойствами
204
принимают а=0,8...0,75. Величину гь.и принимают в общем случае
равной 0,002, а при длительном действии нагрузки (если вводится
коэффициф<т условий работы уЬ2=0,9) «*.„=0,0025, Определим
приращениё, деформаций арматуры от внешних воздействий.
При расчете прочности нормальных сечений усилие предваритель-
ного напряжения арматуры (имеющей сцепление с бетоном) рассмат-
ривают как йрутреннее усилие, поэтому в полной деформации ар-
матуры es учитывается также деформация предварительного нап-
ряжения esp, т. е.
Es= Ae.s-|-eSp.
Для полных деформаций арматуры, связанных с относительной высо-
той сжатой зоны, имеет место зависимость
а для полных напряжений в арматуре, умножая обе части на £\,
получаем зависимость
при этом osr.обозначает предельное напряжение в арматуре
сжатой зоны. Значение g, при котором напряжение в растянутой
арматуре оЛ достигает расчетного сопротивления обозначают
через gp, тогда из последних равенств следует
где osR=Rs—(у,р.
Предполагалось, что арматура имеет физический предел текучес-
ти, т. е. работу арматуры можно считать упругой вплоть до достиже-
ния R.s. Если же арматура имеет только условный предел текучести, то
при напряжениях до 0,8 Rs она работает упруго, а от 0,8 Rs до /?5 —
неупруго. Указанное явление учитывается тем, что величина osR для
случая арматуры с условным, пределом текучести принимается
равной osR=Rs—Osp+^s уел, где os усл=400 МПа.
9.2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ИЗГИБАЕМЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ПО НОРМАЛЬНЫМ
СЕЧЕНИЯМ
В элементах прямоугольного сечения с оди-
ночной арматурой (рис. 9.4, а) эпюру напряжений в сжатой зоне
бетона принимают прямоугольной вместо фактической криволиней-
ной, что дает небольшую (около 2 %) погрешность, но приводит к
значительному упрощению методики расчета. Величина внутренних
усилий в предельном состоянии равна RS4S — в растянутой арматуре,
RbAb — в сжатом бетоне. Основой для расчета сечений служат два
205
условия равновесия: равенство нулю суммы проекции всех рил на ось
элемента (SX=0) и равенство нулю суммы всех моментов (внеш-
них и внутренних) относительно оси, проходящей через точку прило-
жения равнодействующей усилий в арматуре s (SM=/0).
Рис. 9.4. К расчету изгибаемого элемента с одиночной (а) и двойной (б)
арматурой
Из условия 2М=0 определяют положение нейтральной оси, а сле-
довательно, и площадь сжатой зоны Аь—Ьх'.
RsAs—Rbbx=0 или RsAs=Rbbx.	(9.8)
Из условия SM=0 следует
М—Rbbx(h{,—0,5х) или M=RsAs(ho—0,5х).	(9.9)
Прочность сечения будет обеспечена, если внешний момент М не
превысит предельного момента внутренних сил:
Rhbx(ha—0,5х) или RsAs(ho—0,5х),	(9.10)
поэтому окончательное условие прочности принимаем по формулам
(9.9). Изгибаемые элементы рекомендуется проектировать так,
чтобы относительная высота сжатой зоны £ не превышала неко-
торой граничной величины определяемой согласно (9.1), т. е.
так, чтобы всегда их работа соответствовала случаю 1. Величины,
характеризующие высоту сжатой зоны, можно найти из условия
(9.8):
x=RsAs/{Pt,b)-	(9.11)
s=x//io== RSAS /(bhaRb)=pRs /Rb.	(9.12)
Величину \i—As/bho называют коэффициентом армирования.
Одновременно пользуются также понятием процента армирования
И%= 100 %As/(bho). Проектируя сечения железобетонного элемента
под заданный внешний момент М, можно в принципе задавать-
ся любым сечением бетона (большим или меньшим), получая расче-
том соответственно меньшее или большее количество арматуры, мень-
ший или больший процент армирования.
206
Из условия минимума стоимости железобетонного элемента реко-
мендованы следующие оптимальные проценты армирования: ц=1...
...2 % — в (5алках и ц%=0,3...0,6 % — в плитах. Вместе с тем, как
уже указывалось, установлен минимальный процент армирования,
составляющий для изгибаемых элементов цт,п=0,05 %.
С целью сокращения вычислений при расчете прямоугольных се-
чений применяют вспомогательные таблицы (табл. 9.1). Для сос-
тавления таблиц формулы (9.8) и (9.9) приводят к виду:
M=aobti20Rb;	(9.13)
As=M/(r]h0Rs),	(9.14)
где г, — относительное значение плеча внутренней пары сил
т]=2(,/л = 1— О,5х//го=1 — 0,5£;	(9.15)
ао=(х/Ло)(1 — О,5х/йо) = £ (1 — 0,5х) = £т] .	(9.16)
Обычно при расчете железобетонных конструкций на практике
встречаются три тйпа характерных задач.
1.	Проверка прочности ранее запроектирован-
ного (или уже осуществленного) сечения.В этом случае заданы
все размеры сечения (в том числе и площадь сечения арматуры
А). Неизвестным является предельный изгибающий момент, выдер-
живаемый сечением. Решая эту задачу, проще всего определить
высоту сжатой зоны х из (9.11), вычислить £=х/Ло, затем проверить
условие £<(£R согласно (9.7) и вычислить предельный момент одно-
го из условий (9.10).
2.	Подбор арматуры при заданных размерах се-
чения бетона под заданный расчетный и внешний момент М.
Решая эту задачу, из (9.13) по моменту М' вычисляют ао, после
чего по табл. 9.1 находят величины £ и т, с проверкой условий
£<Ая и	Затем окончательно определяют Д5 по формуле
(9.14),	подбирая количество и диаметр стержней в соответствии
с сортаментом.
3.	Подбор всех размеров сечения бетона и площади
сечения арматуры (проектирование сечения под заданный внеш-
ний момент Л4). Для решения этой задачи имеющихся в нашем
распоряжении двух условий равновесия и составленных на их
основе таблиц уже недостаточно, поэтому некоторыми величинами
необходимо задаться. Обычно задаются шириной сечения Ь, а также
значением £, которое в соответствии с приведенными выше опти-
мальными процентами армирования принимают в следующих пре-
делах: £=0,3...0,4 (балки) или £=0,10...0,15 (плиты). По величине
£ из табл. 9.1 находят предварительное значение ао, из (9.13) по
моменту М и ао вычисляют рабочую высоту сечения ho, находят
полную высоту h=ho-\-a с учетом требований к толщине защит-
ного слоя, назначают унифицированный размер для h. После этого
ведут расчет таким же путем, как для предыдущего случая, уточ-
няя значение ао, определяя по нему £, -q, а затем и А,.
207
Таблица 9.1. К расчету на изгиб прямоугольных сечений с одиночной
арматурой
£	д	ап—З.ц	£	'1	ао=£п
0,01	0,995	0,010	0,36	0,820	0,295
0,02	0,990	0,020	0,37	0,815.	0,301
0,03	0,985	0,030	0,38	0,810	0,309
0,04	0,980	0,039	0,39	0,805	0,314
0,05	0,975	' 0,048	0,40	0,800	0,320
0,06	0,970	0,058	0,4)	0,795	0,326
0,07	0,965	0,067	0,42	0,790	0,332
0,08	0,960	0,077	0,43	0,785	0,343
0,09	0,955	0,085	0,44	0,780	0,343
0,10	0.950	0,095	0,45	Q.775	0,349
0,11	0,945	0,104	0,46	0,770	0,354
0,12	0,940	0,1 13	0,47	'0,765	0,359
0,13	0,935	0,121	0,48	0,760	0,365
0,14	0,980	0,130	0,49	0,755	0,370
0,15	0,925	0,139	0,50	0,750	0,375
0,16	0,920	0,147	0,51	0,745	0,380
0,17	0,915	0,155	0,52	0,740	0,385
0,18	0,910	0,164	0,53	0,735	0,390
0,19	0,905	0,172	0,54	0,730	0,394
0,20	0,900	0,180	0,55	0,724	0,400
0,21	0,985	0,188	0,56	0,720	0,403
0,22	0,890	0,196	0,57	0,715	0,408
0,23	0,885	0,203	0,58	0,710	0,412
0,24	0,880	0,21 1	0,59	0,705	0,416
0,25	0,875	0,219	0,60	0,700	0,420
0,26	0,870	0,226	0,65	0,675	0,439
0,27	0,865	0,234	0,70	0,650	0,455
0,28	0,860	0,241	0,75	0,625	0,468
0,29	0,855	0,248	0,80	0,600	0,480
0,30	0,850	0,255	0,85	0,575	0,489
0,31	0,845	0,262	0,90	0,550	0,495
0,32	0,840	0,269	0,95	0,525	0,499
0,33	0,835	0,275	1,00	0,500	0,500
0,34	0,830	0,282			
0,35	0,825	0,289			
В элементах прямоугольного сечения с двойной арматурой рабо-
чая арматура расположена у двух противоположных граней эле-
мента (рис. 9.4, б). Следует подчеркнуть, что в сжатой зоне ар-
матура менее эффективна, чем в растянутой, и сечения с двой-
ной арматурой являются неэкономичными. Их применяют только
тогда, когда элемент может подвергаться действию знакоперемен-
ных моментов, а также когда сжатая арматура необходима для
усиления сжатой зоны бетона (если высота сечения ограничива-
ется по эксплуатационным или эстетическим требованиям).
Схема усилий и эпюра напряжений в поперечном сечении в
принципе остаются такими же, как и в элементах с одиночной
арматурой. Однако к усилию в сжатом бетоне RbAb—Rbbx добав-
208
ляется усилие RSCA'S в сжатой арматуре S', приложенное на рас-
стоянии а’ от сжатой грани элемента. С учетом этого расчет-
ные формулу запишутся так:
RsA< = Rbbr + RscA..-	(9.17)
M^Rhbx(ha-Q,5x) + R« As(h0-a') ,	(9.18)
М Oto bho Rb И- Rsc As (hi-, — czz).	(9.19)
Рассмотрим характерные типы задач для сечений с двойной
арматурой.
Сжатая арматура S' необходима для усиления сжатой зоны
бетона. Б этом случае размеры сечения обычно бывают заданы и
необходимо определить сечения сжатой и растянутой арматуры А
и As (под заданный внешний момент М). Б этом случае опре-
деляют предельный момент, воспринимаемый сечением с одиночной
арматурой без преждевременного разрушения сжатой зоны, т. е.
при £=£«. Значение этого момента
MK=a,RbhoRb,	(9.20)
где ай=|я( 1—0,5^),
причем величину aR можно найти также и табличным способом
(по табл. 9.1), если принять £=£я,ао=ай. Заданный внешний мо-
мент М может оказаться больше предельного момента MR. Для
воспринятая разности этих моментов ДМ=М—MR=M—a,RbhoRb
нужно усилить сжатую зону бетона сжатой арматурой S', площадь
сечения которой Д( определяется по формуле, вытекающей из (9.18)
при замене ао на aR:
A'=(M-MR)/\Rsc(ha-a')\.	(9.21)
Площадь сечения растянутой арматуры находят из (9.17), ко-
торое при x=Xif=1-Rho запишется так:
As = lRbhc(Rb / Rs)+A's(Rsc /tfs) •	(9.22)
Насыщение сечения сжатой и растянутой арматурой (и соот-
ветственно величина внешнего момента) ограничивается условием
M^0,625bh‘l>Rb.	(9.23)
Сжатая арматура S' устанавливается по конструктивным сообра-
жениям или для воспринятая момента противоположного знака. Б
этом случае величину можно считать заданной. Из условия
(9.18) следует
a0 = M- RsrA's(h0-a')/(Rb bh$ .	(9.24)
Если ао^а«, из табл. 9.4 находят £ и х, затем из (9.17)
определяют 4S:
As=Rbbx/Rs+RscA's/Rs.	(9.25)
209
Если же ао>ая, то заданной площади арматуры A's недостаточно,
тогда ее (или же высоту балки) надо увеличивать.
Элементы таврового сечения (рис. 9.5) часто встречаются на
практике при применении отдельных балок таврового сечения. Кроме
того, в составе монолитных ребристых или сборных панельных
перекрытий находятся элементы, рассчитываемые как тавровые. Тав-
Рис. 9.5. К расчету таврового сечения в сжатой зоне:
а нейтральная ось расположена в полке; б то же, в ребре; в — часть сжатой зоны,
находящаяся в ребре и соответствующая часть сечения растянутой арматуры; г — часть
сжатой зовы, находящаяся в полке, и соответствующая часть сечения растянутой армату-
ры
ровые сечения в принципе выгоднее прямоугольных, так как пло-
щадь сжатого бетона за счет устройства сжатой полки здесь увели-
чивается, а не работающего растянутого — сокращается. Полка
в растянутой зоне обычно не применяется, так как не увеличи-
вает прочности элемента.
Расчетная ширина свесов полки, учитываемая в расчете, огра-
ничивается, так как отдаленные участки полки слабее вовлекаются
в работу элемента. Для сжатой полки ограничения по ширине,
вводимой в расчет, таковы: ширина свеса полки в каждую сто-
рону не более 1/2 расстояния в свету между продольными ребрами
и 1/6 пролета элемента; если расстояние между попереч-
ными ребрами больше расстояния между продольными (или
же поперечных ребер нет), то при hf<O,lh вводится дополнительное
ограничение упомянутой ширины свеса — 6/г/. При консольных све-
сах полки (для отдельных балок) указанные ограничения таковы:
при hf>O,lh—не более 6/г(, при /г(^О,1/г — не более 3/г( (но при
/г/г£С0,005/г рассматривают сечение как прямоугольное, т. е. свесы
вообще не учитывают).
210
При расчете таврового сечения могут возникнуть два основных
расчетных случая: нейтральная ось проходит в полке (рис. 9,5,а)
или в ребре (рис. 9.5,6). Нейтральная ось проходит в полке
когда свесы полки достаточно развиты, а количество растя-
нутой арматуры невелико. Это возможно при выполнении условия
RsAs-^Rbbfhf.	(9.26)
В данном случае сечение рассчитывают, дополняя его до пря-
моугольного (пунктир на рис. 9.5,а). Такой прием допустим, по-
скольку дополнение происходит за счет неработающего растянутого
бетона. Схема усилий и эпюра напряжений остаются такими же,
как и при расчете прямоугольных сечений.
Иногда при слабо развитых свесах полки и достаточно сильном
армировании оказывается, что x>hf, т. е. нейтральная ось вынуж-
дена смещаться в ребро (см. рис. 9.5,6). При этом условие (9.26)
не выполняется, т. е. имеет место неравенство
RsAsZ>Rbbfh'f.	(9.27)
В этом случае положение нейтральной оси определяется из усло-
вия 2Х=0:
RsAs = Rb bx+(bf — b) hf Rb.	(9.28)
Б правой части равенства дана сумма усилий в той части
сжатой зоны, которая находится в ребре (рис. 9.5,в), и в той его
части, которая состоит из полностью сжатых свесов полки (рис.
9.5,г); в остальном же схема усилий и эпюра напряжений не
отличаются от того, что принималось при расчете прямоугольного
сечения. Из условия 2Л4=0 в соответствии с рис. 9.5,в,г имеем
выражение, определяющее условие прочности рассматриваемого се-
чения:
M=/?(,6x(/io-O,5x)+/?i,(6f/-6)/i;(/io-O,5/i/),	(9.29)
причем всегда должно соблюдаться условие x//io=S,<^. Расчет
таврового сечения ведется в зависимости от того, какой из трех
характерных практических типов задачи пас интересует в следую-
щем порядке.
При проверке прочности запроектированного сечения определяют
расчетный случай таврового сечения согласно (9.26) или (9.27).
В зависимости от расчетного случая или ведут расчет как для
прямоугольного сечения, или же определяют положение нейтраль-
ной оси из (9.28) и проверяют прочность сечения по (9.29).
При подборе арматуры при заданном сечении бетона (под за-
данный внешний момент М) для определения расчетного случая
таврового сечения пользуются условиями
М s^Rt, bf hf(hn — 0,5 hf),	(9.30)
211
тогда нейтральная ось проходит через полку, или
(9.31)
тогда она проходит через полку. В первом случае арматуру под-
бирают как для прямоугольного сечения, в противном случае рас-
чет ведут по формулам, вытекающим из (9.28) и (9.29) с учетом
того, что х=|Ло и oto=|(l — 0,5|):
RsA^ZRbbhl+R^bf-b^hf ;	(9.32)
M^auRbbhi + Rbtb'f-b) hf^-0,5 ft]) ,	(9.33)
откуда
aa = [M-Rb(b'f-b) /i](/i0—0,5 h'f)] I (Rbbhl) .	(9.34)
По значению oto из табл. 9.1 находят £ и из (9.32) вычисля-
ют As:
As.=[£fe/io-|-(fy— bo) /if] Rb / Rs-	(9.35)
При подборе всех размеров сечения бетона и арматуры опре-
деляют ориентировочную высоту тавровой балки по формуле
/i=(7...9)VM,	(9.36)
где М — в кН-м; h — в см; ширину ребра принимают (0,4...0,5)/i.
После этого ведут расчет по предыдущему типу задачи с ис-
пользованием формул (9.32)... (9.35) и табл. 9.1.
9.3.	ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ
ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПО НОРМАЛЬНЫМ СЕЧЕНИЯМ
Пример 1. Да но : железобетонная балка сече-
нием /?Х/г=25Х40 см с одиночной продольной арматурой 4016 А-Ш
у растянутой грани (а=3,5 см), бетон В20 при -ул.2=0,9. Опре-
делить предельный изгибающий момент, воспринимаемый сечением
(проверка прочности).
Решение. Из табл. 7.2, 8.3, 8.4 для бетона класса Б20
/?(,=0,9-11,5 МПа = 10,35 МПа, для арматуры класса А-Ш диаметр
16 мм, /?s=365 МПа, As=8,04 см2. Рабочая высота ho=h—а=
= 40—3,5=36,5 см. Из формулы (9.8) высота сжатой зоны
x=/?sAs/(/?&/?) =365-8,04/(10,35-25)= 11,4 см; |=х//г0= 11,4/36,5=
=0,312. Пользуясь формулами (9.7) и (9.6), находим:
ш=0,85-10,35/125=0,768;	|я=0,768/] 1 +-|^- (1 —^ур-) ] =
= 0,628; 0,312<0,628, т. е. условие выполняется, имеет ме-
сто случай 1. Из формулы (9.10) находим предельный момент,
воспринимаемый сечением
М = 365-8,04 (36,5 — 0,5• 11,4)=90 400 МПа-см3=90,4 кН-м .
212
Пример 2. Дано: железобетонные балки, сечение бетона и ха-
рактеристики материалов согласно примеру 1. На балку действует
расчетный внешний момент 100 кН-м= 100 000 МПа •см ’. Опре-
делить требуемую площадь арматуры.
Решение. Из формулы (9.13) ao=M/(b/i2/?fc)= 100 000Д25Х
Х36.52 • 10,35) = 0,290. Ио табл. 9.1 £=0,352 и г)=0,824. Предельная
высота сжатой зоны, как и в примере 1, составляет £«= 0,628.
Условие £<£« выполняется, значит имеет место случай 1.
По формуле (9.14) A4= 100 000/(0,824 -36,5-365)=9,10 см2.
По табл. 7.3, 7.4 принимаем 3 0 20 A-III (As=9,41 см2).
Примерз. Дано: железобетонная балка; характеристики мате-
риалов согласно примеру 1, на балку действует расчетный внешний
момент 120 кН-м. Определить оптимальные размеры сечения бетона
и требуемую площадь арматуры.
Решение. Задаемся шириной сечения Ь=25 см и значением
£ из оптимального диапазона 0,3...0,4, например, £=0,35, чему по
табл. 9.1 соответствует п=0,325 и а()=0,289. Из условия (9.13)
/г()=Л/М/(а0/?7?(,)=\/120 000/(0,289 • 25 • 10,35) = 40,6 см. Так как
высота балки более 25 см, по нормам требуется толщина защитного
слоя не менее 20 мм, тогда при ориентировочном диаметре рабочих
стержней до 25 мм и их однорядном расположении a=20-j-25/2=
=32,5 мм. Принимаем а=3,5 см, /г=45 см, hn=h—а=41,5 см. Да-
лее расчет ведем аналогично примеру 2: ао= 120 000/(25-41,52Х
X Ю,35)=0,269; £=0,320(0,3<£<0,4); £«=0,628(£<£«); л=0,840.
По формуле (9.14) As= 120 000/(0,848-41,5-365) =9,43 см2
По табл. 7.3, 7.4 принимаем 2025 А-111 (Д,=9,82 см2).
Пример 4. Дано: железобетонная балка согласно примеру 1,
в сжатой зоне дополнительно задана арматура 20 10 А-III
(А(= 1,57 см2). Определить предельный изгибающий момент (про-
верка прочности).
Решение. Rb= 10,35 МПа, RS=RSC=365 МПа, As=8,04 см2,
A's= 1,57 см2, /г0=36,5 см. Из формулы (9.17) высота сжатой зоны
х= RSA -RSCA'S/ (Rbb)=365-8,04-365 • 1,57/(10,35-25)=9,12 см; £=
=х/Л0=9,12/36,5=0,250; £«=0,628.
Таким образом, £<£« т. е. имеет место случай 1, и заданное
количество A's можно считать достаточным.
Предельный момент по формуле (9.18) М=10,35-25-9,12(36,5—
-0,5-9,12)4-365-1,57(36,5-2,5)=94 900	МПа-см3=94,9 кН-м.
Сравнение с результатом примера 1 показывает, что учет сжатой
арматуры приводит к увеличению предельного момента, восприни-
маемого сечением.
Пример 5. Дано: железобетонная балка, сечение бетона и
характеристики материалов согласно примеру 1, расчетный внешний
момент 170 кН-м. Определить требуемую площадь двойной арма-
туры .
Решение. Аналогично примеру 2 имеем: oto= 170 000/(25Х
X 36,52 • 10,35) =0,493.
213
Предельное значение ao=a# из табл. 9.1 (при £=£R=0,628)
равно 0,431. Так как условие ао<«/? не выполняется, необходимо
установить сжатую арматуру. Согласно уравнению (9.19).: MR=
0,431-25-36,52-10,35= 148 600 МПа- см3= 148,6 кН-м. Принимаем
а=2,5, площадь сечения сжатой и растянутой арматуры по фор-
мулам (9.21), (9.22):
+s=(170 000—148 600)/[365(36,5—2,5)] = 1,72 см2; +=0,628-25Х
X36,5-10,35/36,5+1,72= 17,83 см2. По табл. 7.3, 7.4 принимаем: в
сжатой зоне 20 12A-I11 (+=2,26 см2), в растянутой зоне 3028
А-Ш (+=18,47 см2).
9.4.	РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ НАКЛОННЫХ
СЕЧЕНИЙ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Разрушение изгибаемого железобетонного эле-
мента может произойти не только по нормальному к оси балки
сжатию, но и по наклонному сечению, обычно расположенному
вблизи опоры. Это связано с тем, что вблизи действуют не только
изгибающие моменты, но и значительные поперечные силы, в соот-
ветствии с чем рассматривают два возможных случая разрушения
по наклонному сечению — от изгибающего момента М и попереч-
ной силы Q. При расчете прочности наклонных сечений исходят
из условия, чтобы усилия от внешних нагрузок, действующие в
наклонном сечении, были меньше или равны внутренним предель-
ным усилиям в наклонном сечении.
Усилия от внешних нагрузок представляют собой равнодействую-
щую всех внешних сил (Л4 и Q), расположенных по одну сторону
от рассматриваемого наклонного сечения. Внутренние усилия в на-
клонном сечении определяются в предположении, что в этом
сечении в предельном состоянии имеется наклонная трещина.
Внутренние усилия в подобном наклонном сечении следую-
щие: продольное и поперечное усилия в бетоне над наклонной
трещиной; осевые и поперечные («нагельные») усилия в продоль-
ной арматуре, пересекающей наклонную трещину; осевые усилия в
поперечной арматуре, пересекающей наклонную трещину; силы за-
цепления, действующие между берегами наклонной трещины.
Продольные и поперечные усилия в бетоне над наклонной
трещиной представляют собой равнодействующие нормальных и ка-
сательных напряжений в нормальном сечении, проходящем через
вершину наклонной трещины. Бетон в этой зоне работает в ус-
ловиях сложного (неодноосного) напряженного состояния. Продоль-
ная арматура, пересекающая наклонную трещину, в результате вза-
имного смещения берегов трещины удлиняется и изгибается. За
счет этого в продольной арматуре возникают продольные усилия,
моменты и поперечные усилия, определяемые соответственно осевыми
напряжениями в арматуре, разностью краевых напряжений и при-
ращением моментов по длине арматурного стержня. Однако напря-
214
жения в продольной арматуре к моменту разрушения сечения, как
правило, не достигают своих предельных значений и не могут быть
выражены через расчетные сопротивления арматуры. Напряжения
в большинстве стержней поперечной арматуры, пересекающей на-
клонную трещину, напротив, достигают предельных значений, т. е.
расчетных сопротивлений. Так как в этих стержнях достигается
предел текучести по всей площади стержня, то в арматуре дей-
ствуют лишь осевые усилия, а поперечные, «нагельные», являются
весьма незначительными. Силы зацепления, действующие между бе-
регами наклонной трещины, являются следствием взаимного сме-
щения этих берегов. Дело в том, что наклонные трещины имеют,
как правило, ломаную конфигурацию, а сама поверхность бетона
в трещине является шероховатой. Поэтому при смещении соот-
ветствующих точек берегов наклонной трещины возникают силы
зацепления впадин и выступов, ('.илы зацепления могут играть боль-
шую роль в работе сечения, особенно при отсутствии попереч-
ной арматуры.
Если внешняя нагрузка растет, то вначале образуется наклон-
ная трещина. При дальнейшем росте нагрузки напряжения в обоих
видах арматуры (продольная и поперечная) и в бетоне над на-
клонной трещиной непрерывно увеличиваются, расчетное сопротив-
ление вначале достигается напряжениями в поперечной арматуре,
а затем, в процессе текучести, наступает также предельное со-
стояние либо бетона над наклонной трещиной, либо продольной
арматуры. Б первом случае разрушение бетона вызовет разрушение
элемента в целом, хотя напряжения в продольной арматуре и не
достигли предельных значений. Во втором случае нагрузка может
расти и далее, пока не разрушится бетон над трещиной или не
нарушится анкеровка продольной арматуры, находящейся под пре-
дельным напряжением. Возможен и третий вариант разрушения —
при значительном насыщении элемента поперечной арматуры она
не может достичь своих предельных сопротивлений и элемент разру-
шается от раздавливания бетона в середине высоты элемента,
между наклонными трещинами.
Расчет должен обеспечивать конструкцию от всех перечислен-
ных случаев разрушения, причем для решения этой задачи можно
использовать систему трех уравнений равновесия в наклонном се-
чении — равновесия поперечных сил, равновесия моментов, равнове-
сия продольных сил. Однако методика, основанная на совмещен-
ном решении всех уравнений равновесия, в настоящее время только
разрабатывается, поэтому в нормах принимается раздельный расчет
на действие поперечной силы и на действие момента в наклонном
сечении. При первом типе разрушения (от поперечной силы) усло-
вие прочности наклонного сечения записывается так (рис. 9.6.):
(9.37)
где Q — поперечная сила, действующая в наклонном сечении (равно-
215
действующая поперечных сил от внешней нагрузки, расположенных
по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения);
Qsw и Qsjnc - сумма поперечных усилий, воспринимаемых хомутами
и отогнутыми стержнями (отгибами), пересекаемыми наклонным
сечением; Qb — поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой
зоны в наклонном сечении, определяемое по эмпирической формуле.
Рис. 9.6. К расчету изгибаемого элемента по
наклонным сечениям
Это условие вытекает из
уравнения проекций усилий
и основано на следующих
предпосылках: поперечное
усилие Qb, воспринимаемое
бетоном над наклонной тре-
щиной, вычисляется в зави-
симости от расчетного сопро-
тивления бетона растяжению
Rbt, размеров элемента и
наклона сечения;  усилия
в поперечной арматуре
RswAa всегда направлены
вдоль стержней; под попе-
речной арматурой в этом случае понимают как отогнутые стержни,
так и хомуты (поперечные стержни сварных каркасов или хо-
муты вязаных каркасов);  в расчет вводится вся пересекае-
мая наклонным сечением поперечная арматура с растягиваю-
щими напряжениями, равными Rsw;  усилия в продольной ар-
матуре R.Л, при расчете на действие поперечной силы не учи-
тываются.
При втором типе разрушения — по изгибающему моменту — ус-
ловие прочности наклонного сечения вытекает из того, что сумма
моментов относительно точки приложения равнодействующей сжи-
мающих усилий в речении над трещиной должна быть равна нулю
(т. е. ХМ=0):
(9.38)
где М — момент внешних сил, расположенных по одну сторону
от рассматриваемого наклонного сечения, относительно вышеупо-
мянутой точки; Ms, Msw, Msjnc — сумма моментов относительно той же
точки соответственно от условий в продольной арматуре,
в хомутах и отогнутых стержнях, пересекающих растянутую зону
наклонного сечения.
Расчет прочности наклонных сечений по поперечной силе при
поперечной арматуре в виде хомутов (без отгибов). Прежде чем
приступить к расчету по поперечной силе, необходимо проверить
условие для предельного значения поперечной силы. Это необхо-
димо, чтобы избежать разрушения бетона по сжатой полосе между
наклонными трещинами от действующих здесь наклонных сжимаю-
щих усилий. Указанное условие записывается так:
216
Q^Quf,	(9.39)
Фи2=0,3<рИ1 (pfti Rhbhn.	(9.39')
Коэффициент фв>| учитывает влияние поперечной арматуры:
фШ|=1 + 5ацш^1,3,
где a=Es/Eb-, Es и Еь — модули упругости арматуры и бетона
цш=Л5ш/(65ю);	— площадь сечения поперечной арматуры (хому-
тов), находящихся в одном сечении балки; - шаг хомутов.
Коэффициент фя учитывает свойства бетона:
Фя= 1—	/?|,
где /?|=100 МПа для тяжелого и мелкозернистого бетона и
50 МПа — для легкого бетона.
Если условие (9.39), определяющее прочность бетона между
наклонными трещинами, соблюдается, можно приступить к опре-
делению площади арматуры, воспринимающей вместе с бетоном по-
перечную силу.
Б общем случае поперечная сила Qb, воспринимаемая бето-
ном, определяется по эмпирической формуле
Qb =[фь2 (1 И- Ф/ -|- Ф„) Rb, bhf, | / с,	(9.40)
где ф(,2—коэффициент, учитывающий вид бетона, для тяжелого
бетона ф(>2=2,0; ф^ — коэффициент, учитывающий сжатые полки
таврового сечения;
<Pf = ^~(bf— b) h, / (6й0)<0,5 ;
величина b'\ принимается не более величины b-\-3hf', а продоль-
ная арматура должна быть надежно заанкерована в полке. ф„=
=0,IN/(Rbtbho) — коэффициент, учитывающий влияние продольной
силы N (в частности, усилия предварительного обжатия); с —
длина проекции наиболее опасного наклонного сечения (см. рис. 9.6).
Для изгибаемого элемента с поперечным армированием (без от-
гибов) условие (9.37) получит вид
Qb-	(9.41)
Величина Qsw для хомутов, перпендикулярных продольной оси эле-
мента, вычисляется по формулам
QSW=XRSWASW,	(9.42)
или
Qsw^ qsw€,	(9.43)
где qsw — усилие в хомутах на единицу длины элемента, опре-
деляемое по формуле
217
Q SU1 /?.ЧШч4,Ч[£' / S ч
(9.44)
где s - - шаг хомутов.
Подставляя в (9.41) выражения (9.40) и (9.43), получим
Q с4~[флг (1 4~фг 4~фп) Rh bh»] / с ,	(9.45)
При перемещении сосредоточенной силы F относительно опоры,
где действует опорная реакция R (см. рис. 9.6), усилие, воспри-
нимаемое наклонным сечением и выраженное правой частью условия
(9.45), меняется по сложному закону. Дело в том, что первый
член прямо пропорционален величине с (усилие в хомутах, пере-
секаемых наклонным сечением, возрастает с увеличением длины
этого сечения); второй член обратно пропорционален величине с
(поперечное усилие, воспринимаемое сжатым бетоном, уменьша-
ется с увеличением длины наклонного сечения). Суммарное усилие,
воспринимаемое наклонным сечением, будет стремиться к минимуму,
т. е.
QSIB+Qft^rriin,	(9.46)
при некотором значении с—са (см. рис. 9.6).
Именно такую проекцию будет иметь опасная наклонная трещина,
развивающаяся при расположении силы F согласно рис. 9.6. Величи-
на Со определяется из условия (9.46); в свою очередь, условие
(9.46) достигается при Qstl>=Qt>, т. е. когда поперечное усилие, вос-
принимаемое сечением, как бы поровну распределяется между бето-
ном и поперечной арматурой.
Отсюда, используя снова (9.40) и (9.43) и заменяя с на с0,
величина
£о=л/ф*2(1 “Ьфг + фп) Яы bh()/qsa, .	(9-47)
Поперечное значение проекции опасной наклонной трещины дол-
жно быть не более величины с согласно рис. 9.6 (это было бы
физически невозможно) и не более 2/i0, а также не менее ho, если
O-fto. Значение поперечного усилия в бетоне сжатой зоны Q прини-
мается не менее величины (?и|=ф(>з( 1+ф?+фп)/?(>ФЛ2о. Коэффи-
циент ф(,з принимается равным для бетонов тяжелого (обычного) —
0,6, легкого марки по плотности более D1800 и мелкозернистого —
0,5. Если величина внешней поперечной силы меньше указанной
величины, т. е.
Q < фьз (1 4~ ф/ 4~ фл) Кы bho ,	(9.48)
то она воспринимается бетоном и поперечная арматура по рас-
чету не требуется.
Последовательность описанных выше отдельных этапов расчета
иллюстрируется блок-схемами и примером расчета, приведенным
в § 9.5.
218
без поперечной ар-
Рис. 9.7. К расчету из-
гибаемого элемента без
поперечной арматуры

Элементы без поперечной арматуры. В балках и ребрах высотой
менее 150 мм, в многопустотных панелях перекрытий (или аналогич-
ных часторебристых конструкциях) высотой менее 300 мм, а также
в сплошных плитах поперечную арматуру можно не устанавли-
вать. Однако при этом требуется проводить расчет элементов на
действие поперечной силы. Расчет элементов
матуры на действие поперечных сил имеет
определенные особенности, связанные с усло-
виями образования и развития наклонных
трещин в таких элементах. Б процессе
увеличения нагрузки в них вначале появля-
ются трещины в нормальных сечениях, рас-
положенных в зоне максимального момента,
после чего образуются нормальные трещины
и в зоне поперечных сил. Эти трещины по-
степенно отклоняются от своего направления
в сторону траектории главных сжимающих
напряжений. Затем возникает самостоятель-
ная наклонная трещина (иногда она образуется из нормальной).
По этой наклонной («критической») трещине и происходит раз-
рушение, которое может наступить или сразу, или же после не-
которого дополнительного увеличения нагрузки. Такой своеобразный,
довольно внезапный характер разрушения требует и особого, более
осторожного подхода к расчету элементов без поперечной арма-
туры. Этот расчет производится по усилию образования крити-
ческой трещины из следующего условия:
(1 “Ьфп) Rbi bhi/c .	(9.49)
При этом величина поперечной силы Q, действующей в наклонном
сечении, принимается не более 2,5Rbibh0 и не менее <рьзРыЬЬ0.
Коэффициент принимается равным для бетонов: тяжелого (обыч-
ного) — 1,5, легкого марки по. плотности более D1800 и мелкозер-
нистого — 1,2, а коэффициент <р&з — 0,5 и 0,6 соответственно. Б фор-
муле (9.49) Q поперечная сила в конце рассматриваемого на-
клонного сечения; с длина проекции наклонного сечения, про-
ходящего через опору, принимается равной не более 2/i().
Для проведения такого расчета обычно задаются некоторыми зна-
чениями с^2й0, а при действии фиксированных сосредоточенных
сил эти наклонные сечения направляют самым невыгодным образом,
т. е. к точкам приложения сосредоточенных сил (рис. 9.7).
Перспективы развития методов расчета наклонных сечений на
поперечную силу. Эксперименты показывают, что принятый в нормах
расчет наклонных сечений на поперечную силу не учитывает некото-
рых важных факторов. Б частности, не учитывается тот факт, что
на несущую способность наклонного сечения, оцениваемую по пре-
дельной поперечной силе, оказывает влияние действующий в этом
сечении изгибающий момент, приводящий к увеличению напряжений
219
в бетоне и арматуре. Поэтому с ростом изгибающего момента
предельная поперечная сила должна уменьшаться и это, по-видимо-
му, будет учтено за счет совместного решения уравнении рав-
новесия поперечных сил и изгибающих моментов в наклонном
сечении.
Прочность наклонных сечений по изгибающему моменту. При
определенных конструктивных условиях, перечисленных ниже, проч-
ность наклонного сечения, записанная в виде формулы (9.39), будет
по крайней мере не ниже, чем прочность нормального сечения
этой же балки, и расчет наклонного сечения на изгибающий мо-
мент можно не производить.
Конструктивные требования, обеспечивающие прочность балки на
изгиб по наклонным сечениям, таковы:  при свободном опирании
балки должна быть обеспечена анкеровка продольных стержней,
доводимых до опоры; в этом случае условие прочности элемента
на изгиб гарантируется не только в пролете, но и во всех на-
клонных сечениях, начинающихся у опоры;  для обеспечения анке-
ровки стержней продольной арматуры длина их запуска 1ап на
Грань СВобОДНОЙ ОПОрЫ ДОЛЖНа СОСТаВЛЯТЬ /ая=( WunRs/Rh + /\kan)d^
^kand, где для растянутой арматуры (без преднапряжения), анке-
руемой в растянутом бетоне, UZUfl=0,7, ДХап=11, кап= 20, /ап^250 мм;
 если анкеровка продольных стержней недостаточна, то предус-
матривают специальные конструктивные меры -- приварку к концам
стержней анкерующих пластин или закладных деталей, постановку
косвенной арматуры в зоне анкеровки и т. п.
В целях экономии стали часть продольной арматуры (не более
50% Л.,) можно обрывать в пролете, не доведя до опоры. Обры-
ваемые стержни должны быть заведены за место теоретического
обрыва (т. е. за нормальное сечение, где они уже требуются но
расчету) на длину 1рг. Величину 1Р, принимают равной большему
из двух значений:
Q-Q
/	— b5d. /рг=20,
Р	2Ч^1
(9.50)
где Q поперечная сила в точке теоретического обрыва стержня;
Q^ni поперечная сила, воспринимаемая отгибами (если они есть)
в месте теоретического обрыва; qa.i— усилие в хомутах на едини-
цу длины балки на участке длиной lpr\ d -- диаметр обрываемого
стержня.
Величины q^-i и Qs.,„c определяют по следующим формулам:
^Ы.,= /?5ЛЖ,/3,	(9.51)
Qs.,п<=Л 4.,пс/?., sina,	(9.52)
где a - угол наклона отгиба к оси элемента.
220
9.5.	БЛОК-СХЕМЫ И ПРИМЕР РАСЧЕТА
Для того чтобы яснее представить себе по-
следовательность и логическую взаимосвязь отдельных этапов рас-
чета прочности изгибаемого элемента по наклонным сечениям, удоб-
но пользоваться приводимыми ниже блок-схемами расчета (блок-
схемы 9.1 и 9.2). Эти же блок-схемы могут быть использованы
для составления программ расчета на ЭВМ. Блок-схемы включают
в себя арифметические и логические этапы расчета. Арифмети-
ческие этапы заключаются в проведении вычислений по опреде-
ленным формулам; они представлены в виде прямоугольников. Логи-
ческие этапы предусматривают проверку выполнения определенных
условий и (в зависимости от того, выполняется ли условие или
нет) переход от предыдущего арифметического этапа к одному из
последующих; логические этапы представлены на блок-схеме ром-
бами. Выполнение операций производится в направлении, указанном
стрелками.
Пример расчета. Дапо: железобетонная балка при следующих
исходных данных: Q=200kH=2 • 105Н, /г=60см, Ь=20 см, а=3,5 см,
Aswi =0,503 см2(08 мм), п=2; бетон класса В15: уь2=0,9, /?*=
= 0,9-8,5=7,65 МПа=7,65-102Н/см2 (табл. 8.3), £^=0,9-0,750=
=0,675 МПа=0,675-102Н/см2 (табл. 8.3), £<,=20 500 МПа (табл.
8.10), поперечная арматура из стали класса А-Ш; /?5И=285МПа =
=285-102Н/см2 при г/ш>1 /3 (табл. 8.4), £s=2-105 МПа (табл.
8.11), (р<>2=2, фИ=0,6, <р7=0, (рл=0, «1=100 см, р=1//?|, /?,=
= 100 МПа.
Определить шаг поперечных стержней.
Расчет. Расчет выполняем по блок-схеме 9.2.
1.	/го=6О—3,5=56,5 см.
2.	Qut=0,6-0,675-102-20 - 56,5=45 765 Н=*45,8 кН.
3.	Q=200>QUi=45,8 кН. Поперечная арматура требуется по
расчету.
4.	qsw = ( -^--2• 10'^ 2 / (2 • 1-0,675-102-20-56,52)= 1170 Н/см .
5.	c(l= V(2 • 1 - 0,675-102-20 - 56,52)/1170 = 86 см .
8.	Со=86<2/го=2-56,5=113 см. Условие и. 8 выполнено.
„	2-Ю5	2-1-0,675-102-20-56,52	11 4ли/
9.	<7.^.1=—gg------'—ggj-----:—=1140 Н/см.
11.	s=285-102-2-0,503/1140=25,15 см.
12.	sm,„=0,75-2-1 -0,675-102• 20• 56,52/(2• 105)=32 см.
13.	/г>450 мм. Условие п. 13 не выполнено.
14.	s<l/3/г= 1/3-60=20<50 см.
15.	Принимаем менынее из значений по п. 11, 12, 14, крат-
ное 50 мм, с округлением в меньшую сторону: s=20 см.
16.	Asa.=2-0,503= 1,006 см2.
221
Блок-схема 9.1
Примечания к блок-схеме 9.2: I) коэффициент 0,75 в и. 12 учитывает возможное
отклонение размещения поперечных стержней нри изготовлении сварных каркасов;
2) в п. 15 принимается меиьшее из значений шага по п. II, 12, 14', кратное 25 или 50 мм с
округлением в меньшую сторону; 3) выход на п. 23' означает, что нужно увеличить раз-
меры сечения, прочность бетона или изменить параметры поперечного армирования:
4) выход на п. 23 означает, что принятые размеры сечения достаточны (П. Р. С. Л).



h0 = h - a
_______ f
Qu^^jfl^n^O^tff’o
нет
?SKSh^
CO^[^\'^^RSt6ho]l^
да
$sw c0 ^e2^*^^n)RBt^o]lco
ft
до
______________[________________<Z
Поперечная арматура по расчету
не требуется
Установить поперечную арматуру
no конструктивным
требованиям
нет
l'
0
f_______________Q®
„	_ Q 9toO*<Pft9nY<ttilto
>sw 2h0
s~ (*siv n / Qsw
I
2 hHC0
& max [о^зг^^Уп^и^е]/ °
da
См. примечание
з
h « USOmm
нет

5£^h ; J sf ISO им
у Л ; 5 < SOO мм
£
~ пА$ь/1
9>ц =
Блок-схема 9.2
223
17.	<рЬ1= 1—7,65/100=0,9235.
18.	а=2-1072,05-104=9,75.
19.	1,006/(20-20)= 0,0025.
20.	<ри|=1+5-9,75-0,0025=1,12.
21.	Qu2= 0,3-1,12 - 0,92 35-7,65-102-20 - 56.5= 277 970 Н=278 кН.
22.	Q=200«?u2=278 кН.
23.	Размеры сечения балки достаточны.
9'— “]	Что называется плитой и балкой? ф Для чего предназначена
продольная и поперечная арматура в балках? ф Как размещают сетки
—•—	в плитах? ф Какие конструкции называют предварительно напряженными
(преднапряженными) ? ф Основные преимущества преднапряженных конст-
рукций. ф Назовите два основных способа создания предварительных напря-
жений в арматуре и в чем их особенность, ф Какие классы арматуры и марки
бетона применяют для преднапряженных конструкций? ф Что такое передаточная
прочность бетона? ф Как обеспечивается усиление концевых участков нредиапря-
женных элементов? ф Какие виды анкерных устройств применяются в предна-
пряженных элементах? ф Как размещается арматура в изгибаемых предна-
пряженных элементах? ф Назовите основные случаи разрушения нормальной к оси
балки сечения, как называют соответствующие случаи расчета? фКакие харак-
теристики используются для определения границы между двумя случаями расчета?
фКакова схема усилий и форма эпюры напряжений при расчете по случаю 1 ? ф Како-
вы основные условия статики, используемые в расчете сечений? фОсновпые расчетные
формулы для прямоугольною сечения с одиночной арматурой. фТри типа харак-
терных задач и ход решения в каждой из задач, ф В каких случаях применяют
сечения с двойной арматурой? ф Как изменяется схема усилий в сечении
ври применении двойной арматуры? ф Каков ход расчета сечений с двойной
арматурой? ф Где на практике встречаются тавровые сечения? ф Почему огра-
ничивается расчетная ширина свесов полки, перечислите эти ограничения? ф Назо-
вите два основных расчетных случая таврового сечения н как определяется поло-
жение нейтральной оси в каждом из случаев? ф Какова последовательность рас-
чета таврового сечения в зависимости от тина характерной практической задачи?
ф На каких предпосылках основано условие прочности наклонного сечения по
поперечной силе? ф Напишите общую формулу условия прочности наклонного
сечения по поперечной силе к изгибающему моменту, ф Какое условие проверяется
перед выполнением расчета сечения по поперечной силе? ф Как проводится расчет па
поперечную силу? Ф В каких случаях можно не проводить расчета наклонных се-
чений по изгибающему моменту?
Глава 10
СЖАТЫЕ И РАСТЯНУТЫЕ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Сжатыми элементами являются железобетонные колонны,
верхние пояса и элементы решетки ферм, элементы арочных, рамных конструкций
и другие конструктивные элементы. Как сборные, так и монолитные колонны широко
применяются в промышленных и гражданских зданиях. В зависимости от особен-
ностей их армирования колонны делят на следующие основные типы:  с гибкой
продольной арматурой (из обычных продольных стержней, объединенных в сварные
или вязаные каркасы); Ц косвенной арматурой в виде часто размешенных по-
перечных сеток - для колонн прямоугольного сечения, в виде спиралей или свар-
ных колец, охватывающих сечение колонны по периметру - для колонн круглого
или многоугольного сечения; | жесткой (несущей) продольной арматурой, напри-
мер, в виде швеллеров, двутавров, используемых в монолитных конструкциях вместо
224
лесов для воспринятия нагрузок от опалубки, свежеуложенного бетона н др. (такая
арматура включается в работу только после набора прочности бетоном, но затем
работает как неотъемлемый элемент конструкции).
Растянутыми элементами являются ннжние пояса н некоторые раскосы ферм,
затяжки арок, стенки различных емкостей (резервуаров, бункеров, силосов). В цен-
трально-растянутых элементах (когда равнодействующая внешних усилий приложена
в центре тяжести сечения элемента) арматура располагается по сечению равно-
мерно. При конструировании элемента особое внимание уделяют стыкованию арма-
турных стержней во длине элемента. Эти стыки следует выполнять сварными.
Целесообразно применять арматуру но возможности меньших размеров, получая
большее число стержней, добиваясь тем самым более равномерного распределения
напряжений в сечении.
10.1. СЖАТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
ПРИ СЛУЧАЙНЫХ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТАХ
ПРИЛОЖЕНИЯ НАГРУЗКИ
Возникающий в действительности эксцент-
риситет из-за неучтенных в расчете факторов называют случайным
эксцентриситетом. Даже если элемент загружен только центрально
приложенной силой, то он должен рассчитываться как внецентренно
сжатый со случайным эксцентриситетом, причем величина этого
эксцентриситета еа принимается равной большему из двух значений:
1 /30 сечения и ‘/воо длины элемента (или его части между закреплен-
ными точками), но не менее 1 см.
Если для рассматриваемого элемента расчетный эксцентри-
ситет равен нулю, т. е. при наличии только случайного эксцентри-
ситета, поперечное сечение элемента обычно принимается квадрат-
ным с размером стороны кратным 50 мм нли (при размере более
500 мм) кратным 100 мм.
Продольную арматуру (в количестве до ц—0,03) целесообразно
принимать класса А-111, бетон — достаточно высоких классов (не
ниже В15...В25). Продольную арматуру для снижения гибкости
стержней принимают по возможности больших диаметров. Плоские
сварные каркасы / (рис. 10.1) объединяются в пространственные
путем установки соединительных стержней 2. Поперечная арматура
сжатых элементов необходима для закрепления сжатых продольных
стержней от бокового выпучивания, поэтому все поперечные
стержни приваривают ко всем угловым продольным стержням.
Диаметр поперечной арматуры назначается без специального расче-
та. Расстояние между поперечными стержнями должно быть не более
2Qd (в вязаных каркасах 15rf) и не более 500 мм (</ — наименьший
диаметр продольной сжатой арматуры). В пределах стыка кар-
касов расстояние между поперечными стержнями должно быть не
более 10d. По длине элемента продольные стержни соединять не
рекомендуется. Сжатые колонны сечением 40X40 см и менее армиру-
ют четырьмя продольными стержнями по углам, для колонн боль-
шего сечения нужно предусматривать и промежуточные стержни,
8 Зак. 1285
225
с тем чтобы расстояние между продольными стержнями было не
больше 400 мм.
/
/
При расчетном эксцентриситете, равном нулю, т. е. при наличии
только случайного эксцентриситета, некоторые элементы прямоуголь-
ного сечения (с симметричной арматурой классов A-I, А-11, А-111 при
расчетной длине /о<2О/г, где
/о — по табл. 10.1) можно
рассчитывать по упрощенной
методике, как центрально-
сжатые. Условие прочности
сечения в этом случае запи-
сывается так:
N^]<f(RbA+RscAs), (10.1)
где N — расчетная продоль-
ная сила; A = bh — площадь
и высота; As — площадь сече-
Рис. 10.1. Сечения колонн:
/-• сварные каркасы; 2— соединительные стержни
сечения элемента; b, h — его ширина
ния сжатой арматуры; ц — коэффициент; при /г^200 мм ц=0,9, при
/г>200 мм т]= 1,0; <р— коэффициент, учитывающий продольный из-
гиб и определяемый по эмпирической формуле с учетом длительно-
сти действия нагрузки, характера армирования и гибкости колонны,
характеризуемой отношением lo/h:
Rsc (А,+АА
ч=чь+'2 (<Р ~Ъ)---J
(Ю.2)
Таблица 10.1. Расчетная длина /о колонн одноэтажных зданий при расчете
их в плоскости поперечной рамы
При учете нагрузки от мостовых кранов	Подкраиовая (нижняя) часть колонн при подкрановых балках	Разрезиых	1,5//,
		Неразрезных	l,2//i
	Надкраиовая (верхняя) часть колонн при подкрановых балках	Неразрезных	2Нг
Без учета нагрузки от имеющихся мостовых кра- нов	Подкрановая (нижняя) часть ко- лонн зданий	Однопролетных	1.5//
		Многопролет- ных	1,2//
	Надкрановая (верхняя) часть ко- лонн при подкрановых балках	Разрезных (а также при от- сутствии мосто- вых кранов)	2,5/72
		Неразрезных	2Н2
В зданиях без мостовых кранов	Колонны постоянного сечения зда- ний	Однопролетных	1,5/7
		Многопролет- ных	1,2/7
Примечание. Н -• полная высота колонны от верха фундамента до горизонтальной
конструкции (стропильной или подстропильной); Hi— -высота нижней (подкрановой) части
колонны от фундамента до низа подкрановой балки, Н2— высота верхней (надкрановой)
части колонны от ступени колонны до горизонтальной конструкции.
226
где ср* и (рг принимаются по табл. 10.2 с учетом величины М—
продольной силы от постоянных и длительных временных нагрузок
(от англ, long-term— длительный); значение (р* в любом случае
принимается не более <рг; величина (р<, относится к чисто бетонному
сечению, величина <рг учитывает положительное влияние армирования
в железобетонном сечении (от англ, reinforced — армированный) на
Таблица 10.2. Коэффициенты и (р, для железобетонных элементов на
тяжелом (обычном) и мелкозернистом бетоне
Ni/N	lo/h
	6	|	8	|	10	|	12	|	14	|	16	|	18	|	20
Коэффициент (р/,
0	0,93	0,92	0,91	0,90	0,89	0,86	0,83	0,80
0,5	0,92	0,91	0,90	0,88	0,85	0,80	0,73	0,65
1	0,92	0,91	0,89	0,86	0,81	0,74	0,63	0,55
			Коэффициент гр					
	0,93	0,92	0,91	0,90	0,89	0,87	0,84	0,81
и	0,92	0,92	0,91	0,89	0,87	0,84	0,80	0,74
0,5	0,92	0,92	0,91	0,90	0,87	0,84	0,80	0,75
	0,92	0,91	0,90	0,87	0,83	0,79	0,72	0,65
	0,92	0,91	0,90	0,88	0,86	0,82	0,77	0,70
1	0,92	0,91	0,89	0,86	0,80	0,74	0,66	0,58
Примечание. Значения гр, в числителе - при площади сечения промежуточных
(а не угловых) стержней, расположенных у граней, параллельных рассматриваемой плос-
кости, менее (As-\-As)/3, в знаменателе при площади сечения указанных стержней, рав-
ной или превышающей (Л.н-Л')/3; Nt продольная сила от постоянных и длительных на-
грузок; N продольная сила всех нагрузок.
устойчивость элемента, особенно при преобладании постоянных и
длительных нагрузок (Л/^//Л/^—► 1.).
Для сжатых элементов, как и для изгибаемых, существует три
типа характерных практических задач. В зависимости от типа
такой задачи расчет ведут в такой последовательности.
Проверка прочности запроектированного или выполненного эле-
мента. Пользуются формулой (10.2) и по табл. 10.2 находят зна-
чение (р; после этого проверяют прочность по условию (10.1); при
этом, однако, предполагается, что соотношение lo/h задано.
Подбор (под заданную нагрузку) площади сечения арматуры
As. Предполагается, что площадь сечения, расчетная длина элемента,
характеристики бетона и арматуры заданы. Расчет ведут по формуле,
вытекающей из (10.1):
As + As = N /^Rsc)-ARb/Rsc,	(10.3)
где (р определяют по формуле (10.2) и табл. 10.2, задавшись соотно-
шением площади угловых и промежуточных стержней; задаются
при этом первом приближении и величиной p.i=(.4s-(-.4s)/А.
8
227
Подбор площади сечения бетона и арматуры под заданную
нагрузку. Вначале задаются <р=т]= I; (А4-Д5')=(ц-|-ц')Л=0,01/!1,
затем по вытекающей из (10.1) формуле
4=A//|i14>(.R/,+p/?sf)|	(10.4)
находят размеры поперечного сечения и назначают унифицирован-
ный размер. Затем вычисляют отношение /«//г (/ по табл. 10.1),
далее расчет ведут согласно предыдущей характерной задаче. Может
оказаться, что найденный коэффициент армирования не будет удов-
летворять условию Цп11п^(р+р/)^Цшах(Цтах=0,03). В этом случае
поперечное сечение элемента изменяют и проводят повторный
расчет. Величина р। = р + р', лежащая в пределах 0,01...0,02, счита-
ется оптимальной.
10.2. СЖАТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
ПРИ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТАХ ПРИЛОЖЕНИЯ
НАГРУЗКИ БОЛЬШЕ СЛУЧАЙНОГО
Если в сечении сжатого элемента по расчету
действует не только сжимающая сила Л/, но и изгибающий момент Л4,
то возникают эксцентриситеты больше случайного. Их определяют
по формуле
e0=M/N+eu,	(10.5)
где еа дана в начале § 10.1. Поперечные сечения колонн в рассматри-
ваемом случае обычно развивают в плоскости действия момента
и выполняют прямоугольными, тавровыми или двутавровыми.
Продольную арматуру, расположенную ближе к силе N, обозна-
чают S', а арматуру у другой грани — S. Если площади сечения
A's и А одной и другой арматуры равны, то армирование называют
симметричным, в противном случае имеет место несимметричное
армирование. Характер разрушения сжатых элементов зависит от
величины эксцентриситета и степени насыщения элемента армату-
рой S', S и может быть двояким:
 случай 1 соответствует большому эксцентриситету приложения
нагрузки (при сравнительно слабой арматуре S); в этом случае со
стороны S (растянутой) появляются трещины, которые при увели-
чении нагрузки растут; затем арматура S достигает предела теку-
чести на растяжение; только после этого начинается разрушение
сжатого бетона;  случай 2 соответствует малому эксцентриситету
приложения нагрузки (при сравнительно мощной арматуре S), в
этом случае арматура S только слабо растянута или даже сжата;
разрушение элемента начинается со стороны арматуры S', причем
одновременно достигаются предельные сопротивления в сжатом бето-
не и в сжатой арматуре.
228
Методика расчета на прочность строится в соответствии с
характером разрушения элементов. Условием, определяющим случай
работы элемента, является значение относительной высоты сжатой
зоны g в сравнении с предельной относительной высотой £д. Если
то имеет место случай 1, если — случай 2. таким обра-
Рис. 10.2. Схема действия
того элемента:
усилий в поперечном сечении внецентренно ежа-
а при	(случай 1); б при £>£# (случай 2); / геометрическая ось элемента;
2 — нейтральная ось; 3 — центр тяжести площади сжатой зоны бетона
зом, это условие полностью совпадает с соответствующим условием
для изгибаемых элементов.
В сечении элемента действуют условия, показанные на рис. 10.2.
При этом для случая 1 считают, что сжатый бетон работает
с расчетным сопротивлением /?*, а растянутая и сжатая арматура—
с расчетными сопротивлениями Rs и Rsc соответственно: для случая
2 вместо действительной эпюры сжимающих напряжений (пунктир)
229
принимают прямоугольную с ординатой Rb; напряжения в арматуре
S' (сжатой) считают равными расчетному сопротивлению RS[, а в
арматуре S — величине os, меньшей расчетного сопротивления.
Минимальная площадь сечения арматуры (А, и АО во внецентренно
сжатых элементах (в % от площади сечения бетона) зависит от
гибкости элемента, выражаемой соотношением lo/i, где /о — расчет-
ная длина элемента; i — радиус инерции его поперечного сечения
(см. ниже):
lo/i...................................... До 17	17...35	35...83 Более 83
Hmm и H'min............................... 0,05%. 0,10 %	0,20 %	0,25 %
Для определения прочности элемента сравнивают величины
внешнего M=Ne и внутреннего изгибаемых моментов относитель-
но оси, проходящей через точку приложения равнодействующей
усилий в- арматуре S. Соответствующее условие прочности запи-
сывается так:
— 0,5 x)+RscA's(h0 — а') ,
(10.6)
причем высоту сжатой зоны определяют из условия равновесия
сечения (Хх=0):
для случая 1
N = Rbbx + RscAs — RsAs при ,
для случая 2
N = RbbxA-RScA's — <jsAs при£>£р,
(Ю.7)
(10.8)
где os для бетона класса ВЗО и ниже с ненапрягаемой арматурой
классов от A-I до А-Ш принимают по формуле
os=[2(l-^)/(l-^)-l]/?s .	(10.9)
Под действием момента в гибких (/оД>14) внецентренно сжатых
элементах возникает прогиб. Это явление учитывается путем
умножения начального эксцентриситета ео продольного усилия А
на коэффициент г], характеризующий увеличение плеча продольной
силы за счет возникшего прогиба
n=l/(l-A/A/ff),	(Ю.Ю)
где МСг — условная критическая сила;
6,4 Е к г I к . nil	ч 1
Л/ ==—Ml , д-- + 0,1\ +а/Д	(10.11)
‘20 L Ф/< °А) J
где Еь — начальный модуль упругости бетона; /о — расчетная длина
элемента по табл. 10.1; lb, Is — моменты инерции сечения бетона
и сечения арматуры относительно центра тяжести сечения элемента;
Фр — коэффициент, учитывающий влияние предварительного напря-
жения на гибкость элемента и для обычных (не преднапряжен-
230
них) элементов принимаемый равным 1; a.=Es/Eb\ Es— модуль
упругости арматуры.
Влияние длительности действия нагрузки на увеличение прогиба
элемента в предельном состоянии (вследствие ползучести) учиты-
вается коэффициентом ср/:
<р/= 1+РЛ4//Л4,	(10.12)
где р — коэффициент, принимаемый для обычного (тяжелого бетона)
равным 1, для мелкозернистого 1,0...1,5, для легкого 1,0...2,5 (в за-
висимости от их вида); М и Mt — моменты относительно оси,
проходящей через центр наиболее растянутого (или наименее
сжатого) стержня арматуры соответственно от действия полной
нагрузки и от действия постоянных и длительных нагрузок.
При расчете по формуле (10.11) необходимо величину e^/h
принимать не менее
(во / /i)min=0,5-0,01 lo/h — Rb/ R2 ,	(10.13)
где R2= 100 МПа.
Проводя расчет по формуле (10.11), необходимо следить, чтобы
всегда соблюдалось соотношение N<Ncr, иначе нужно увеличивать
размеры сечения. Для элементов малой гибкости (/оД<14) при-
нимают т]=1. Поперечное армирование внецентренно сжатого
элемента необходимо рассчитать по формулам расчета для изгиба-
ющих элементов (см. гл. 9).
Методика расчета сжатых элементов при решении характерных
практических задач такова:
Проверка прочности сечения (по заданным сечениям бетона
и арматуры и характеристикам материалов колонны). Вначале из
(10.7) вычисляют высоту сжатой зоны £ в предположении, что име-
ет место случай 1, т. е.
x=(W-/?sc,4s + /?Ms)/(Rbb),	(10.14)
где N считается заданным, M—Neo — неизвестным.
После этого проверяют справедливость предположения о том,
что (случай 1), где определяют так же, как и в изгибаемом
элементе. Если окажется, что (случай 2), то надо вести расчет
методом последовательных приближений — определить <js из форму-
лы (10.9) и х в первом приближении из формулы (10.8):
x=(N-*scA's+°sAs)/(«?)•	(10.15)
затем уточнить значение £ и еще раз по тем же формулам вычислить
щ и х. После нахождения х проверяют несущую способность
элемента но условию (10.6) и уточняют полученный результат
с учетом прогиба но формулам (10.10)... (10.13).
Подбор площади сечения арматуры при заданных расчетной
нагрузке, сечении бетона и характеристиках материалов. Расчет
ведут в такой последовательности:  задаются в первом приближе-
231
нии общим содержанием арматуры в сечении {As-\-A's) /(Ыг)=
=0,005...0,035 и соотношением As/A's,  находят условную крити-
ческую силу Ncr по (10.11) с учетом (10.12)...(10.13);  вы-
числяют коэффициент т] согласно (10.10) и находят расстояние
от усилия N до арматуры S:
eo=CoT]+/i/2—а,
где со принимается согласно (10.5);
 вычисляют высоту сжатой зоны х согласно (10.14), задав-
шись предварительно соотношением А и A's. Вычисляют также
l,—x/h0. ' По табл. 9.1 находят од. После этого подбирают As
и A's по формулам, вытекающим из (10.6) и (10.7), при замене £ на
и од на ай:
(10.16)
Ne~anRbbhl
As Rsc(ho~-ai) ’
_lRRbbh*-N Rsc
* R, " R<
(10.17)
(10.18)
При этом As не должно быть меньше минимального значения,
определяемого в зависимости от lo/i (см. выше);  вычисляют
общее содержание арматуры в се.чении (>4s-|-/ls) / (bh) и сравнивают
с исходным (принятым в первом приближении); если разница не
превышает 0,005 (0,5%), второе приближение можно не вычислять;
в противном случае необходимо задаться новым значением
(?ls-|-71s)/(fe/i), находящимся в промежутке между исходным и по-
лученным; если окажется, что общее содержание арматуры более
0,035 (3,5%), необходимо увеличить или сечение бетона, или класс
бетона, или сечение арматуры;  при необходимости проверяют
прочность элемента по предыдущему характерному случаю. Одно-
временно проверяют его прочность (как для сжатого элемента
со случайным эксцентриситетом) в плоскости, перпендикулярной
плоскости изгиба.
10.3. ЦЕНТРАЛЬНО- И ВНЕЦЕНТРЕННО
РАСТЯНУТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Центрально-растянутые элементы. Экспери-
ментально установлено, что существуют следующие стадии работы
под нагрузкой центрально-растянутого элемента.
Стадии 0 и 10 аналогичны стадиям 0 и 10 при изгибе (см. рис. 9.2,а,б
и рис. 10.3, а,б).
Стадия I — при приложении внешней растягивающей силы появ-
ляются растягивающие напряжения в бетоне и арматуре. Эта стадия
продолжается до тех пор, пока напряжения в бетоне не достигнут
расчетного сопротивления растяжению /?« (рис. 10.3, в).
Стадия 11 — при росте внешней нагрузки напряжения в бетоне
232
увеличиваются настолько, что в нем образуются трещины (рис.
10.3, г); при центральном растяжении (а также при внецентренном
с малыми эксцентриситетами) с этого момента бетон полностью
выключается из работы и растягивающие напряжения восприни-
маются только арматурой; при внецентренном растяжении с боль-
шими эксцентриситетами бетон выключается не полностью, а только
в растянутой зоне; при этом в сжатой зоне бетон работает так же,
как в изгибаемых элементах.
Рис. 10.3. Основные стадии напряженного состояния железобетонного обычного и
предварительного напряженного элемента при центральном растяжении
Стадия III напряжения в арматуре достигают расчетного
сопротивления и элемент разрушается (рис. 10.3, д).
Расчет прочности растянутых элементов основан на стадии Ill.
На пряжен но-деформированное состояние централ ьно-растя нуто-
го преднапряженного элемента, как и в случае изгибаемого
элемента, характеризуется дополнительно стадиями 0 и 10. В стадии 0
напряжения в бетоне претерпели как первые, так и вторые потери.
Установившиеся предварительные напряжения распределены по се-
чению равномерно. Это следует из того, что центрально-растя-
нутые элементы имеют симметричное армирование, т. е. равнодей-
ствующая усилий обжатия расположена по центру сечений.
Приложение внешней растягивающей силы и. ее последующее
увеличение приводит к тому, что предварительные сжимающие
напряжения в бетоне будут уменьшаться, а в арматуре — повы-
шаться. Полному погашению предварительного обжатия будет
соответствовать стадия 1о. После этого элемент будет работать как
обычный (без предварительного напряжения). Дальнейшее возрас-
тание растягивающей силы в бетоне приводит к появлению растя-
гивающих напряжений, достигающих в стадии 1 величины Ri,t.
Стадия I положена в основу расчета по образованию трещин.
Расчет прочности центрально-растянутых элементов обнован
на стадии III. При расчете исходят из того, что внешнее растягиваю-
щее усилие N целиком должно быть воспринято арматурой,
а бетон не работает, а лишь играет роль защитной оболочки:
(10.19)
где As — площадь ненапрягаемой арматуры.
233
При наличии напрягаемой арматуры
N^R.As+y^RspAsp,	(10.20)
где Asp — площадь напрягаемой арматуры; ys6 — коэффициент усло-
вий работы (см. формулу (9.3)).
Для внецентренно растянутых элементов существует два случая
расчета по прочности.  Случай 1 соответствует малому эксцент-
риситету приложения на-
грузки, когда внешнее ра-
стягивающее усилие /V
приложено между равно-
действующими усилий в
арматуре S и S'. При этом
сжатая зона в сечении от-
сутствует, и усилие 7V,
как и при центральном ра-
стяжении, должно воспри-
ниматься арматурой (рис.
10.4). Расчет производит-
ся по условиям:
(10.21)
(10.22)
и е -- эксцентри-
Рис. 10.4. К расчету внецентренно растянутого
железобетонного элемента:
а • продольная сила .V приложена в зоне между
равнодействующими усилий в арматуре S и S'; б
то же, за пределами этой зоны
соответственно в
где е
ситеты усилия W относи-
тельно равнодействующей
усилий
арматурах S и S'.
Для случая I, как и при
внецентренном сжатии,
минимальное сечение продольной арматуры принимают по арматуре
S и S', а именно: Дч/ (b/io)^O,O5% и A’s/ (bhn) Дг0,05%, а при цент-
ральном растяжении — по всей арматуре S, отнеся ее ко всему сече-
нию бетона, т. е. As/ (bho) ДгО, 10%.
 Случай 2 расчета соответствует большому эксцентриситету
приложения нагрузки, когда растягивающее усилие (V приложено
вне расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S
и S' (рис. 10.4,6). В предельном состоянии напряжения в сжатом
бетоне достигают расчетных сопротивлений. В соответствии с этим
проверка прочности запроектированных сечений производится по
условию (при прямоугольном сечении)
bx(/i0—0,5x) + /?sMs(/lo—as)+asp^sp(/io—«sP),	(10.23)
234
где высота сжатой зоны
X =(у Rsp Asp + Rs As — N — Rsc As — оsp A'sp) /(Rbb) ,	(10.24)
где (jsp определяется согласно п. 3.28 СНиП 2.03.01—84.
В расчете внецентренно растянутых элементов по случаю 2 долж-
но соблюдаться условие	в противном случае в формуле
(10.23) принимают и x=t,Rho.
При подборе арматуры под заданную внешнюю нагрузку выра-
жения (10.23) и (10.24) записываются в таком виде:
AsP=^bbho+RscA's+(!cA’p-RsAs + N)/ysb,	(10.25)
где £ определяется по табл. 9.1 в зависимости от значения
если ао>а«, то увеличивают площадь сечения арматуры А( или
А'р, или площадь сечения бетона bho или класс бетона, повышая
Rb.
Для случая 2 минимальное сечение продольной арматуры
проверяют только по арматуре S, а именно: As/ (bh0) ^0,05%.
Формулы, приведенные выше, относятся к случаю 2 расчета
(продольная сила N за пределами расстояния между равнодействую-
щими в арматуре S и S'). Если же имеет место случай 1 расчета
(продольная сила — между равнодействующими в арматуре S и S'),
то определение требуемого количества арматуры ведут по формулам,
вытекающим из условий (10.21) и (10.22), а именно:
ЛР=| Ne'-RsAs(ho-a')] /[ yRsp(h0-a')\;	(10.27).
A'p=[Ne—R A's(ho—a)]/\yRsp(ho—a)].	(10.28)
Из формулы (10.27), выведенной для случая 1, определяют также
требуемую площадь арматуры при случае 2 расчета, если ао по
формуле (10.26) окажется меньше нуля. В случае симметричного
армирования независимо от места приложения растягивающей силы
М проверку прочности и подбор арматуры также ведут по формулам
для случая 1, т. е. по (10.21) и (10.27) соответственно.
Иногда оказывается возможным увеличить расчетную несущую
способность сечения для случая 2 (или снизить требуемое количество
арматуры) по сравнению с приведенными выше формулами.
Например, при проверке прочности запроектированного сечения
высота сжатой зоны, определенная без учета сжатой арматуры,
г. е. из выражения
x = (ys6RspAsP+RsAs — N) / (Rbb),	(10.29)
может оказаться меньше величины 2а'. Таким образом, равнодей-
ствующая усилий в сжатой зоне бетона в этом случае будет
235
находиться ближе к крайнему сжатому волокну, чем равнодействую-
щая усилий в сжатой арматуре. В этом случае целесообразно
вести расчет по формулам (10.23) и (10.24) без учета сжатой
арматуры. Аналогично поступают и при определении требуемого
количества арматуры, если после вычисления А.,р по формуле (10.25)
окажется, что соответствующее значение с, из табл. 9.1 меньше 2а'/ho,
т. е. как и в описанном выше случае, х<2а'. В этом случае пло-
щадь сечения растянутой арматуры определяют по формуле
Asp==[N(e + r\h</) — A s R sr\h(] /(Rspr\ho) ,	(10.30)
где т] — табличный коэффициент, определяемый по табл. 9.1 в зави-
симости от величины oto, вычисленной без учета сжатой арматуры.
10.4.	БЛОК-СХЕМЫ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
Пример 1. Дано: железобетонная колонна
с симметричным армированием при А=800 кН, е0=37,5 см,
6 = 40 см, 6=50 см, а=а'=4 см; #„=11,5 МПа (см. табл. 8.3);
#s=#sc=365 МПа (см. табл. 8.4), у„2= 1, т]= 1,28 при р,= р,'=0,08,
<jsff=365 МПа; p,mjr,=0,0025.
Определить площадь сечения симметричной арматуры колонны
прямоугольного профиля.
Расчет выполняем по блок-схеме 10.2 с использованием в неко-
торых случаях в п. 11 блок-схемы 10.1.
1.	/io=5O—4=46 см.
2.	₽= 1,28-37,5+0,5-50-4=69 см.
3.	<о=0,85-0,008-11,5=0,758.
4.	у/,2= 1,0; условие п. 4 выполнено.
5.	£„=0,758/[1 + —--% (1—0,758/1,1)1 = 0,607.
L 400-102	J
6.	6=4/46=0,087.
7.	Относительный момент w=(800 000-69)/( 11,5 • 102-40-462) =
= 0,567.
8.	Относительная продольная сила п=800 000/(11,5-102-40-46)=
= 0,378.
9.	n=0,378<£ff=0,607. Условие п. 9 выполнено.
10	А =Л =Л±1°Л4°-== 16 54 см 2
s	365-102( 1-0,087)
13.	и=р'= 16,54/(40-46) =0,0088.
14.	p/>p,mil,=0,0025. Условие п. 14 выполнено.
15.	Сравниваем: 0,0088—0,008=0,0008, расхождение невелико.
16.	Принятые размеры сечения достаточны.
Пример 2. Дано: железобетонная колонна при следующих
исходных данных: А=1500 кН, А/=1000 кН, е0=еа, h=40 см;
6=40 см; А=1600 см2; #„=8,5 МПа=8,5-102 Н/см2 (бетон В15,
236
табл. &.3); Rsc=280 МПа=280-102 Н/см2 (арматура А-П, табл. 8.4);
-у*2=ОД; т}=1; /о=6,4 м.
Определить площадь сечения арматуры сжатого элемента при
случайных эксцентриситетах. Расчет выполняем по блок-схеме 10.3.
1.	/оА=64О/4О= 16<20. Условие п. 1 выполнено.
2.	Nt/N= 1000/1500=0,667.
237
Блок-схема 10.2
Примечания: 1) вп, 15 полученное значение ц сравнивают с принятыми ранее, при
определении Y] согласно формулам (10.10) и (10.11), при небольшом расхождении (до
0,2%) —выход на п. 16, т. е. принятые размеры сечения достаточны; при существенном
расхождении расчет повторяют с п. 2, задаваясь значением ц в промежутке между полу-
ченным и принятым ранее; 2) выход иа п. 16— принятые размеры сечения достаточны
(П. Р. С. Д).
238
3.	При /0//1=16 и M?/W=0,667 (Р(,=О,78 (табл. 10.2).
4.	Принимаем р+р'= 1 % и /lsm<(/ls-|-/l()/3.
5.	При /()//г=16, Л/е/М=0,667 и Л,Ш<(Л,+Л() /3 имеем срг=
=0,837 (табл. 10.2).
6.	а=т(280-102-0,01)/(0,9-0,85-102)=0,365.
Блок-схема 10.3
Примечания: 1) полученное значение ц(') сравнивают с g(')min и с принятым в
п. 4; при существенном отклонении расчет повторяют с п. 6, задаваясь значением ц(') в
промежутке между полученным и принятым ранее; 2) в п. И принимается армирование
элемента с использованием табл. 7.3, 7.4; 3) выход на п. 13 — принятые размеры сече-
ния достаточны (П. Р. С. Д).
239
7.	ф=0,78+2 (0,837—0,78) 0,365=0,73<0,837.
Q . , ..	1500 000	0,9-8,5-102 „„ 2
8.	А +Л =----- -.....-	—1600 —— -—— — 30 cm .
1 -0,73-280-102	280-Io-
О. [1+^=30/1600=0,019.
10.	Полученное значение н+и7 больше Hniin+|i(,lin=0,00!, однако
заметно отличается от принятого ранее в н. 4 значения 0,01. Поэтому
повторим расчет с п. 6, задавшись р/=0,015.
11.	В итоге принимаем продольную арматуру 8022 A-II с пло-
щадью сечения As+/1(=30,41 см2.
12.	При размещении двух стержней параллельно рассматри-
ваемой плоскости А5т<1/з(А+А5')=7,6 см2<'/з-30,41 = 10,14 см2.
Усл. п. 12 выполняется.
13.	Принятые размеры сечения достаточны.
9~~~“]	На какие три типа разделяют сжатые элементы в зависимости от особен-
ностей их армирования? ф Что такое случайный эксцентриситет и чему
—8—	он равен? ф Как назначают поперечное сечение и характеристики мате-
риалов сжатых элементов при случайных эксцентриситетах? ф Ка-
ковы конструктивные особенности сжатых элементов при эксцентриситетах больше
случайного? ф Каковы два основных случая разрушения сжатых элементов при
эксцентриситетах больше случайного? ф Каково условие, определяющее каждый
из двух случаев работы сжатого элемента? ф Каково основное условие проч-
ности сжатого элемента и как определяется высота сжатой зоны? ф Как
учитывается влияние прогиба в гибких сжатых элементах? ф Каков ход расче-
та сжатых элементов при эксцентриситетах больше случайного (отдельно для
каждого из трех типов характерных практических задач), ф Каков принцип
расчета центрально-растянутых элементов? ф Как рассчитывают вненен.тренно
растянутые элементы по прочности?
Глава II
РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ПО ВТОРОЙ
ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
В предыдущих главах были рассмотрены основы конструи
рования железобетонных элементов при различных видах напряженного состояния
(изгиб, сжатие, растяжение) и принципы основного вида их расчета по первой
группе предельных состояний. Однако в большинстве случаев необходим расчет и
по второй группе предельных состояний, гарантирующий конструкцию от образования
трещин, их чрезмерного раскрытия, а также от чрезмерных перемещений (в частнос-
ти, прогибов) конструкций.
11.1.	ТРИ КАТЕГОРИИ ТРЕБОВАНИЙ
К ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
При всех преимуществах железобетонные кон-
струкции имеют тот недостаток, что в них при сравнительно неболь-
ших нагрузках образуются трещины в растянутой зоне бетона,
причем эти трещины могут раскрываться в процессе дальнейшей
240
эксплуатации. Трещины повышают деформативность отдельных эле-
ментов, снижают коррозионную стойкость арматуры, уменьшают
долговечность конструкций. Поэтому в некоторых случаях для же-
лезобетонных конструкций приходится делать расчет по трещино-
стойкости, относящийся к расчету по второй группе предельных
состояний (см. § 6.4).
Трещиностойкость конструкции - это ее сопротивление обра-
зованию или раскрытию трещин (а также способность к закрытию
трещин при снижении нагрузки) при расчете по второй группе
предельных состояний. Различают непродолжительное и про-
должительное аСГС2 раскрытие трещин.
Под непродолжительным понимают раскрытие трещин от постоян-
ных, длительных и кратковременных нагрузок (т. е. практически
от суммарной нагрузки). Под продолжительным понимают раскры-
тие трещин только от постоянных и длительных нагрузок. Категории
Таблица 11.1. Категории требований к трещи постой кости (d—диаметр
проволок)
Условия работы конструкций	Категория требований к трещиностойкости железобетонных кон- струкций, предельно допустимая ширина непродолжительного и продолжительного раскрытия трещин			
	для обеспечения сохранности арматуры			для ограничения прони цасмоети конструкций, не- зависимо от класса ар.ма туры
	стержневой клас- сов Л I, А-П, Л 111, A-IV, Л |Пв, проволоч- ной класса Вр-1	стержневой клас- сов A-V. A-VI, проволочной классов В-П, Bp-11, К-7, К-19 с d 3,5 м м	проводочной классов В-П, Вр-П, К-7 с 4/^3 ММ	
В закрытом поме- щении	derc 1=0,4 мм а1ГСу = 0,3 мм	З-я категория ac,fi=0,3 мм ас,с!=0,2 мм	S S S S см — о © II II — еч	1-я категория для элементов, воспринимаю- щих давление
11а открытом воз-	З-я категория		2-я категория	жидкостей или
духе и в грунте вы- ше или ниже У ГВ	Cerci =0,4 мм ttcrc2=0,3 ММ	aCrci = v,2 мм 0,2 мм	ac.ri —0,2 мм	газов при сече- нии полностью рас тян утом
В грунте ври пере- менном У ГВ	З-я категория aCr<-i = 0,3 мм Оггг2=0,2 мм	2-я к асг, |=(),2 мм	атегория flcrcl=0,I мм	З-я категория - для тех же эле- ментов при се- чении частично сжатом, а так- же для элемен- тов, восприни- мающих давле ние сыпучих ма- териалов Ссгс1=0,3 мм Ос«-2 = (),2 мм
Примечание. d\ диаметр проволоки (в канатной арматуре
волоки наружного слоя).
диаметр одной про-
241
Таблица 11.2. Порядок учета нагрузок при расчете по образованию и раскрытию трещин
Категория требования к трещиностойкости же- лезобетонных конструкций	Нагрузки и	коэффициенты надежности по нагрузке у/, принимаемые		при расчете	
	по образованию трещин	по раскрытию трещин		по закрытию трещин	
		непродолжительному	продолжительному		
1-я 2-я 3-я	Постоянные, длительные и кратковременные при Y/>1* Постоянные, длительные и кратковременные при Т/>1* (расчет произво- дится для выяснения не- обходимости проверки по непродолжительному рас- крытию трещин и по их закрытию) Постоянные, длительные и кратковременные при Т/= 1 (расчет произво- дится для выяснения не- обходимости проверки по раскрытию трещин)	Постоянные, длительные и кратковременные при у/=1 Постоянные, длительные и кратковременные при 1	Расчет не производится Расчет не производится Постоянные и длитель- ные при Yf= 1	Постоянные при у/= 1 Расчет не	и длительные производится
У/ принимается как при расчете на прочность.
требований к трещиностойкости и соответствующие значения пре-
дельной ширины раскрытия трещин даны в табл. 11.1, а порядок
учета нагрузок при расчетах по образованию и раскрытию трещин—
в табл. 11.2.
Требования 1-й категории трещиностойкости, как следует из
табл. 11.1, предъявлены к элементам, воспринимающим давление
жидкостей или газов при полностью растянутом сечении, когда
возможно образование сквозных трещин, нарушающих непроницае-
мость конструкции. Эксперименты показали, что трещины в бетоне
образуются в результате исчерпания бетоном прочности на растяже-
ние Rbi (величины относительно низкой) при сравнительно малых
деформациях растяжения ,,==(),15-10“3, чему соответствует чрез-
вычайно низкая величина напряжений в арматуре (около 30 МПа).
Поэтому для повышения трещиностойкости железобетона, нахо-
дящегося под давлением жидкостей и газов, целесообразно приме-
нять предварительное напряжение, используя стержневую арматуру
классов A-IV и выше, проволочную классов В-11, Bp-11, К-7, К-19.
По этим же причинам для упомянутых условий не рекомендуется
использование элементов без предварительного напряжения.
Требования 2-й категории трещиностойкости (ограниченное по
ширине непродолжительное раскрытие трещин), как следует из
табл. 11.1, предъявлены к отдельным элементам, армированным
наиболее прочной стержневой арматурой (классов A-V, A-VI) или же
высокопрочной проволочной арматурой. Возможная коррозия такой
арматуры (обычно имеющей относительно небольшое поперечное
сечение) наиболее опасна, так как даже небольшое (доли миллимет-
ра) уменьшение диаметра арматуры вследствие коррозии ведет к
значительному снижению усилия, воспринимаемого арматурой, и,
как следствие, к существенному падению несущей способности
железобетонного элемента. Поэтому для таких элементов при опре-
деленных условиях эксплуатации (например, на открытом воздухе,
в грунте, см. табл. 11.1) не допускается продолжительное раскры-
тие трещин.
Требования 3-й категории трещиностойкости относятся ко всем
остальным железобетонным элементам: длительное раскрытие тре-
щин допускается, но при ограниченной ширине их раскрытия
(см. табл. 11.1). Эти ограничения обусловлены тем, что процесс
коррозии арматуры при такой ширине трещин и соответствующих
условиях эксплуатации протекает достаточно медленно, и его влияние
на снижение прочности элемента можно не учитывать.
11.2.	РАСЧЕТ ОБЫЧНЫХ
И ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН
Для предварительно напряженных элементов
проводят расчет по образованию двух видов трещин — нормальных
и наклонных по отношению к продольной оси элемента. Расчет по
243
образованию трещин производится в зависимости от категории
требований к трещиностойкости элемента в следующих основных
случаях: И для 1-й категории (при коэффициенте надежности по
нагрузке у,>1) —с целью предотвращения образования трещин;
 для 2-й категории (при коэффициенте у/>1) - для выяснения,
требуется ли проверка трещин по ширине их кратковременного
Рис. 11.1. Схема усилий и
эпюра напряжений при
расчете по образованию
трещин:
а — при изгибе; б  при
внецентренном сжатии; в -
при ниецентренном растяже-
нии;
/ - ядровая точка; 2— центр
тяжести приведенного сече-
ния
раскрытия и по их надежному закрытию;  для 3-й категории
(при коэффициенте перегрузки 1) для выяснения, требуется ли
проверка трещин по ширине их раскрытия, см. табл. 11.2.
Расчет по образованию трещин необходим также для выяснения
случая расчета по деформациям. Это связано с тем, что определение
деформаций железобетонных элементов существенно зависит от того,
есть трещины или их нет. В соответствии с общим подходом
к назначению расчетных сопротивлений при расчете по образованию
трещин используется расчетное сопротивление Rbi. sCr (см. гл. 8).
Ниже изложен расчет по образованию трещин, нормальных к про-
дольной оси элемента, для изгибаемых и центрально-растянутых.
Расчет для наклонных трещин в изгибаемых элементах проводится
согласно СНиП 2.03.01 84, пп. 4.11, 4.12.
Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси
элемента (сокращенно: нормальных трещин), основан на следующих
предпосылках: сечения элемента, плоские по деформации, и после
деформации остаются плоскими;  наибольшая относительная де-
формация бетона в крайнем растянутом волокне при изгибе
e*/,u=2/?/,(. ser/Еь (где 2 — коэффициент, учитывающий неупругие
деформации растянутого бетона перед образованием трещин);
 распределение напряжений в бетоне сжатой зоны соответствует
криволинейной эпюре и определяется с учетом неупругих деформа-
ций бетона (рис. 11.1); | распределение напряжений в бетоне
растянутой зоны соответствует прямоугольной эпюре с ординатой
244
Rbt. ser (рис. 11.1); | напряжения в арматуре вычисляют как
алгебраическую сумму напряжений, равную приращению деформа-
ций окружающего бетона, и предварительного напряжения (в напря-
гаемой арматуре) или напряжения от усадки и ползучести
ненапрягаемой арматуре).
Расчет изгибаемых элементов. Расчет по образованию трещин
ведут с использованием понятия «ядровых» моментов -- моментов
относительно оси, проходящей через точку, лежащую на границе
ядра сечения и наиболее удаленную («ядровую») от проверяемой
растянутой зоны (рис. 11.1). Положение этой наиболее удаленной
ядровой точки определяют ее расстоянием г от центра тяжести
приведенного сечения:
(Н-D
где IV'rw/ — момент сопротивления приведенного сечения для крайнего
растянутого волокна, вычисленный как для упругого материала:
= /,„,///.	(11.2)
у — расстояние от растянутой грани до центра тяжести приведенно-
го сечения; <р - коэффициент, который снижает момент сопро-
тивления сечения и тем самым учитывает неблагоприятное влияние
неупругих деформаций сжатой зоны бетона на трещинообразова-
ние; <р= 1ser, причем должно соблюдаться условие 0,7^tp^ 1.
Затем переходят непосредственно к расчету по образованию
трещин, проверяя условие
м<мсгс.	(11.3)
где М — ядровый момент внешних сил, при изгибе равный внешне-
му изгибающему моменту; Мсгс — момент, воспринимаемый нормаль-
ным сечением непосредственно перед образованием трещин:
М Crc = Rbt.ser Wpl±Mrp ,
(Н.4)
MrP—ядровый момент обжатия (от усилия обжатия Р), определя-
емый относительно той же оси, что и М,; знак «-ф» ставится,
когда направления моментов Мгр и М, противоположны, и знак
«—», когда они совпадают;
Мгр = Р (е0| ±л),	(11.5)
знак «-ф» соответствует усилию Р, сжимающему растянутую зону,
«—» усилию Р, растягивающему эту зону; •- момент сопро-
тивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна
с учетом неупругих деформаций растянутого бетона;
Wpl=yWrei,	(11.6)
у — коэффициент, учитывающий неупругие деформации растянуто-
го бетона, принимаемый по табл. 11.3. Вышеизложенный метод
расчета относится к случаю, если в сжатой зоне нет начальных тре-
245
щии, вызванных воздействием на эту зону растягивающих напряж*
ний от усилия предварительного обжатия. Таких трещин допускать
не следует. Однако если они все же возникли, то трещиностойкостг
противоположной зоны (растянутой от внешней нагрузки) буде"
снижена и приведенная выше формула для Мсгс корректируется
путем введения коэффициента X, принимаемого в соответствия
с указаниями п. 4.6 СНиП 2.03.01—84.
Таблица 1 1.3. Значения коэффициента у
Сечение	Коэффициент
Прямоугольное	1.7-
Тавровое с полкой в сжатой зоне Тавровое с полкой в растянутой зоне:	1,77
при 6,/6>2 и h;/h<0,2	l.r
в остальных случаях	1.7г
Двутавровое симметричное при:	
2</>f//><6	1,77 1,-
bf/b>6 и hf/h~^0,2	1.7
6<6f/6^15 и /if//i<0,2 /ц/6>15 и	1.27 1,1
Двутавровое несимметричное, удовлетворяющее условию	при:	
6f/6<2	1,7г
2<Z>,/Z><6	1.Г
Ь;/Ь>& и hj/h>O,l	1.7
Примечание, Ь ширина ребра, bf — ширина растянутой 'полки, Ь; — ширина сже
той полки, h высота всего сечения, hj — толщина полки.
Расчет центрально-растянутых элементов. Расчет этих элемеь
тов по образованию трещин производят из условия
где N— внешнее растягивающее усилие; Мсгс — усилие, восприня-
маемое нормальным сечением при образовании трещин;
Ncrc — RM,ser(A Ч- 2ap/45p -ф 2as Л,) -р Р ,
As — соответственно площади сечения всей напрягаемой я
ненапрягаемой арматуры, a.p=Esp/Eb, а*=Е*/Еь\ Р — усилие пред-
варительного обжатия, определяемое согласно гл. 8 (см. § 8.4
для рассматриваемой стадии работы элемента.
При расчете по образованию нормальных (а также и наклонных
трещин следует обращать особое внимание на трещиностойкостг
участков на длине зоны передачи напряжений на бетон от напря-
гаемой арматуры без анкеров. На этих участках с пониженнымя
напряжениями обжатия бетона к моменту начала эксплуатация
конструкций произойдут потери предварительного напряжения,
уменьшится обжатие бетона, снизится трещиностойкость элемента
246
т. е. возникает опасность образования трещин. В свою очередь,
образование трещин приведет к увеличению напряжений в арматуре,
и участок зоны анкеровки от торца элемента до первой трещины
может оказаться недостаточным, произойдет выдергивание арматуры
из бетона и преждевременное разрушение элемента. В соответствии
с указаниями п. 2.29 СНиП 2.03.01—84 длина этого участка прини-
мается в зависимости от вида и класса арматуры, ее диаметра,
величины ее предварительного напряжения и передаточной проч-
ности бетона (см. § 7.3).
11.3.	РАСЧЕТ ОБЫЧНЫХ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНО
НАПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО РАСКРЫТИЮ
ТРЕЩИН
В железобетонном изгибаемом элементе при
определенной величине внешней нагрузки могут образоваться тре-
щины. Чтобы ширина раскрытия трещин не превысила допустимой
для данной конструкции величины, проводят расчет по раскрытию
трещин. Необходимость расчета по раскрытию трещин следует
из условия трещиностойкости
М^Мсгс,	(11.7)
где М и Мт- — соответственно момент, возникающий от внешней
нагрузки, и момент, воспринимаемый сечением при образовании
трещин (см. выше). Если приведенное условие выполняется, то
трещин не образуется и указанный расчет не требуется. Если же
это условие не выполняется, значит образуются трещины и расчет
по раскрытию трещин необходим.
Ширину асгс (мм) раскрытия трещин, нормальных к продольной
оси элементов, определяют по эмпирической формуле
асгг = 6(р(т]	20 (3,5— 100р.) '^d ,	(11.8)
где 6 — коэффициент, учитывающий вид напряженного состояния;
для изгибаемых элементов 6=1, а для растянутых 6=1,2; ф/—
коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки (при
учете кратковременных нагрузок и непродолжительного действия
постоянных и длительных нагрузок <р/=1; при многократно повто-
ряющейся нагрузке, а также продолжительном действии постоянных
и длительных нагрузок для тяжелого бетона при его естественной
влажности (pz=l,6—15ц; то же, в водонасыщенном состоянии
<р/= 1, 2); т] — коэффициент, учитывающий профиль арматуры; при
стержневой арматуре периодического профиля г|= 1, при гладкой
стержневой арматуре т]= 1,3, при проволоке периодического профиля
и канатах т]=1,2, при гладкой проволочной арматуре т]= 1,4;
гц— напряжение в стержнях крайнего ряда арматуры; ц— коэф-
фициент армирования сечения, равный отношению площади сечения
арматуры к площади сечения бетона (при рабочей высоте ho
247
и без учета сжатых свесов полок), но не более 0,02; d — диаметр
стержней арматуры, мм.
Для элементов без предварительного напряжения (т. е. из обыч-
ного железобетона) напряжения в растянутой арматуре определяют
по формулам:
os=M/(Az),	(11.9)
где z — плечо внутренней пары сил, определяемое по формуле
(11.19) см. следующий параграф. Первая из формул (11.9) отно-
сится к случаю центрального растяжения, вторая — к случаю изги-
ба.
Для элемента, к трещиностойкости которого предъявляются
требования 2-й категории, вычисляют только ширину кратковре-
менного раскрытия трещин acrct. Ее определяют от кратковременного
действия постоянных и длительных нагрузок и от действия кратко-
временных нагрузок.
Для элемента, к трещиностойкости которого предъявляют тре-
бования 3-й категории, вычисляют ширину кратковременного
tzirfi и длительного раскрытия трещин аСгс2- Величину acri-i вычисля-
ют как сумму ширины раскрытия от продолжительного действия
постоянных и длительных нагрузок и приращения ширины раскрытия
от действия кратковременных нагрузок. Величину а<Г£-2 определяют
от длительного действия постоянных и длительных нагрузок.
Если найденные значения airci и afrt-2 меньше предельно допусти-
мых (см. табл. 8.7), то расчет закончен; в противном случае
необходимо увеличить сечение элемента или применить предваритель-
ное напряжение.
Для предварительно напряженных элементов расчет по раскры-
тию трещин строится на той же основе, что и для обычных элемен-
тов, но входящие в нее величины определяются другим, несколько
более сложным способом. В частности, под os в этой формуле пони-
мается не напряжение арматуры, а приращение этого напряжения от
действия внешней нагрузки, равное:
для центрально-растянутых элементов
о_(Л1-Р)/(Д5-Д5р);	(11.10)
для изгибаемых элементов
ст,=[Л1 —Р (г,-е,р)]/(Д5 + Л37>) z, ,	(11.11)
где zi— расстояние от центра тяжести площади сечения арма-
туры до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне
сечения над трещиной, определяемое по формуле следующего па-
раграфа; esp— расстояние от точки приложения усилия пред-
варительного обжатия Р до центра тяжести площади сечения
арматуры Sp;	— суммарная площадь сечения арматуры нап-
рягаемой (Ар) и ненапрягаемой (ЛД.
Как видно из приведенных формул, наличие усилия обжатия
Р существенно отражается на величине сц, вводимой в формулы
248
(11.7), (11.8), а следовательно, и на величине асгс, ширина
раскрытия трещин асгс (если они образуются) в предварительно
напряженных элементах значительно меньше, чем в элементах
без предварительного напряжения.
11.4. БЛОК-СХЕМА И ПРИМЕР РАСЧЕТА
Блок-схема 11.1 иллюстрирует ход расчетов
по трещиностойкости.
Пример. Определить момент образования трещин в стадии
эксплуатации предварительно напряженной ребристой панели покры-
тия 3X12 м, эксплуатируемой в закрытом помещении; высота
ребер 45 см; толщина полки 2,5 см. Бетон класса ВЗО, ар-
матура класса К-7, диаметр каната 9 мм (диаметр проволоки
3 мм). К трещиностойкости конструкции предъявляются требова-
ния 3-й категории, [aCrci]=0,2 мм, [аСГС2]=0,1 мм (см. табл. 11.1).
Исходные данные: А—45 см; Дги;=1758 см2; Asp=7,14 см2
(1409К-7); 4sP=l,02 см2 (209К-7); Д5=/Ц=0,39 см2; asp=
=о'р=1280 МПа=1280-102 МН/см 2;
полные (первые и вторые) потери, преднапряжения:
О/=322 МПа=322-102 Н/см2; о/=258 МПа=258Х102 Н/см 2;
потери от усадки и ползучести бетона <Тб= 18 МПа=18Х Ю 2 Н/см 2;
СТ8=СТ6=35 МПа=35-102 Н/см2; о9=71 МПа=7Ы02 Н/см2;
сгб=5 МПа=5-102 Н/см2; 09=20 МПа=20-102 Н/см2; геометри-
ческие характеристики сечения:
уо=30,7 см; ур=23,7 см; уР=\ 1,3 см; ys=27 см; y's = 13 см; r= 11,8 см;
/rerf=370 700 см 4; W>=21 140 см 3; еор1=19,3 см; 1^=38 800 см3;
lFo=12O8O см3; характеристики бетона: Rbser—22 МПа; Rt>iser=
= 1,8 МПа=1,8-102 Н/см2; то же, в момент отпуска предвари-
тельного напряжения; /?/>/.₽= 1,6 МПа=1,6-102 Н/см2; внешний
момент 44=260 кН-m (у/=1), в том числе от собственного веса
А4#=2,72 кН-м; усилие предварительного обжатия с учетом первых
потерь Р|=881,5 кН.
Решение. Расчет выполняем по блок-схеме 1 1.1 в следующем
порядке:
1.	Напряжения в напрягаемой арматуре Sp после проявле-
ния полных (первых и вторых) потерь: <тр2=0,9( 1280-10 2—
-258-10 2) =863-10 2 Н/см 2.
2.	То же, в ненапрягаемой арматуре S^:0P2=O,9( 1280-102—
-258-102)=920-102 Н/см2.
3.	Напряжения в ненапрягаемой арматуре S от усадки и пол-
зучести бетона os= (18-|-35-|-71) 10 2=124-10 2 Н/см .
4.	То же, в ненапрягаемой арматуре S':0s= (5-|-35-|-20) X
Х102=60-10 2 Н/см2.
5.	Усилие предварительного обжатия с учетом полных (пер-
вых и вторых) потерь: Р2=(863-7,14-)-920-1,02-1,02)10 2—
— (0,39-124—0,39-60) 10 2=702 кН.
249
6.	Эксцентриситет усилия предварительного обжатия с yneTOv
полных (первых и вторых) потерь.
(863-7,14-23,7-920-1,02-11,3) 102—(124-0,39-27-60-0,39-13) 10 2	,
ео₽2=------------------------------------------------------------=22,1 см
7.	Максимальное напряжение в сжатом бетоне (веохни^
волокна панели) от внешней нагрузки и обжатия.
Блок-схема 11.1
Примечания: I) в п. 8 принимается 0,7<<р<1; 2) в п. 15 принимается 0,45^
3) в п. 16 принимается 6 не более 1,4; 4) в п. 17 принимается к не менее 0.
250
, 702000	702 000-22,1 ,лс „„ ,, , 260-Ю5	2
а'>-+ 1758	370 700	45 30’7)+ 370 700 (45 30-7)—802 н/см —
= 8,02 МПа .
8.	<р= 1,6—8,02/22,0= 1,28 (<р2> 1, принимаем ip= 1,0, см. приме-
чание 1 к блок-схеме).
9.	Расстояние от ц. т. приведенного сечения до верхней яд-
ровой точки: г’= 1,0-12 080/1758=6,9 см.
10.	Момент усилия обжатия Р2 относительно верхней
ядровой точки (я. т.):	Л+р2=702 000(22,1 +6,9) =203,58Х
X10 5 Н-см.
11.	Момент, воспринимаемый сечением перед образованием тре-
щин: Alcrci = 1,8-10 2• 21 140+203,58-10 5=241,6<М=260 кН-м.
12.	Момент усилия обжатия Р\ относительно нижней я. т.
для проверки возможности образования начальных трещин от Р\ в
верхних волокнах панели: Mrpi=881 500(19,3—11,8) =6 611 000 НХ
Хсм=66,11 Н-м.
13.	Момент внешних сил относительно нижней ядровой точки, при-
нимаемый равным моменту от собственного веса, Л4Г=2,72 кН-м =
=272 000 кН-см.
14.	Производим проверку возможности образования начальных
трещин от усилия обжатия Р, с учетом разгружающего действия
изгибающего момента от собственного веса: 6 611 000—272 000>
>1,6• 10 2• 38 880 Н-см или 6 339 000>6 220 800 Н-см. Таким обра-
зом, условие п. 14 не соблюдено. Это означает, что в середине
пролета панели, в ее верхних волокнах (сжатых от внешней
нагрузки, но растянутых от воздействия предварительного обжатия
панели), при передаче предварительного напряжения на бетон воз-
никнут начальные трещины. Поэтому уточняем Мсгс с учетом
указанных начальных трещин в верхних волокнах.
m 6 220 800
15.	Фт 6 339 000	°’8’
0,45<0,98<1, см. примечание 2 к блок-схеме, т. е. необ-
ходимое условие соблюдено.
х_ 30-7	7,14 + 0,39
°'	— 45 — 30,7 7,14 + 0,39 + 1,02 + 0,39 ~	’
Принимаем 6=1,4 (см. примечание 3 к блок-схеме).
17.	а= (1,5—0,9/1,4) (1-0,98)=0,017>0.
18.	Мт=( 1-0,017)241,6=237,5 кН-м.
19.	260>237,5 кН-м, условие п. 19 не соблюдается.
21. Трещины образуются.
Следовательно, расчет показал, что в процессе эксплуатации в
продольных ребрах панели образуются трещины, нормальные к про-
дольной оси. Поэтому нужно проверить расчетом ширину не-
продолжительного асгс\ и продолжительного aCrCi раскрытия трещин
по формуле (11.8), после чего сравнить полученные значения с
предельно допустимыми [aCfti] и [а1ГГ2], приведенными в исходных
данных к настоящему примеру.
11.5. РАСЧЕТ ИЗГИБАЕМЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ
Целью расчета изгибаемого элемента по де-
формациям является определение его прогиба и сравнение этого
прогиба с предельно допустимой нормами величиной. В основу
расчета по деформациям положены следующие предпосылки:
 в растянутой зоне изгибаемых элементов при эксплуатации
и более высоких нагрузках могут быть участки без трещин
или с закрытыми трещинами (стадия 1) и участки с трещинами
(стадия И); Инаравне с упругими деформациями железобетона
проявляются и неупругие; зависимость «напряжения — деформация»
для бетона выражается кривой с учетом упругопластических свойств
бетона;  в сжатой зоне сечения имеет место прямоуголь-
ная эпюра напряжения;  арматура в бетоне до и после появле-
ния трещин удлиняется иначе, чем свободный металл, бетон сни-
жает удлинение арматуры и она получает как бы повышенный услов-
ный модуль упругости; это учитывается в расчетах введением коэф-
фициента  на участках между трещинами сечения остаются
плоскими и после прогиба элемента.
При расчете по деформациям все нагрузки принимают с коэф-
фициентом надежности по нагрузке у/=1 (т. е. равными нор-
мативным нагрузкам). Если прогибы ограничены технологическими
или конструктивными требованиями (см. выше), то в расчет вво-
дят постоянные, длительные и кратковременные нагрузки. Если
же прогибы ограничены эстетическими требованиями, то влияние
кратковременных нагрузок можно не учитывать и вводить в рас-
чет только постоянные н длительные нагрузки.
Прогиб элемента существенно зависит от наличия трещин в
растянутой зоне. Изгибаемые элементы без предварительного напря-
жения, как правило, работают с трещинами в растянутой зоне.
Расчет по деформациям в этом случае ведется следующим об-
разом. Прогибы определяют по обычным формулам строительной ме-
ханики, в которых учитывается кривизна 1 /г. Например, в сере-
дине пролета однопролетной свободно опертой балки под рав-
номерно распределенной нагрузкой прогиб
£ I
f=48Z7’	(11J2)
под сосредоточенным грузом прогиб такой же балки
(=-^/2у.	(11.13)
252
Вычисление кривизны, являющееся основной задачей расчета по
деформациям, проводится по формуле
±=л/_________Si___+______\ _ L°._________________/им)
г hoz\ EsAs+EspAsp^ (.tff+DvbhoEt,) hQ E sAs+E spA sp
где M— изгибающий момент; z — расстояние от центра тяжести пло-
щади сечения арматуры до центра тяжести сжатой зоны сечения
над трещиной, определяемое по формуле (11.19) (см. ниже);
— коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона на
участке с трещинами и его сдерживающее влияние на дефор-
мации арматуры, определяемый по формуле (11.20); фч— коэффици-
ент, учитывающий неравномерность распределения деформаций
крайнего сжатого волокна бетона по длине участка с трещинами
и принимаемый равным 0,9;	— коэффициент формы сечения, оп-
ределяемый по формуле (11.18); £==x/h0 определяют по формуле
(11.15); v — коэффициент, характеризующий упругопластическое
состояние бетона сжатой зоны и принимаемый по табл. 11.4.
Таблица 11.4. Значения коэффициентов v и <p/s для тяжелого бетона
Действие нагрузки	V	<p/s
Непродолжительное	0,45	1,0 (при проволочной или гладкой стержневой арматуре); 1,1 (при стержневой арматуре периодического про- филя)
Продолжительное: при влаж- ности воздуха окружающей среды 40...75 % меиее 40 %	0,15 0,10	0,8 (при любой арматуре и влажности)
Значение с, вычисляют по формуле
t=1 /Гвл- 1+5(б+х>1 । _____'’5+<р1
s ZLP+ 10Иа ~ J 11.5	Л0Ч=5 ’
где р— коэффициент, для тяжелого бетона (3= 1,8.
6 = М/(й/г20/?Мег);
(11.15)
(11.16)
x=<pf р-л/^о)];	(И-17)
i Л5р(6Ло);
(11.18)
Для элементов прямоугольного сечения в формулы
(11.19) вместо величины h] подставляют величины:
наличии, или нуль — при отсутствии сжатой арматуры.
(11.19)
(11.15)...
2а— при
253
Расчет сечений, имеющих полку в сжатой зоне, при
£</i///г0 производят, как расчет прямоугольных сечений шириной
bh
Величина коэффициента
1 + <₽т
=1,25 — ф/s фт -	ф	—Д--- ,	(11.20)
где es. lol=\M\Nlt,i — расстояние от центра тяжести площади сече-
ния растянутой арматуры до усилия предварительного обжатия
(при es /0//Ао>1,2ф/5); ф/5 — коэффициент, учитывающий влияние
длительности действия нагрузки и профиль арматуры и принимае-
мый по табл. 11.4.
фт=К»иЛр/ / 1±< + Я„К1 .	(11.21)
где Wpi— момент сопротивления приведенного сечения для крайнего
растянутого волокна с учетом неупругих деформаций растянутого
бетона; для прямоугольного сечения Wpi=bh/3,5; для других
сечений Wpi вычисляется с использованием табл. 11.3.
Практическая методика расчета изгибаемого элемента по дефор-
мациям состоит в определении кривизны по формуле (11.14) с
учетом формул (11.15)... (11.21), вычисления проводят несколько раз
для различных видов нагрузок (постоянных, длительных, кратковре-
менных) .
Полную величину кривизны определяют по формуле
l/r=l/ri-l/r2+l/r3-l/r4,	(11.22)
где 1/г1— кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки,
на которую производится расчет по деформациям (см. выше);
1/г2— кривизна от непродолжительного действия постоянных и дли-
тельных нагрузок; 1/г3—кривизна от продолжительного действия
постоянных и длительных нагрузок; 1/г4— кривизна, вызванная вы-
гибом элемента вследствие усадки и ползучести бетона от пред-
варительного обжатия.
Значения \/г\ и 1/г2 вычисляют при величинах ф5 и v
(v— коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние
бетона сжатой зоны), соответствующих непродолжительному дейст-
вию нагрузки, а 1/гз—при ф\ и v, соответствующих продол-
жительному действию нагрузки. Если величины 1/гг и 1/гз ока-
зываются отрицательными, то их следует принимать равными нулю.
Далее по формулам строительной механики, а именно
(11.12) или (11.13), вычисляют прогиб и сравнивают его с тре-
бованиями норм (см. гл. 6). Если найденное значение прогиба
не превосходит нормируемого, то расчет закончен; в противном слу-
чае необходимо увеличить сечение элемента или применить пред-
варительное напряжение.
254
9"—~	Перечислите требования каждой из трех категорий трещиностойкости,
предъявляемые к железобетонным конструкциям, ф Приведите примеры
—S—	конструкций, к которым предъявляются требования каждой из трех ка-
тегорий трещиностойкости. ф Каковы основные предпосылки расчета по
образованию трещин? ф Как производится расчет по образованию нормальных
трещин при изгибе? ф Как производится расчет по раскрытию нормальных тре-
щин в элементах без предварительного напряжения? ф Как производится расчет по
раскрытию нормальных трещин в предварительно напряженных элементах? ф Ка-
ков порядок расчета изгибаемых элементов по деформациям?
Глава 12
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ЗДАНИЙ
Бетон и железобетон, в том числе и предварительно
напряженный, получили широчайшее применение во всех отраслях современного
строительства — при возведении зданий, мостов, различных инженерных сооружений,
в гидротехническом строительстве, в морских сооружениях. Современные здания
в большинстве случаев состоят из отдельных сборных железобетонных конструк-
тивных элементов, связанных в единую систему, выдерживающую вертикальные наг-
рузки (вес людей, мебели, оборудования, снега и т.д.) и горизонтальные (ветер,
сейсмические воздействия, нагрузки от мостовых кранов и т. п.). Соединение
элементов зданий между собой обеспечивает их надежную пространственную жест-
кость.
Конструктивные системы зданий компонуют из плитно-стержневых и пространст-
венных конструкций. Плитно-стержневые конструкции (балки, фермы, арки, плиты
перекрытий, стеновые панели и др.) состоят из линейных и плоских элементов, об-
разующих плоские рамы и связи между ними, обеспечивающие пространственную
жесткость зданий. Пространственные конструкции (оболочки, купола, складки и т. п.)
сами по себе обладают достаточной пространственной жесткостью, однако
при их применении необходимо обеспечить пространственную жесткость тех конст-
рукций, на которые они опираются. Конструктивные системы зданий, основанные на
плитно-стержневых конструкциях, делятся на каркасные и панельные (бескаркасные),
которые, в свою очередь, могут быть одно- и многоэтажными. По всем при-
веденным системам здания выполняются из сборных обычных или предварительно
напряженных железобетонных изделий заводского изготовления.
Предварительно напряженный железобетон применяется в многоэтажных, в том
числе высотных, зданиях и в их фундаментных конструкциях. Используются и конст-
рукции комбинированного типа, в которых сочетаются сборный и монолитный же-
лезобетон или железобетонные несущие конструкции и легкие стальные ограждающие
элементы. Так, в высотных жилищно-гражданских зданиях с небольшими разме-
рами в плайе пространственная жесткость обеспечивается монолитным ядром
жесткости, на которое опираются элементы сборного каркаса, состоящего, как правило,
из предварительно напряженных колонн, ригелей и опирающихся на них плит пе-
рекрытий. В одноэтажных промышленных зданиях применяют новое конструктив-
ное решение — рамные, так называемые облегченные каркасы. В них железобетон-
ный каркас (колонны, предварительно напряженные балки, ригели) сочетаются с
легкими кровельными и стеновыми панелями, выполненными из двух профилиро-
ванных стальных листов и легкого синтетического утеплителя между ними. Это
резко уменьшает собственный вес кровли, стен, ригелей, а следовательно, и нагрузку на
колонны и фундаменты.
Технико-экономическая оценка железобетонных конструкций. Для технико-
экономической оценки железобетонных конструкций выработана система технико-эко-
номических показателей, в число которых входят расход бетона (м ’), расход
арматуры (т), трудоемкость изготовления и монтажа (чел-дн), стоимость (руб.),
отнесенные к одной конструкции, а также к единице измерения (м, м2
255
или м 3). Основным, критерием сравнения различных вариантов конструкций, от-
личающихся геометрическими размерами, конструктивной схемой, способами арми-
рования и другими показателями, служит стоимость этих конструкций. При близ-
ких но стоимости показателях двух или нескольких вариантов необходимо срав-
нить и другие показатели конструкций с учетом особенностей данного строительства
и местных условий.
12.1.	ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОМПОНОВКИ
СТЫКОВ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
При возведении сборных конструкций особое
внимание необходимо уделять стыкам элементов. При стыковании
железобетонных элементов сборных конструкций усилия от одного
элемента к другому передаются через стыкуемую рабочую арматуру,
стальные закладные детали, заполняемые бетоном швы, бетонные
шпонки или (для сжатых элементов) непосредственно через бетонные
поверхности стыкуемых элементов. Стыкование предварительно на-
пряженных элементов, а также конструкций, к которым предъявляют-
ся требования водонепроницаемости, осуществляют, как правило, бе-
тоном на напрягающем цементе. Жесткие стыки сборных конст-
рукций обычно замоноличивают путем заполнения швов между эле-
ментами бетоном. Если при изготовлении элементов обеспечивается
плотная подгонка поверхностей друг к другу (например, при исполь-
зовании торца одного из стыкуемых элементов в качестве опалубки
для торца другого), то можно при передаче через стык только
сжимающего усилия выполнять стыки насухо. Стыки элементов, вос-
принимающие растягивающие усилия, осуществляют одним из следу-
ющих способов:  сваркой стальных закладных деталей;
 сваркой выпусков арматуры;  пропуском через каналы или
пазы стыкуемых элементов стержней арматурных канатов или бол-
тов с последующим натяжением их и заполнением швов и кана-
лов цементным раствором или мелкозернистым бетоном;  склеи-
ванием элементов конструкционными полимеррастворами с исполь-
зованием соединительных деталей из стержневой арматуры.
В стыках элементов сборных конструкций всегда предусматри-
вают такие соединения закладных деталей, при которых не проис-
ходило бы разгибания их частей, а также выколов бетона. Зак-
ладные детали заанкеривают в бетоне с помощью анкерных стерж-
ней или приваривают к рабочей арматуре элементов. Закладные де-
тали с анкерами, как правило, состоят из отдельных пластин (угол-
ков или фасонной стали) с приваренными к ним втавр или внах-
лестку анкерными стержнями преимущественно из арматуры классов
A-I1, А-Ш. Если анкеры, испытывающие растяжение, располагаются
нормально к оси элемента и вдоль них могут образоваться тре-
щины от основных усилий, действующих на элемент, концы анкеров
усиливают приваренными пластинами или высаженными головками.
256
Применяются также штампованные закладные детали, состоящие
13 полосовых анкеров, имеющих усиления (например, в виде сфе-
эических выступов), и участков, выполняющих функцию пластин
аналогично сварным деталям). Штампованные закладные детали
лроектируют из полосовой стали толщиной 4...8 мм таким образом,
•гпЛи! отходы при раскрое полосы были минимальными.
Рис. 12.1. Конструкция и схема армирования стыков колонн:
/ рабочая продольная арматура; 2 сетка поперечного армирования с шагом s=80 мм;
3—бетон замоноличивання; 4 хомуты диаметром 12 мм; 5 — приваренная пластина толщиной
40 мм; 6— центрирующая пластина толщиной 5 мм; 7 арматурный штырь 0 32 А-Ш;
8 - центрирующая прокладка размером 150X150 мм с отверстием d=45 мм; 9 конусное
бетонное гнездо; 10— цементно-песчанный раствор или полимерраствор
Деталь рассчитывают по прочности полосовых анкеров и пластин.
Прочность анкеровки детали проверяют из расчета бетона на раска-
лывание, выкалывание и смятие. Толщина пластин закладных дета-
лей определяется расчетом и требованиями сварки.
На концевых частях стыкуемых внецентренно сжатых элементов
(например, на концах сборных колонн) устанавливают косвенную
арматуру.
Конкретные примеры решения стыков. Для стыкования колонн по
их высоте в многоэтажных каркасных зданиях применяют замоноли-
ченные жесткие стыки с плоскими торцами и с ванной сваркой
арматурных выпусков (рис. 12.1, а). Для компенсации исключен-
ной из работы части площади сечения бетона (в подрезках раз-
мещены выпуски арматуры) концевые части колонн усиливают
поперечными сварными сетками (рис. 12.1, б) или предусматри-
вают в колонне арматурный сердечник (рис. 12.1, в). Для надеж-
ного сцепления арматурных выпусков с бетоном замоноличивання
суммарная высота подрезок должна составлять не менее 300 мм и
9 Зак. 1285
257
не менее восьмикратного диаметра выпусков. Ванную сварку вы-
пусков производят после того, как завершены установка и выверка
колонны. Замоноличивание полостей стыка осуществляют бетоном
класса не менее В25 под давлением с применением инвентар-
ной опалубки.
В многоэтажных каркасно-панельных зданиях связевой системы
сборные железобетонные колонны работают практически на цент-
Рнс. 12.2. Конструктивные решения стыка ригелей с колонной:
1—закладные детали ригеля; 2 стыковые стержни; 3—отверстия в колонне; 4—ригель;
5— закладные детали колонны; 6 колонна; 7— вставной стержень; 8— ванная сварка; 9—
бетой замоноличивания: 10— углубление в ригеле для создания бетонной шпонки
ральное сжатие. Поэтому стыки таких колонн можно выполнять об-
легченными — без сварки продольной арматуры, но с усилением кон-
цов стыкуемых элементов поперечными сетками (рис. 12.1, г).
Центрирование таких колонн на монтаже производят с помощью
выступающих штырей 6, заделанных в специальные гнезда 8. Для
удобства выверки колонн при их установке в шов помещают цен-
трирующие прокладки 7 с отверстием.
Стыки ригелей в многоэтажных зданиях обычно размещают не-
посредственно у колонны, причем ригель может опираться на же-
лезобетонную консоль колонны или на специальный монтажный
(съемный) металлический столик. Для восприятия растягивающих
усилий в верхней части стыка ригелей устанавливают соединитель-
ные стержни, привариваемые при монтаже к закладным деталям или
к выпускам продольной арматуры ригеля.
Различные варианты узла сопряжения ригеля с колонной показа-
ны на рис. 12.2. Изгибающий момент, действующий в стыке ригеля,
вызывает горизонтальные растягивающие усилия в верхней части
стыка и горизонтальные сжимающие — в его нижней части. Рас-
тяжение в верхней части во всех случаях воспринимается сое-
динительными стержнями, которые привариваются к выпускам ар-
258
матуры или закладным изделиям ригеля. Эти стержни могут быть за-
бетонированы при изготовлении колонны с выпусками длиной 120 мм
(рис. 12.2, б), их можно также заводить при монтаже в спе-
циальные отверстия, предусмотренные при изготовлении колонны
(рис. 12.2, а). Точность стыкования может быть повышена за счет
ванной сварки в инвентарной медной форме, что важно при боль-
шом числе стыкуемых арматурных стержней (рис. 12.2, б). В ниж-
Рис. 12.3. Узлы опирания стропильных конструкций на колонну в одноэтажном
промышленном здании:
/ ось колонны; 2- анкерные болты; 3 стальная пластина толщиной 12 мм; 4 — шайба
и гайка; 5-- торцовая стальная плита; 6 - стропильные конструкции; 7 колонна; 8—
закладной элемент в колонне; 9—соединительный стержень; /0-закладной элемент в
опорном узле стропильной конструкции; // -• монтажный сварной шов
ней части стыка сжатие воспринимается монтажными сварными
швами и стальными закладными деталями (рис. 12.2, а) или
бетоном замоноличивания (рис. 12.2, б, в).
Стыки с консолями применяют в основном при больших нагруз-
ках (в промышленных зданиях). В других случаях можно приме-
нять бесконсольные стыки, в которых поперечная сила воспринимает-
ся бетонными шпонками (рис. 12.2, в). Эти шпонки образуются
при замоноличивании полости между углублениями на поверхностях
колонны и торца ригеля.
В одноэтажных производственных зданиях узел опирания стро-
пильных конструкций (ригелей) на колонну обычно выполняют шар-
нирным, устраивая анкерные болты и приваривая стальной опорный
лист ригеля к закладной детали колонны (рис. 12.3, а, б).
В новом узле сопряжения, обеспечивающем снижение расхода ме-
талла (рис. 12.3, в), соединяют с помощью вертикального стержня,
привариваемого к закладным деталям по граням колонны и стро-
пильной конструкции. Для усиления нижней грани стропильной
конструкции в месте ее опирания на колонну применяют заклад-
ную деталь уголковой формы.
9*
259
12.2.	ОСОБЕННОСТИ СТАТИЧЕСКОГО
РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ
ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ
Статический расчет железобетонных конструк-
ций, производимый в предположении их упругой работы, является
довольно условным. Дело в том, что даже при эксплуатационных
нагрузках в сжатой зоне бетона развиваются деформации ползучес-
ти, в растянутой —образуются трещины. По мере увеличения наг-
рузки и приближения ее к пределу несущей способности данной конст-
рукции нарастают неупругие деформации бетона, происходит на-
рушение сцепления арматуры с бетоном. Однако в статически оп-
ределимой железобетонной конструкции (например, в однопролетной
свободно опертой балке) все это не может привести к какому-
либо изменению моментов или поперечных сил, так как они опреде-
ляются только из условий равновесия, т. е. условий статики. Иначе
обстоит дело в статически неопределимой конструкции (например,
многопролетной балке), где условия равновесия по-прежнему соблю-
даются, но их недостаточно для определения усилий.
В статически неопределимых конструкциях вследствие названных
выше причин происходит перераспределение усилий, т. е. откло-
нение величины усилий (т. е. изгибающих моментов, поперечных сил),
фактически действующих в конструкции, от соответствующих вели-
чин, полученных в результате расчета конструкций как упругой сис-
темы, за счет возникновения различного рода неупругих деформаций.
Главную роль в перераспределении усилий в статически неопреде-
лимых железобетонных конструкциях играет перераспределение из-
гибающих моментов.
Перераспределение усилий в статически неопределимых железо-
бетонных конструкциях на различных стадиях работы конструкции
носит различный характер. Например, наблюдаемое к моменту ис-
черпания несущей способности конструкции (интересующее нас при
расчете по первой группе предельных состояний) перераспределение
усилий происходит за счет образования в наиболее напряженных се-
чениях так называемых «пластических шарниров», что сопровожда-
ется наступлением текучести продольной растянутой арматуры.
Расчет ведется по методу предельного равновесия (МПР). При
этом несущая способность конструкции в целом определяется соот-
ношением тех предельных моментов, которые действуют в пластичес-
ких шарнирах. В свою очередь, предельные моменты в пласти-
ческих шарнирах определяются армированием соответствующих се-
чений. Меняя соотношение предельных моментов в пластических шар-
нирах (т. е. меняя армирование отдельных сечений), можно, как и в
статически определимой системе, изменить несущую способность
конструкции в целом. Однако наибольший практический интерес
представляет способ изменения величин предельных моментов в
260
пластических шарнирах, при котором несущая способность конструк-
ции в целом остается неизменной. Это дает возможность за
счет перераспределения арматуры изменить распределение усилий в
конструкции (например, уменьшая изгибающие моменты в наиболее
напряженных сечениях при определенном сочетании нагрузок), дос-
тигая упрощения конструктивных решений и обеспечивая технологич-
ность конструкций.
При расчете неразрезных железобетонных балок применяют ста-
тический способ метода предельного равновесия (СС МИР). Су-
ществует также кинематический способ метода предельного равнове-
сия (КС МПР), который используется при расчете плит, опертых
по контуру (см. ниже). В СС МПР изменение распределения уси-
лий достигается тем, что к эпюрам изгибающих моментов, по-
лученным в результате расчета балки как упругой системы, прибав-
ляются дополнительные «перераспределяющие» эпюры. В качестве
дополнительных выбирают эпюры от лишних неизвестных метода
сил, умноженные на произвольные коэффициенты. Какими бы ни
были выбраны эти коэффициенты, т. е. каким бы распределением
усилий мы заранее ни задались, последующие деформации в плас-
тических шарнирах перераспределяют усилия в системе в соот-
ветствии с армированием основных расчетных сечений. При
этом необходимо учитывать, что если предусмотреть слиш-
ком сильное перераспределение усилий, то уже при эксплуа-
тационных нагрузках в конструкции могут появляться зна-
чительные трещины в тех сечениях, где впоследствии долж-
ны образоваться пластические шарниры. Поэтому приходит-
ся ограничивать перераспределение усилий таким образом, чтобы для
каждого элемента конструкции в основных расчетных сечениях коли-
чество растянутой арматуры не уменьшилось бы по сравнению с
требуемым по расчету упругой системы более чем па 30 % или
чтобы изгибающие моменты в процессе перераспределения умень-
шались не более чем на 30 %.
12.3.	СБОРНЫЕ БАЛОЧНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ
Плоские железобетонные перекрытия являются
одним из важнейших конструктивных элементов промышленных и
гражданских зданий. Перекрытия по конструктивной схеме и по тех-
нологии их изготовления классифицируют следующим образом:
 балочные сборные балочные (панельные);  монолитные реб-
ристые с балочными плитами;  монолитные ребристые с плита-
ми, опертыми по контуру;  безбалочные сборные безбалочные;
 монолитные безбалочные. Как балочные, так и безбалочные пе-
рекрытия могут выполняться также сборно-монолитными.
Конструктивная схема. Балочное сборное перекрытие обычно сос-
тоит из ригелей (балок), по которому укладывают панели перек-
рытия (рис. 12.4). Ригели, в свою очередь, опираются на стены и ко-
261
лонны. Обычно ригель имеет 2...3 пролета по 2800...6800 мм для
гражданских зданий и 5...6 пролетов по 6000...9000 мм для про-
мышленных зданий. Наибольшую массу (до 70 % от общей массы же-
лезобетона) имеют панели, поэтому очень важно правильно выбрать
их конструкцию. Оптимальное компоновочное решение находят путем
сравнения нескольких вариантов, добиваясь снижения обшей массы
Рис. 12.4. Конструктивная схема сборного балочного перекрытия:
а - разрез; б план при продольном расположении ригелей, в план при поперечном
ра сIюл оже ни и ри гел ей:
/ несущая стена; 2 ригель; 3 плиты перекрытия; 4 колоша
конструкции. В этих целях существующие типы панелей
(рис. 12.5, а...в) обычно выполняют ребристыми или с пустотами
различной формы. Ширина панелей выбирается с учетом их массы
(не более 3...5 т). При необходимости иметь гладкий потолок ис-
пользуют пустотные панели и панели ребрами кверху, панели реб-
рами вниз применяют для промышленных зданий с большими
нагрузками. Форму сечения приходится устанавливать с учетом тех-
нологических возможностей завода-изготовителя.
Панели армируют сварными сетками и каркасами без предвари-
тельного напряжения, применяя бетон классов В15...В20. Для пред-
напряженных панелей используют бетон высоких классов, а в качест-
ве напрягаемой арматуры применяют в основном стержни классов
A-IV, A-V, A-VI. По всей ширине полки (в пустотных панелях)
или в ребрах (для ребристых панелей) устанавливают нижнюю про-
дольную арматуру. Поперечную арматуру в виде плоских каркасов
размещают в ребрах. Монтажные петли, устанавливаемые в углах па-
нелей, соединяют с рабочей арматурой. Панели соединяют на мон-
таже путем сварки закладных деталей с заполнением швов между
панелями бетоном. Предусмотренные в продольных боковых гра-
нях панелей впадины создают после замоноличивания прерывистые
бетонные шпонки, содействующие совместной работе панелей на
вертикальные нагрузки и на сдвиг.
В ЦНИИЭПЖилища разработаны и исследованы новые конст-
рукции преднапряженных многопустотных панелей длиной 9 м *, ар-
мированные только в одном направлении. При назначении арми-
рования учтена их совместная работа в составе перекрытия за счет
бетонных шпонок.
* В. И. Лишак, Э. И. Киреева, В. В. Саарян. Совместная работа много-
пустотных преднапряженных плит//Бетон и железобетон 1987. № 1. С. 29.
262
Рис. 12.5. Поперечные сечения панелей перекрытия:
а- с круглыми пустотами (армирование условно не показано); б, в — ребристые панели
(армирование условно не показано); г — схема устройства бетонной шпонки, обеспечивающей
совместную работу преднапряженных плит увеличенного пролета (до 9 м); д — большепро-
летный настил типа 2Т; е- то же, деталь ребра с подрезкой на опоре; ж —• предна-
пряженный коробчатый настил высотой 400, 500 или 600 мм для пролетов соответственно
9, 12 и 15 м; /—продольные ребра; 2- поперечные ребра; 3- рабочая арматура; 4-
бетонная шпонка
Расчеты показали, что подобные преднапряженные многопустот-
ные плиты шириной 1,2 и 1,8 м с приведенной толщиной бетона 15 см
и более можно не армировать в поперечном направлении. Раз-
работана конструкция преднапряженных многопустотных плит раз-
мером 1,2X9X0,26 м, работающих совместно в составе перек-
рытия конструктивной ячейки здания. Армирование плит (рис. 12.5, г,
поз. 4) принято в одном направлении вдоль основного пролета
20 0 5 Вр-П. Габариты продольных шпонок (рис. 12.5, г, поз. 3) наз-
начены исходя из возможности осуществления качественного бето-
нирования их в процесс монтажа мелкозернистым бетоном с кубико-
вой прочностью около 15 МПа. По сравнению с типовыми плитами
пролетом 9 м расход стали в разработанной конструкции умень-
шен примерно на 2,5...3,0 кг/м ? и составляет 3,3 кг/м 2.
Для сборных балочных перекрытий (а также покрытий),
кроме того, широко используют большепролетные панели,
так называемые настилы типа 2Т (рис. 12.5, д), Т, ко-
робчатые и другие пролетом 12 м и более. Их укладывают не-
посредственно на подстропильную конструкцию без применения
стропильных балок или ферм. Настилы типа 2Т применяют в основ-
ном для зальных помещений (торговых, общественного питания,
спортивных, зрелищных, выставочных, лекционных и т. д.), а иногда
также для административных зданий, школ, детских садов. Для
зданий с высотой этажа 4,2 м разработан типовой большепролетный
каркас с сеткой колонн 6X12 м с настилами типа 2Т.
Для меньшей высоты этажа применяют каркас из колонн и ри-
гелей серии 1.020 и 12-метровые настилы типа 2Т с подрезкой
ребер на опорах (рис. 12.5, е). Распространение настилов типа 2Т
объясняется простотой их изготовления. Их изготовляют, как прави-
ло, в жестких неразъемных формах, исключающих дополнительные
операции при распалубке изделия и сборке форм. Сравнительно
малая масса таких форм позволяет экономить металл и бетониро-
вать настилы размером 3X12 м на серийных виброплощадках, при-
чем в одной форме можно изготавливать основной и добор-
ные настилы любой ширины.
Настилы коробчатого сечения (рис. 12.5, ж) взаимозаменяемы
с настилами типа 2Т. Их изготовляют стендовым способом. Скла-
дывающиеся пустотообразователи извлекают после частичной или
полной тепловой обработки (19....20 ч). Исследования показали
возможность использования настилов в качестве воздуховодов сис-
тем вентиляции и кондиционирования воздуха, что дает значительную
экономию металла и трудозатрат.
Расчет панелей и настилов производят как однопролет-
ной изгибаемой балки пролетом /о, который равен рас-
стоянию между осями ее опор. При опирании на кир-
пичную стену ось опоры принимается удаленной от внутренней
поверхности стены на 1/3 глубины заделки. Высота сечения оп-
ределяется в основном требованиями жесткости, причем для пред-
264
напряженных панелей она равна (1/20... 1/30) /п. Сечения продоль-
ной и поперечной рабочей арматуры подбирают по прочности как
для изгибаемого элемента, приведенного к сечению таврового или
двутаврового профиля. Ширина ребра принимается при этом
равной суммарной ширине всех ребер панели, а ширина пол-
ки — ширине всей панели Ь. В панелях ЦНИИЭПЖилигца
(см. рис. 12.4, г) прочность продольных сечений считается
обеспеченной, если краевые растягивающие напряжения, возни-
кающие в нижней полке плит от поперечных, в том числе
местных, моментов, не превышают 2 Rbt- При выполнении
этого условия хрупкого разрушения перекрытия не произой-
дет и преднапряженные плиты допускается армировать только
в одном, продольном направлении. Если это условие не
выполняется, то требуется увеличить толщину полок или пос-
тавить в плитах поперечную арматуру.
Опирание панелей сборных балочных перекрытий произ-
водят на разрезные или неразрезные ригели. В неразрез-
ных ригелях целесообразно учитывать перераспределение уси-
лий вследствие пластических деформаций (см. выше). Вначале дела-
ют ориентировочный расчет ригеля как упругой балки обыч-
ными приемами строительной механики, затем строят объемлющие
эпюры максимальных и минимальных изгибающих моментов в ри-
геле. Так как расчетным сечением на опоре является сече-
ние у грани опор, то прежде всего определяют моменты, дейст-
вующие у грани опоры:
А1Гр=Моп(1— а/1),	(12.1)
где а - ширина сечения колонны.
Общая направленность перераспределения усилий опреде-
ляется тем, что для ригеля сборной конструкции со сты-
ками элементов на опорах нежелательно иметь большие опор-
ные моменты, поэтому перераспределение усилий начинают
с тех сочетаний нагрузок, которые соответствуют экстремаль-
ным значениям опорных моментов. Перераспределение усилий в конс-
трукции производится путем прибавления к эпюрам «упругого» рас-
чета эпюр от лишних неизвестных метода сил, умноженных на
произвольные коэффициенты. При основной системе в виде ряда
однопролетных балок каждая из указанных эпюр от лишних неиз-
вестных представляет собой треугольник, имеющий максимальную
ординату на промежуточной опоре и перекрывающий два смежных
пролета.
Расчет ведется в такой последовательности. Исходя из до-
пускаемого снижения моментов в основных расчетных сечениях
на 30 % (см. выше), определяют границы возможного перераспреде-
ления усилий (расчеты лучше вести в табличной форме). Соот-
ветствующим выбором «перераспределяющих» эпюр добиваются то-
го, чтобы каждый из опорных моментов (у грани опоры), пре-
265
витающих по абсолютной величине соответствующее 70 %-ное зна-
чение, свести по возможности к этому значению, соблюдая условия
равновесия, т. е. увеличивая в данном сочетании пролетный мо-
мент, но не выходя за максимальный (из других сочетаний нагрузки)
пролетный момент. Когда для каждого сочетания нагрузок построены
все описанные эпюры, строят объемлющую эпюру моментов, по ко-
торой, пользуясь формулами для расчета сечений изгибаемых эле-
ментов, подбирают сечения продольной арматуры ригеля.
Затем необходимо убедиться в том, что при достижении
в основных расчетных сечениях предельных моментов разруше-
ние не будет носить хрупкого характера. Для предотвращения хруп-
кого разрушения бетона необходимо применять арматурные стали с
площадкой текучести и проектировать конструкцию так, чтобы избе-
жать раздавливания бетона от главных сжимающих напряжений
или среза сжатой зоны. Необходимо также учитывать, что хрупкое
разрушение бетона может наступить в процессе осуществления по-
ворота в пластическом шарнире, т. е. в процессе перераспреде-
ления усилий. Поэтому предельное значение относительной высоты
сжатой зоны £ для конструкций, рассчитываемых с учетом перерас-
пределения усилий, снижается по сравнению с граничным значени-
ем для обычных изгибаемых элементов [согласно формуле (7.1)]
и принимается £=0,35.
Поперечные силы определяют по граням опор:
Qa=0,8Qo; Q6=-l,2 Qo; Qe=±Q0,	(12.2)
где Qa и Qh— поперечные силы по граням крайней опоры А и про-
межуточной опоры В первого пролета; Qr— то же, по граням опор
средних пролетов; Qo— то же, по грани опоры свободно опертой
балки.
Сечение ригеля принимают прямоугольным или тавровым с полкой
вверх; в сборных конструкциях чаще всего применяют тавровые риге-
ли полкой вниз, позволяющие снизить строительную высоту перек-
рытия.
При армировании ригеля обычно применяют два плоских сварных
каркаса, в средней части пролета иногда устанавливают третий кар-
кас. Для экономии стали строят эпюру моментов арматуры (эпюру
материалов) и часть продольной арматуры обрывают в соответствии
с эпюрой моментов от внешней нагрузки и эпюрой моментов ар-
матуры. Ригель может опираться на железобетонную консоль колон-
ны или на специальный монтажный (съемный) металлический столик.
Различные варианты стыка ригеля были даны на рис. 12.2.
Растягивающие усилия в верхней части стыка ригелей воспринима-
ются соединительными стержнями, привариваемыми при монтаже
к закладным деталям ригеля или к выпускам продольной арма-
туры.
Сечения верхних стыковых стержней принимают равными опорной
арматуре ригеля (условие равнопрочности). Расчет верхних стыко-
266
вых стержней стыка при наличии сварки нижних стержней сво-
дится к определению площади сечения соединительных стержней
As=Mn,/(Rsz),	(12.3)
где z — расстояние между центрами тяжести сечений верхних и
нижних закладных деталей. Длину сварных швов соединительных
стержней определяют по формулам § 13.4.
12.4	МОНОЛИТНЫЕ РЕБРИСТЫЕ
ПЕРЕКРЫТИЯ С БАЛОЧНЫМИ
ПЛИТАМИ
Элементы монолитного ребристого перекрытия
монолитно связаны друг с другом и образуют жесткую горизон-
тальную диафрагму (рис. 12.6), состоящую из плиты, работающей
в одном направлении (по короткому пролету), второстепенных и глав-
ных балок. Пролет главных балок составляет 6...8 м, второстепенных
плиты от 50...60 до 80... 100 мм
Рис. 12.6. Конструктивная схема моно-
литного ребристого покрытия:
/- колонна; 2 — несущие стены; 3 - глав-
ные балки (ригели); 4- второстепенные
балки; 5 - плита
5...7 м, плиты 1,5...3 м, толщина
(в зависимости от нагрузок), ширина сечения ее —0,4...0,5 высоты
сечения соответствующей балки. Бетон обычно используется класса
В15, при этом высота сечения в долях от пролета равна 1/12...1/20
для второстепенных балок и 1/8...1/15 — для главных балок.
Особенности работы. Плита, находящаяся в составе монолитного
ребристого (балочного) перекрытия, опирается на балки (ребра),
расположенные в одном или двух направлениях. В зависимости от
отношения сторон опорного контура плита монолитного ребристого
перекрытия считается или опертой по контуру при отношении боль-
шого пролета /2 к меньшему h не более 2 (плита работает в обоих
направлениях), или балочной — при величине указанного отноше-
ния более 2 (изгибающим моментом в направлении большей стороны
пренебрегают ввиду его малости). Величины расчетных пролетов
принимают равными: для плиты — расстоянию в свету между второ-
степенными балками, для второстепенных балок - то же, между
главными балками (в случае опирания на стену принимаются
соответствующие размеры до оси опоры на стене). Если пролеты от-
личаются незначительно (до 20 %) или равны, расчет производят
с учетом перераспределения усилий, причем упрощенно по выравнен-
ным моментам. Эти моменты на всех средних опорах и пролетах для
плиты равны б//2/16 (при равномерно распределенной нагрузке q), а
на первых промежуточных опорах и в крайних пролетах плиты
соответственно д/2/14 и ql2/\ 1. В средних пролетах плиты возникает
распор, повышающий несущую способнцсть конструкции; это учиты-
267
вается дополнительным снижением на 20 % опорных и пролетных
изгибающих моментов в плите.
Второстепенные балки рассчитываются на условную нагрузку,
учитывающую сдерживающее влияние главных балок на свободный
поворот опор второстепенных балок. Это уменьшает влияние времен-
Рис. 12.7. Второстепенная балка:
/ при наличии временной нагрузки в рассматриваемом пролете; У то ж, при ее отсут-
ствии
ной нагрузки на отрицательные моменты в незагруженных пролетах.
Расчет ведут аналогично расчету плиты, но отдельно рассматривают
две схемы загружения:  полная нагрузка q=g-]-p в нечетных
пролетах и условная нагрузка g'=.g-}-p/4 — в четных;  полная
нагрузка q=g-\-p в четных пролетах и условная g'=g-\-p/4 — в
нечетных.
268
При построении эпюр опорные и пролетные моменты /VI принимают
по приведенным выше выражениям и, кроме того, вычисляют мини-
мальные моменты в пролетах (по параболам, соответствующим
нагрузке и проходящим через ординаты опорных моментов). В итоге
получают объемлющую эпюру моментов (рис. 12.7, а). Так как расчет
Рис. 12.8. Армирование плиты монолитного балочного перекрытия:
/ несущая стена: 2 - второстепенная балка; 3 плита
ведется с учетом перераспределения усилий, то при подборе сечений
принимают g^0,35. В пролете расчетное сечение балки принимают
тавровым с полкой в сжатой зоне, на опоре — прямоугольным
(плита не учитывается, так как находится в растянутой зоне).
Во второстепенной балке поперечные силы принимают как в разрез-
ных балках, кроме крайнего пролета, где поперечная сила равна
0,8Q — на крайней и 1,2Q — на первой промежуточной опоре.
Главную балку рассчитывают с учетом перераспределения усилий
аналогично расчету ригеля сборного балочного перекрытия (см. вы-
ше). Нагрузка на главную балку передается в виде сосредоточен-
ных сил от опорного давления второстепенных балок, и это учиты-
вается в расчете. Учитывается также нагрузка от собственного
веса главной балки, которая в пролете работает как тавровая с
шириной полки Ь'п=1/3, а на опоре — как прямоугольная.
Армирование перекрытия. Каркасы второстепенной балки дохо-
дят до грани главной балки, где устанавливают дополнительный
каркас или сетку (рис. 9. 12, б, в), а главная балка у опоры
армируется отдельными каркасами, которые пропускают через карка-
сы колонн. Плиту армируют рулонными сетками с продольным
расположением рабочей арматуры, заводя сетки в верхнюю зону на
расстояние 0,25/ от оси опоры (в зоне нулевых моментов). В крайних
пролетах на основную сетку укладывают дополнительную, заводимую
на 0,25/ в следующий пролет (рис. 12.8, а). При диаметре рабочих
стержней 6 мм и более Применяют раздельное армирование сетками
(рис. 12.8, б).
269
12.5.	СБОРНЫЕ И МОНОЛИТНЫЕ
БЕЗБАЛОЧНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ
В безбалочных перекрытиях плита опирается
непосредственно на колонны без балок и ригелей, причем колонны
в большинстве случаев имеют уширения — капители. Основная
область применения безбалочных перекрытий — здания с большими
равномерно распределенными нагрузками (более 6000 Па). Безба-
лочные перекрытия позволяют получать гладкую поверхность пото-
лка и тем самым более эффективно использовать объем помещения
в таких зданиях, как многоэтажные склады, мясокомбинаты, холо-
дильники.
Сборные безбалочные перекрытия. Традиционная конструктив-
ная схема таких перекрытий состоит из трех основных элементов:
капители, межколонной плиты, центральной плиты (рис. 12.9, а, б).
Опирание капители безбалочного перекрытия происходит на ушире-
ния колонны, межколонной плиты — на пустотелую капитель,
заполняемую монолитным бетоном при монтаже; опирание центра-
льной (пролетной) плиты предусмотрено на межколонные плиты.
Более современная конструкция перекрытия на основе сборного
железобетонного унифицированного каркаса, входящего в состав
Рис. 12.9. Сборные безбалочные перекрытия:
I— колонна; 2— пустотелая капитель; 3— надколонная плита; 4— пролетная центральная пли-
та; 5— ригели каркаса; 6— ребристые плиты перекрытия; 7- контурный элемент, размеры:
а. b 3600, 4200, 4800, 6000 мм; с - 2400, 3000, 3300, 4200, 4800 мм
270

Единого каталога унифицированных изделий Москвы (так называе-
мое безригельное перекрытие), показана на рис. 12.9, в, г. Раз-
резка на сборные изделия предусматривает в одном из направлений
широкие ригели с полукапителями у колонн. Ригели стыкуются
при помощи ванной сварки выпусков арматуры, превращаясь в
неразрезную систему. В пространство между ригелями укладывается
Рис, 12.10. Схема армирования монолитного безбалочного перекрытия:
а — сечение плиты по серединам пролетов; б — то же, ио осям колонн; /— колонна; 2— капи-
тель; 3 уширение капители; 4— плнта
пролетная (центральная) плита. Принятая конструкция позволяет
иметь в составе здания как обычные, так и безригельные
перекрытия (рис. 12.9, г).
Безбалочное перекрытие работает так же, как ребристое перек-
рытие с плитами, опертыми по контуру, причем роль балок выполняют
межколонные панели. Панели безбалочного перекрытия могут изго-
товляться пустотными или ребристыми, а капители — полыми или
сплошными. Межколонные панели рассчитывают как неразрезные
балки по выравненным моментам, когда и опорный, и пролетный
моменты равны <у/2/16, а центральную панель — по методу предель-
ного равновесия, с учетом частичного закрепления в опорном
контуре. В капители расчетную арматуру устанавливают по верху
капители, а ее стенки армируют конструктивно. Капители рассчиты-
вают на нагрузку от опорных реакций и моментов подколонных
плит. Необходимо также рассчитать стенку капители как консоль
на монтажную нагрузку.
Монолитные безбалочные перекрытия. Такое перекрытие пред-
ставляет собой сплошную плиту, опирающуюся через капители
на колонны (по наружному контуру иногда принимают опирание
на стены). Сетка колонн применяется прямоугольной или квадратной,
272
причем наиболее рациональной оказывается сетка 6X6 м. Толщина
плиты составляет 1/32... 1/35 большого пролета. Расчет монолитного
безбалочного перекрытия выполняют:  на продавливание плиты
сосредоточенной нагрузкой 1...1,5 кН на площадке размером
100X100 мм и на продавливание плиты по периметру капители;
 по методу предельного равновесия, в предположении двух схем из-
лома, соответствующих полосовой нагрузке (через пролет) и сплош-
ной нагрузке (по всей площади перекрытия).
Схему армирования перекрытия принимают в соответствии с
указанными схемами излома. Узкие сетки с продольной рабочей
арматурой укладывают в два слоя по двум направлениям (рис. 12. 10),
а капители колонн армируют в основном конструктивно.
12.6.	КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
ОДНО- И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
Многоэтажные гражданские здания. Они могут
выполняться по бескаркасной или каркасной конструктивной схеме.
По высоте они обычно имеют 12... 16 этажей и более; при 20 эта-
жах и более их называют высотными зданиями.
Бескаркасную конструктивную систему приме-
няют в строительстве жилых домов, гостиниц и т. п., где имеются
часто расположенные перегородки. Здесь в качестве основных несущих
конструкций служат вертикальные диафрагмы (панели внутренних
несущих стен) и многоэтажные перекрытия, причем панели наружных
стен обычно навешивают на торцы несущих внутренних панелей.
Здание может собираться из плоских панелей (крупнопанельное
здание) или из железобетонных объемных блоков размерами на
комнату или на квартиру, изготовленных на заводе с полной
внутренней отделкой. При частом (3,6 м) размещении поперечных
несущих стен панельные здания с поперечными несущими стенами
обладают большой пространственной жесткостью и могут иметь
до 25 этажей.
Каркасная конструктивная система многоэтаж-
ных зданий включает в себя железобетонные рамы, междуэтажные
перекрытия и вертикальные диафрагмы. Стойки рам, как прави-
ло, принимают постоянного сечения на всю высоту здания. В нижних
этажах несущую способность колонн увеличивают за счет повыше-
ния класса бетона, усиления армирования, а иногда за счет приме-
нения жесткой арматуры в виде стальных профилей (швеллер,
двутавр). Стены (сплошные или с проемами), идущие на всю высоту
здания, создают вертикальные диафрагмы. Междуэтажные перекры-
тия участвуют в совместной работе рам и вертикальных диафрагм
на ветровую нагрузку. Для обеспечения жесткости сборных пере-
крытий (в своей плоскости) осуществляют сварку закладных дета-
лей и замоноличивание швов между отдельными панелями. Подоб-
ные каркасные решения применяют в некоторых жилых высотных
273
зданиях, в общественных и административных зданиях, когда пере-
городки должны быть расположены сравнительно редко.
Многоэтажные промышленные здания. Многоэтажные здания
применяют в таких отраслях промышленности, как легкое маши-
ностроение, приборостроение, электро- и радиотехническая, легкая
промышленность и др. Их применяют также для крупных складов,
гаражей, холодильников. Обычно они имеют 3... 14 этажей и выполня-
ются по каркасной конструктивной схеме. Поперечная жесткость
здания может обеспечиваться жесткостью вертикальных диафрагм —
железобетонных или кирпичных поперечных стен, лестничных клеток
(здания связевой системы), или только жесткостью рамы (здания
рамной системы), или же тем и другим (здания рамно-связевой
системы). В первом случае, как в многоэтажных гражданских
зданиях, передача ветровой нагрузки на вертикальные диафрагмы
обеспечивается жесткими горизонтальными диафрагмами, роль кото-
рых играют междуэтажные перекрытия. Во втором случае ветро-
вая нагрузка воспринимается непосредственно рамой. В зданиях
рамно-связевой системы ветровая нагрузка воспринимается как ра-
мой, так и диафрагмами.
Одноэтажные промышленные здания. Их используют для разме-
щения производств металлургической, машиностроительной и дру-
гих отраслей промышленности. Эти здания, как правило, оборудуют
транспортными средствами, кранами, перемещающимися по специ-
альным путям, опертым на подкрановые балки и колонны (мостовые
краны), подвешенным к несущей конструкции покрытия (подвесные
краны) или уложенным на полу (напольные краны). Одноэтажные
гражданские здания (крытые рынки, выставочные залы, крытые
стадионы и др.), как правило, не являются объектами массового
строительства. Наиболее важным элементом таких зданий являются
конструкции покрытий большого пролета (40...50 м и более), рассмат-
риваемые в § 12.8. Пространственная жесткость одноэтажных
зданий обеспечивается за счет защемления колонн в фундаментах.
В поперечном направлении здание работает как рама, состоящая из
колонн и ригеля (конструкция покрытия), а в продольном на-
правлении — как рама, включающая в себя те же элементы, а также
подкрановые балки и связи.
Принципы расчета конструкций многоэтажных и одноэтажных
зданий. В многоэтажных каркасных зданиях рамной системы ведут
расчет каркаса на усилия от вертикальных и горизонтальных
нагрузок. Каркас рассматривают как многоэтажную статически
неопределимую раму. Вначале задаются предварительными сечения-
ми ригелей и стоек. При этом сечения ригелей устанавливают по
«балочным» моментам Мо (как в соответствующих однопролетных
свободно опертых балках). Затем производят взаимную увязку
размеров ригелей и стоек с округлением до унифицированных
размеров. Переходя к определению моментов инерции стоек и риге-
лей, вычисляют их как для сплошного бетонного сечения.
274
При монолитных перекрытиях рассматривают ригель как тавровый с
шириной полки, равной шагу рам. Возможны упрощения при
установлении расчетной схемы рамы, например, приравнивание про-
летов, отличающихся друг от друга не более чем на 10 %; небольшое
смещение (до 5 % от пролета) сосредоточенных грузов. Определение
М, N, Q рекомендуется производить вначале как для упругой
системы одним из приближенных способов (желательно на ЭВМ),
после чего проводить окончательный расчет с учетом перераспреде-
ления усилий.
В многоэтажных бескаркасных (крупнопанельных) зданиях,
имеющих достаточно высокую пространственную жесткость, прини-
мают следующую расчетную схему. Горизонтальные перекрытия
рассматривают как неподвижные жесткие опоры, воспринимающие
горизонтальную нагрузку от стен. В свою очередь, перекрытия пере-
дают горизонтальную нагрузку на диафрагмы — жесткие поперечные
стены. Расстояние между жесткими поперечными стенами должно
быть не очень велико (не более 42 м), и расчет стены при таких
допущениях сводится к расчету неразрезной балки, загруженной,
кроме того, продольной силой, т. е. работающей на внецентренное
сжатие.В одноэтажных зданиях рассчитывают покрытие (см. § 12.7 и
12.8), а также каркас в целом как одноэтажной поперечной рамы.
Соединение колонны с фундаментом принимают жестким, а ригеля с
колонной — шарнирным.
12.7	БАЛКИ ПОКРЫТИЙ, ФЕРМЫ, АРКИ
Важнейшей частью одноэтажного промышлен-
ного здания является его покрытие. Оно может быть выполнено
из линейных элементов. В этом случае оно включает в себя как
ограждающие конструкции, защищающие помещение от внешних
воздействий, так и несущие конструкции, на которые опираются
ограждающие. Эти покрытия из линейных элементов отличаются от
пространственных, совмещающих в себе как несущую, так и огражда-
ющую конструкции. Несущие конструкции покрытий из линейных
элементов делят на главные — стропильные балки, фермы или арки и
второстепенные — крупнопанельные плиты, прогоны. В конструкцию
покрытия в одноэтажных каркасных зданиях входят также фонари и
связи.
Балки покрытий (стропильные балки). Эти балки опираются
обычно на колонны или на подстропильные балки и выполняются
предварительно напряженными. Их применяют при пролетах до
24 000 мм и устанавливают с шагом 6000 или 12 000 мм. При
пролетах до 18 000 мм балки покрытий оказываются более эконо-
мичными, чем фермы, как по расходу материалов, так и по трудоем-
кости и стоимости. Номенклатура основных типовых конструкций
балок для зданий производственного назначения показана на
рис. 12.11.
275
Ширина верхней сжатой полки из условия устойчивости балки
при транспортировании и монтаже принимается (1/50...1/60) I.
Для удобства размещения в ней арматуры, обеспечения прочности,
трещиностойкости и удобства бетонирования толщина вертикальной
стенки принимается равной не менее 60...80 мм. Ширина нижнего
пояса балки составляет около 200...250 мм и определяется
Рис. 12.11. Номенклатура основных типовых конструкций балок покрытии произ-
водственных зданий
удобством размещения в ней продольной растянутой арматуры. В
односкатных балках высота сечения постоянна и равна Н=
= ( 1/12...1/18) I. В двускатных балках высота в середине пролета
равна /7= (1/10... 1 /16) I. Опорное сечение двускатных балок имеет
стандартную высоту 800 мм. В высоких балках в середине пролета,
где главные растягивающие напряжения незначительны, для сниже-
ния материалоемкости устраивают круглые или многоугольные от-
верстия в вертикальной стенке. При пролетах 6000... 18 000 мм уклон
верхнего пояса балок принимается постоянным (7=1/12), а при
пролетах 24 м для сохранения стандартной опорной высоты его
принимают переменным.
За рубежом (Бельгия, ФРГ, Швеция) применяют балки пролетом
до 30...40 м, в основном для покрытий бесфонарных цехов, без
перепадов высот и при сравнительно небольшой снеговой нагрузке
(500...1000 Па), причем они выполняются малоуклонными (З..6%).
Такие балки успешно конкурируют со стальными фермами, при по-
276
крытиях с ограждающими конструкциями из стального профилиро-
ванного настила с утеплителем из пенополистирола, по стальным
или железобетонным прогонам или при других аналогичных облегчен-
ных ограждающих конструкциях. Балки покрытий могут иметь
только продольную напрягаемую арматуру (продольное обжатие
бетона) или же непрерывное армирование (продольное и поперечное
Рис. 12.12. Двускатная балка:
а пример армирования высокопрочной проволокой и каркасом; б схема к определению
опасного сечения в пролете
обжатие бетона). Из условия ограничения раскрытия трещин в сжа-
той зоне при отпуске нижней арматуры иногда приходится устанав-
ливать конструктивную прямолинейную напрягаемую арматуру, раз-
мещаемую па уровне верха опорного сечения. Пример армирования
преднапряженной балки показан на рис. 12.12, а. Опорное сечение
277
принимают прямоугольным. Стенку балки обычно армируют сварны-
ми каркасами, а вблизи отверстий устанавливают дополнительные
каркасы из арматуры класса А-Ш. В верхнем поясе балок устанав-
ливают стальные закладные детали для крепления элементов
покрытий и фонарей.
На стропильную балку передается нагрузка в виде постоянной
равномерно распределенной нагрузки от собственного веса балки
и сосредоточенных сил от постоянных и временных нагрузок,
действующих через ребра панелей покрытий. Расчет балок по проч-
ности и трещиностойкости производят как для стадии эксплуата-
ции, так и для стадии изготовления, транспортировки и монтажа.
Расчет по деформациям ведут только для стадии эксплуатации. Пло-
щадь сечения продольной рабочей арматуры находят из расчета
прочности свободно опертой балки но нормальному сечению в
середине пролета и для других нормальных сечений балки, так как в
двускатных балках за счет переменной высоты самое опасное сечение
может оказаться на расстоянии около (0,35...0,40) / от опоры (рис.
12.12, б).
Фермы покрытий. По расходу стали железобетонные фермы
выгоднее стальных (экономия стали до 50 %), однако они на 15 %
дороже. Пролеты железобетонных ферм обычно составляют 18, 24,
30 м. Нижний пояс ферм, а иногда и крайние раскосы выполняют
преднапряженными из бетона классов до В40. Натяжение арматуры
производится, как правило, на упоры. Схема фермы зависит от
общей компоновки покрытия, вида кровли и от расположения фона-
рей. Сегментные и полигональные фермы имеют очертание верхнего
пояса, приближающееся к кривой давления, а также небольшую
высоту на опорах, что способствует снижению массы ферм и умень-
шению высоты стен. В малоуклонных покрытиях опорный узел часто
размещают в уровне верхнего пояса или вблизи него. Это повышает
устойчивость при монтаже (центр тяжести фермы при этом распо-
ложен ниже уровня опор) и не требует специального крепления,
но требуются колонны увеличенной высоты. Номенклатура основных
типовых конструкций ферм, принятых в СССР, показана на рис.
12.13, а, на рис. 12.13, б даны схемы малоуклонных предваритель-
но напряженных ферм для пролетов 18 и 24 м (Румыния), собираемых
из унифицированных блоков с натяжением арматуры па бетон.
Железобетонные фермы могут выполняться без раскосов. Без-
раскосные стропильные фермы получили широкое распространение
благодаря технологическим достоинствам. Типовые безраскосные
фермы имеют криволинейные очертания верхнего пояса (рис. 12.14).
Если нагрузка приложена только в узлах, то более рацио-
нально ломаное Очертание верхнего пояса с прямолинейными
участками между узлами. Изгибающие моменты при этом существен-
но снижаются как в поясах фермы, так и в стойках. Безраскосные
фермы широко используют для устройства крутоскатных и малоук-
лонных покрытий. Общая длина элементов решетки (широких верти-
278
кальных стоек) в этих фермах уменьшена в 1,7...2 раза по сравнению
с сегментными и полигональными, значительно упрошено армирова-
ние узлов благодаря примыканию элементов решетки к поясам
под прямым углом. Вертикальные стойки имеют вариант решения с
напряженной арматурой; фермы с предварительно напряженными
стойками являются трещиностойкими и могут быть применены в
агрессивной газовой среде. Безраскосные фермы используют также в
качестве подстропильных конструкций (рис. 12.15).
Рис. 12.13. Номенклатура основных типовых конструкций ферм производственных
зданий
279
Преднапряженные фермы шпренгельного типа, предназначенные
для покрытий одноэтажных зданий различного назначения с проле-
тами 18 и 24 м и уклоном кровли 5 %, приведены на рис. 12.16.
Такие фермы имеют минимально возможное в стропильных кон-
струкциях число элементов — трехпанельный верхний пояс, предва-
рительно напряженный нижний пояс с двумя перегибами и две
Рис. 12.14. Конструкция безраскосных ферм пролетом 18 000 мм при шаге колонн
12 000 мм:
/- арматурные каркасы верхнего пояса; 2 арматурные каркасы (гнутые сетки) нижнего
пояса; 3—напрягаемая арматура (канаты класса К-7 диаметром 15 мм); 4~ арматурные
каркасы стоек
Рис. 12.15. Безраскосная подстропильная ферма пролетом 18 000 мм
вертикальные стойки, жестко сопряженные с поясами. Полный
габаритный размер высоты ферм на опоре (от нижней грани средней
панели нижнего пояса до верхней грани опорного узла) принят
равным 2700 мм, а высота опорного узла — 900 мм.
На ферму действуют нагрузки от покрытия, собственного ве-
са фермы, а также от фонарей, связей и подвесного транспорта.
280
d)
/ 6000
b=5°L
2-2
it*
6
7480
отогнутой
5960
2700
9000
6-6
Рис. 12.16. Железобетонные преднапряженные шпренгельные
фермы для покрытий зданий с малоуклонной кровлей:
а — пролетом 18 000 мм с однорядным расположением
напрягаемой арматуры; б - пролетом 24 000 мм с двухрядным рас-
положением отогнутой напрягаемой арматуры; /•• верхний пояс;
2—верхняя грань верхнего пояса (прямолинейная с уклоном);
3— нижняя грань верхнего пояса ломаного очертания; 4 - нижний
пояс с двумя перегибами: 5 - вертикальные стойки; 6- отогнутая
напрягаемая арматура; 7— арматурные каркасы опорных и проме-
жуточных узлов; 8— арматурные каркасы верхнего пояса и стойки;
9— стальная труба в месте отгиба напрягаемой арматуры
Нагрузку от подвесного транспорта следует прикладывать к узлам
нижнего пояса фермы. Расстояние между узлами верхнего пояса
назначают с учетом того, что нагрузка от панелей покрытия должна
передаваться строго на узлы верхнего пояса. Узлы в расчетной схеме
фермы считают шарнирными. Вычисленные обычными методами
строительной механики усилия в элементах ферм для различных
Рис. 12.17. Схематический разрез здания концертного зала с покрытием по пред-
напряженным железобетонным аркам
сочетаний нагрузок с учетом невыгоднейшего загружения записы-
вают в сводную таблицу, после чего сечения верхнего пояса рас-
считывают как сжатые, нижнего пояса — как растянутые.
Арки покрытий. Их применяют при значительных пролетах (бо-
лее 30 м). Стрела подъема арок обычно принимается равной (0,15...
0,2) /, но не менее 0,1 /.Распор арки передается на затяжки или фун-
даменты. Железобетонные арки из сборных элементов проектируют
двух- и трехшарнирными, монолитные арки часто делают бесшарнир-
ными. Рассчитывают арки на нагрузку от веса покрытия, сплош-
ную и одностороннюю снеговую, сосредоточенную нагрузку от подъ-
емно-транспортных механизмов, а иногда и на ветровую нагрузку.
Арки могут иметь прямоугольное, тавровое или двутавровое
поперечное сечение. В арке возможно возникновение моментов проти-
воположных знаков, поэтому арматура принимается обычно сим-
метричной. Затяжки арки выполняют стальными или железобетон-
ными, они обычно работают на центральное растяжение; если к за-
тяжке приложена нагрузка от подъемно-транспортного оборудования
или подвесного полотна, то она будет работать на внецентренное
растяжение. Железобетонные затяжки прямоугольного сечения ар-
мируют напрягаемой арматурой. Подвески, поддерживающие желе-
зобетонные затяжки, обычно выполняют железобетонными и арми-
руют четырьмя стержнями. Стальные затяжки состоят из двух или
трех стержней диаметром до 40 мм, на опоре пропущенных сквозь
282
арку из закрепленных гайками на внешней стороне. Затяжки вы-
полняют также из двух швеллеров (полками внутрь), связанных
между собой стальными планками.
В качестве примера применения железобетонных арок на рис.
12.17 показано покрытие концертного зала на 2000 зрителей (Фран-
ция), включающее в себя преднапряженные арки, объединенные мо-
нолитной плитой. Арки расположены веерообразно, имеют складча-
тое поперечное сечение трапецеидального очертания и пролет 27...
60 м.
12.8.	ТОНКОСТЕННЫЕ
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ
Тонкостенные пространственные конструкции
покрытий сочетают в себе ограждающую и несущую функции, что
позволяет получать экономичные решения. Эффективные простран-
ственные покрытия получают при использовании особой разновид-
ности железобетона — армоцемента. Армоцементные конструкции
являются весьма тонкостенными — толщина стенок 20...30 мм. Их
изготовляют из мелкозернистого бетона (с крупностью зерен до 5 мм)
и арматуры в виде частых тонких тканых или сварных прово-
лочных сеток, равномерно распределенных по сечению элемента.
Распространенная область применения армоцемента в покры-
тиях — тонкостенные и складчатые своды пролетами 12...42 м, изго-
товляемые методом послойного формования. В качестве примера на
рис. 12.18, а показан армоцементный волнистый свод над бассей-
ном. В волнах свода, закрытых сверху плитой, устроено приточное
поступление воздуха. В Ленинграде подобные своды широко приме-
няют для перекрытия подземных станций метро. Весьма интересны
как в архитектурном, так и в конструктивном решении покрытия
в виде плит регулярной структуры из армоцементных элементов,
разработанные ЛенЗНИИПом (рис. 12.18, б). Эта конструкция ши-
роко применяется для покрытий зальных помещений (актовых и спор-
тивных залов, наземных павильонов станций метро, ресторанов, учеб-
ных аудиторий, магазинов и т. п.). В основу конструкции положены
два элемента — пирамидальная (1500X1500 мм, высотой 900 мм) и
ребристая плиты. В промежутках между пирамидами прокладывают-
ся инженерные коммуникации (электропроводка, воздуховоды и
т. д.). Из гипсолитовых плит, закладываемых между пирамидами,
образуются каналы для раздачи и забора воздуха. Монтаж покрытий
ведется укрупненными блоками размером до 12 м. Из этих элементов
могут образовываться покрытия с произвольным планом пролетов
до 24 м.
Большепролетные железобетонные конструкции имеют пролеты
более 40 м. Они используются при устройстве ангаров, крытых
стадионов, выставочных павильонов, цехов авиазаводов и др. Боль-
шепролетные конструкции из железобетона по сравнению с метал-
283
Рис. 12.18. Армоцементные пространственные конструкции покрытий:
а — волнистый свод пролетом 30 000 мм; б — плита регулярной структуры из армоце-
ментных элементов
лическими обладают такими существенными преимуществами, как
повышенная огнестойкость, долговечность, экономия стали, меньшая
стоимость и незначительные эксплуатационные расходы. Ниже дано
описание отдельных примеров большепролетных конструкций покры-
тий в СССР и в некоторых зарубежных странах.
Оболочки двоякой кривизны на прямоугольном и круглом плане.
Такая оболочка обычно состоит из гладкой или ребристой плиты,
опирающейся при прямоугольном плане на жесткий контур из
четырех ферм (арок). Поверхность оболочки образуется в резуль-
тате параллельного перемещения (переноса) дуги окружности
(образующей) по двум дугам того же радиуса (направляющим),
поэтому такие оболочки иногда называют оболочками переноса.
Конструкция работает главным образом на сжатие, но в угловых
зонах возникают растягивающие усилия, воспринимаемые напрягае-
мой арматурой. Контурные диафрагмы воспринимают касательные
напряжения, достигающие максимальных значений на опорах. Форма
оболочки дает возможнось разбить ее на отдельные четырехугольные
элементы. В качестве примера опишем конструкцию покрытия торго-
вого центра в Минске размером 103 000Х ЮЗ ООО мм. Она выполнена
в виде пологой оболочки положительной гауссовой кривизны, опертой
по контуру здания на железобетонные колонны, расположенные че-
рез 6000 мм. Выпуклый многогранник оболочки вписан в поверхность
переноса, образующими и направляющими которой являются дуги
окружности радиусом 132 600 мм. Подъем оболочки в центре сос-
тавляет 20 400 мм, подъем контурной дуги — 10 200 мм. Оболочки
собраны из сборных преднапряженных элементов — плит и балок.
Плиты номинальным размером 3000X12 000 мм снабжены продоль-
ными и поперечными ребрами. Верхняя поверхность плит — цилин-
дрическая с образующей по короткой стороне. Преобладающая
часть плит имеет прямоугольную форму. Для участков, примыкаю-
щих к угловым зонам, предусмотрены доборные плиты трапе-
циевидной и треугольной форм. Стержневая арматура про-
дольных ребер плит подвергалась натяжению до бетонирова-
ния, с упором на опалубочные формы. Толщина полок плит -
50... 100 мм в зависимости от положения плиты в оболочке. Угловые
зоны, непосредственно примыкающие к вершинам углов оболочки,
выполняют в виде монолитных плит толщиной 200...350 мм.
Оболочка двоякой кривизны на круглом плане была построена
на территории Центрального стадиона им. В. И. Ленина в Москве к
Олимпиаде-80 над универсальным спортивным залом «Дружба».
Пространственное покрытие зала представляет собой составную сис-
тему в виде сочетания одной центральной оболочки и 28 складчатых
по периметру (рис. 12.19). Центральная оболочка положительной
кривизны, весьма пологая (/?=80 м), вписывается в квадрат со
стороной 48 м, ее углы округлены. Пролет покрытия по диагонали
сооружения достигает 96 м. Системой меридионально-кольцевых се-
чений центральная оболочка разрезана на сборные железобетонные
285
цилиндрические плиты прямоугольного плана размером 2370X7170
мм с ребрами высотой 500 мм по контуру. Складки имеют ромбичес-
кий план: размеры диагоналей ромба — 7500 и 2600 мм. Каждая та-
кая складка компоновалась из шести сборных железобетонных реб-
ристых плит четырех типоразмеров, имеющих план, близкий к равно-
бедренному треугольнику. Боковые плиты очерчены по цилиндричес-
Рис. 12.19. Пространствен-
ное покрытие универсаль-
ного спортивного зала
«Дружба»
кой поверхности радиусом 60 м. Ширина плит 3050 мм, длина элемен-
тов 13 430 и 10 520 мм. Плиты имеют по контуру ребра высотой 600 мм,
промежуточные ребра высотой 300 мм расположены с шагом 3000 мм.
Средние плиты также очерчены по цилиндрической поверхности
радиусом 70 250 мм. Максимальная ширина их составляет 2200, а
длина соответственно 15 250 и 12 350 мм. Высота контурных ребер
500 мм, промежуточных — 300 мм. Армирование всех элементов со-
оружения осуществлялось без предварительного напряжения.
Покрытия висячего типа. К ним относятся покрытия, образуемые
системой вантов, опорным контуром и сборной железобетонной
оболочкой. Применяют плоскостную систему вантов, когда они рас-
полагаются в радиальном направлении или параллельно друг другу,
и пространственную систему вантов, работающих в двух направле-
ниях. В последнем случае ванты в обоих направлениях могут быть не-
сущими (выпуклостью вниз) или же в одном направлении напря-
гающими (выпуклостью вверх), а в другом — несущими (выпук-
лостью вниз). Форма поверхности висячего покрытия зависит от
характера кривой провисания несущих вантов. Опорный контур
покрытия служит для воспринятия распора вантов, а также для
передачи на опоры вертикальных нагрузок. Элементы оболочки по-
крытия при монтаже укладывают на ванты, заранее закрепленные в
опорных устройствах. Предварительное напряжение вантов создают
домкратами или прилагая монтажную нагрузку (пригрузку).
Рассмотрим в качестве примера крытый рынок, рассчи-
танный на 1350 торговых мест с центральным торговым залом раз-
мером 54X102 м, который перекрыт сборной преднапряженной вися-
чей оболочкой, опирающейся на расположенные через 6 м наклонные
сборно-монолитные железобетонные пилоны с вертикальными оттяж-
ками. Водоотвод с покрытия обеспечивается за счет продольного
286
уклона от середины к торцам здания, для чего стрела провеса
вантов постепенно увеличивается от 4 м в середине до 2,8 м у торцов.
Ванты — спаренные из стержневой арматуры класса A-III, шагом
2 м, состыкованные по длине ванной сваркой.
Покрытие круглого здания одного из торговых центров в Москве
решено в виде висячей преднапряженной оболочки диаметром 80 м
Рис. 12.20. Висячие покрытия ангаров:
а — поперечный разрез ангара во Франкфурте-на-Майне; б — продольный разрез ангара
э Риме; 1— опорные рамы; 2-- пояс; 3— затяжка
(высота здания 12 м, стрела провиса оболочки 35 м). Оболочка
опирается на расположенные по периметру здания 16 наклонных
колонн, шарнирно опертых на фундаменты и жестко соединенных в
кольцевом направлении с опорным кольцом. По периметру зда-
ния расположена антресоль, перекрытие которой по внешнему кон-
туру подвешено к опорному кольцу, а по внутреннему опирается на
железобетонные колонны. В центре покрытия имеется отверстие
диаметром 12 м, над которым установлена купольная решетчатая
конструкция светового фонаря. Оболочка выполнена из сборных ке-
рамзитобетонных плит, уложенных по радиально расположенным
вантам — канатам диаметром 52,5 мм из высокопрочной проволоки.
Вайты с запрессованными на их концах наконечниками закреплены в
опорном и центральном кольцах. Центральное кольцо — стальное,
а опорное сборно-монолитное кольцо смонтировано из сборных желе-
зобетонных корытообразных элементов.
На рис. 12.20 показаны висячие покрытия двух зарубежных
ангаров. Для одного из них (рис. 12.20, а, б) несущая конструкция
покрытия имеет пролет 130 м при довольно небольшой строительной
287
высоте — около 10 м, что было обусловлено требуемой высотой ворот
21 м и максимальной отметкой здания ангара — 34 м. Покрытие вы-
полнено из преднапряженных железобетонных поясов шириной 7,5 м
и толщиной 86 мм из легкого бетона, между которыми установлены
фонари верхнего освещения. Упорами для поясов служат крайние
железобетонные упорные рамы и промежуточная опора. Армирова-
Рис. 12.21. Висячее покрытие гаража в Киеве:
/ наружное опорное кольцо; 2  ванты; 3 центральная опора; 4 - внутреннее опорное
кольцо
ние поясов — стальными стержнями диаметром 26,5 мм. Каждый по-
яс объединен с затяжкой, основное назначение которой — свести к
минимуму поперечные деформации поясов при перемещении подве-
шенных к ним кранов. Концевые рамные упоры, снабженные противо-
весами, бетонировались в передвижной опалубке и армировались
стержневой арматурой. Средняя преднапряженная подстропильная
балка коробчатого сечения 10,5X7,6 м и длиной 102,5 м установлена
на преднапряженных колоннах высотой 24 м. Балку бетонировали
отдельными блоками на уровне земли, стягивали стержневой армату-
рой, а затем устанавливали на колонны специальными устройствами.
В здании другого ангара (рис. 12.20, в) пояса сечения 400Х
X 150 мм, расположенные через 4,45 м, армированы пучками прядей
диаметром 12 мм, расположенных в каналах. Интенсивность предва-
рительного обжатия бетона 18 МПа при классе бетона В60. Концы
поясов закреплены на разных уровнях с разницей отметок 16 м. К
поясам крепятся легкие краны для обслуживания ремонтных работ, а
зазоры между поясами перекрываются ребристыми плитами разме-
ром 1,5X4,2 м, с прямоугольными отверстиями для зенитного осве-
щения размером 2X1,05 м. Усилия от поясов на опоры передаются
через мощные концевые преднапряженные балки и систему вант.
Гараж на 500 автобусов перекрыт круглой в плане висячей
оболочкой (рис. 12.21), которая опирается на пустотелую централь-
ную железобетонную опору высотой 18 и диаметром 8 м и на 84 колон-
ны высотой 8,5 м по наружному периметру здания. В качестве
несущих элементов покрытия использованы 84 радиально располо-
женных ванта диаметром 69 мм. Для воспринятая распора служит
наружное сжатое сборно-монолитное железобетонное кольцо и вну-
288
треннее растянутое стальное кольцо. На ванты уложены и закрепле-
ны выпусками арматуры ребристые железобетонные плиты. В некото-
рых городах СССР покрытия из подобных преднапряженных сбор-
но-монолитных висячих оболочек на круговом плане диаметром 48 мм
использованы также для зданий театральных залов, цирков и т. п.
12.9	КОЛОННЫ
ОДНО- И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
В одноэтажных промышленных зданиях колон-
ны выполняют сплошными (прямоугольного или двутаврового сече-
ния) и сквозными (двухветвевыми). В зданиях с кранами грузо-
подъемностью до 30 т применяют сплошные колонны (номенклатура
основных типовых конструкций сплошных колонн одноэтажных
производственных зданий показана на рис. 12.22). Отношение сторон
прямоугольного поперечного сечения в колоннах составляет 1,5...
Рис. 12.22. Номенклатура основных типовых конструкций сплошных колонн одно-
этажных производственных зданий:
а крайняя и средняя для бескрановых зданий высотой до 10,8 м; б - то же, для зданий с
кранами; в — крайняя высотой более 10,8 м; г — то же, средняя
10 Зак. 1285
289
3. Высота сечения надкрановой части колонн назначается из усло-
вия соблюдения зазора между мостовым краном и колонной, а
высота сечения подкрановой части сплошной колонны устанавли-
вается из условия несущей способности и жесткости.
При грузоподъемности кранов более 30 т применяют сквозные
колонны (рис. 12.23). В сквозных (двухветвевых) колоннах попереч-
ное сечение надкрановой части принимается сплошным прямоуголь-
ным, а подкрановой части - в виде двух прямоугольных сечений с
расстоянием между осями ветвей (в зависимости от грузоподъемнос-
ти крана) 700... 1500 мм. Распорки располагаются через 2...3 м. За-
делка двухветвевых колонн в фундаменте осуществляется с помощью
устройства двух отдельных стаканов. Колонны обычно имеют консоли
для опирания подкрановых балок. Различные варианты армирования
консолей колонн даны на рис. 12.24.
Для одноэтажных производственных зданий без мостовых кра-
нов (с подвесным транспортом или без него) применяют пред-
напряженные колонны прямоугольного сечения из бетона классов до
В45 с продольной арматурой класса А-И1 (рис. 12.25). Высота сече-
ния колонны (/i=500...800 мм) принимается в зависимости от высоты
колонны (10,8...14,4 м), пролета здания (18...30 м) и шага колонн
(6 или 12 м). Ширина сечения колонн унифицирована и сос-
тавляет 400 мм. В качестве поперечной арматуры используют спи-
раль с шагом навивки 300 мм. Такие колонны экономичнее нена-
пряженных: по стоимости - на~10 % и по расходу стали - на~
40 %. Использование преднапряжепия позволяет также изготовлять
колонны многоэтажных зданий на высоту до 4...5 этажей. При этом
исключаются стыки, ускоряется монтаж каркаса, сокращается рас-
ход стали, т. е. может быть получен значителльпый экономический
эффект и улучшены эксплуатационные качества здания.
Величина предварительного напряжения назначается из расчета
по раскрытию или образованию трещин в бетоне на усилия, дей-
ствующие в колонне при изготовлении, транспортировке и монтаже.
На рис. 12.26 показана конструкция преднапряженной колонны мно-
гоэтажного здания с напрягаемой стержневой арматурой диаметром
12 мм из стали класса А-П1в. Хомуты заменены спиралями
из стальной проволоки класса Вр-1 диаметром 5 мм. Торцы колонн
усилены сетками косвенного армирования. При изготовлении, тран-
спортировке и монтаже такие колонны можно поднимать за две
точки вместо обычных четырех, за счет чего отпадает необходи-
мость в применении специальных самобалансирующих траверс.
Многоэтажные здания, полностью собираемые из предпапряжен-
ных элементов, в том числе «неразрезных колонн» (без стыков)
на высоту 5...7 этажей и более, возводятся в США по каркасной
схеме (рис. 12.27, а) при сетке колонн 5ХЮ,6, 6X15 м и более.
Для стыкования колонн использована «штепсельная» схема: ниж-
ний элемент колонны имеет два железобетонных штыря диаметром
100 и длиной 1050 мм, которые входят в гнезда, расположенные в
290
2-7
Двухвет вевые
колонны одноэтажного производственного
Рис. 12.23.
здания:
а - колонна
рования
It.
±0.000
- то же. внутреннего ряда; в
ООО
2ФЮ
 800
2Ф№
2Ф22
800
700
Рис. 12.24. Армирование консолей колонн:
а по СНиП 11-21 75; и	\ совертенг [ войн иное армирование
2ФЮ
002 OOL
ЗФ28
azzzzzk
2Ф12
2Ф8А-Ш
'2
3
7
м
h
Рис.
пряженная колонна
одноэтажного про-
изводственного зда-
ния с подвесным
транспортом:
12.25.
Предиа-
/ сетки; 2 напря-
гаемая арматура; 3
спираль
10
верхнем элементе колонны. Каркас 15-этажного здания собирается
из преднапряженных ригелей, а также неразрезных колонн (из двух
стыкуемых элементов — нижнего на восемь этажей и верхнего —
на семь). Каркасная схема многоэтажного гаража с укрупненной
сеткой колонн, с применением аналогичных неразрезных колонн с
консолями (наружными или скрытыми) дана на рис. 12.27, б.
Рис. 12.26. Неразрезная преднапряженная колонна
Ф5Вр1
Рис. 12.27. Схема многоэтажного каркасного здания с
неразрезными колоннами и перекрытиями из плит типа 2Т и Т:
1 - плита типа 2Т; 2 — вертикальная колонна; 3 - перекрытия из
плит типа Т
1Г/ВТГ1 - ТПУ \ .ЙУГТГ

292
Перспективными являются тонкостенные центрифугированные
крановые колонны, представляющие собой сборно-монолитную конст-
рукцию из полых квадратных или кольцевых стволов (нижняя и
верхняя ветви), объединенных монолитной консолью (рис. 12.28, а, б).
Укрупнительную сборку колонн можно осуществлять в заводских
условиях или на стройплощадке. Исследования фрагментов крановых
о)
В
б)
г)
8
§
Рис. 12.28. Центрифугирован-
ные железобетонные колонны:
а - одноветвевые; б — двухвет-
вевые; в сечения колонн; г -
двухветвевые с наклонными вет-
вями в подкрановой части; д
двух- и трехветвевые без моно-
литной консоли


центрифугированных сборно-монолитных колонн кольцевого сечения
показали, что жесткость ветвей позволяет отказаться от промежу-
точных распорок. Эффективны стволы квадратного и прямоуголь-
ного полого сечения (рис. 12.28, в). Раздвижка ветвей подкрановой
части до совмещения их осей с осями подкрановых балок уменьшает
изгибающие моменты в элементах и практически исключает растя-
жение в менее загруженной ветви.
В Белорусском политехническом институте совершенствуют кон-
струкцию крановых колонн применением фибробетона для монолит-
ной консоли. В этом случае оказалось возможным отказаться от
хомутов, значительно упростить арматурные работы и выполнять
консоли эффективных геометрических форм, в том числе с отверстия-
ми. Наклонные ветви в подкрановой части двухветвевых колонн
(рис. 12.28, г) позволяют располагать подкрановые балки по оси под-
крановой ветви и использовать при этом типовой фундамент. Изу-
293
чают возможность применения составных трехветвевых крановых
колонн без монолитной консоли (рис. 12.28, д).
Расчет колонн ведут на нагрузки от веса покрытия и мостовых
кранов, а также снеговую и ветровую. Нагрузки от покрытия и
снега действуют вертикально и передаются на колонну через ригель.
Вертикальная крановая нагрузка состоит из нагрузок от веса моста
крана, тележки и поднимаемого груза; она передается на подкра-
новую часть колонны через подкрановые балки. Горизонтальная
поперечная крановая нагрузка (от поперечного торможения) пере-
дается целиком на один крановый путь и распределяется поровну
между двумя колесами крана. Горизонтальная продольная крановая
нагрузка (от продольного торможения) передается вдоль кранового
пути на весь ряд колонн температурного блока, однако при доста-
точной длине этого блока (6...7 рам) горизонтальную нагрузку от
продольного торможения кранов в расчете можно не учитывать.
Дальнейшее совершенствование методов расчета колонн одно-
этажных промышленных зданий ведут по нескольким направлениям:
 развитие традиционных методов расчета, когда статический расчет
каркаса выполняют как упругой, линейно-деформируемой системы, а
неупругие свойства железобетона и продольный изгиб учитывают
коэффициентами увеличения момента. На основе анализа напряжен-
но-деформированного состояния элементов каркаса уточняют рас-
четные длины колонн и значения г| на различных участках
(см. § 10.2);  совершенствование практических методов расчета
каркасов но деформированной схеме с учетом влияния продольных
сил и трещинообразования на деформации и усилия в колоннах.
При этом уточняют параметры зависимости жесткость — момент, ха-
рактер изменения эквивалентной жесткости с ростом нагрузки и
др. (см. § 11.5);  разработка и совершенствование строгих нели-
нейных методов расчета каркасов шаговым методом как единых
геометрических и физических нелинейных систем;  учет в рас-
четах влияния податливости узлов сопряжений колонн и их сов-
местной работы со стропильными и ригельными конструкциями
каркасов и фундаментами.
12.10 ФУНДАМЕНТЫ
По конструктивной схеме фундаменты зданий
и сооружений делят на:  отдельные (под отдельными колоннами);
 ленточные (под рядами колонн или под несущими стенами);
 сплошные массивные, выполняемые под всем сооружением в виде
единого массива (под мостовыми опорами, дымовыми трубами и
др.);  сплошные гибкие, выполняемые под всем сооружением в
виде относительно гибкой плиты.
Отдельные фундаменты. Такие фундаменты возводят при доста-
точно удаленных друг от друга колоннах и сравнительно небольших
нагрузках. Применение сборных фундаментов позволяет быстро
294
заканчивать нулевой цикл и не держать открытыми котлованы,
предохраняя дно котлована от увлажнения атмосферными осадками,
от промерзания, одним словом, способствует сохранению природных
свойств грунта. Их устраивают обычно стаканного типа (рис. 12.29).
Глубина стакана составляет (1,0...1,5) йк, где йк — наибольший
из размеров поперечного сечения колонны, он выполняется из тяже-
лого бетона классов В10...В20 по
песчано-гравийной уплотненной
подготовке толщиной 100 мм.
Зазоры между колонной и
фундаментом при монтаже ко-
лонн заполняют мелкозернистым
бетоном класса В15 или выше,
и после твердения этого бетона
вся конструкция работает как
монолитная. По подошве фунда-
мент армируют рабочей арматурой
в виде сетки. По внутренним гра-
Рис. 12.29. Отдельный фундамент под
колонну как элемент сборной конструк-
ции
ням стакана ставят конструктив-
ную арматуру для предохранения от случайных ударов при монтаже
колонн, а толщину верхней части стенок стакана принимают равной
0,75 высоты верхней ступени фундамента, но не менее 200 мм.
Отдельные фундаменты часто выполняют монолитными, причем
как под сборные (рис. 12.30, а), так и под монолитные
каркасы зданий и сооружений (рис. 12.30, б). Общая высота фунда-
мента принимается из условия, чтобы не требовалось его армирова-
ние хомутами и отгибами. Подошва фундамента армируется рабо-
чей арматурой в виде сетки. Связь с монолитной колонной осуще-
ствляется за счет выпуска арматуры из фундамента. Количество
этой арматуры равно расчетному количеству арматуры в нижней
Рис. 12.30. Монолитный отдельный фундамент:
а под колонну сборного каркаса; б—под монолитную колонну; / подколенник; 2
колонна; <3- сварные сетки стакана; 4-- то же, днище стакана; 5—каркас подколенника;
6 верхняя ступень; 7--нижняя ступень; 8 арматурная сетка нижней ступени; 9-
выпуск арматуры; 10— поперечные стержни каркаса
295
части колонны; выпуски объединяются в каркас хомутами и должны
иметь достаточную длину для устройства стыка арматуры.
Расчет отдельных центрально-нагруженных фундаментов ведут в
такой последовательности:  сначала рассчитывают основание (в
соответствии с СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооруже-
ний»), откуда определяют размеры подошвы фундамента;  затем
из расчета тела фундамента определяют армирование и размеры
отдельных частей фундамента.
При расчете основания фундамент считают бесконечно жестким
и требуемую площадь подошвы определяют в предположении линей-
ной эпюры напряжений в грунте под подошвой:
F$=ab=N/(Ro—gtIF),	(12.4)
где a=b — стороны фундамента (форма фундамента в плане обычно
принимается квадратной или близкой к ней); W — расчетное усилие,
передаваемое с колонны па фундамент; R» — условное расчетное
сопротивление основания; Hi глубина заложения фундамента;
gi — усредненная нагрузка от веса единицы объема фундамента
и грунта на его уступах; #i = 2 т/м3, /(алее по СНиП 2.02.01—83
находят расчетное сопротивление основания R и уточняют размер
фундамента по (12.4), подставляя R вместо Ro.
При расчете тела фундамента сначала определяют минималь-
ную высоту фундамента. Для этого проводят расчет на продавлива-
ние, считая, что разрушение происходит по поверхности пирамиды
(пунктир на рис. 12.31), боковые грани которой наклонены под углом
45°:
F^RhihoUm,	(12.5)
где F - расчетная продавливающая сила, равная расчетному усилию
W (см. выше) за вычетом давления грунта по основанию пирамиды:
Р=Л/—Ах„р1р;	(12.6)
Rbt - расчетное сопротивление бетона при растяжении; н„,=
= 2 (йк-|-Ьк-|-2/1()) — среднее арифметическое периметров верхнего
(у колонны) и нижнего (на уровне арматуры) оснований пирамиды
продавливания;
^,я,.= (Лк+2Ло)(\+2Ло);	(12.7)
р,р= N/Aф -- интенсивность реактивного давления грунта у подошвы
фундамента. Масса фундамента и грунта на нем при расчете на
продавливание не учитывается.
Далее проверяют высоту нижней ступени фундамента расчетом
на поперечную силу (сечение ///-///):
proC^RM,	(12.8)
где c=a['2—hj,2 - вылет консоли (нижней ступени фундамента)
за пределы пирамиды продавливания (см. рис. 12.31); h'o и ho —
рабочие высоты нижней ступени и всего фундамента.
296
Затем находят количество арматуры из расчета сечений I— 1, Il -
li по изгибающим моментам, вычисляемым как в консолях от дей-
ствия реактивного давления грунта снизу:
Л4(=0,125р,р(a—hK)2b; Ми—0,125р,р(а—а\)2Ь,	(12.9)
9h0Rs).	(12.10)
После этого вычисляют процент армирования. Минимально допусти-
мый процент армирования в каждом
для изгибаемых элементов.
Отдельные внецентренно нагру-
женные фундаменты устраивают с
прямоугольной подошвой, вытянутой
в направлении действия момен-
та. В предположении линейной эпю-
ры напряжений находят краевое
давление на грунт:
Р1.2=Л/ф(1±6е/а) / (ab),	(12.11)
где е=Мф/Л/ф(е^а/Ь) - эксцент-
риситет продольной силы; Л'1ф
— продольная сила и момент на
уровне подошвы фундамента (Л/ф=
=	Л/Ф=.М+<2//); Л/, М,
Q — продольная сила, момент и по-
перечная сила, передающиеся с ко-
лонны на уровне верха фундамента.
При расчете внецентренно нагру-
женного фундамента среднее давле-
ние на грунт р(.р=Л//Дф не должно
превышать R, а краевое давление
pi,2 не должно превышать 1,2/?. Тело
внецентренно нагруженного фунда-
мента рассчитывают, как и цен-
трально-нагруженного. Однако дав-
ление на грунт определяют без
учета массы фундамента и грунта на
нем, т. е. при Л/ф=М и М^=М. Заме-
няя в эпюрах давления трапецию на

направлении принимают как
Рие. 12.31. Схемы к расчету от-
дельного фундамента:
/ боковая грань пирамиды про-
давливания; 2 - основание пирами-
ды продавливания
равновеликий прямоугольник,
вычисляют изгибающие моменты в консольных частях фундамента и
по ним подбирают требуемое количество арматуры.
Ленточные фундаменты. Их применяют в основном под сплошны-
ми несущими стенами и выполняют сборными в виде параллель-
ных или пересекающихся лент (рис. 12.32), причем каждая лента
состоит из блоков-подушек (на рисунке заштриховано) и фундамент-
ных блоков. Фундаментную подушку рассчитывают как консоль,
297
нагруженную реактивным давлением грунта, но без учета веса
подушки и грунта на ней. Сечение рабочей арматуры определяют по
изгибающему моменту
М=0,5 р.-рс2,
где с — вылет консоли ленточного фундамента.
Рис. 12.32. Сборный ленточный фун-
дамент под стену:
/ - фундаментный блок; 2 блок-по-
душка; 3 — уровень пола подвала
Толщину подушки находят из расчета на поперечную силу Q=
— рГрС без установки поперечной арматуры. Рабочая арматура в виде
сетки, как и у отдельно стоящих фундаментов, располагается у
подошвы подушки.
7
Каковы основные конструктивные системы железобетонных зданий?
• Каковы общие принципы компоновки стыков сборных железобетонных
конструкций? ф Как подразделяются закладные детали? ф Перечис-
лите основные типы стыков колонн, ф Что понимается под перерас-
пределением усилий в статически неопределимых железобетонных конструк-
циях? ф Перечислите основные показатели при оценке экономичности же-
лезобетонных конструкций, ф Классификация плоских перекрытий, ф Прин-
цип устройства сборного балочного перекрытия, ф Какие существуют основные
типы панелей в сборном балочном перекрытии? ф Принцип расчета ригелей сбор-
ных и монолитных перекрытий с учетом перераспределения усилий, ф Принцип
работы монолитного ребристого перекрытия с балочными плитами, ф Как рассчиты-
ваются плита и второстепенная балка монолитного ребристого перекрытия? ф Прин-
цип работы монолитного ребристого перекрытия с плитачии, опертыми по контуру.
Ф Когда применяются безбалочные перекрытия? ф Какова схема армирования
монолитного безбалочного перекрытия? ф Каковы очертания и основные размеры
балок покрытий? ф Где находится наиболее опасное сечение двускатных балок
покрытий? ф Каковы основные типы ферм покрытий? ф В каких случаях применяют
арки и каковы их виды? ф Область применения большепролетных покрытий, ф При-
ведите примеры наиболее характерных покрытий висячего типа, ф Когда применяются
сплошные и двухветвевые колонны? ф Как классифицируются многоэтажные кар-
касные здания? ф Каковы возможные схемы членения каркас;! многоэтажного
здания? ф Каковы современные тенденции в конструктивных решениях
многоэтажных зданий? ф Как классифицируются фундаменты? ф В чем преимуще-
ства сборных фундаментов? ф Как назначаются основные размеры отдельных
фундаментов стаканного типа? ф Как конструируют монолитные отдельные фунда-
менты? ф Из каких основных этапов состоит расчет отдельного центрально-нагружен-
ного фундамента? ф В чем особенности расчета внецентренно нагруженных фунда-
ментов? ф Из каких основных элементов состоит ленточный фундамент под сплошной
несущей стеной и как он рассчитывается?
Глава 13
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТАЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЯХ
Стальные конструкции но сравнению с железобетонными
характеризуются меньшей собственной массой, достаточно просты в изготовлении
и при монтаже. Вместе с тем стальные конструкции подвержены коррозии, что
требует проведения ряда мероприятий по их защите оцинковки, нанесения других
защитных покрытий (эмаль, полимеры) или периодической окраски. Стальные
конструкции наряду с железобетонными часто применяют в специальных сооруже-
ниях, системе теплогазоснабжения и вентиляции, водоснабжения и водоотведения.
13.1	. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Сталь благодаря высоким механическим хара-
ктеристикам и однородности структуры применяют в ответствен-
ных сооружениях, при больших пролетах и высотах зданий и соору-
жений, при повышенных нагрузках. Однако из-за дороговизны и
дефицитности металла стальные конструкции применяют в основном
в тех случаях, когда они экономически значительно выгоднее
железобетонных.
В частности, стальные несущие конструкции предусматривают:
 в одноэтажных производственных зданиях: для стропильных
конструкций при пролетах 30 м и более, но в отдельных случаях
при пролетах от 12 м; для колонн высотой более 18 м в бескрановых
зданиях; для колонн при грузоподъемности мостовых кранов 50 т и
более или при их весьма тяжелом режиме работы; при шаге колонн
каркаса более 12 м;  в одноэтажных зданиях различного
назначения (легкие решетчатые несущие конструкции при сетке ко-
лонн не менее 18X18 м);  в некоторых инженерных сооружениях
(крановых эстакадах; силосах для материалов, хранение которых
в железобетонных емкостях не допускается; наземных резервуарах
для храпения нефтепродуктов и сжиженных газов; мостах, опорах
линий электропередач и др.).
Расширяется применение облегченных стальных строительных
конструкций для цехов с легкими кровлями и стенами, т. е. в случае
применения новых легких утеплителей (например, пенопласта с
массой 100 кг/м3) и при этом расход стали существенно сокращается.
Эти конструкции запроектированы так, чтобы наилучшим образом
соответствовать условиям изготовления на автоматических поточных
линиях, поэтому трудоемкость их изготовления — самая ни-
зкая.
Они в полном комплекте (т. е. полностью несущие и ограждаю-
щие элементы) должны поставляться на стройку и там монтиро-
ваться самым высокопроизводительным методом - крупными бло-
ками.
299
13.2	МАРКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ
СТАЛЕЙ И ИХ СВОЙСТВА
В зависимости от химического состава и меха-
нических свойств стали делят на две основные группы.
Малоуглеродистая сталь обыкновенного качества. Ее механичес-
кие свойства зависят в основном от содержания углерода.
Кроме того, в малоуглеродистой стали в качестве добавок исполь-
зуют кремний и марганец. Обычное содержание углерода по весу
0,1...0,22 %. Первые две цифры в обозначении марки стали указыва-
ют на содержание углерода в сотых долях процента. При повышенном
содержании углерода сталь становится более прочной, но одновре-
менно и более хрупкой и плохо свариваемой и в стальных конструкци-
ях не применяется; марганец повышает прочность стали, незначи-
тельно уменьшая ее пластичность. Кремний увеличивает прочность,
но ухудшает свариваемость и делает сталь менее устойчивой против
коррозии.
Низколегированная сталь, содержащая легирующие добавки. Эти
добавки повышают прочность, коррозионную стойкость стали, снижа-
ют опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок
применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном сос-
тоянии), ванадий и др. Виды легирующих элементов в обозна-
чении марки стали дают буквами (Г — марганец, С — кремний,
X — хром, Н — никель, Д - медь, А - азот, Ф — ванадий); цифра
после буквы указывает содержание этого легирующего элемента
в процентах, если оно превышает 1 %. Например, 15ХСНД — сталь,
содержащая 0,15 % углерода и легирующие добавки хрома, крем-
ния, никеля, меди, причем содержание каждой добавки не превы-
шает 1 %.
Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы —
несвязанный азот и кислород). Фосфор придает стали хрупкость
(хладноломкость) при низких температурах, уменьшает пластичность
при нагревании. Сера вызывает трещиноватость при высоких
температурах (красноломкость).
Сталь для металлических конструкций по способу изготовления
бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящие, спокой-
ные и полуспокойные). Кипящую сталь (индекс «кп» в обозначе-
нии марки стали, см. ниже) сразу разливают из ковша в изложницы,
она содержит значительное количество растворенных газов. Спокой-
ная сталь (индекс «сп») — это сталь, выдержанная некоторое
время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец,
алюминий), которые, соединяясь с растворенным кислородом, пре-
вращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали.
Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру,
но дороже кипящей на 10...15 %. Полуспокойная сталь (индекс
«пс») занимает промежуточное положение между спокойной и
кипящей.
300
Основные физические свойства стали таковы: плотность р=
= 7850 кг/м3, модуль упругости £=205 ГПа (1 ГПа=1000 МПа),
модуль сдвига G=78 ГПа, коэффициент линейного расширения
а= 0,000012 град '
Сталь малоуглеродистая обыкновенного
с гарантией только механических свойств
тией химического состава (группа Б),
с гарантией механических свойств и хими-
ческого состава (группа В). Степень
раскисления обозначается индексами по-
сле обозначения марки стали, напри-
мер ВСтЗпс. В зависимости от норми-
руемых показателей (химического сос-
тава, механических свойств и ударной
вязкости) сталь делят на категории — 2,
5, 6, которые указывают после обозначе-
ния стали, например ВСтЗспб, а для
каждой из категорий установлены, кроме
того, группы прочности 1 и 2, например
ВСтЗсп5-1 и ВСтЗсп5-2. Сталь низколе-
гированную марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1,
14Г2, 15ХСНД всегда поставляют по
группе В, поэтому обозначение начина-
ется сразу с цифр.
качества поставляется
(группа А), с гаран-
Рис. 13.1. Работа под на-
грузкой при наличии пласти-
ческих деформаций:
/ - диаграмма растяжения ста-
ли; 2 диаграмма прогиба кон-
струкции
На диаграмме растяжения (мягких сталей -см. кривую 1 на
рис. 13.1) можно выделить характерные для углеродистой стали
СтЗ предел текучести оу и временное сопротивление о„. Для хрупких
сталей, у которых график о—г соответствует кривой 2 на рис.
13.1, в качестве условного предела текучести принимают напря-
жения, при которых возникают остаточные удлинения 0,2 % (оо.г)-
Относительное удлинение при разрыве дает возможность оценить
пластичность стали.
До напряжений, близких к пределу текучести, зависимость между
напряжениями и деформациями определяется законом Гука:
о=е£.	(13.1)
В СНиП 11-23—81 даны механические характеристики и указания
по применению различных марок сталей для стальных конструкций
зданий и сооружений в зависимости от вида конструкций, условий
эксплуатации (гр. 1...1Х) и расчетной отрицательной температуры.
Сортамент листовой и профильной стали. Стальные конструкции
изготовляют из элементов, получаемых прокаткой (листы и профиль-
ная сталь). При этом профильная фасонная сталь выпускается в
виде равнополочных и неравнополочных уголков (ГОСТ 8509—72*,
ГОСТ 8510- 72*), двутавров обыкновенных (ГОСТ 8239—72*),
двутавров широкополочных (ТУ 14-2-24—72), швеллеров (ГОСТ
8240—72*); труб (ГОСТ 8732—78* и 10704—76*) и др.
301
Толстолистовой прокат выпускают толщиной 4... 160 мм и приме-
няют для изготовления листовых конструкций (резервуаров, газ-
гольдеров и др.), стенок балок, фасонок ферм и др. Тонколистовой
прокат выпускают толщиной 3...10 мм и применяют для изготовления
гнутых профилей, устройства покрытий и т. п. Уголковые профили -
равнополочные и неравнополочные обычно применяют для изготовле-
ния ферм и других решетчатых конструкций, двутавры и швеллеры —•
для изготовления балок и колонн; электросварные трубы - для изго-
товления ферм и других конструкций. Кроме того, в последнее
время широко применяют гнутые профили, получаемые холодным
способом из листов толщиной 2...10 мм, предназначенные для изго-
товления легких конструкций различной формы. Эффективность
гнутых профилей по сравнению с прокатными их большая жест-
кость и легкость.
13.3	ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Расчет стальных конструкций но предельным
состояниям первой группы. Для предельных состояний первой группы
расчетные формулы выводятся из общего условия (6.1). Вид усилия
в рассчитываемом элементе определяется внешней нагрузкой; так,
при растяжении - это продольная сила N, при изгибе - это
изгибающий момент Мит. д. Геометрический фактор S связан е
характером распределения напряжений по поперечному сечению эле-
мента; так, при равномерном распределении это площадь А, при
линейном законе распределения - это момент сопротивления IV'
и т. п. При проверке общей устойчивости или выносливости расчет-
ное сопротивление дополнительно умножается па понижающий
коэффициент, величина которого зависит от характера работы
элемента: при центральном сжатии применяется q (коэффициент про-
дольного изгиба), при впецептрепном - q>t., при расчете общей устой-
чивости балки — (рй, при расчете элементов с учетом хрупкого
разрушения стали [3.
Кроме того, при расчете стальных конструкций и их соединений
учитывают следующие коэффициенты: И коэффициент надежности по
назначению (см. табл. 6.2); И коэффициент условий работы эле-
ментов (см. СНиП 11-23 81, табл. 6). Этот коэффициент, напри-
мер, для сплошных балок и сжатых элементов в ряде общественных
зданий равен 0,9, для колонн общественных зданий и водонапорных
башен 0,95, для сплошных балок при расчете па общую устойчи-
вость также 0,95, для затяжек и тяг из прокатной стали - 0,9 и
т. д.; И коэффициент условий работы болтового соединения yh | см. по-
яснения к формулам (13.19)... (13.21) |.
Нормативное сопротивление прокатной стали при растяжении,
сжатии и изгибе. В качестве нормативного сопротивления при рас-
302
тяжении, сжатии и изгибе для сталей обычной и повышенной проч-
ности в СНиПе принят предел текучести а„„, соответствующее
нормативное сопротивление обозначают R4„. В особых случаях
в качестве нормативного сопротивления используется временное со-
противление (предел прочности) о„„. В этом случае нормативное
сопротивление обозначают
Значения нормативных сопротивлений учитывают статистический
характер распределения (разброс) величин предела текучести и вре-
менного сопротивления. Они устанавливаются таким образом, чтобы
обеспеченность их составляла не менее 0,95, т. е. чтобы вероятность
появления в материале участков с пониженными (против норматив-
ного сопротивления) характеристиками была менее 5 %. Установлен-
ные в ГОСТах значения предела текучести и временного сопро-
тивления находятся в заданных пределах: 0,95...0,995. Поэтому за
нормативное сопротивление и приняты значения предела текучести
или временного сопротивления, установленные в ГОСТах на металлы.
Такой подход удобен и потому, что значения о„п и о„(|, установ-
ленные в ГОСТах, являются браковочными и контролируются при
производстве и приемке проката.
Расчетные сопротивления. На металлургических заводах предел
текучести стали контролируют выборочным путем, поэтому в кон-
струкции может попасть металл с худшими свойствами, чем это уста-
новлено ГОСТом. Расчетные сопротивления для прокатной стали
R,t, Ru равны нормативным Ru„, Rlin, деленным на коэффициент
надежности по материалу у,„; принимается у,„= 1,025... 1,15. Расчет-
ные сопротивления сдвигу и смятию получают, умножая базовое
расчетное сопротивление (при растяжении, сжатии и изгибе) на
коэффициент перехода, равный для сдвига 0,58, для смятия торцовой
поверхности (при наличии пригонки) — 1, для местного смятия
(при плотном касании) — 0,5, причем для сдвига в качестве базового
используют расчетное сопротивление R,h а для смятия — расчетное
сопротивление R,,.
Нормативные и расчетные гсопротивления проката некоторых
марок стали для стальных конструкций приведены в табл. 13.1.
Расчет стальных конструкций по предельным состояниям второй
группы. При проверке прогибов изгибаемых элементов полученный
расчетный прогиб под нагрузкой сравнивают с предельным. В нормах
предельные прогибы установлены в долях пролета (см. ниже, расчет
изгибаемых элементов по деформациям). Основной вид расчета по
предельным состояниям второй группы проверка прогибов. Этот
вид расчета ведут из условия	где f расчетный прогиб;
— предельный прогиб.
Проверка прогибов всегда необходима для низких ферм (Н//<
<1 /12... 1 /14), пояса которых выполнены из высокопрочных сталей.
Кроме того, в производственных зданиях с кранами проверяется
горизонтальное смещение колонн на уровне верхнего пояса под-
крановых балок; оно не должно превышать (1/2500... 1/4000)/г в
зоз
Таблица 13.1. Нормативные и расчетные сопротивления проката
для стальных конструкций зданий и сооружений
Марка стал и	ГОСТ или ТУ	Вид про- ка । а	Т ол ши ia прока- та, мл	Нормативное со- противление, МПа		Расчет ное сопро-	
						тивленн	". МПа
				по пре- делу те- кучести	по вре- менному сопро- тивле- нию	по пре делу те- куче- сти	по вре- менному сон ро- ти вле- пи ю
ВСтЗкп2-1	ТУ 14-1-3023- 80	Л ист	4...10	225	355	220	345
ВСтЗкп2-1	ТУ 14-1-3023 -80	»	11...20	215	345	210	335
ВСтЗкп2-1	ТУ 14-1-3023 — 80	Фасон	4...10	235	365	230	355
ВСтЗкп2-1	ТУ 14-1-3023 - 80	»	11...20	225	355	220	345
09Г2гр. 2	ТУ 14-1-3023 80	Лист	4...10	345	470	335	460
09 Г2 гр. 2	ТУ 14-1-3023—80	Фасон	4...10	345	470	335	460
09Г2 гр. 2	ТУ 14-1-3023 -80	Лист	И...20	335	460	325	450
09Г2 гр. 2	ТУ 14-1-3023—80	Фасон	11...20	335	460	325	450
зависимости от расчетной схемы здания, где h — высота колонны
от низа базы до головки рельса. Кроме проверки прогибов к расче-
там по второй группе предельных состояний относится расчет на
колебания. Однако этот вид расчета производится лишь для тех
специальных сооружений, где они особенно опасны (висячие мосты,
мачты, башни и др.). Предельные значения относительных прогибов
(т. е. прогибов в долях от длины пролета) приведены ниже:
Элементы конструкций	Относительный
прогиб элементов
(к пролету I)
Балки и фермы путей под краны:
легкого режима работы (включая ручные краны, тельферы и тали) 1/400
среднего режима работы....................................1/500
тяжелого и весьма тяжелого режимов работы.................1/600
Балки рабочих площадок производственных зданий при наличии
рельсовых путей:
ширококолейных......................................... 1/600
узкоколейных ............................................. 1/400
Балки рабочих площадок производственных зданий при отсут-
ствии рельсовых путей и балки междуэтажных >ерекрытий:
главные балки................................................1/400
прочие балки и косоуры	лестниц.............................1/250
стальной настил.............................................1/150
Балки и фермы покрытий и чердачных перекрытий:
несущие подвесное и подъемно-трапспортюе или технологиче-
ское оборудование ................................. I/400
не несущие подвесное	оборудование...........................1/250
прогоны.....................................................1/200
профилированный настил......................................1/150
Элементы фахверка:
ригели ....................................................1/300
прогоны остекления	.................................1/200
Примечании:  Для консолей следует принимать пролет /=2/, (т. е. равный удво-
енному вылету консоли /г).  При наличии штукатурки прогиб балок перекрытий только
от кратковременной нагрузки не должен превышать г/з.зд длины пролета.
304
Центрально-растянутые элементы. Расчет таких члет, ,он
ведут по первой группе предельных состояний. Работа ра'.пян' го,о
элемента под нагрузкой полностью соответствует диаграмме ра: эты
материала при растяжении (см. рис. 13.1).
Центрально-растянутые элементы рассчитывают но формуле
:  1.2)
где N — расчетное усилие; А„ - площадь сечения нетто г. • за
вычетом ослаблений; Ry — расчетное сопротивление (см. lati.i. KJ);
у,— коэффициент условий работы.
В некоторых случаях можно допустить развитие плас, ич< . ких
деформаций в ослабленном сечении. Элементы в этом случаи можно
рассчитывать не по пределу текучести, а по временному сопротив-
лению (пределу прочности), но с учетом повышенного .о. чреищ . ига
надежности у„=1,3:
ад<(/?иус)/уи.
(13.3)
Предельная гибкость растянутых элементов. Гибкоегь опрел ля-
ется отношением расчетной («эффективной») длины элемента к
радиусу инерции поперечного сечения i, т. е. к— /i. 1 ибн >сть
растянутых элементов ограничивается из-за опасности их прогиса-
ния, а при динамических нагрузках - также и опасное,и >лс-
баний с большой амплитудой. Значения предельной гибкое ,и р 'тя-
нутых элементов даны в СНиП П-23—81, табл. 20.
Центрально-сжатые элементы. Расчет центрально-сжа ,ых эле-
ментов ведут по первой группе предельных состояний; в, о проч-
ности— для коротких жестких стержней; длина таких стер- ней
обычно не превышает 5...6-кратного поперечного размера; В по у. o:i-
чивости — для длинных гибких стержней, которые по своим размерам
отвечают указанному требованию.
Короткие стальные стержни при работе на сжатие ведут  ебя
так же, как и растянутые элементы, поэтому их рассчитываю
прочность по формуле (13.2).
Длинные (гибкие) стальные стержни, сжатые осевой силой
нагружении осевой силой вначале имеют прямолинейную ф,
устойчивого состояния. При достижении осевой силон нем.чо-
рого критического значения Р1Г прямолинейная форма нереста
ет быть устойчивой и стержень изгибается в плоскости своей
меньшей жесткости, приобретая новую криволинейную форму
(рис. 13.2). Эта новая криволинейная форма является устойчи-
вой, но при дальнейшем незначительном увеличении нагрузки
искривления стержня начинают быстро нарастать и стержень
теряет устойчивость. Для стержней большой гибкости потеря
устойчивости происходит в упругой стадии, для стержней
средней и малой гибкости - в упругопластической.
па
при
рму

Рис. 13.2. Схема к расчету сжатого элемента на устойчивость
f
305
В СНиПе даны значения ц Р1Г/ (R,jA) — коэффициентов при-
ведения расчетных сопротивлений к расчетным значениям крити-
ческих напряжений потери устойчивости стержней, сжатых осевой
силой. Значения коэффициентов q приводятся в табл. 13.2.
Т а б л ина 13.2. Значения q* продольного изгиба центральносжатых элементов
Гибкост Ь Л	Коэффициенты Ч		для элеменюв из		•тали с расчетным На		сои ротивлением	
	200	240	280	320	360	400	440	480
10	988	987	985	984	983	982	981	980
20	967	962	959	955	952	949	946	943
30	939	931	924	917	911	905	900	895
40	906	894	883	873	863	854	846	849
50	869	852	836	822	809	796	785	775
60	827	805	785	766	749	721	696	672
70	782	754	724	687	654	6.23	595	568
80	734	686	641	602	566	532	501	471
00	665	612	565	522	483	447	413	380
100	599	542	493	448	408	369	335	309
1 10	536	478	427	381	338	306	280	258
120	479	419	366	321	287	260	237	219
130	425	364	313	276	247	223	204	189
140	376	315	272	240	215	195	178	164
150	328	276	239	211	189	171	157	145
Примечание. Значения у увеличены в 1000 раз.
Проверка устойчивости стержней, сжатых осевой силой, произ-
водится по формуле
/V/(qH)</?„Vl,	(13.4)
где А — площадь сечения брутто, т. е. без учета ослаблений.
При проектировании сжатых стержней и вычислении их гибкости
и нужно учитывать, что радиус инерции сечения является
функцией момента инерции и площади сечения брутто:
М==/.п/Л;	/t,y; (Л=у/Ч/Д, ц=у7¥/Д,	(13.5)
где /„л (/,,;/) расчетная длина стержня в соответствующей плоскос-
ти, являющаяся функцией его длины / и условий его закрепления
(рис. 13.3). Следует стремиться к тому, чтобы они были равно-
устойчивыми относительно своих главных осей, т. е. чтобы
Внецентренно сжатые элементы. Расчет этих элементов ведут
по первой группе предельных состояний. Для короткий внецентренно
сжатых элементов предельные состояния определяются несущей спо-
собностью по прочности. Расчет таких элементов в общем случае
производят но формуле, основанной на упругой стадии работы
элемента:
N/A„±MxY/lxn±M!lX/Ifl„^R!>yc,
(13.6)
306
где X, /--координаты рассматриваемой точки сечения относи-
тельно его главных осей.
В некоторых случаях расчет по прочности ведут с учетом огра-
ниченных пластических деформаций. Это относится к элементам из
стали с расчетным сопротивлением до 580 Mila, не подвергающихся
динамическим воздействиям, при касательных напряжениях тх^О.й
/?.ч и относительной продольной силе
N/(A„Ru) >0,1. В этом случае расчетная
формула имеет вид
Рис. 13 3. Расчетная длина
пен гра.1Ы1о-еж а гы \ колонн
()тс\тст вии ()c;i а б. i е i [ и я
___ у_______< ।
с IV . R у__(13 7)
где п, и с„ - коэффициенты, учитыва-
ющие степень развития пластических де-
формаций и зависящие от формы сече-
ния (ем. СНиП 11-23 81, нрилож. 5).
При одинаковых значениях Л4, N, приме-
няемых в расчетах на прочность и устои
чивость, расчет па прочность проводить
не требуется при значении приведенпо
го эксцентриситета те1^2() (см. ниже) и
сечения.
Длинные (гибкие) внеценгрепно ежагые элементы рассчитывают,
как правило, на устойчивость в плоскости действия момента. Как
и в случае железобетонных сжатых элементов, даже при осевом
приложении нагрузки всегда имеются случайные эксцентриситеты.
Поэтому рассмотренная выше работа цепгралыю-сжатых стержней
является по существу работой внецентренно сжатых стержней с ма-
лыми эксцентриситетами. Во внецентренно сжатых стержнях разница
в работе при больших и малых эксцентриситетах не имеет прин-
ципиальных отличий и процесс потери устойчивости протекает оди-
наково. Критические значения продольной силы, при которой возмож-
на потеря устойчивости сжато-изогнутого стержня в плоскости
действия момента, зависит от гибкости стержня 7. и от геометри-
ческих характеристик сечения, а также от начального эксцен трис и те-
та продольной силы:
N/A^A^R,,^,	(13.8)
где 1 находят_по СНиП 11 23 81 в зависимости от условной
гибкости Х=7у R-. R и приведенного эксцентриситета силы те1,
определяемого по формуле
m,7—рщ,	(13.9)
И - коэффициент влияния формы сечения (см. СНиП 11-23 73,
табл. 73); т=еА/ -- относительный эксцентриситет; e=M/N--
307
эксцентриситет приложения нормальной силы; Л1 -- расчетный мо-
мент; W, — момент сопротивления сечения для наиболее сжатого
сечения.
В плоскости, перпендикулярной действию момента (из плоскости
рамы), стержень проверяют на устойчивость по формуле
N/(c^uA)^R^,	(13.10)
где с -- коэффициент, учитывающий влияние момента, действующего
в плоскости рамы, на устойчивость стержня из плоскости рамы;
(ру — коэффициент продольного изгиба центрально-сжатого стержня,
определяемый по гибкости (из плоскости рамы).
Коэффициент с определяют также по указаниям СНиП 11-23—81
(п. 5.31). В случае сквозных колонн приходится дополнительно
проверять устойчивость ветвей, которые рассматривают, как цент-
рально-сжатые стержни.
Изгибаемые элементы. Расчет изгибаемых элементов ведут по
предельным состояниям обеих групп. Предельные состояния первой
группы для изгибаемых элементов определяются вязким, хрупким или
усталостным разрушением или потерей устойчивости, второй
группы — развитием чрезмерных деформаций, нарушающих нор-
мальные условия эксплуатации конструкций.
Расчет изгибаемых элементов применительно к случаю вязкого
их разрушения производится по формулам:
M/Wn	(13.11)
T=QS/(//)sC/?syc,	(13.12)
где Л1 и Q — изгибающий момент и поперечная сила; Wn mtn — мо-
мент сопротивления нетто, т. е. ослабленного сечения, определенный
по упругой стадии работы элемента; S — статический момент (брут-
то) сдвигающейся части сечения относительно нейтральной оси;
/ — момент инерции сечения; t..толщина стенки; Ru, R, расчет-
ные сопротивления стали изгибу и сдвигу.
Расчет изгибаемых элементов при развитии пластических дефор-
маций производится в предположении, что сталь является идеаль-
ным упругопластичным материалом и что несущая способность
исчерпывается тогда, когда во всех волокнах напряжения достигнут
предела текучести.
В рассматриваемом состоянии все волокна сечения находятся
в стади текучести, поэтому их длина может изменяться при постоян-
ном напряжении. Изгибаемый элемент может поворачиваться вокруг
нейтральной оси, как вокруг оси шарнира, поэтому его называют
шарниром пластичности или пластическим шарниром. Шарнир плас-
тичности действует только в направлении предельного момента; при
действии изгибающего момента в обратном направлении напряже-
ния уменьшаются, отдельные волокна сечения возвращаются к
упругому состоянию и шарнир пластичности прекращает свое сущест-
вование.
308
Пластический момент сопротивления Wpi выше упругого момента
сопротивления W, и разница тем больше, чем больше материала
расположено около нейтральной оси. Например, для прямоугольно-
го сечения WPi= 1,5 W, для прокатных двутавровых и швеллерных
сечений Wpi= 1,12 W при изгибе в плоскости стенки и №,,/= 1,2 W при
изгибе в плоскости, параллельной
полкам. Так как при образовании
шарнира пластичности в сечении
элемента происходят неограничен-
ный рост пластических деформаций и
нарастание прогибов, т. е. утрачива-
ются эксплуатационные качества
конструкции, то в практических рас-
четах пользуются критерием ограни-
ченных пластических деформаций.
При этом предельная относительная
пластическая деформация должна
составлять р.ост^З, Г Де Вост— СостЕ/ •
Соответствующие коэффициенты
Рис. 13.4. Потеря обшей устойчивос-
ти двутавровой балкой
с,, сх и си перехода от упругого к пластическому моменту сопро-
тивления приведены в СНиП П-23—81 (п. 5.18. и табл, 66).
Расчет ведут по формуле
M/(cxWn min)<Ry^c,	(13.13)
где М — изгибающий момент, определенный по расчетным нагруз-
кам; Ry—значение расчетного сопротивления, установленного по
пределу текучести.
Еще до того, как будет исчерпана прочность балки, она может
потерять общую устойчивость, т. е. начнет закручиваться и выходить
из плоскости изгиба (рис. 13.4). Снижение несущей способности
балки вследствие возможной потери устойчивости учитывают в рас-
четных формулах коэффициентом (pft< 1 (зависящим от высоты сече-
ния, длины пролета, характера приложения нагрузки и т. д.). Не-
обходимо также отметить, что нагрузка, расположенная по верхнему
(сжатому) поясу балки, увеличивает скручивание, тогда как нагруз-
ка, расположенная по нижнему поясу, уменьшает скручивание. В
расчете принимают момент сопротивления сжатого пояса сечения
равным Wc (без учета ослаблений). Это обусловлено тем, что местные
ослабления не влияют на критическую нагрузку, вызывающую
потерю устойчивости. Расчетные формулы имеют вид,
M/(w,We)^RyVe,	(13.14)
где (pft — коэффициент перехода от нормативных сопротивлений к
критическим напряжениям потери общей устойчивости изгибаемыми
элементами, принимаемый по СНиП 11-23—81 (прилож. 7); Ws •-
момент сопротивления, определяемый для сжатого пояса.
309
Если сжатый пояс достаточно закреплен в горизонтальном
направлении связями или жестким настилом (железобетонные плиты,
волнистые металлические листы и т. д.), то устойчивость балок
заведомо обеспечена и расчет на устойчивость проводить не требует-
ся. Для двутавровых балок, когда отношение расчетной длины
балки 1,-1 к ширине сжатого пояса b не превышает определенного
значения (см. СНиП П-23 81, табл. 8), расчет на устойчивость
также не проводится. При этом за расчетную длину балки при-
нимают расстояние между точками закрепления сжатого пояса от
поперечных смещений (узлы продольных или поперечных связей,
точки крепления жесткого настила). При отсутствии связей прини-
мают расчетную длину равной пролету балки или выходу консоли.
Расш ом па устойчивость обычно определяется сечение балок, сжа-
тый пояс которых не закреплен на большой длине (монорельсы,
подкрановые балки и др.).
Подбор сечений прокатных балок производится следующим обра-
зом. 11одсчитывают изгибающий момент М, затем определяют требуе-
мый момент сопротивления. Если балка может быть рассчитана
с учетом образования пластического шарнира, то проводят соответ-
ствующий расчет. Затем, выбрав тип профиля балки по требуемому
моменту сопротивления, по сортаменту подбирают близлежащий
больший номер балки. Затем проводят проверку прочности и общей
устойчивости (см. выше). Далее по сортаменту находят величину
/, определяют прогиб и проводя т сравнение найденного прогиба с пре-
дельно допускаемыми нормами.
13.4. СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Сварные соединения являются основным видом
заводских соединений. Сварка существенно снижает трудоемкость
изготовления, приводит к упрощению конструктивных форм и дает
по сравнению с ранее применявшейся клепкой существенную эконо-
мию металла. Необходимо отметить, что возникающие внутренние
остаточные напряжения от сварки, суммируясь с напряжениями от
действия сил на элемент, усложняют напряженное состояние свар-
ного соединения. В частности, при сварке толстых элементов возника-
ет объемное напряженное состояние, способствующее хрупкому.раз-
рушению соединения, которое особенно опасно при действии дина-
мических нагрузок и низких температур.
В настоящее время в строительных конструкциях применяется
в основном электродуговая сварка различного вида: ручная, авто-
матическая, полуавтоматическая, газоэлектрическая и электрошла-
ковая. Применение контактной и газовой сварки ограничено^ Дру-
гие виды сварки в строительных конструкциях пока не получили
распространения.
Ручная электродуговая сварка универсальна, так как может вы-
.310
Рис. 13.5. Положение
швов в пространстве:
/ потолочный угловой
шов; 2-- нижний угловой
шов; 3 - горизонтальный
стыковой шов; 4 верти-
кальный угловой шов
полниться в нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном
положениях (рис. 13.5), а также в труднодоступных местах. Это обус-
ловило ее широкое распространение на монтаже, где затруднено
применение механизированных способов сварки. В то же время
ручная сварка обладает рядом недостатков — малой глубиной
проплавления основного металла, малой производительностью по
сравнению с автоматической сваркой под флю-
сом. Для компенсации этих недостатков при-
меняют тугоплавкие обмазки, которые увеличи-
вают глубину проплавления шва (сварка с
глубоким проплавлением) и повышают про-
изводительность сварки.
Автоматическая и полуавтоматическая свар-
ка. При этой сварке электрическая дуга воз-
буждается под слоем флюса, который рас-
плавляется и легирует расплавленный металл
содержащимися в нем примесями. Флюс на-
дежно защищает расплавленный металл от
соприкосновений с воздухом; расплавленный
металл в этих условиях остывает несколько
медленней, хорошо освобождается от пузырьков
газа и шлака, получается чистым, с ничтожным
количеством вредных примесей. Большая сила
тока (600... 1200 А и более), допустимая при
автоматической сварке, и лучшая теплозащита
шва обеспечивают глубокое проплавление свариваемых элементов и
высокую скорость сварки. Вместе с тем нужно отметить сложность
выполнения этой сварки в вертикальном и невозможность ее выпол-
нения в потолочном положениях, что ограничивает ее применение на
монтаже.
Электрошлаковая сварка. Такой вид сварки является разно-
видностью автоматической сварки и удобен для вертикальных сты-
ковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Сварка ведется
«голой» электродной проволокой под слоем расплавленного шлака;
сварочная ванна защищена с боков медными ползунами, формирую-
щими шов и охлаждаемыми проточной водой. Этот способ ха-
рактеризуется очень высоким качеством шва.
Сварка в среде углекислого газа также ведется «голой» электрод-
ной проволокой, не требует приспособлений для удержания флюса,
может выполняться в любом пространственном положении, обеспечи-
вает получение высококачественных сварных соединений. Углекис-
лый газ при высокой температуре активно взаимодействует со сталью,
окисляя ее, но этот процесс компенсируется за счет повышенного
содержания раскислителей в электродной проволоке. Однако при
этой сварке поверхность шва получается менее гладкой, чем при
сварке под флюсом. К недостаткам относятся также необходимость
защищать рабочих от излучения дуги и от скопления газа.
311
Типы сварных швов. По своей форме и характеру работы сварные
швы подразделяются на стыковые и угловые (валиковые).
Стыковые швы служат для стыкования элементов, лежащих
в одной плоскости. Они весьма эффективны, так как дают наимень-
шую концентрацию напряжений, хотя и требуют дополнительной
разделки кромок. По форме разделки кромок стыковые швы бывают
U-, V-, X- и К-образными. Для U- и V-образных швов, зава-
риваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва, выпол-
няемая с другой стороны --- для устранения возможных непроваров
(поз. / на рис. 13.6, а), являющихся источником концентрации
напряжений. Различные варианты стыковых швов показаны на рис.
13.6, б.
Угловые (валиковые) швы навариваются в угол, образован-
ный элементами, расположенными в разных плоскостях. Создавае-
мый при этом шов имеет форму валика (рис. 13.6, в). По положению
в пространстве при их выполнении сварные швы бывают нижнцдои,
вертикальными, горизонтальными и потолочными (см. рис. 13.5).
Сварка нижних швов наиболее легко поддается механизации, дает
лучшее качество шва. Вертикальные, горизонтальные и потолочные
312
швы трудно механизировать, а при выполнении их вручную качество
шва относительно невысоко. Применение этих швов по возможности
ограничивают.
Виды сварных соединений элементов стальных конструкций. Ис-
пользуя стыковые и угловые швы, можно получить различные виды
сварных соединений: стыковые, внахлестку, угловые и тавровые
(впритык). В стыковых соединениях элементы соединяются стыко-
вым швом, причем один элемент как бы является продолжением дру-
гого (рис. 13.6, г). Толщина свариваемых элементов в соединениях
такого вида практически не ограничена. Стыковые соединения при-
меняют в основном для листового металла и могут быть выполнены
прямым или косым швом (соответственно слева и справа на рис.
13.6, г).
В соединениях внахлестку элементы сваривают угловым
швом, причем они частично находят друг на друга (рис. 13.6, д),
что широко применяют при сварке листовых конструкций из стали не-
большой толщины (3...6 мм), в решетчатых и некоторых других
видах конструкций. К соединениям внахлестку относятся также сое-
динения с накладками (рис. 13.6, ж), применяемые для соединения
элементов из профильного металла и для усиления стыков. Соедине-
ния внахлестку и с накладками отличаются простотой, но более
металлоемки, чем стыковые, к тому же вызывают резкую концентра-
цию напряжений, что ограничивает их применение при действии
динамических нагрузок или низких температур.
В тавровых соединениях (соединения впритык) торец одного
элемента приваривается угловым швом к поверхности другого эле-
мента (рис. 13.6, е). Тавровые соединения отличаются простотой
исполнения, высокой прочностью и экономичностью, они широко
применяются в конструкциях. Такими же свойствами обладают и
угловые соединения, где свариваемые элементы расположены под
углом один к другому.
Расчетную длину сварного шва /и, в сварных соединениях
принимают равной его полной длине /, уменьшенной с учетом воз-
можного непровара по концам: /а,= /--2/, где t - наименьшая тол-
щина соединяемых элементов. В случае вывода концов шва за
пределы стыка на временные подкладки 4 (рис. 13.6, з), которые
затем отрезаются, расчетная длина шва /и, принимается равной
его полной длине.
Расчет сварных соединений. Прочность сварных швов характери-
зуется их расчетными сопротивлениями (табл. 13.3).
Расчет стыковых соединений на центральное растяжение (сжа-
тие) ведется по формуле
N/l№t^Ra!/yc,	(13.15)
где N — расчетная продольная сила; /а. расчетная длина шва;
t - расчетная толщина шва, равная наименьшей толщине соединяе-
мых элементов; Ra!l расчетное сопротивление стыкового шва.
313
Таблица 13.3. Расчетные сопротивления металла для сварных соединений
при ручной сварке, МПа
Вид свар- ного шва	Напряжен ное состояние	Расчетные со- противления	Расчетное сопротив- ление при марке стали	
			ВСтЗкп2-1 09Г2 гр. 2	
			Электроды	
			Э42, Э42А	.950, Э50А
Стыковой	Сжатие	Run=R«	210	325
	Растяжение, изгиб	Ra,t)={>,K>R„	178	276
Угловой	Сдвиг Срез:	Ra,= R,	122	190
	по металлу шва	Ru-t	180	215
	по металлу границы сплавле- ния	R.;,.=(),45R„„	155	207
Расчет угловых швов ведут на срез (условный) по двум сече-
ниям (по металлу шва и металлу границы сплавления) по
формулам:

(13.16)
(13.17)
где kf — катет углового шва; — расчетная длина шва, принимае-
мая меньше его полной длины на 10 мм; Raf - расчетное сопротив-
ление углового шва; Ya-ь Y^ — коэффициенты условий работы, рав-
ные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в суровых
климатических условиях (климатические районы It, 12, П2 и Из), где
Y^,—0,85 при металле шва с нормативным сопротивлением Ra.un=
= 410 МПа, а уКг=0,85 для всех сталей; уе— коэффициент условий
работы; (ф и (У, — коэффициенты для сталей с пределом текучести до
580 МПа, зависящие от вида сварки и положения шва (см. СНиП
П-23—81, табл. 34). Для сталей с пределом текучести более
580 МПа значения этих коэффициентов фиксированы; [4,=0,7 и
₽г=1.
Болтовые соединения. Для соединения элементов строительных
конструкций применяют болты грубой, нормальной, повышенной
точности. Особыми видами болтов являются высокопрочные болты
диаметром 16...30 мм. Используют также анкерные болты диамет-
ром до 90 мм. Болты имеют головку, гладкую часть стержня,
длиной на 2...3 мм меньше толщины соединяемого пакета и нарезную
часть, на которую надевается шайба и навинчивается гайка.
Болты грубой и нормальной точности и гайки к ним
изготовляют из углеродистой стали и вводят в отверстия, образован-
ные продавливанием или сверлением в отдельных элементах. Диа-
метр отверстия должен быть на 2...3 мм больше диаметра болта.
Края отверстия обычно имеют негладкую поверхность. В результате
неполного совпадения отверстий в отдельных элементах отверстие
314
под болт имеет негладкую поверхность, так называемую черноту. Раз-
ница в диаметрах болта и отверстия облегчает посадку болтов и
упрощает образование соединения, что является существенным пре-
имуществом таких болтов. Однако неплотная посадка болта в отвер-
стии повышает деформативпость соединения при работе на сдвиг и
увеличивает неравномерность работы отдельных болтов.
В болтах повышенной точности (из углеродистой или
легированной стали) поверхность пенарезанной гладкой части болта
обтачивается до строго цилиндрической формы, а диаметр отверстия
для таких болтов должен быть равен диаметру болта плюс 0,3 мм.
Гладкая поверхность отверстия достигается либо сверлением отвер-
стий в собранных элементах через специальные кондукторы-шаб-
лоны в отдельных элементах и деталях, либо рассверловкой отвер-
стий до расчетного диаметра после сборки элементов. Из-за слож-
ности изготовления и постановки болта повышенной точности такие
соединения применяют довольно редко.
Для высокопрочных болтов применяют легированные
стали марок 40Х, 40ХФА и 38ХС «селект». Болты подвергают
термической обработке в готовом виде. Высокопрочные болты ставят
в отверстия большего, чем болт, диаметра. Гайки затягивают специ-
альным ключом с большой силой натяжения болтов. Сила натяжения
болта плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает
возникновение трения между соединяемыми элементами, препятству-
ющего их взаимному сдвигу.
Расчет болтовых соединений (кроме высокопрочных) производит-
ся для двух случаев работы. Если внешнее усилие направлено
поперек оси болта, то соединение работает на сдвиг, а болты рабо-
тают на срез и смятие (рис. 13.7, а, б). Иногда усилие действует
вдоль оси стержня болта (рис. 13.7, а). В этом случае болты работают
на растяжение, а разрушение соединения наступает после больших
пластических деформаций, в результате чего усилие распределяется
поровну между всеми болтами. Число болтов, необходимое для
прикрепления какого-либо элемента, определяется по формуле
n>A7(Y<.AU,).	(13.18)
где N — усилие в элементе; АО,,,-,, меньшее из значений расчетных
усилий для одного болта, определяемое по формулам (13.19)...
(13.21).
Расчетное усилие па один болт по срезу
, у,(13.19)
то же, по смятию
Ni^RhpybyedZt,	(13.20)
то же, по растяжению
Nb=RbtAhn,
(13.21)
где Rbs, RbP, Rbt — расчетные сопротивления срезу, смятию и растя-
жению, зависящие от марки стали болтов, от марки стали соединя-
емых элементов, от вида болта (повышенной точности или нор-
мальной и грубой точности); например, для многоболтового соеди-
нения нормальной и грубой точности элементов из стали ВСтЗкп-2-1
и болтов класса 4.6 расчетные сопротивления равны: RbS= 150 МПа,
Рис. 13.7. Работа болтов'.
а, б — обычных на сленг: в - то же. на растяжение; г — высокопрочных
/?др==335 МПа, Rbi=\75 МПа; уь — коэффициент условий работы
(для многоболтового соединения грубой и нормальной точности
У(,=0,9, повышенной точности—у&=1); A=nd2/4 — расчетная
площадь сечения стержня болта; ns — количество расчетных срезов
одного болта (рис. 13.7, а, б); d — наружный диаметр стерж-
ня болта; 2/ — наименьшая суммарная толщина элементов, сминае-
мых в одном направлении; Аь„ — площадь сечения болта нетто
(Ао„«О,79 А).
При конструировании болтовых соединений нужно стремиться к
применению болтов одного диаметра для каждого конструктивного
элемента и к наименьшему количеству диаметров болта во всей кон-
струкции в целом. Обычно диаметры болтов задаются. Наиболее
распространены диаметры 20...24 мм (в конструкциях средней мощ-
ности) и 24...30 мм (в тяжелых конструкциях).
В расчетных стыках и узлах прикреплений расстояние между
болтами должно быть максимальным. Это позволяет уменьшить коли-
чество болтов. Минимальное расстояние между центрами болтов
обычно составляет 2,5 d, а в некоторых случаях может быть умень-
шено до 1,5 d или 2 d для сталей с пределом тяжести более 380 МПа,
минимальное расстояние равно 3 d, максимальное расстояние в край-
них рядах болтов обычно равно 8 d или 12 t, где d — диаметр
болта, I — толщина наиболее тонкого наружного элемента, а в сред-
них рядах болтов оно увеличивается в 1,5...2 раза; минимальное
расстояние от центра болта до края элемента при прокатных кромках
составляет 1,2 d, а максимальное — 4 d или 8 I. Минималь-
ные расстояния, названные выше, определяются условиями прочнос-
ти основного металла между отверстиями под болты. Максималь-
ные расстояния лимитированы возможностью потери устойчивости
316
сжатых частей элементов в промежутках между болтами, а также
возможностью нарушения плотности соединения элементов, что мо-
жет привести к попаданию в щели влаги и коррозии металла.
Высокопрочные болты имеют временное сопротивление разрыву
/?(>ип=800...1350 МПа. Соединения на высокопрочных болтах рабо-
тают за счет трения поверхностей соединяемых элементов (рис.
13.7, г). Расчетное усилие, которое может быть воспринято поверх-
ностями трения соединяемых элементов, стянутых одним высоко-
прочным болтом,
(13.22)
где /?(,Л=0,7	— расчетное сопротивление растяжению высоко-
прочного болта; Аьп — площадь сечения болта нетто; п — количество
поверхностей трения; ц, у„ — коэффициенты трения и надежности,
применяемые по СНиП 11-23—81, табл. 36; yh — коэффициент усло-
вий работы, зависящий от количества пь болтов, необходимых для
воспринятия расчетного усилия; уй=0,8 при п6^4, уй=0,9 при п6=
= 5...9, Y(,= 10 при н6^10.
Для улучшения работы соединения иногда применяют комбини-
рованное клееболтовое соединение. В этом случае соединяемые
поверхности склеивают специальным клеем, а затем стягивают высо-
копрочными болтами.
-----Каковы основные области применения стальных конструкций? ф Как
различают строительные стали по химическому составу? ф Опишите ха-
* рактерные точки и участки диаграммы растяжения сталей, ф Опишите
сортамент листовой и профильной стали, ф Каковы основные преиму-
щества и недостатки конструкций из алюминиевых сплавов? ф Каковы основные
области применения конструкций из алюминиевых сплавов? ф Каков общий прин-
цип расчета стальных конструкций по предельным состояниям первой группы?
ф Каков общий принцип расчета стальных конструкций по предельным состояниям
второй группы? ф Какие коэффициенты надежности учитывают при расчете стальных
конструкций? ф Каковы основные виды нормативных сопротивлений стали? ф Како-
вы основные виды расчетных сопротивлений стали? ф Как рассчитывают сжатые,
растянутые и изгибаемые элементы? ф Каковы основные способы сварки? ф Како-
вы основные типы сварных швов? ф Каковы основные виды сварных соединений?
• Как производится расчет сварных соединений? ф Какие виды болтов приме-
няют в строительных конструкциях? ф Как производится расчет болтовых соединений?
СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ЗДАНИЯ
И СООРУЖЕНИЯ
РАЗДЕЛ
Глава 14. СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
СИСТЕМ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ
И ВЕНТИЛЯЦИИ
Системы генлогатоснабжения и псптиляцни обеспечивают
отопление, вентиляцию. горячее водоснабжение и газоснабжение зданий.
Источником газоснабжения служат месторождения природного газа или заводы
искусственного газа, получаемого в результате сжигания твердого топлива. Источ-
никами теплоснабжения населенных мест являются теплоэлектроцентрали (рай
онного и городского значения) н котельные различной значимости. Для обес-
печения теплоснабжения п газоснабжения зданий энергоноситель доставляется к
потребителю подземными и надземными трубопроводами. Вводы, предназначенные
для приема н распределения теплоносителя, расно. щ га ioi ся либо в отдельных
зданиях, на тывасмых центральными тепловыми пунктами (ЦТП), либо в подвалах жи-
лых зданий. В последнем случае ввод носит название индивидуального тепло-
вого пункта (ИТ11).
Для отопления зданий, требующего 4.. 6% единовременных и 40...50 %
эксплуатационных затрат, применяются как индивидуальные системы (в основном
при индивидуальной застройке)е генератором тепла, совмещенным с кухонным
очагом, так и системы центрального отопления в городах с централизован-
ной выработкой теплоносителя.
Системы вентиляции зданий, обеспечивающие заданную температуру и чистоту
воздуха, устраиваются естественными или принудительными. При естественной вен-
тиляции, широко применяемой в массовом жилищном строительстве, приток и вытяж-
ка воздуха из помещения происходят под действием сил, обусловленных раз-
ностями плотности и температуры наружного и внутреннего воздуха, а также
под напором ветра. При принудительной вентиляции организуется приток или отток
воздуха с помощью вентиляторов. Элементами подобной системы являются;
воздухозаборная шахта, располагаемая в зоне чистого воздуха; приточная ка-
мера, оборудованная вентиляторами, калорифером, воздухоочистными фильтра-
ми, увлажнителями воздуха: вытяжная камера, также оборудованная вен-
тиляторами. фильтрами и г. п.; вытяжная шахта, воздуховоды в виде подвешенных к
несущим конструкциям стальных труб, коробов пли каналов в стенах зданий.
14.1.	ТИПЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ,
СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
К зданиям и сооружениям систем тенлогазо-
снабжения и вентиляции относятся: котельные, газораспределитель-
ные, насосио-водонодготовительные здания, дымовые трубы, тепло-
электроцентрали, каналы теплоснабжения, опоры под трубопро-
воды, емкости для газа и др.
На генеральном плане здания и сооружения размещают с учетом
требований районной планировки. При этом теплоэлектроцентрали
318
и газовые заводы располагают в периферийных районах или вне
города, изолированными от жилых районов санитарно-защитными
зонами.
Котельные. Здания, предназначенные для размещения котельных
установок (генераторов, преобразующих в теплоту энергию топлива),
классифицируют:  по виду топлива (твердое, жидкое или газооб-
разное);  по схеме теплоснабжения (открытого, полуоткрытого
и закрытого типов);  но назначению (отопительные, производ-
ственные и отопительно-производственные);  по характеру разме-
щения (отдельно стоящие здания, сблокированные с другими зда-
ниями, встроенные в подвалы гражданских зданий).
Выбор участка земли для размещения котельной в значительной
степени зависит от вида топлива (газ, мазут, твердое топливо)
и влияет на расположение жилой и промышленной зоны. Так, при
газовом подогреве теплоносителя (воды или пара) достаточно преду-
смотреть лишь одно помещение с изолированным наружным выходом,
с подводом газа от внешней сети и трубой высотой 20 м.
При использовании жидкого или твердого топлива необходим
комплекс сооружений; в этом случае предусматривают железно-
дорожную колею, разгрузочную эстакаду, хранилище угля или мазу-
та, дробильное хозяйство, эстакаду топливонодачи, бункерную гале-
рею, установки для шлако- и золоудаления, дымовые трубы высо-
той до 45 м и др.
Районные котельные, располагаемые обычно отдельно от других
зданий, снабжают теплотой системы отопления, вентиляции и горя-
чего водоснабжения групп зданий различных типов. Котельные
встроенные (подвальные), размещаемые в жилых и общественных
зданиях, должны иметь естественное освещение. Их отделяют от
смежных помещений противопожарными стенами с пределом огне-
стойкости не менее 4 ч и междуэтажными перекрытиями с пре-
делом огнестойкости не менее 1,5 ч. В состав основных помеще-
ний домовых котельных входят:  котельный зал с необходимым
запасом топлива (2...3-дневным);  смежное помещение насосной,
служащее для размещения питательных и циркуляционных насосов
и вентиляторов;  мастерская текущего ремонта систем отопления;
 помещение персонала с туалетом и душевой (рис. 14.1).
При проектировании котельных залов определяют типы и габа-
риты котлов, работающих на определенном топливе по соответ-
ствующей технологии, а также размеры рабочих мест и проходов
с учетом противопожарных требований и техники безопасности.
Расстояние от верхней точки котла до низа несущей конструкции
покрытия в зависимости от типа котла и от его фронтальной
стенки принимается обычно не менее 2 м, от фронтальной
стенки котлов до противоположной стены здания не менее 3 м,
ширина проходов между обмуровками котлов (или между стенами и
обмуровкой) — не менее 1 м.
319
3500
Рис. 14.1. План котельной закрытого типа
18000
Размеры помещения котельной определяются габаритами обору-
дования. Площадь оконных проемов в стенах или фонарей в
покрытии принимают не менее 10% площади, занятой котлами.
При площади пола в котельных более 250 м2 предусматривают
не менее двух выходов.
Унифицированные размеры зданий котельных принимают:  в
сельской местности (котельные с секционными чугунными .котла-
ми)— однопролетные здания с пролетами 6...12 м и высотой
6...12,6 м;  в жилых кварталах города — пролеты 12, 18, 24 м
при высоте 6... 12,6 м;  в промышленных предприятиях — про-
леты 18 и 24 м при высоте 7,2... 14,4 м.
В состав помещений типовых котельных входят котельный зал с
бункерной галереей, а также подсобные бытовые и служебные
помещения. Так как котельные относятся к категории взрыво-
опасных зданий, то покрытия одноэтажных бесчердачных котель-
ных устраивают из легкосбрасываемых элементов. При наличии окон-
ных проемов или фонарей (выше обмуровки) возможно применение
более массивных конструкций покрытий. Строительные конструкции
в связи с взрывоопасностью зданий проектируют с учетом специаль-
ных требований.
Комплекс зданий и сооружений на газовых сетях. Они включают
кольцевые системы магистральных газопроводов, компрессорные, а
также газораспределительные станции и пункты, газгольдеры, под-
земные хранилища газа. Газораспределительные стан-
ции (ГРС). ГРС магистральных газопроводов и его ответвлений
размещают самостоятельно или на территории компрессорных стан-
ций с разрывом до компрессорных цехов не менее 20 м. На территории
газораспределительной станции предусматривают здание щитовой и
контрольно-измерительных приборов (КИП), блок отключающихся
устройств, блок очистки, блок редуцирования, одоризационная
установка, бытовые помещения.
Газорегуляторные пункты. Они осуществляют регули-
рование^подачи газа требуемого давления с помощью регуляторов
для подачи потребителям и размещаются в несгораемом отап-
ливаемом одноэтажном здании. Здесь предусматриваются два поме-
щения (основное и вспомогательное) с изолированными наружными
выходами с дверями, открывающимися наружу. В основном помеще-
нии размещены регуляторы, уравнитель, предохранительный клапан,
щит контрольно-измерительных приборов. Во вспомогательном по-
мещении располагается автоматический водонагреватель для отопле-
ния.
Строительные элементы. Для осуществления отопления и вентиля-
ции промышленные и гражданские здания оборудуют специальными
элементами вентиляции и отопления. При вытяжной вентиляции
применяют вытяжные каналы внутристенные или приставные у стен
и перегородок, а также одно- или двухрядные вентиляционные
блоки и панели (рис. 14.2). В малоэтажных зданиях внутристен-
I 1 Зак. 1285
321
ные каналы предусматриваются из каждого вентилируемого поме-
щения размером не менее 140Х 140 мм при толщине стенок в полкир-
пича. В жилых домах на каждую квартиру предусматривают
два канала—от кухни и санитарного узла. Приставные каналы
размерами не менее 100X150 мм выполняют из асбестоцементных
труб или коробов прямоугольного сечения.
Рис. 14.2. Элементы системы вентиляции:
а—вентиляционные каналы; б—чердачный вентиляционный короб; в—вытяжная шахта;
г—воздухозаборная шахта; д—приточная камера; / -приставные. 2—-вентиляционные
блоки; 3—то же, панели
В многоэтажных зданиях распространены индустриальные унифи-
цированные железобетонные вентиляционные блоки и панели с круг-
лыми и овальными каналами. Каналы монтируют на строитель-
ной площадке из сборных блоков и панелей. Выпуск загряз-
ненного воздуха из вертикальных каналов в жилых зданиях осу-
ществляется с присоединением к ним посредством каналов-
спутников поэтажных вытяжных решеток кухонь и санитарных
узлов, располагаемых по одной вертикали дома. Вентиляционные
вытяжные шахты рассчитаны на обслуживание каналов одной сек-
ции дома; они устраиваются каркасными с заполнением утепли-
телем или из бетонных плит, размещаются на 0,5 м выше
конька крыши, защищаются зонтами или дефлекторами от атмосфер-
ных осадков. Возможен выпуск воздуха непосредственно в помеще-
нии теплого чердака, на кровле которого устанавливают вытяж-
ную шахту высотой 3000 мм. В этом случае чердак разделяют пере-
городками соответственно секциям жилого здания.
322
Воздухоприемные устройства приточных систем с механическим
побуждением (для общественных и промышленных зданий) разме-
щают в наружных стенах зданий или отдельно стоящими с учетом
направления ветра и с расположением воздухоприемных отверстий
на высоте не менее 2 м от уровня земли. Отверстия для выброса
загрязненного воздуха располагают выше воздухоприемных. Отдель-
1
Рис. 14.3. Элементы системы отопления:
а--радиаторы; б—панели отопления; / -перегородочные; 2 -потолочные; <?-подоконные;
4 —плинтусные
но стоящую воздухозаборную шахту соединяют подземным кана-
лом со здрнием.
Приточные камеры систем вентиляции общественных зданий раз-
мещают в подвале или нижних этажах', на чердаках; вытяжные
камеры — на чердаке или в специальных помещениях верхних эта-
жей. Вентиляционное оборудование систем приточных и кондициони-
рования воздуха размещают преимущественно в технических подва-
лах, межферменном пространстве, а также во встроенных площадках,
антресолях. Удаление загрязненного воздуха из верхней зоны
одноэтажных промышленных зданий целесообразно осуществлять
через аэрационные фонари, шахты, дефлекторы или крышными вен-
тиляторами. Соответственно противопожарным требованиям приточ-
ные установки, кондиционеры, устройства вытяжной вентиляции
проектируют раздельными для групп помещений соответствующей
категории и размещают в изолируемых помещениях с несгораемыми
конструкциями.
И*
323
Для систем отопления выбор отопительного прибора осу-
ществляется соответственно типу зданий и теплоносителя. Для водя-
ного и парового отопления гражданских зданий применяют радиато-
ры различных видов, конвекторы, инфракрасные излучатели и др.;
при воздушном отоплении общественных и промышленных зданий —
калориферы и воздухонагреватели; при этом перемещение теплого
воздуха организуется электровентиляторами.
При панельном отоплении используют нагревательные приборы
из стальных трубчатых элементов, замоноличенных в бетонной па-
нели. Применяют панели совмещенные, изготовляемые совместно с
ограждающими конструкциями, и приставные. Панели отопления
выпускают напольные, стеновые и потолочные (рис. 14.3). Стено-
вые отопительные панели (подоконные, плинтусные и перегородоч-
ные) с одно- и двусторонней теплоотдачей изготовляют из бетона.
Подоконные панели, совмещенные со стеной, приставленные к ней или
вставленные в нишу, обычно размещают под окнами. Перегородоч-
ные отопительные панели (толщиной 80...120 мм) с отопительными
стояками примыкают к наружным стенам.
14.2.	ПОДЗЕМНЫЕ КАНАЛЫ И ТУННЕЛИ
Подземные каналы и туннели служат для про-
кладки.кабелей, трубопроводов различного назначения, отвода сточ-
ных вод, транспортировки разнообразных продуктов и отходов произ-
водства и т. д. Унифицированные каналы и туннели должны удовле-
творять различным технологическим требованиям и в то же время вы-
полняться из достаточно простых и экономичных конструкций.
Конструктивные решения каналов и туннелей выбирают такими,
чтобы их можно было возводить из минимального числа сборных
элементов и по возможности исключать устройство монолитных
участков. Днища каналов и туннелей выполняют гладкими, что
упрощает устройство пола с уклоном (не менее 0,2%), требу-
емым для стока вод. Предусматривают также гладкую наружную
поверхность сборных элементов каналов и туннелей, что облегчает
устройство гидроизоляции.
Особые требования предъявляются к стыкам сборных элемен-
тов, которые должны быть максимально простыми. Устройство
стыков с применением закладных изделий позволяет упростить
опалубочные формы элементов и уменьшить расход бетона,
однако такие стыки необходимо защищать от коррозии.
Каналы не предназначены для прохода обслуживающего
персонала, поэтому их называют непроходными. Их высота обычно
составляет менее 2 м. Применяют три варианта конструкций
каналов:  из лотковых элементов /, перекрываемых плоскими пли-
тами 2 (рис. 14.4, а);  из лотковых элементов 7, опира-
ющихся на плоские плиты 2 (рис. 4.4, б);  из верхних
и нижних лотковых элементов 1, соединяемых с помощью
324
коротышей из швеллеров 3, которые закладываются в продольные
швы (рис. 14.4, в). Многосекционные каналы могут быть образо-
ваны из тех же сборных элементов (рис. 14.5, 14.6).
Туннели предусматривают проход внутри них обслуживающего
персонала и имеют достаточную для этих целей высоту. Одно-
и двухсекционные туннели по возможности выполняются из одина-
сборных железобетонных каналов из лотковых элементов
Рис. 14.4. Конструкция
и плоских плит
Рис. 14.5. Конструкция сборного железобетонного канала из верхних (а) и нижних
(б) лотковых элементов:
а—из лотковых элементов, перекрытых плоскими плитами; б — то же, опирающихся на
плоские плиты; 1, 6  плиты; 2 - засыпка песком; 3- лоток; 4 песчаная подготовка;
5— заливка цементным раствором
Рис. 14.6. Миогосекционный сборный
железобетонный канал:
/ — засыпка песком; 2 заливка цемент-
ным раствором;3  лоток;4- швеллер;5 —
песчаиая подготовка
ковых элементов. Туннели из лотковых элементов конструктивно
решены аналогично каналам из верхних и нижних лотковых эле-
ментов; соединяемых с помощью швеллеров, которые приваривают
к закладным деталям, устанавливаемым в стенке нижних лотков.
Однако в туннелях установка лотковых элементов выполняется
с перевязкой вертикальных швов. Многосекционные туннели обра-
зуются из параллельно устанавливаемых односекционных туннелей
с засыпкой «пазухи» между стенками сухим песком.
1 1 В Зак. 1285
325
Сочетания высот нижних и верхних лотков принимают в зависи-
мости от вида и условий монтажа коммуникаций. По ширине размеры
лотков приняты 420...4000 мм, по высоте — 360... 1700 мм вклю-
чительно. При ширине лотков до 2400 мм и массе до 9,3 т длина лот-
ков равна 5970 мм, в остальных случаях — 2970 мм. Плоские пли-
Рис. 14.7. Схема к расчету
канала (тоннеля):
а — схема нагрузок; б, в —
расчетные схемы лотковых
(б) и рамных (в) каналов и
тоннелей
ты перекрытий и днища имеют длину 2990 мм, за исключением плит
для каналов шириной 300 и 450 мм, длина которых 740 мм.
Для перекрытия полуподземных каналов применяют также трех-
сложные утепленные плиты, в которых в качестве утеплителя
используют ячеистый бетон. В полуподземных каналах устраивают
деформационные швы на расстоянии не более 30 м друг от друга.
Деформационные швы в подземных каналах и туннелях делают не
реже чем через 50 м. Деформационные швы рекомендуется
устраивать в местах примыкания каналов к камерам и компен-
саторным нишам или на границах участков с резко различа-
ющимися сечениями, нагрузками и т. д. В туннелях, кроме того,
необходимо предусматривать выходы и монтажные проемы. Рас-
стояния между выходами в шинных и кабельных туннелях не
должны превышать 150 м, при прокладке паропроводов— 100 м
и при прокладке водяных тепловых сетей — 200 м.
При расчете каналов и туннелей учитывают следующие виды
нагрузок (рис. 14.7, а):  постоянная нагрузка от собственного
веса конструкций канала и слоя грунта над перекрытием
канала (р„|);  временная распределенная вертикальная нагрузка
от транспортных средств (pvi);  горизонтальное давление грунта
326
от засыпки (phi)’,  горизонтальное давление грунта от нагрузки,
передающейся с транспортных средств (phi)',  горизонтальные
и вертикальные нагрузки от трубопроводов; последние обычно мало
влияют на напряженное состояние конструкций каналов и туннелей
и при расчете не учитываются. Для определения расчетного
вертикального давления от веса конструкций перекрытия g и слоя
грунта hi удельным весом р (принимается по данным геологических
изысканий) пользуются формулой (см. рис. 14.7, а)
pvi=yfiphi+yi2g,	(14.1)
где ур= 1,2; уц= 1,1— коэффициенты надежности по нагрузке от за-
сыпки и собственного веса конструкций. В приближенных рас-
четах допускается принимать р= 18 кН/м3.
Приближенно расчетная вертикальная нагрузка от двухосных
автомобилей может быть принята р„2=4,2 МПа — при высоте за-
сыпки 0,7 м и р„2=2,8 МПа — при высоте засыпки 2 м и более
(промежуточные значения ро2 принимают по интерполяции). Более
точно вертикальную нагрузку от транспортных средств определяют
по «Руководству по проектированию коммуникационных туннелей и
каналов».
Расчетное горизонтальное давление грунта от засыпки равно:
pht = kput,	(14.2)
где fe=tg2(45°—<р/2)—угол внутреннего трения (принимается по
данным геологических изысканий); в приближенных расчетах
можно принять <р=30°.
Горизонтальная расчетная нагрузка от транспортных средств
Ph2=kpv2.	(14.3)
Расчетная схема канала (туннеля) принимается в зависимос-
ти от конструкции сооружения. Для конструкций каналов, изобра-
женных на рис. 14.4, расчетная схема показана на рис. 14.7, б. Изги-
бающие моменты в стенке для этой схемы определяются от горизон-
тальных нагрузок, как в консольной балке, защемленной в уровне
днища. Расчет плиты перекрытия производят как балки на двух
опорах. Для остальных каналов и туннелей (шириной более 1,5 м)
расчетная схема показана на рис. 14.7,в. Изгибающие моменты,
продольные и поперечные силы определяются как в П-образной шар-
нирной раме на упругом основании. Для каналов меньшей ширины
отпор грунта на днище принимают по линейной эпюре. Следует
иметь в виду, что в процессе строительства канала возможна его
работа со снятым покрытием. Поэтому в большинстве случаев
(за исключением монолитных замкнутых каналов) при расчете
должен быть рассмотрен вариант схемы загружения с консольными
стенками (рис. 14.7,6).
Подбор сечений стенки и днища производят, исходя из расчета на
внецентренное сжатие.
14.3.	ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДОВ
Для надземной прокладки трубопроводов ис-
пользуют отдельно стоящие опоры, эстакады и кронштейны. Опоры
под трубопроводы выполняют в основном сборными железобетон-
ными и реже — металлическими.
Отдельно стоящие опоры (рис. 14.8,а). Такие опоры для одного
или нескольких трубопроводов относительно большого диаметра (от
200 мм) выполняют из железобетона. Применяют и металличес-
кие опоры, выполненные из двутавров, соединенных решеткой из
уголков. Для компенсации температурных деформаций трассу
трубопровода разбивают на температурные блоки длиной 36... 120 м.
Температурный блок состоит из нескольких промежуточных опор
и одной анкерной промежуточной опоры, устанавливаемой посере-
дине температурного блока. На промежуточных опорах устраи-
вают подвижные опорные части трубопроводов, на анкерных —
неподвижные. В местах поворота трассы трубопроводов размеща-
ют концевые анкерные опоры, состоящие из двух опор, соединен-
ных связями. Иногда для уменьшения пролета трубы произ-
водят подвеску трубопроводов на растяжках. При необходимости
к опорам могут подвешиваться трубопроводы и меньших диаметров.
Эстакады. Эстакады с пролетным строением в виде балок, ферм
(рис. 14.8,6) применяют при прокладке трубопроводов небольших
диаметров или большом количестве труб (более 10). Шаг опоры
эстакады принимается 12, 18 и 24 м. Эстакады бывают одно-
и многоярусными. Под опорные части трубопроводов устанавливают
поперечные балки-траверсы, опирающиеся, в свою очередь, на про-
летное строение в виде балок или ферм. Шаг траверс принима-
ется равным 3000...6000 мм. Как и при отдельно стоящих опорах,
эстакады разбивают на температурные блоки длиной 36... 120 м.
Опорные части трубопроводов выполняют подвижными (скользя-
щими) в виде металлических столиков, приваренных к трубе.
Столики опираются на стальные листы траверсы, позволяющие им
скользить. Неподвижная опорная часть трубопровода устраивается
путем крепления трубопровода к траверсе с помощью приварки к
трубе неподвижных упоров.
Кронштейны. Кронштейны для крепления трубопроводов по сте-
нам зданий обычно выполняют из уголков или швеллеров и заде-
лывают в гнезда глубиной до 30 см, замоноличиваемые бетоном.
Для крепления кронштейнов к колоннам часто осуществляют
приварку кронштейна к закладным деталям колонны. Однако в
типовых чертежах колонн закладные детали обычно не предусмат-
риваются, поэтому их размещение назначают при привязке типовых
колонн к конкретным объектам, что удлиняет сроки проектиро-
вания. Иногда колонны каркаса здания обрамляют с четырех
сторон металлическими уголками, обеспечивая возможность креп-
ления коммуникаций к колоннам в любом месте, хотя этот
328
прием вызывает существенный перерасход стали. Трубопроводы
крепят к колоннам также соединительными стержнями, пропущен-
ными через наклонные отверстия в колонне (рис. 14.8,в). Отвер-
стия проходят через смежные грани колонн под углом 45°. Предус-
мотрено модульное расположение отверстий по высоте колонн
Рис. 14.8. Опоры и эстакады для трубопроводов:
а — прокладка трубопроводов по отдельно стоящим
опорам; б — то же, по эстакадам; в — крепление
трубопровода; / — промежуточная опора; 2 • анкер-
ная опора; 3- трубопровод; 4 - компенсатор; 5-
траверса; 6- пролетное строение; 7- опорная часть
трубопроводов; 8 - колонна; 9-— фундамент; /fl-
вставка температурного блока; 11 — стержень; 12--
наклонные отверстия; 13- хомут
(с шагом 600 мм). Отверстия в колоннах образуют дырообра-
зователями, входящими в комплект опалубочных форм. В качестве
дырообразователей можно использовать инвентарные стальные шты-
ри, а также пластмассовые трубки, оставляемые в бетоне,
и др. Высоту подвески коммуникаций регулируют выбором соответ-
ствующего отверстия для крепления, длины подвески и винтовой на-
резки на конце соединительного элемента.
329
Расстояние между опорами определяется исходя из расчета
трубопроводов на вертикальные и горизонтальные нагрузки.
Расчет надземных трубопроводов осуществляется по схеме много-
пролетной неразрезной балки, загруженной расчетной вертикальной
равномерно распределенной нагрузкой q от веса трубы, веса тепло-
изоляции и теплоносителя (рис.
.9,а). По этой же схеме труба
работает на горизонтальную
равномерно распределенную
ветровую нагрузку. Нагрузка
от снега и гололеда при рас-
чете теплотрасс не учитыва-
ется.
Ветровая нагрузка
pw=yfWokcd,
где Yf—1,2—коэффициент
надежности по нагрузке; с —
аэродинамический коэффи-
циент (для пакета труб с=
= 1); d — диаметр трубы;
w0— нормативное значение
ветрового давления; k— ко-
эффициент, учитывающий
изменение ветрового давле-
а)
Рис. 14.9. Схема к расчету трубе
водов:
а—расчетная схема трубопровода; б то
траверсы опоры; в—то же, опоры
ния по высоте (см. гл. 6). От данных нагрузок определяют изгибаю-
щие моменты, по которым проверяют прочность и прогиб трубы.
Траверсы рассчитывают как однопролетные балки с консолями
на действие вертикальных и горизонтальных сил, приложенных в
местах опирания трубопроводов. На действие горизонтальных сил
рассчитывается прикрепление траверсы к опоре. Расчетная схема
траверсы приведена на рис. 14.9,6. Отдельно стоящие опоры, на кото-
рых располагаются подвижные опорные части трубопроводов, рас-
считывают как вертикальные балки, защемленные в уровне верха
фундамента. Вертикальная нагрузка М включает в себя расчетную
нагрузку от веса трубопроводов с наполнителем на участке, рав-
ном шагу опоры. В плоскости перпендикулярной оси трубопровода
(рис. 14.9,в), опора испытывает воздействие ветровой нагрузки
Nw от ветровой распределенной нагрузки на трубы на участке,
равном шагу опор /, и ветровой нагрузки на колонну Pw. В направ-
лении оси трубопроводов (рис. 14.9,г) к опоре приложена горизон-
тальная сила от трения труб:
Nf=fglr\,
где /' — коэффициент трения (для скользящих опор 7=0,3, для
катковых и подвесных опор /=0,1); q — расчетная погонная
вертикальная нагрузка на трубопровод (собственный вес трубопро-
вода, изоляция, заполнитель); I — расстояние между опорами;
330
ц — коэффициент одновременности сочетания нагрузок (при числе
труб 2 и менее ц=1, при числе труб 3 и более ц=0,5).
Расчетная длина опор принимается равной 2Н. Подбор сечения
производят по формулам внецентренного сжатия. Расчет промежу-
точных опор эстакад отличается от расчета отдельных опор тем, что
горизонтальные технологические температурные нагрузки на проме-
Рис. 14.10. Конструкция железобе-
тонной опоры
Рис. 14.11. Конструкция центрифугиро-
ванной стойки
жуточные опоры не передаются и воспринимаются пролетными
строениями.
Фундамент под опоры рассчитывают по общим формулам на дей-
ствие момента и продольной силы, передаваемой опорой. Пролетные
строения эстакад рассчитывают как однопролетные балки или фермы
на действие нагрузок собственного веса, веса трубопроводов,
горизонтальных нагрузок от ветра и температурных воздействий.
Опоры обычно выполняют в виде железобетонных стоек прямоу-
гольного сечения согласно рис. 14.10. Наряду с таким решением
для отдельно стоящих опор и опор одно- и двухъярусных эстакад
под технологические трубопроводы (а также для других объек-
тов — опор открытых крановых эстакад, пешеходных галерей,
площадок под технологическое оборудование, колонн производствен-
ных зданий без мостовых кранов и т. п.) применяют железобетонные
центрифугированные стойки (см. также § 12.9). Номенклатурой
предусмотрены стойки диаметром 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 мм,
длиной 3,6...19,2 м с градацией - 0,6 м, при толщине стенок от 50
до 120 мм.
331
Стойки запроектированы из бетона классов В25...В60. В верхней
части стоек предусмотрено устройство оголовка с закладной
деталью кольцевой формы, предназначенной для крепления опираю-
щихся на стойки конструкций. Стойки армируют пространственными
арматурными каркасами с продольной арматурой класса А-Ш диа-
метром 10...20 мм и поперечной спиральной арматурой класса В-1
диаметром 4 и 5 мм, привариваемой к продольной рабочей арма-
туре. Конструкция центрифугированной стойки показана на рис.
14.11.
В стойках, предназначенных для эксплуатации в агрессивных
средах, состав и плотность бетона, способы защиты арматуры и
закладных изделий должны назначаться в конкретном проекте в
соответствии с требованиями нормативных документов. При воздей-
ствии слабо- и среднеагрессивных сред следует применять стойки
со стенками толщиной 60 мм и более, а при воздействии
сильноагрессивных сред — со стенками толщиной 80 мм и более.
Толщина защитного слоя бетона до продольной арматуры для
стоек со стенками толщиной 60 мм и более должна быть не менее
20 мм; для стоек со стенками толщиной 50 мм — не менее 15 мм.
14.4.	ВЫТЯЖНЫЕ БАШНИ
И ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ
Вытяжные башни и дымовые трубы отводят в
верхние слои атмосферы ненужные газы от вентиляционных и тепло-
вых установок, защищая нижние слои атмосферы от загрязнения.
Высота современных башен и труб достигает 200...300 м при внут-
реннем диаметре вверху до 7... 10 м. Вытяжные башни и дымовые тру-
бы состоят из фундамента и ствола, имеющего вид полого цилинд-
ра или усеченного конуса. Башни и трубы снаружи снабжают
светофорными площадками, ходовой лестницей, грозозащитными
устройствами.
Вытяжные башни. В вытяжных башнях ствол не является
несущим и его окружают несущей решетчатой конструкцией.
Конструктивные решения вытяжных башен унифицированы.
Предусмотрено два унифицированных ряда металлических башен.
Первый включает вытяжные башни с газоотводящими стволами диа-
метром до 4 м (рис. 14.12, а), второй - 4,5...7 м. Для обоих
рядов приняты высоты 90, 120, 150 и 180 м. Вытяжные
башни с такими характеристиками находят широкое применение и
обеспечивают решение большинства технологических задач. Конст-
рукции рассчитаны на ветровую нагрузку для L..IV ветро-
вых районов, охватывающих большинство промышленных зон стра-
ны.
Унифицированная башня представляет собой трехгранную
решетчатую конструкцию, причем нижняя часть башни имеет
форму усеченной пирамиды, верхняя — призмы. Пояса и распорки
выполняют из горячекатаных стальных труб, раскосы — главным об-
разом из уголков. Соединения элементов при укрупнительной сбор-
332
ке (рис. 14.12, б). приняты на болтах и электросварке, монтажные
соединения пирамидальной части - на болтах, а призматической —
на электросварке. Газоотводящий ствол выполнен в виде тонкостен-
ной цилиндрической оболочки из нержавеющей стали (может быть
использована пластмасса или дерево) толщиной 4...6 мм в зави-
симости от высоты и диаметра. Ствол опирается на башню тремя
уголковыми наклонными подвесками. Ветровые нагрузки, действую-
щие на ствол, передаются на башню через площадки и спе-
циальные упоры, приваренные к ним.
Дымовые трубы. В дымовых трубах ствол выполняют сталь-
ным, кирпичным или железобетонным. Стальные трубы (рис.
14.12, в) имеют высоту до 60 м; они применяются в отопи-
тельных котельных малой производительности. Стальные трубы
термостойки и отличаются удобством возведения, однако они под*
вержены коррозии. Кирпичные трубы — тепло- и кислотостойки и
поэтому долговечны и применяются для отвода высокоагрессивных
газов. Головка подвергается интенсивному воздействию отводимых
газов и поэтому в зоне 15...20 м от верха труба должна
покрываться снаружи (а иногда и изнутри) кислотостойкими
составами или выполняться из кислотостойкого кирпича. Для
защиты от воздействия отводимых газов и высокой температуры
ствол и фундамент трубы покрывают футеровкой из глиняного или
шамотного кирпича или блоков из жаростойкого бетона. В нижней
(цокольной) части устраивают проемы для ввода надземных боровов
(газоводов, дымоходов), располагаемые равномерно по периметру
сечения трубы. Между наружной поверхностью ствола и боровами
устраивают осадочные швы. Высота кирпичных труб (рис. 14.12, г)
может достигать 80... 100 м. При более значительных высотах эко-
номичнее железобетонные трубы, которые в настоящее время
наиболее распространены; цилиндрические трубы применяют при
высоте ствола до 60 м с диаметром выходного отверстия 1,5...3 м, а
конические трубы, обладающие большей жесткостью и меньшей мас-
сой, — при высоте более 60... 180 м. В конической трубе наружная по-
верхность ствола выполняется с уклоном 0,01...0,02, а толщина сте-
нок изменяется по высоте постепенно, без уступов. В цилиндрических
трубах толщина стенок изменяется по высоте уступами внутрь трубы.
Толщина стенок монолитных труб принимается не менее 160...
200 мм при диаметрах 5000...9000 мм соответственно.
Армируют железобетонные дымовые трубы стержнями, распола-
гаемыми у наружной поверхности трубы так, чтобы шаг продольных
стержней был 150...200 мм, а- шаг кольцевых стержней не пре-
вышал 500 мм и был не более 15...20 диаметров продольных
стержней. Защитный слой бетона составляет не менее 30 мм
и увеличивается на 10 мм при систематическом воздействии
на ствол трубы дыма, паров кислот и т. п. В предварительно
напряженных трубах напрягают продольную арматуру, выполняемую
из стержней периодического профиля или из пучков и прядей
ззз
высокопрочной проволоки. Иногда напрягается также и кольцевая
арматура. Напрягаемую арматуру устанавливают в пазах и каналах,
которые устраивают в толще бетона. Для обеспечения сцепления ар-
матуры с бетоном после натяжения арматуры каналы заполняют
цементным раствором. Защитный слой бетона при расположении
арматуры в пазах или снаружи образуют путем торкретирования
или обетонирования слоем толщиной не менее 30 мм. Железобетонные
Рис. 14.12. Вытяжные баший'
а — унифицированные конструкции вытяжных башен; б — узел соединения поясов вытяж-
334
монолитные трубы цилиндрической формы обычно возводят в сколь-
зящей опалубке, а конические трубы — с применением переставной
опалубки и специального оборудования.
Железобетонные дымовые трубы выполняют и сборными преиму-
щественно цилиндрической формы и собирают из отдельных кольце-
вых элементов — царг (рис. 14.13,а), изготовляемых из обычного или
жаростойкого бетона. Высота царги принимается такой, чтобы общая
масса элемента не превышала грузоподъемности монтажного крана.
Швы между соседними царгами толщиной не менее 10 мм заполняют
цементным раствором, ненапрягаемую арматуру соседних царг сты-
куют с помощью стальных накладок, приваренных к стальным косын-
и дымовые трубы:
ной башни; в — стальная дымовая труба; г -
кирпичная дымовая труба
335
кам, которые, в свою очередь, приварены к стержням продольной
или кольцевой арматуры. Стыкование арматуры производят в специ-
ально сделанных при бетонировании царг — нишах, которые после
выполнения стыков заполняют бетоном или раствором.
В дымовых трубах можно применять предварительное напряже-
ние. Сборные предварительно напряженные трубы армируют стерж-
невой арматурой или пучками и пря-
дями из высокопрочной проволоки,
пропускаемыми в каналы, оставлен-
ные в стенках царг при их изготов-
лении. После натяжения арматуры
каналы заполняют цементным раст-
вором. Проволочную или прядевую
арматуру принимают на всю высоту
трубы без стыков, а стержневую
арматуру стыкуют с помощью на-
резных муфт (рис. 14.13,6).
Расчет дымовых труб. Вначале на
основании опыта проектирования и
Рис. 14.13. Сборная предварительно на-
пряженная цилиндрическая дымовая
труба из жаростойких железобетонных
царг:
а -- общий вид; б — деталь стыка предва-
рительно напряженной стержневой арма-
туры; 1 кольцевая арматура; 2  гайка
фиксированная; 3— нарезная муфта; 4--
ниша, заполненная бетоном или раствором;
5 канал,заполненный цементным раство-
ром; 6- стальная шайба; 7— стенка же-
лезобетонной царги
строительства дымовых труб принимают основные размеры: диа-
метр и высоту ствола, толщину стенок, вид и конструкцию
футеровки, размеры фундамента. Расчет ведут на основное сочета-
ние нагрузок и воздействий: постоянные нагрузки от собствен-
ного веса конструкции ствола и воздействия предварительного
напряжения, длительные температурные воздействия отводимых га-
зов, ветровая нагрузка. Трубы, возводимые в особых условиях
(сейсмические районы или просадочные грунты), рассчитывают на
особое сочетание нагрузок и воздействий. В этом сочетании кроме
нагрузок и воздействий основного сочетания учитывают сейсми-
ческие нагрузки или воздействия от просадки грунтов. При одновре-
менном учете сейсмической и ветровой нагрузок в расчете
принимается только 30 % расчетной ветровой нагрузки. В процессе
336
проектирования производят статический и динамический (на резо-
нанс) расчеты ствола трубы. Статический расчет выполняют во
всех случаях, а динамический проводят для цилиндрических труб
и труб с малой коничностью.
Ствол трубы рассчитывают как вертикальный консольный стер-
жень, упруго заделанный на уровне верха фундамента. Расчетные
сечения назначают через 20...30 м по высоте ствола и в местах
ослабления стенки ствола проемами. Для каждого сечения опреде-
ляют изгибающий момент, продольную и поперечную силы и подсчи-
тывают температуру по толщине стенки ствола. При определении
усилий необходимо учитывать, что прогиб ствола трубы от действия
горизонтальных сил приводит к увеличению изгибающих моментов за
счет внецентренного приложения нагрузки от собственного веса
прогнувшейся части трубы выше данного сечения, причем эксцентри-
ситет может увеличиваться также из-за крена фундамента.
14.5.	РЕЗЕРВУАРЫ
ДЛЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА
В связи с интенсивным развитием энергетики и
химической промышленности, где используется большое количество
газа, в основном природного, за последние годы начали возводить
резервуары для хранения сжиженного газа. Известно, что потреб-
ление газа никогда не бывает равномерным — даже в течение
суток в его расходе возникают существенные колебания. Но рас-
ход газа колеблется и в течение года, что приводит к необходимости
хранить его в довольно больших количествах. Обычный природный
газ обладает низким энергосодержанием в единице объема, для
его хранения в естественном состоянии потребовались бы огромней-
шие емкости. Поэтому сжижение газа (уменьшение его объема при-
мерно в 600 раз) дает большой экономический эффект и полу-
чает широкое распространение во всем мире.
В мировой практике строительства известны различные типы
конструкций подобных изотермических резервуаров для хранения
сжиженного газа. К сооружениям такого рода предъявляют повы-
шенные требования по надежности и безопасности в эксплуата-
ции. Изотермические резервуары должны быть прочными, плотными
(газонепроницаемыми) и иметь хорошие теплоизоляционные качест-
ва. В зависимости от использования конструктивного материала, кон-
тактирующего с продуктом хранения, резервуары подразделяются
на льдогрунтовые, стальные, железобетонные и смешанной конструк-
ции.
Льдогрунтовые резервуары. Их сооружают в грунте, геологи-
ческое строение которых при наличии высокого уровня грунтовых
вод обеспечивает создание сплошной льдопородной стенки в период
строительства, ее устойчивость и газонепроницаемость при эксплуа-
тации резервуара. Низкая температура продукта хранения использу-
337
ется для замораживания грунтовой воды и создани^; таким
образом, герметичного хранилища. Резервуары такого типр оборуду-
ют стальным или железобетонным газонепроницаемым йокрытием,
которое опирается на кольцевой бетонный фундамент./ На покры-
тие укладывают тепло- и пароизоляционный слои. По затратам
на строительство льдогрунтовые резервуары наиболее экономичны,
однако их применение ограничивается только хранилищами малой
вместимости.
Так, с увеличением внутренней поверхности резервуара повыша-
ются потери продукта хранения, вследствие его испарения под дей-
ствием большого притока теплоты из почвы.
Стальные изотермические резервуары. Они представляют собой
двухстенные конструкции. Наружная стенка резервуара может быть
выполнена из обычной углеродистой стали, а внутренняя — из
специальной стали, пригодной для эксплуатации в условиях низких
температур, например из нержавеющей стали марки Х18Н10Т или
никелевой стали марки ОН9. Резервуары такого типа обычно
имеют плоское дно и куполообразное покрытие; между стенками
предусмотрена теплоизоляция. Для теплоизоляции днища применяют
блоки из пеностекла; в зоне стен и покрытия чаще всего
используют сыпучий теплоизоляционный материал — вспученный
перлит.
Для повышения безопасности эксплуатации изотермических ре-
зервуаров возводят дополнительную преграду против раз-
лива лекговоспламеняемого продукта хранения. В качестве такой
преграды может служить цилиндрическая железобетонная стенка
вокруг резервуара или насыпь.
Стальные изотермические резервуары широко применяют в ка-
честве хранилищ малой и средней вместимости. Опыт строитель-
ства показал, что с возрастанием единичного объема стальные
резервуары становятся менее эффективными по сравнению с железо-
бетонными. К тому же надежность работы металлических резер-
вуаров и их способность противостоять местной потере устойчивости
в несколько раз ниже, чем у железобетонных.
Железобетонные емкости. Такие емкости для сжиженного газа
могут быть двух типов. В первом случае резервуар выполняется
двухкорпусным и состоит из двух резервуаров — внутреннего и внеш-
него. Внутренний резервуар из хромоникелевой стали или предна-
пряженного железобетона воспринимает давление сжиженного газа,
внешний — из преднапряженного железобетона служит защитной
оболочкой. Между обоими резервуарами располагается теплоизоля-
ционный слой, выполняемый в зоне днища из пеностекла, в зоне
стен — из вспученного перлита и в зоне покрытия — из минеральной
ваты или пенопласта.
Примером подобной конструкции могут служить построенные во
Франции емкости вместимостью 120 000 м3 (рис. 14.14). Резер-
вуар емкости опирается на слегка приподнятый над поверхностью
338
земли спайный ростверк, что обеспечивает вентиляцию под днищем
и предотвращает возможное промерзание грунта. Высота вентили-
руемого зазора под днищем составляет 2 м. С днищем толщиной
1 м жестко связаны стены толщиной 0,9 м. Внутренний диа-
метр железобетонной части резервуара 63,11 м, высота—43,5 м.
Покрытие выполнено в виде железобетонного купола толщиной
60 см, напрягаемая арматура — из канатов системы Фрейссинэ.
Для армирования наружного кольца днища использовано 32 каната,
Рис. 14.14. Схема двухстенного резервуара
для сжиженного газа:
/ — внутренняя металлическая стенка; 2— внеш-
няя стенка из предварительно напряженного
железобетона; 3— теплоизоляция стенок (вспу-
ченный перлит); 4 теплоизоляция покрытия (ми-
неральная вата илн пенопласт); 5 железобе-
тонный купол; 6— железобетонные ребра в
местах анкеровки кольцевой напрягаемой арма-
туры; 7 напрягаемая арматура; 8 — теплоизо-
ляция днища (пеностекло); 9- железобетонная
плита на свайном основании
Рис. 14.15. Схема одностеночного ре-
зервуара для сжиженного газа:
/ наружная металлическая оболочка;
2 — теплоизоляция (перлит); 3— желе-
зобетонная предварительно напряжен-
ная стенка резервуара; 4— эластичная
облицовка; 5 - днище резервуара; 6 -
теплоизоляция днища; 7- скользящий
слой; 8- свайный ростверк; 9— куполь-
ное покрытие резервуара
для вертикального армирования стенкн — 80 канатов. Горизон-
тальное армирование стенки выполнено из 156 таких же канатов,
каждый из которых охватывает треть длины окружности и анкеру-
ется в специальных вертикальных ребрах.
Резервуары другого типа — одностеночные (рис. 14.15), сос-
тоят из преднапряженного корпуса, теплоизоляции и наружного ме-
таллического слоя, служащего только для пароизоляции и защиты от
внешних атмосферных воздействий. Резервуар такого типа вместимо-
стью 1600 м3 для сжиженного азота ( — 196° С) был построен
в ФРГ. Внутренний диаметр резервуара составляет 12 м, высота
14,5 м. Днище и стенка армированы напрягаемой и ненапрягаемой
339
арматурой. Наружный металлический защитный слой выполнен из
листовой стали.
Первоначальное охлаждение внутренней емкости изотермического
резервуара от начальной температуры окружающей среды до тем-
пературы продукта хранения является ответственным этапом в под-
готовке резервуара к эксплуатации. Понижение температуры должно
быть равномерным по всему объему резервуара и производиться
со скоростью, не превышающей 3 °С/ч — для стальных и 1,5 °С/ч—
для железобетонных конструкций внутренних емкостей изотерми-
ческих резервуаров. Низкотемпературное охлаждение вызывает зна-
чительные радиальные деформации внутренней цилиндрической ем-
кости, в основе конструкции которой заложена схема, допускаю-
щая свободные перемещения железобетонной стенки относительно
нижележащих конструкций и обладающая повышенной гибкостью
в меридиональном направлении.
Для уменьшения силы трения, возникающей в подвижном соеди-
нении, в основании железобетонной стенки предусматривается сталь-
ная пластина, которая, в свою очередь, опирается на прокладку из
тефлона. Расчетный коэффициент трения в этом случае равен 0,3.
Следствием низкотемпературного охлаждения является также
возникновение внутренних напряжений в железобетонных конструк-
циях из-за различных температурных деформаций бетона и стали —
арматуры и облицовки. Та же причина обусловливает неодина-
ковые температурные деформации цилиндрической железобетонной
стенки и стального днища внутренней емкости. Поэтому в узле
сопряжения днища со стенкой устанавливают компенсатор темпера-
турных деформаций.
Резервуары для хранения сжиженных газов выполняют и плаву-
чими. В ФРГ разработаны резервуары, входящие в состав проекта
комплекса плавучих газонефтедобывающих платформ. Проект
выполнен в двух вариантах — «Арге-76» и «Консорциум-76». «Арге-
76» — плавучий преднапряженный железобетонный сферический ре-
зервуар для сжиженного газа вместимостью 125 000 м3 имеет
диаметр 69 м, массу 257 000 т и осадку 93,2 м. Он снабжен
в нижней части 20 цилиндрическими резервуарами для балласт-
ной воды общей вместимостью 63 000 м3. Балластные резер-
вуары вместе с основным резервуаром опираются на платформу
толщиной 6,8 м. Над сферическим резервуаром возвышается желе-
зобетонная колонна-башня с платформой, имеющая общую высоту
50 м. На трехпалубной платформе расположены якорные устрой-
ства, машинное отделение, устройства для выгрузки содержимого
и др.
При испытании резервуара с колонной-башней в условиях
морского волнения, проведенные на моделях, получены удовлетвори-
тельные результаты.
В варианте «Консорциум-76» железобетонные преднапряженные
340
резервуары образуют единое целое с металлической платформой
диаметрам 145 м (рис. 14.16). Платформа опирается на шесть
уширяющихся книзу железобетонных колонн-оболочек диаметром
внизу 42 и. Внутри каждой колонны расположен резервуар
для сжиженного природного газа вместимостью 10 300 м3. Нижняя
Рис. 14.16. Плавучие резервуары для сжиженного газа:
/— стальная платформа; 2 - балластный резервуар; 3 резервуар для газа; 4  желе-
зобетонная юбка
цилиндрическая часть колонны («юбка») служит для защиты
резервуара, а также для демпфирования колебаний платформы
в условиях морского волнения.
Расчет емкостей для газа производится на действие внутрен-
него давления газа, вакуума и собственного веса конструкций
по формулам расчета резервуаров (см. гл. 15).
341
| Перечислите основные типы зданий и сооружений теплогазоснабжения и
вентиляции, ф Каковы основные конструктивные решения туннелей и
----- каналов?ф Приведите расчетные схемы каналов и туннелей, виды нагру-
зок, на которые их рассчитывают, ф Каковы основные конструктивные
решения эстакад? ф Приведите расчетную схему для расчета промежуточной
опоры.ф Приведите конструктивные решения и принципы расчета дымовых труб.ф Ка-
ковы основные конструктивные решения емкостей для хранения сжиженных газов?
Глава 15
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗДАНИЯ
И СООРУЖЕНИЯ СИСТЕМ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
Системы водоснабжения и водоотведения представляют со-
бой комплекс инженерных сооружений для добывания, очистки и транспорти-
рования питьевой и производственной воды, а также отведения, очистки и сброса
в водоемы вод, использованных для хозяйственных или производственных целей.
При проектировании населенных мест одновременно с водоснабжением следует решать
также вопросы канализации, т. е. отвода всех сточных вод — производственных,
хозяйственно-фекальных и атмосферных — за пределы территории через подземную
сеть.
Системы водоснабжения включают водозаборные сооружения, сооружения водо-
подготовки, насосные станции первого и второго подъема, водопроводы со
смотровыми колодцами, емкости для хранения воды (резервуары, водонапорные
башни). Системы канализации состоят из коллекторов, смотровых колодцев, насос-
ных станций, отстойников (рис. 15.1). Канализация территории по бассейнам канали-
зования, ограниченным водоразделами, осуществляется путем соответствующего
подразделения территории населенного пункта. Сточные воды одного бассейна соби-
раются одним или несколькими коллекторами и отводятся за пределы бассейна, прохо-
дя через ряд канализационных сооружений — канализационные сети (коллекторы, ка-
налы), насосные станции, очистные сооружения. В населенном пункте различают
уличную и дворовую системы водопровода и канализации. Уличная водопроводная
сеть подводит воду к кольцевым дворовым участкам сети. Уличная канализационная
сеть в виде разветвленной системы канализационных трубопроводов, принимающих
сточные воды от дворовых и внутриквартальных сетей, объединяется коллектором —
общим трубопроводом канализации.
Трубопроводы подземные размещают вдоль проездов прямолинейно и парал-
лельно основным линиям застройки, ближе к оси проезда. Подземные сети должны
прокладываться вне проезжей части дорог; целесообразно совмещение в одной
траншее канала водопровода, теплопровода или канализации. Водо-
провод укладывают на уровне подошвы теплофикационного канала на расстоя-
нии, определяемом в зависимости от температуры воздуха в канале и средней
высоты снежного покрова. Трубы канализации укладывают по другую сторону
теплофикационного канала на глубине ниже подошвы канала иа 0,1 м и на рас-
стоянии от водопровода соответственно санитарным нормам. Глубина заложения
трубопроводов при бесканальной прокладке принимается не менее 0,7 м до верха
трубы. При параллельной прокладке водопроводов питьевой воды с канализацией
расстояние между ними принимается не менее 1,5 м при диаметре труб
200 мм; при большем диаметре — не менее 3,0 м.
Возводимые подземные сооружения как при наличии, так и при отсутствии
грунтовых вод с внешней стороны защищают гидроизоляцией (см. § 15.2). Все
металлические конструкции и изделия, находящиеся в условиях влажной среды,
должны быть защищены от коррозии путем оцинковки или обмазки антикорро-
зионным покрытием.
342
Рис. 15.1. Классификация зданий и сооружений систем водоснабжения и канализации:
а — водоприемник; 6 — насосные станции; в резервуары; <’ водонапорная башня; д градирня; е — смотровые колодцы; ж - - коллекторы;
з отстойники; /- системы водоснабжения первого по.тьсма; 2 то же, второго подъема; 3 системы канализации
15.1.	ТИПЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Водозаборные сооружения. Шахтный ко-
лодец представляет собой круглую шахту из кирпича, бетона,
железобетона, бутового камня. Стенки верхней части колодца устра-
ивают водонепроницаемыми для предохранения воды от загрязнения.
В нижней части колодца имеются отверстия (сквозные швы в кладке
или закладные детали в бетоне, извлекаемые после окончания
возведения колодца). В дне колодца располагается фильтр из
крупнозернистого сложного материала с увеличением крупности
зерен снизу вверх.
Русловые водозаборы с оголовками (раструбами
трубы) затопленного типа или незатопляемые. Их устраивают с
самотечными линиями в середине водоема по трубопроводам
значительной протяженности. Оголовки затопленного типа размеща-
ют внутри железобетонной камеры круглого или прямоугольного
сечения, выполненной из железобетонных колец. Кроме того,
бетонные оголовки устраивают путем подводного бетонирования.
В этом случае кожух оголовка в виде стального каркаса с
заполнением из железобетона или металла, изготовленных на берегу;
опускают на подготовленное основание и осуществляют подвод-
ное бетонирование с применением вертикально перемещающихся
труб.
Незатопляемые оголовки представляют собой сооружение из же-
лезобетона в виде полой мостовой опоры с окнами, располо-
женными с обеих сторон водоприемника. В верхней части водо-
приемника выше горизонта воды устраивают помещение для регули-
рования забора воды. От водоприемника вода подается по трубам,
уложенным по дну реки, к береговому колодцу с углублением
в нижней части для, отстоя насосов.
Водозаборные сооружения для забора воды со дна реки представ-
ляют собой сооружение в виде бетонных дырчатых проходных гале-
рей овоидального сечения высотой до 2 м со сборным колодцем
в середине галереи, располагаемых под дном реки. Забор воды в
сложных условиях (горные реки и др.) осуществляется донным
сооружением в виде бетонного канала — плотины, перекрытой сверху
решеткой из стальных прутьев.
Насосные станции. В состав помещений насосных станций
входят водоприемная камера и машинный зал, электрощитовая,
помещения распределительных устройств, трансформаторная и об-
служивающие помещения персонала.
Насосные станции выполняют прямоугольной или круглой формы
в плане (рис. 15.1,6). Конструктивное решение станций —
из типовых унифицированных элементов с пролетами 6, 9 и 12 м; про-
тяженностью 12...36 м кратно модулю 6 м на основе применения
железобетонных конструкций промышленного строительства и камен-
ной кладки. Примером насосной станции, совмещенной с водоза-
борным сооружением, является русловое водозаборное сооружение,
344
Яостроенное для водоснабжения крупного промышленного пред-
приятия (рис. 15.2).
В одном здании круглого очертания в плане диаметром 21,5 м
совмещены водоприемник, насосная станция с тремя вертикаль-
ными насосами и помещение для электрораспределительного уст-
ройства. Основание сооружения заглублено на Юм. Сооружение
Рис. 15.2. Комплекс насосной станции пер-
вого подъема, совмещенной с водозабором
вынесено в реку и соединяется
с берегом посредством железо-
бетонного моста, внутри кото-
рого проложены напорные во-
доводы.
Покрытие и перекрытие вы-
полняются из монолитного же-
лезобетона или сборных эле-
ментов, кровля — утепленная
рулонная, полы — из метлах-
ской плитки. Ввиду высокого
уровня грунтовых вод целесо-
образно применять насосные
станции шахтного типа круг-
лой формы с диаметром до
15 м (рис. 15.3,6).
Очень часто здания заглубленных насосных станций устраи-
вают методом опускного колодца из монолитного или сборного
железобетона круглыми в плане. Колодцы погружаются под дей-
ствием собственного веса стен при извлечении грунта со дна
колодца. Нижняя часть опускных колодцев называется ножом. Схема
конструкции колодца показана на рис. 15.3,6. Стены опускных колод-
цев армируют вертикальной и кольцевой арматурой, а днища — коль-
цевой и радиальной арматурой (подробнее см. § 15.2).
Упоры. Они представляют собой сооружения, устраиваемые в
местах поворотов труб водопроводной сети в горизонтальной.и вер-
тикальной плоскостях, тройниках и тупиковых концах с целью защи-
ты напорных трубопроводов от гидравлических и температурных
нагрузок. Упоры трубопроводов выполняют из бетона или желе-
зобетона. В зависимости от способа крепления трубопровода
различают упоры открытого типа, в которых трубопровод кре-
пится с помощью стальных хомутов к бетонному упору, и закры-
того типа, в которых трубопровод заделывается непосредственно
в упор. Упоры открытого типа применяют для трубопроводов,
уложенных по поверхности земли. Для увеличения сопротивления
упора сдвигу основание его устраивают ступенчатым.
Емкостные сооружения. Многие сооружения водопровода и кана-
лизации представляют собой емкостные сооружения, похожие между
собой по конструкции и различающиеся функциональным назначени-
ем и размерами. Одни емкости сооружают для хранения воды,
что требует в них устройства покрытия и в некоторых случаях
345
заглубления в грунт, другие служат в качестве отстойников,
аэротенков и т. д. В зависимости от технологических требова-
ний емкостные сооружения могут быть заглубленными, наземными
и надземными. По форме в плане емкости подразделяются на
круглые и прямоугольные. Выбор резервуаров и размеров их зависит
от технологических и технико-экономических требований (табл. 15.1).
Рис. 15.3. Насосная станция вто-
рого подъема (а) и схема кон-
струкции стены и днища за-
глубленной насосной станции с
применением опускного колодца
(б):
/—стена; 2—гидроизоляция; 3—
ножевая часть; 4— монолитное дни-
ще; 5 - шахта
Иногда емкостные сооружения для обеспечения технологическо-
го процесса (аэротенки, песколовки, фильтры) блокируют в единые
сооружения, представляющие собой многоячеистые конструктивные
схемы. Емкостные сооружения выполняют из монолитного и сборного
железобетона и стали (подробнее см. § 15.3).
При проектировании подземных сооружений следует по возмож-
ности избегать их расположения ниже уровня грунтовых вод, так
как это существенно осложняет производство работ, утяжеляет кон-
струкцию днища, воспринимающего подпор грунтовых вод, требует
увеличения слоя грунтовой засыпки на покрытии для предотвращения
возможного всплытия сооружения.
346
Таблица 15.1. Классификация емкостных сооружений
Тип сооружения	Наименование сооружений
Заглубленное от- крытое	Цилиндрические сооружения Двухъярусные отстойники, осветлители-перегниватели, ради- альные отстойники, биокоагуляторы, контактные резервуары, радиальные песколовки, вертикальные песколовки, илоуплот- нители
Наземное открытое Заглубленное за- крытое Полузаглубленное закрытое Надземное	Аэрофильтры, биофильтры Резервуары для воды, колодцы, насосные станции Метантенки, башенные биофильтры Резервуары водонапорных башен, баки для растворения коагулятора Прямоугольные сооружения
Заглубленное открытое	Аэротенки, горизонтальные отстойники, песколовки, лотки, неф- теотделители, смесители, контактные резервуары, илоуплотни-
Наземное открытое	тели, нейтрализационные установки Скорые фильтры, биофильтры, контактные осветлители, баки
Заглубленное за- крытое	для растворения реагента Резервуары для воды, горизонтальные отстойники систем во- доснабжения, приемные камеры теплой и охлажденной воды, колодцы
Водонапорные башни (см. рис. 15.1, г). При проектировании
водонапорных башен их рассматривают как элемент архитектуры,
обогащающий ландшафт. Прежде всего выбирают место расположе-
ния башни; особое внимание уделяют ее архитектурной форме, т. е.
применяют оригинальное решение конструкций, отделку и декориро-
вание фасада и др.
Основными характеристиками башни являются полезная вмести-
мость резервуара и высота расположения днища резервуара над
уровнем земли. В состав водонапорной башни входят: резервуар,
иногда шатер с покрытием, опора с перекрытием, фундамент.
Конструкция резервуара чаще выполняется круглой в плане из
железобетона и стали. Шатер и покрытие над резервуаром
предназначаются для его утепления и применяются в местностях
с холодным климатом. Подробнее водонапорные башни рассмотрены
ниже, в § 15.4.
Колодцы устраивают на узловых соединениях сетей, в местах
расположения пожарных гидрантов, вантузов (для автоматического
удаления воздуха из трубопроводов). и выпусков (на водоводах),
при вводах в здания. Смотровые колодцы выполняют кирпич-
ными, бутовыми, железобетонными (монолитными и сборными). Для
спуска в колодцы применяют стальные скобы, заделываемые в
стенке по вертикали. Колодцы бывают круглыми (диаметром до
2 м) с горловиной из железобетонных колец и прямоугольными
из плоских панелей. Более подробно конструкции круглых железо-
бетонных колодцев рассмотрены ниже, в § 15.5.
347
15.2.	СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ЗДАНИЙ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
И ВОДООТВЕДЕНИЯ
Несмотря на различия в назначении этих зда-
ний, можно выделить ряд принципов, положенных в основу их проек-
тирования. Во-первых, с целью сокращения строительного объема и
площади застройки, установки различного технологического назначе-
ния стараются размещать в одном здании. Во-вторых, для возведения
зданий стараются максимально использовать унифицированные стро-
ительные конструкции индустриального изготовления. Все это позво-
ляет снизить стоимость и сократить сроки возведения зданий,
повысить технический уровень и качество строительства.
Для зданий систем водоснабжения и водоотведения в качестве
унифицированных приняты здания с одним пролетом размером
6 м (рис. 15.4), а также 9, 12 или 18 м (рис. 15.5).
Высота надземной части здания принимается равной 3,6; 4,8; 6; 7,2;
8,4; 9,6; 12,6 м; при высоте 12,6 м предусмотрено оснащение здания
мостовым краном (рис. 15.5.6), причем колонны могут быть
двухветвевыми. Однако последняя схема применяется редко, чаще
всего здания систем водоснабжения и канализации оснащаются
кран-балками или монорельсом. Здания по расположению отно-
сительно уровня земли подразделяются на надземные (без подзем-
ной части), полузаглубленные (унифицированная глубина подзем-
ной части 1,2 м), заглубленные (унифицированная • глубина под-
земной части 2,4; 3,6; 4,8; 6 м), подземные (унифицирован-
ная глубина подземной части 6 м).
Надземная часть зданий систем водоснабжения и канализации
компонуется так же, как в обычных одноэтажных промышленных
зданиях, с использованием преимущественно сборных железобетон-
ных конструкций заводского изготовления. Заглубленную часть
полузаглубленных, заглубленных и подземных зданий обычно
выполняют из сборных железобетонных панелей шириной 3 м и
высотой соответственно заглублению здания: 2,4; 3,6; 4,8 или 6 м.
Эти панели (рис. 15.5, в, г) устанавливают в продольный паз
монолитного железобетонного ленточного фундамента и замоноличи-
вают, что обеспечивает надежное защемление панелей в фундаменте.
Выпуски арматуры (А па рис. 15.5, г) при монтаже панелей также
замоноличивают. Панели рассчитывают на боковое давление грунта
как консоли.
Днище заглубленной части обычно выполняют в виде монолит-
ной железобетонной плиты, а при высоком уровне грунтовых
вод всю заглубленную часть (т. е. днище и стенки) проекти-
руют как единую коробчатую конструкцию из монолитного желе-
зобетона. Для создания гидроизоляции заглубленную часть здания
при отсутствии грунтовых вод снаружи обмазывают горячим биту-
мом. При наличии грунтовых вод делают оклеенную гидроизоля-
348
цию из рубероида, пергамина, гидроизола или синтетических
материалов с превышением максимального уровня воды на 0,5 м.
Оклеенная гидроизоляция наклеивается на огрунтованную поверх-
ность и защищается кирпичной стенкой толщиной в 1/2 кирпича.
Применяют также пропитку бетонных и железобетонных элемен-
тов битумом или другим гидрофобным материалом, нагнетание
Рис. 15.4. Конструктивная схема
унифицированного здания систем
водоснабжения и канализации
при пролете 6 м:
/— фундамент; 2— кирпичные сте-
ны; 3— железобетонные плиты по-
крытия 1,5X6 или 3X6 м; 4
край-балка; 5— уровень пола для
надземного здания; 6— то же, для
полузаглубленного здания
Рис. 15.5. Конструктивные схемы унифицированных зданий систем водоснабжения
и канализации при пролетах 9... 18 м:
а схема здания с кран-балками или монорельсом; б  то же, с кранами; / фундамент;
2— сборные железобетонные колонны; 3 несущие элементы покрытий, (балки); 4— панели
покрытий; 5 консоли колонн; 6— подкрановые балки
жидких материалов, которые при затвердевании образуют гидро-
изолирующий слой. Для защиты от агрессивных грунтовых вод
конструкции, находящиеся в грунте, выполняют из бетонов повышен-
ной плотности, изготовленных на основе специальных цементов, или
применяют гидрофобизацию его поверхности, лакокрасочные защит-
ные покрытия и т. д.
Фундаменты под здания и сооружения систем водоснабжения и
водоотведения и санитарно-техническое оборудование. Подобные
фундаменты часто приходится возводить в сложных гидрогеологи-
349
ческих условиях, в частности при значительном их заглублении, в ус-
ловиях непрерывного воздействия грунтовых вод, в условиях опас-
ности подмыва основания, а в некоторых случаях и при воздей-
ствии значительных динамических нагрузок.
При возведении фундаментов значительного заглубления, в том
числе ниже уровня грунтовых вод, приходится решать вопросы
Рис. 15.6. Схемы анкеровки элемен-
тов сооружений систем водоснабже-
ния и канализации:
а — схема анкеровки шпунтовой стенки;
б — схема опускного колодца; в — схе-
ма анкеровки облегченного опускного
колодца; / -- шпунтовая стенка; 2 - ан-
керная тяга; 3 анкер; 4— стенки ко-
лодца из железобетона; 5— щель, за-
полненная раствором бентонитовой гли-
ны; 6— железобетонное днище колодца;
7— ножевая часть колодца из сварной
стали
крепления стен котлована и его защиты от грунтовых вод. Для креп-
ления стен котлованов, отрываемых выше уровня грунтовых вод, мо-
гут быть использованы простейшие распорные крепления (из стоек
и распорок). Если фундамент расположен ниже уровня грунтовых
вод, крепление его стенок должно быть не только прочным, но и
плотным, чтобы предупредить проникание воды в котлован. В
этом случае применяют крепление в виде деревянных (при глу-
бине до 5 м) или стальных шпунтовых стенок, прорезающих
всю толщину водоносных грунтов и заглубленных в сравнительно
водоупорный грунт (глину, суглинок). Для увеличения жесткости и
прочности шпунтовой стенки иногда применяют горизонтальные
(при глубине до 6 м) или наклонные анкеры, желательно с пред-
варительным натяжением (рис. 15.6, а). Применяют также искусст-
венное замораживание грунтов, позволяющее образовать вокруг кот-
лована водонепроницаемую льдогрунтовую стену. Этот способ до-
350
вольно дорог, его применяют лишь при необходимости обеспе-
чения водонепроницаемости на большой глубине (несколько десятков
метров); нужно учитывать, что при оттаивании грунт приобре-
тает просадочные свойства, и избегать искусственного заморажи-
вания ниже подошвы фундаментов или около существующих зда-
ний и сооружений.
Подземную часть зданий и сооружений часто целесообразно воз-
водить методом «стена в грунте». Для этого в грунте отрывают
глубокую траншею шириной 0,5...0,8 м, заполняют раствором мелко-
дисперсной бентонитовой глины и бетонируют стену подводным
способом через вертикально перемещающуюся трубу; по мере запол-
нения траншеи бетоном трубу поднимают, пока участок траншеи не
будет забетонирован полностью. При устройстве подземной части
зданий и сооружений этим методом возводимая стена может одновре-
менно служить и фундаментом, и креплением стен котлована. Иногда,
особенно в глинистых грунтах, когда приток грунтовых вод в котло-
ван незначителен, выгоднее выполнить осушение котлована спосо-
бами открытого водоотлива (откачкой воды из котлована) или искус-
ственного понижения уровня грунтовых вод (при помощи иглофильт-
ров с шагом I... 1,5 м, из которых откачивают воду всасывающим вих-
ревым насосом).
Фундаменты зданий и сооружений систем водоснабжения и кана-
лизации часто устраивают методом опускного колодца. При этом на
поверхности земли сооружают пустотелую нижнюю часть фундамен-
та в виде колодца произвольной формы в плане, затем через верти-
кальную полость колодца из-под него извлекают грунт и колодец под
действием своего веса погружается в грунт. Нижняя часть колодца
имеет заостренную форму или снабжена прочно заделанным специ-
альным ножом из стали (рис. 15.6, б). Для уменьшения сил трения
грунта по периметру стенок колодца иногда применяют тиксотропную
рубашку или вибрирование. Колодец постепенно наращивают сверху
и погружают все глубже, вплоть до достижения проектной отметки,
после чего нижнюю часть вертикальной полости (дно) заполняют
бетоном, резко увеличивая площадь подошвы фундамента. Этот ме-
тод заглубленных сооружений весьма целесообразен, так как объем
земляных работ и расход материалов на устройство фундамента сво-
дятся к минимуму.
Для облегчения конструкции колодца и упрощения производства
работ используют дополнительный пригруз, создаваемый за счет на-
тяжения вертикальных анкеров, заделываемых в грунт ниже проект-
ного положения колодца. Опускные колодцы, погруженные ниже
уровня грунтовых вод (особенно облегченные), необходимо прове-
рить на всплытие, и при необходимости заанкеровать колодец, заби-
вая сваи в нижележащий грунт или устраивая буровые анкеры (рис.
15.6, в). Методом опускного колодца возводят канализационные
насосные станции значительных размеров (диаметром и глубиной
до 70 м и более).
При устройстве фундаментов под оборудование, создающее дина-
мические нагрузки, желательно предварительно или уплотнить грунт
более интенсивными динамическими воздействиями (вибрированием
или трамбованием), или провести закрепление грунта, или устроить
свайное основание. Для уменьшения динамических воздействий целе-
сообразно демпфировать (гасить) колебания на самом оборудовании
путем улучшения конструкции подвески, применением специальных
виброгасителей и виброопор, устройством наружной виброизоляции
фундамента.
Особенности расчета строительных конструкций заглубленных
частей зданий и систем водоснабжения и канализации. При расчете
заглубленной части этих зданий необходимо учитывать, что на стены
действует горизонтальная нагрузка от бокового давления грунта
(с учетом временной нагрузки на поверхности грунта). При наличии
грунтовых вод возникает также горизонтальная нагрузка от давления
воды. Изгибающие моменты в стене вычисляют, как в защемленной
(в монолитном днище или в фундаменте) вертикальной консоли. По
моменту определяют требуемую площадь сечения вертикальной рас-
тянутой арматуры у внешней грани панели. Расчет ведут на 1 м шири-
ны стены. Если на стену передается вертикальная нагрузка от надзем-
ной части, то она испытывает внецентренное сжатие. Если заглублен-
ная часть здания выполнена в виде монолитной коробки и имеет
отдельный ленточный фундамент под стены, то этот фундамент ста-
раются располагать ближе к наружной стороне стены, чтобы момент
от равнодействующей бокового давления грунта хотя бы частично
уравновешивался моментом от массы грунта, расположенного на об-
резе фундамента.
Другая особенность расчета заглубленной части здания заклю-
чается в том, что она подвержена действию на днище подпора
грунтовых вод, направленного вверх. Величина этого подпора
р (в Па), приходящаяся на единицу площади, определится из основ-
ного уравнения гидростатики:
р—рН,	(15.1)
где р=9,81 кН/м3 — удельный вес воды; Н — расстояние от наивыс-
шего уровня грунтовых вод до днища, м.
Подпор вызывает изгиб днища здания, а также может произойти
всплытие всего здания. Проверка на всплытие производится из усло-
вия, также вытекающего из основного уравнения гидростатики:
YmG<YpM,	(15.2)
где G — сила тяжести (вес здания); р — величина подпора; А—пло-
щадь днища; уг=0,9 — коэффициент надежности по нагрузке для
силы тяжести (вес здания); у₽= 1,1 —то же, для подпора.
Расчет надземной части зданий систем водоснабжения и канали-
зации производится так же, как и для обычных промышленных
зданий.
352
15.3.	ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
ЕМКОСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
В системах водоснабжения и водоотведения
широко применяются емкостные сооружения из железобетона, в ос-
новном из сборно-монолитного. Конструкции этих сооружений в зна-
чительной степени унифицированы. Для емкостных сооружений раз-
работана серия рабочих чертежей унифицированных изделий, пред-
назначенных для применения в типовых и индивидуальных проектах
следующих емкостных сооружений систем водоснабжения и кана-
лизации:  по системам водоснабжения — резервуаров для воды,
горизонтальных отстойников, фильтров, осветлителей, приемных ка-
мер теплой и охлажденной воды;  по системам канализации —
аэротенков, горизонтальных отстойников, смесителей, нефтеотдели-
телей, нефтеловушек, контактных резервуаров, песчаных фильтров
доочистки, усреднителей, нейтрализаторов-отстойников, песколовок,
вертикальных, двухъярусных и радиальных отстойников', осветлите-
лей, перегнивателей, аэрофильтров.
Размеры унифицированных прямоугольных и круглых в плане
емкостных сооружений принимают, как правило, кратными 3 м, а по
высоте 0,6 м (при длине или диаметре до 9 м — кратными
1,5 м — для прямоугольных и кратными 1 м — для круглых). На-
пример, для нефтеотделителей и нефтеловушек принята унифици-
рованная высота 2,4 м, ширина 12, 18, 24 м; длина 18, 24, 30, 36 м (для
нефтеотделителей только 36 м). Для радиальных отстойников
принята унифицированная высота 3, 3,6, 4,2 м при внутренних
диаметрах 18, 24, 30 м, а также диаметр 40 м (при высоте
3 и 4,2 м) и диаметр 50 м (при высоте 5,4 м). Днище всех
емкостей выполняется из монолитного железобетона толщиной
не менее 120 мм с двойной арматурой, стены и покрытие—
из сборных железобетонных плит.
Конструкции стен емкостных сооружений- В прямоугольных емко-
стях ответственным местом являются угловые участки в местах пере-
сечения стен. Панели стен (шириной 3 м, высотой 2,4...6 м,
толщиной 140...320 мм) могут быть балочного и консольного
типов (рис. 15.7, а, б). Панели армируют двойной арматурой
в виде плоских сеток. Глубина заделки панелей в паз монолит-
ного днища 'принимается по расчету в зависимости от диаметра
вертикальной рабочей арматуры, с учетом достаточной длины ее
анкеровки. В открытых емкостях при панелях балочного типа поверху
устанавливают горизонтальные связи — распорки, а узлы соединения
распорок с панелями рассчитывают на горизонтальную нагрузку,
собираемую с соответствующего участка стены. В углах стены могут
соединяться жестко (при помощи монолитных бетонных участков)
или подвижно, когда монолитных участков нет, а герметичность
стыка обеспечивается тиоколовым герметиком. Расчетную нагрузку
на стены принимают равной гидростатическому давлению воды,
353
залитой до верха стен, а в стадии эксплуатации уровень жид-
кости должен быть на 0,2 м ниже верха; этот уровень исполь-
зуют в расчетах по образованию и раскрытию трещин.
В цилиндрических емкостных сооружениях применяют аналогич-
ное конструктивное решение, только внешнюю поверхность панелей
(а при диаметре емкости до 9 м — и внутреннюю) принимают
too too
Рис. 15.7. Конструктивное решение аэротенка из железобетонных пане-
лей (армирование условно не показано):
а — из панелей балочного типа; б из панелей консольного типа; 1— стеновые панели;
2— перегородочные панели; 3— распорки через 6 м для восприятия горизонтальных
усилий; 4— монолитное железобетонное днище; 5— монолитные участки несущих стен;
6— шпоночные стыки между стеновыми и перегородочными панелями; 7— прямоугольный
лоток, перекрытый плитами; 8— мостик для прохода и укладки технологических трубопрово-
дов; 9— бетон замоноличивания паза днища, класса не менее В25; 10— бетонная под-
готовка из бетона класса В5; 11—выравнивающий слой цементного раствора (наносится
в процессе монтажа стен)
криволинейной. Высота панелей принимается кратной 0,6 м, шири-
на— кратной числу л, т. е. 3,14, толщина — равной 120...195 мм.
Подобные емкости армируют кольцевой напрягаемой арматурой, при-
чем натяжение производится до замоноличивания стыка стеновых
панелей с днищем, но после замоноличивания стыков между стеновы-
ми панелями и достижения бетоном замоноличивания прочности
не менее 70 % проектной. Шаг между витками напрягаемой арма-
туры определяют расчетом (см. пример расчета в конце пара-
графа). При подборе количества арматуры и величины ее натя-
жения необходимо предусматривать создание в бетоне установив-
354
шихся (после проявления всех потерь) сжимающих напряжений
(не менее 0,5 МПа, а в нижней зоне стены, на 1/3 высоты
емкости — не менее 0,8 МПа), при гидростатическом давлении
слоя воды, равного полной высоте стены емкости. Стеновые
панели в процессе монтажа устанавливают с зазорами, чтобы облег-
чить заполнение швов бетоном замоноличивания. Каждый слой напря-
Рис. 15.8. Конструктивное решение круг-
лого монолитного резервуара:
1—стенка резервуара; 2 днище; 3- пере-
крытие; 4—люк; 5— колонна; 6- капитель ко-
лонны; 7— приямок
Рис. 15.9. Предварительно напряженный
резервуар:
1—пилястры для заанкеривания предвари-
тельно напряженной арматуры
гаемой арматуры защищают слоем цементно-песчаного раствора,
наносимого путем торкретирования; для заглубленных сооружений
толщина этого защитного слоя составляет 25 мм, для открытых
наземных — 30 мм. Защитный слой наносят при наполненном резер-
вуаре, чтобы избежать впоследствии появления в нем. трещин.
Конструкции покрытий резервуаров. Резервуары для воды, так
же как горизонтальные отстойники систем водоснабжения, прием-
ные камеры теплой и охлажденной воды, выполняют закрытыми, т. е.
с покрытиями. В качестве опор покрытий используются стены и
колонны. Применяют сборные покрытия балочного типа - ребристые
плиты по ригелям, опирающимся на колонны. Для круглых в плане
резервуаров с унифицированными объемами 100...6000 .м3 иногда при-
меняют безбалочное покрытие, опирающееся на колонны с капителя-
ми (рис. 15.8). Покрытия с опиранием только на стены решаются
аналогично покрытиям промышленных зданий. Для круглых в плане
резервуаров при наличии промежуточных стенок-перегородок покры-
тия могут быть решены в виде купола. Купольное покрытие из
монолитного железобетона по затрате материалов является наиболее
экономичным, однако при возведении требует сложной опалубки.
На рис. 15.9 показан цилиндрический резервуар для воды вмес-
355
тимостью 45 000 м3, диаметром 62,2 м, высотой 12,2 м, толщиной
стенки от 600 мм у основания до 300 мм вверху. Для уменьшения
высоты стенки днищу придана форма усеченного конуса.
Конструкция днища и стыка днища со стенкой резервуара. Выбор
конструкции днища связан с конструкцией покрытия. Так, при нали-
чии колонн днище будет загружено их реактивным давлением,
Рис. 15.10. ('.борный предварительно напряженный резервуар вместимостью 35 000 м3:
1 выпуск; 2 спуск; j фундаментное кольцо
причем его толщина и армирование определяются расчетом. При
отсутствии промежуточных опор изгибающие моменты возникают
только у мест примыкания днища и распространяются на неболь-
шие зоны.
Конструкция стыка покрытия и днища со стенкой часто при-
нимается скользящей. При этом для скользящих прокладок исполь-
зуют резину, неопрен и другие материалы. Такая конструкция,
обеспечивая свободу радиальных деформаций стенки в местах
сопряжения, позволяет осуществить плотное обжатие стенок по всей
высоте, включая зоны, прилегающие к опорным элементам. В качест-
ве примера рассмотрим открытый предварительно напряженный
356
Рис. 15.11. Резервуар с предвари-
тельным напряжением в трех нап-
равлениях:
1 - свая; 2- сборная карнизная плита;
3- канатная арматура; 4- неопрено-
вая прокладка; 5— битумная обмазка;
6— бетонная подготовка
резервуар вместимостью 35 000 м3 для систем водоснабжения
(рис. 15.10). Диаметр резервуара ~ 85 м, высота 5,2 м. Днище
резервуара в форме усеченного конуса опирается на скалистые
отложения, расположенные на 2,4 м ниже нулевой отметки, и выпол-
нено из сборных железобетонных плит. При замоноличивании
плит в швы укладывали медные пластинки, затем швы заполняли
битумной мастикой. При установ-
ке плит стенки между ними остав-
ляли зазоры шириной 300 мм, ко-
торые армировали и замоноличи-
вали. Для повышения плотности
швов осуществляли предваритель-
ное напряжение участков стенки
по 12 панелей в каждом.
За последние годы получили
распространение конструкции ем-
костей с предварительным напря-
жением в двух и трех направ-
лениях, конструкции с заделкой
стыков на напрягающем цемен-
те, конструкции из новых разно-
видностей железобетона — армо-
цемента, фибробетона и другие
прогрессивные конструктивные ре-
шения.
Конструкции с многоосным
предварительным напряжейием. В
качестве примера на рис. 15.11 по-
казан разрез одного из резер-
вуаров для воды (Франция). Каж-
дый резервуар вместимостью
47 000 м3 представляет собой ци-
линдрическую емкость диаметром
82 м и рассчитан на давление воды
высотой 9 м. Стеновые панели толщиной 35 см опираются на балку
кругового (в плане) очертания сечением 0,87X0,98 м. Между моно-
литным днищем и верхним концом свай, служащих основанием ре-
зервуара, уложены неопреновые прокладки, позволяющие емкости
свободно расширяться. ДниШе резервуара подвергнуто предва-
рительному напряжению в двух направлениях.
Круглая в плане опорная балка также подвергнута предвари-
тельному напряжению. Покрытие резервуара — плоская плита тол-
щиной 18 см с предварительным напряжением в двух направле-
ниях (сетка пролетов с ячейкой 2,25X2,25 м). Многоосное пред-
варительное напряжение значительно повышает трешиностойкость и,
как следствие, водонепроницаемость резервуаров.
357
Стыки элементов сооружений на напрягающем цементе. Для за-
делки стыков сборных конструкций резервуаров, а также отстой-
ников, фильтров и других емкостных сооружений систем водоснаб-
жения и водоотведения широко применяют напрягающий цемент.
В результате этого удалось полностью отказаться от навивки

высокопрочной проволоки на круг-
лые в плане различной высоты
полносборные сооружения диамет-
ром 6...30 м. Стыки стеновых па-
нелей, стеновых панелей с плита-
ми днища и плит днища выпол-
няют соединением арматуры с по-
мощью петлевых выпусков, пол-
ностью исключающих сварку. В
прямоугольных в плане соору-
жениях при соединении элементов
предпочтение отдается также пет-
левым стыкам арматуры как наи-
более простым.
Сборные плиты днища прини-
мают площадью 6...8 м2 (в некото-
рых случаях при соответствующем
обосновании допустимо укрупне-
ние до 12... 15 м2), дальнейшее
увеличение площади существенно-
го влияния на сокращение трудо-
затрат не оказывает, а расход ста-
Рис. 15.12. Отстойник с диаметром
30 м с заделкой стыков на нап-
рягающем цементе (НЦ)
ли и бетона возрастает в результате повышения монтажных нагрузок
от собственного веса. Созданы также стеновые панели массой
12... 18 т, площадью до 36 м2, толщиной 160 мм и более. В качестве
примера на рис. 15.12 показана конструкция отстойника со стыками
на напрягающем цементе. Стены отстойника диаметром 30 м сделаны
из 35 однотипных элементов. Однотипность позволяет упростить
опалубку для изготовления изделий. Масса каждого элемента стен
отстойников составляет 10 т. Применение крупногабаритных изделий
дает возможность снижать трудоемкость и способствует повышению
качества строительства.
Резервуары из армоцемента. Для возведения резервуаров при-
меняют также разновидность железобетона - армопемент состоя-
щий из мелкозернистого бетона, армированного тонкими сварными
сетками. Разработаны подобные резервуары вместимостью до 50 м3 в
форме однополосного гиперболоида вращения. Изготовление резер-
вуаров заключается в сварке арматурного каркаса, натяжении на
него тканых сеток и последующего нанесения мелкозернистого бето-
на. Опалубки при этом не требуется. Толщина стенок резерву-
аров принята равной 25 мм, бетон класса ВЗО. На такие резер-
вуары расходуется в 6 раз меньше металла, чем на остальные,
358
а стоимость их в 1,5 раза ниже. По сравнению с железобетон-
ными такие резервуары значительно легче и требуют в 5...6 раз
меньше бетона.
В ПНР возводят открытые армоцементные резервуары гиперболи-
ческой формы вместимостью до 25 м,! с толщиной стенки 15 мм,
армированные ткаными сетками, а также проложенными между ними
отдельными стержнями диаметром 4 мм, и закрытые эллипсоидной
формы вместимостью 100 м3. Применяют также водонапорные
башни вместимостью 150 м3, высотой 21,8 м. Такая башня
состоит из ствола кольцевого сечения диаметром 2,6 м и шести
вертикально подвешенных к нему резервуаров диаметром 2,5 м.каж-
дый и вместимостью 25 м3. Стены резервуаров толщиной 165 мм
имеют наружный и внутренний армоцементные слои толщиной 15 мм,
армированные ткаными сетками, и внутренний бетонный сердечник,
армированный сеткой с ячейкой 100X100 мм из проволоки диа-
метром 4 мм.
Монолитные днища резервуаров из сталефибробетона.-Днища ре-
зервуаров можно выполнять не из железобетона, а из монолитного
сталефибробетона, что позволило исключить из его конструкции
значительную часть стержневой арматуры и сократить продолжи-
тельность возведения сооружения. Резервуар имеет прямоугольную
форму, стены — из сборных железобетонных панелей. Днище выпол-
нено из фибробетона с усилением зоны щелевого паза арматурными
сетками (комбинированное армирование). Фибробетонную смесь го-
товили из мелкозернистого бетона и фибр периодического профиля
из стальной проволоки диаметрами 0,8...1,6 мм и длиной 80...160 мм.
Разработан также проект резервуара чистой воды размером в плане
108X48 м. Средняя часть днища выполняется из фибробетона
с усилением его арматурными сетками только под колоннами.
При относительно равных по сравнению с железобетоном расходах
материалов и сметной стоимости применение сталефибробетона в
днищах резервуаров позволяет более чем на 30 % снизить тру-
дозатраты на строительной площадке и соответственно сократить
сроки возведения сооружений.
Принцип расчета емкостных сооружений по несущей способ-
ности и трещиностойкости. Расчет стенки обычно производится
для наиболее опасных схем загружена я:  емкость пустая и обсыпа-
на землей (эксплуатационный случай) с проверкой всего сооружения
на всплытие;  емкость наполнена, а обсыпка отсутствует (случай
испытания резервуара);  при наиболее невыгодном посекционном
заполнении емкости жидкостью. Иногда учитывается неравномерное
температурное воздействие — для жидкости с температурой выше
50° С или при перепаде температур более 30° С. Коэффициенты
надежности по нагрузке у, принимают равными: для давления
грунта — 1,4, для давления технологической жидкости — 1,0, для
температурного воздействия — 1,2, для временной нагрузки на приз-
ме обрушения грунта обратной засыпки — 1,3. Расчет по первой
359
схеме производится как для основного сочетания нагрузок, по второй
схеме — как для особого сочетания нагрузок. Давление обсыпки оп-
ределяется по той же методике, что и для подпорных стен. По
второй схеме гидростатическое давление жидкости р, действующее
на стенки, на глубине у от поверхности, приходящееся на единицу
площади, определяется по формуле
Р=РУ,	(15.3)
где р — удельный вес жидкости (эпюра гидростатического давле-
ния — треугольная).
Кольцевое растягивающее усилие (на единицу высоты стенки)
на глубине у будет равно
W\ = рг=руг.	(15.4)
При этом 7/=1. Кольцевые усилия должны быть восприняты
арматурой. Для расчета арматуры обычно разбивают стенку по
высоте на зоны. Если конструкция резервуара принимается разрез-
ной, то в вертикальном направлении стенка работает только на
центральное сжатие под действием нагрузок, передающихся с покры-
тия. При резервуарах вместимостью более 500 м3 необходимо
учитывать силы трения между стенкой и днищем. Если стенка для
увеличения жесткости с днищем соединяется монолитно, то вследст-
вие предварительного напряжения возникают значительные изгиба-
ющие моменты в вертикальном направлении, особенно в месте со-
пряжения днища со стенкой, которые необходимо учесть рас-
четом.
Подбор сечений бетона и арматуры производится:  в горизон-
тальном направлении — по несущей способности и трещиностойкости
как для центрально-растянутого элемента;  в вертикальном
направлении — только по несущей способности (как для сжатого
элемента). При расчете трещиностойкости надо учитывать потери от
упругого обжатия при навивании проволоки. Напряжение сжатия в
бетоне от предварительного обжатия после заполнения емкости
водой и с учетом всех потерь должно быть не менее 0,8 МПа в нижней
части и 0,5 МПа — в верхней части стенки (2/з высоты, считая
сверху). Кроме того, незаполненный резервуар в целом должен быть
проверен на всплытие. При этом вес конструкций умножают на
коэффициент надежности по нагрузке у^=0,9.
Расчет покрытий резервуаров производится аналогично покры-
тиям зданий на действие нагрузок собственного веса, веса грунто-
вой засыпки, снеговой нагрузки. В необходимых случаях при жест-
ком защемлении покрытия в стенки учитывается влияние защемле-
ния покрытия. Расчет аналогичен расчету защемленной плиты днища.
Днища цилиндрических емкостей выполняют в виде плоской или
конической оболочки, лежащей на упругом основании. При отсутст-
вии подбора грунтовых вод собственный вес днища и вес жидкости
уравновешиваются соответствующим отпором грунта, не вызывая в
360
днише усилий. Изгибающие моменты в днище возникают только на
участках стыка с цилиндрической стенкой и в местах опирания фун-
даментов колонны. Изгибающие моменты на этих участках определя-
ют, рассматривая днище как длинную балку на упругом основании
единичной ширины, вырезанную двумя сечениями, параллельными
диаметру. По найденным моментам подбирают арматуру в днище на
участках примыкания степ и колонн и проверяют его трещино-
стойкость. На остальной части днища арматура ставится конструк-
тивно.
Отдельные детали расчета емкостного сооружения рассмотрены
в примере расчета (см. § 15.6).
15.4.	КОНСТРУКЦИИ
ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН
Водонапорные башни относятся к системам
водоснабжения населенных пунктов (преимущественно в сельских
местностях) или отдельных объектов и предназначены для уста-
новки на определенной высоте резервуаров. Эти сооружения
применяются для создания напора воды в водопроводных сетях при
отсутствии насосных станций, для регулирования водопотребления,
для предотвращения гидравлических ударов и т. п.
Водонапорная башня состоит из следующих основных элементов:
водонапорного бака, поддерживающей конструкции (ствола) и фун-
дамента.
Для ограждения резервуара от температурных воздействий
внешней среды его утепляют или устанавливают над ним шатер.
В районах с мягким климатом шатры можно не устраивать,
но в этом случае бак должен иметь перекрытие. Пример
бесшатровой металлической башни конструкции А. М. Рожновского
показан на рис. 15.13, а. Конструктивные схемы более крупных
металлических водонапорных башен, изготовляемых в ВНР, показа-
ны на рис. 15.13, б, в, г.
Стальные резервуары водонапорных башен. Такие резервуары
относятся к листовым конструкциям. Основной особенностью листо-
вых конструкций является то, что их швы должны одновременно
удовлетворять требованиям прочности и непроницаемости. Листовые
конструкции отличаются относительно большой протяженностью
сварных соединений, при их изготовлении необходимы:  фасонный
раскрой листового проката и лент;  вальцовка обечаек из
листовой стали и колец из фасонной стали;.  изготовление
рулонных заготовок;  штамповка габаритных выпуклых днищ и
другие операции, не требующиеся при производстве обычных
металлических конструкций. В негабаритных листовых конструкциях
гораздо шире, чем в других типах металлических конструкций,
применяются автоматическая и полуавтоматическая дуговая мон-
тажная сварка, а также электрошлаковая монтажная сварка.
12 Зак. 1285
361
Так как резервуары работают в основном на растягивающие
напряжения от внутреннего давления, то они не теряют эксплуата-
ционных качеств и после того, как напряжения достигли предела
текучести, Поэтому расчетные сопротивления стали растяжению
принимают из условия достижения металлом временного сопроти-
вления разрыву. Для резервуаров до 1000 м3 стенка и плоское
Рис. 15.13. Бесшатровые металлические водонапорные башни
Рис. 15.14. Схемы стальных резервуаров с
пространственным днищем, опирающимся по
контуру — сферическим (а) и коническим (6):
/ - стенка; 2 - опорное кольцо; 3- стыковой шов;
4 - днише; 5 — опора
Рис. 15.15. К расчету стального
цилиндрического резервуара
днище имеют постоянную толщину (4...5 мм), причем стенка собира-
ется по высоте из отдельных горизонтальных колец (поясов). Швы
листов в поясах устраивают вразбежку стыковым швом. Пояса
между собой соединяются стыковым или угловым швом.
362
Соединение стенок резервуара с днищем осуществляют двумя
кольцевыми швами. При пространственном днище в узле сопря-
жения со стенкой создается опорное кольцо (рис. 15.14). Резер-
вуар с плоским днищем опирается на железобетонное перекры-
тие водонапорной башни. При сферическом или коническом днище
устройства перекрытия не требуется, так как давление иа опоры пере-
дает опорное кольцо 2 (рис. 15.15).
Расчет резервуара. Степки цилиндрических резервуаров в основ-
ном работают на центральное растяжение, но иногда учиты-
вают сжатие в вертикальном направлении (нагрузка, передающаяся
с перекрытия). Кольцевое растягивающее усилие Лд (на единицу
высоты стенки) на глубине h. от верха стенки определяют по формуле
Л’’| = р/гг,	(15.5)
где (>=9,81 кН/м3 - удельный вес воды, h - высота, для каждого
пояса h принимают равным расстоянию от верха стенки до
низа пояса (рис. 15.15); г- радиус резервуара.
Прочность стенок проверяют по вертикальным стыковым швам,
соединяющих листы поясов. Согласно формуле (13.16) (см. § 13.4),
имеем
Л'|//=/?-.„у,-,	(15.6)
где t толщина стенки, R^» - расчетное сопротивление стыкового
сварного шва; у< - коэффициент условий работы элементов.
В месте сопряжения стенки с днищем сварные швы препятствуют
ее свободной деформации. Поэтому в стенке возникает краевой
изгибающий момент Мп, который быстро затухает по высоте стенки.
Значение этого момента, отнесенное к единице ширины стенки, равно
Л401=у/р(<х/г—1)/(2<х3),	(15.7)
где а упругая характеристика стенки (а=1,3 \г/), а остальные
обозначения даны выше.
Прочность стенки на действие краевого момента в месте ее при-
крепления к днищу проверяют ио формулам
Mni/Wi^R^-iV,-, Mni/W^R^y^.y,-,	(15.8)
где Wj момент сопротивления расчетного сечения ио металлу
шва; W7, - момент сопротивления расчетного сечения по металлу
границы сплавления; у^, коэффициенты условий работы, см.
пояснение к формуле (13.18); R^, R^, расчетные сопротивления
металла для сварных соединений согласно табл. 13.3.
Опоры и фундаменты водонапорных башен. В зависимости от об-
щих конструктивных признаков опоры таких башен можно разде-
лить на сплошные (цилиндрические оболочки), сквозные (стержне-
вые системы), комбинированные (сочетание оболочки со стержневой
системой). Конструкция опоры зависит от высоты башни, объема ре-
зервуара и его размеров в плане, характеристики основания и других
12:
363
факторов. Наиболее распространена конструкция опоры в виде ци-
линдрической оболочки.
Унифицированный ряд высот Н водонапорных башен, принятый в
('ССР, кратен модулю 3 М: //=9 ,12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42 м. На
рис. 1 5.16 изображена типовая бесшатровая железобетонная водона-
порная башня с металлическим резервуаром вместимостью 800 м3;
<69000
95DOMOOO Т
Рис. 15.1 Б. Типовая водонапорная башня с цилиндрической опорой из монолитно-
го железобетона:
/ лестница; 2 .молниеотвод; 3 • резервуар; 4 опора; 5 фундамент; 6' напорно-
разводящий стояк; 7 напорно-разводяшая труба
Рис. 15.17. Железобетонная водонапорная башня с опорой из сборных элемен-
тов
опора высотой 24...36 м запроектирована в виде цилиндрической
оболочки толщиной 150 мм с внутренним диаметром 5,7 м из бетона
класса В'15. Железобетонная водонапорная башня с опорой сетчатой
конструкции, выполненной из сборных элементов, показана на рис.
15.17. '
Наиболее распространенными типами фундаментов водонапорных
башен являются фундаменты в виде сплошных круглых и коль-
цевых плит с повышенной частью (рис. 15.18, а...д) или без нее
(рис. 15.18, е). Фундамент жестко соединяется непосредственно с
опорой башни; его повышенная часть проектируется чаще всего в ви-
364
де цилиндрической стенки постоянной или переменной толщины. При
большой высоте сооружения и слабых грунтах наружный диаметр
фундаментной .плиты может значительно превышать диаметр нижне-
го сечения опоры башни и повышенная часть решается в виде одной
(рис. 15.18, а) или двух (рис. 15.18, г) конических оболочек. В опорах
смешанной конструкции, имеющих значительные размеры в плане,
Рис. 15.18. Разновидности фундаментов водонапорных башен:
/ сплошная фундаментная плита; 2 кольцевая фундаментная плита; 3 повышенная
часть фундамента; 4- отдельные фундаменты по периметру башни; 5 - сваи; 6- центральная
опора; Z -стойки по периметру банши
могут устраиваться раздельные фундаменты под различные части
опоры (рис. 15,18, ж).
Ш
СССР (например, в Литовской ССР)
ни, выполняемые полностью из
возводят в скользящей опалуб-
ке, иногда с изготовлением
резервуара на нулевой отметке
и последующим подъемом его в
проектное положение. На рис.
15,19 приводится схема железо-
бетонной водонапорной башни
высотой 54 м с резервуаром диа-
метром 28,75 м, выполненной
способом подъема резервуара
на проектную отметку (ФРГ).
Возможен и способ возведения
водонапорных башен, когда
подъем резервуара сочетается
с одновременным бетонирова-
ирокое распространение за рубежом и в некоторых регионах
получили водонапорные баш-
монолитного железобетона. Их
.028,75
Рис. 15.19. Железобетонная водонапорная
башня, возводимая методом подъема ре-
зервуара
365
нием в скользящей опалубке опоры (ствола) башни. Такие башни
вместимостью 1500 м3 возведены, например, в Болгарии, где резерву-
ар выполняется из шести укрупненных сборных элементов и имеет в
плане форму шестигранника. Железобетонные стволы таких водона-
порных башен часто выполняют предварительно напряженными.
Расчет водонапорной башни. Он складывается из расчета резер-
вуара, расчета опоры и фундамента, расчета элементов шатра (если
Рис. 15.20. К расчету
водонапорной башни
на ветровую нагрузку
он предусмотрен). При этом учитываются сле-
дующие нагрузки и воздействия: постоянные —
вес элементов резервуара, вес утеплителя,
воздействие предварительного напряжения;
временные—давление жидкости; кратковре-
менные — снеговые и ветровые (последняя учи-
тывается, если нет шатра), а также в необхо-
димых случаях сейсмические воздействия. Не-
обходимо рассматривать основные сочетания
нагрузок:  все постоянные, давление жидко-
сти и снеговую;  все постоянные и ветровую
(случай опорожненного резервуара).
Ветровую нагрузку для башен определяют
как сумму двух составляющих. Одна состав-
ляющая соответствует установившемуся скоро-
стному напору и действует статически, другая
зависит от пульсационной части скоростного на-
пора и действует динамически. На ди-
намическую добавку рассчитывают сооружения
с периодом свободных колебаний более 0,25 с.
Для башни высотой от фундамента до верха
шатра 50 м частота свободных колебаний до-
стигает р»0,91/с, а период 7’=2лр=0,7 с, что значительно более
периода 0,25 с. Такую конструкцию башни рассчитывают не только
на статическую ветровую нагрузку, но и на динамическую.
Усилия в сечениях башни определяют по правилам строительной
механики. Рассмотрим вопрос об определении устойчивости башни на
опрокидывание при пустом резервуаре и коэффициентах надежности
по нагрузке у для собственного веса у^=0,9, а ветровой нагрузки
Yf=l,3. Будем рассматривать устойчивость башни в предельном
состоянии грунта под подошвой фундамента. Предельную интенсив-
ность нагрузки на грунт обозначим через <ти. Устойчивость считается
обеспеченной, если от расчетных усилий М и на уровне подошвы
фундамента эксцентриситет ео=М/М менее величины еи. Здесь еи
определяется как расстояние от центра фундамента до центра тяжес-
ти площади сегмента F=N/<ju с интенсивностью нагрузки ои (рис.
15.20):
2 2	3
еи= у г sin a/b .
(15.9)
366
Значение а (в рад) определяют из зависимости для сегмента
А=г2(2а—sin2a)/2.	(15.10)
15.5.	ТРУБЫ И КОЛОДЦЫ
В настоящее время для устройства внешней
водопроводной сети применяют следующие виды труб: стальные,
чугунные, асбестоцементные, железобетонные (виброгидропрессо-
ванные и центрифугированные), пластмассовые, деревянные, стек-
лянные и др. При конструировании канализационной самотечной
сети чаще применяют трубы керамические, железобетонные, бетон-
ные, армоцементные и асбестоцементные. Железобетонные трубы бо-
лее долговечны по сравнению с металлическими и в то же время
имеют меньшую массу по сравнению с бетонными. Каналы боль-
ших сечений делают из кирпича или железобетонных и керами-
ческих блоков. Для напорных трубопроводов рекомендуется, как
правило, применять неметаллические трубы (напорные пластмассо-
вые, асбестоцементные и железобетонные). Стальные трубы при-
меняют для участков с расчетным внутренним давлением более
1,5 МПа, для переходов под железными и автодорогами и т. п.
Безнапорные железобетонные трубы. Их выполняют из бетона
класса В15 и выше. Трубы малых диаметров обычно (если нет внеш-
ней нагрузки) имеют только одиночную арматуру, размещаемую
в середине толщины стенок трубы (рабочая арматура в кольцевом
и монтажная в продольном направлении, рис. 15.21, а). Если же име-
ется внешняя вертикальная нагрузка, то кольцевую арматуру в
соответствии с эпюрой изгибающих моментов располагают вверху и
внизу сечения ближе к внутренней, а с боков — ближе к внешней
поверхности стенки или же, что более удобно, применяют двойное
армирование (рис. 15.21, б). Двойное армирование применяют и при
диаметрах более 900 мм. Железобетонные трубы небольшой длины
бетонируют в виброформах, а длинные изготовляют центрифугирова-
нием.
Безнапорные трубы снабжают раструбом ступенчатой или кони-
ческой формы. В первом случае стык заделывают асбестоцементной
смесью или просмоленной прядью (в канализационных коммуника-
циях), во втором случае трубы стыкуют с применением резиновых
колец; применяют также фальцевые трубы с торкретированием стыка
цементным раствором или зачеканкой асбоцементной смесью (рис.
15.22). Безнапорные трубы изготовляют с внутренним диаметром
400...2400 мм.
Напорные железобетонные трубы. Трубы должны иметь высокую
трешиностойкость, поэтому их изготовляют с предварительным нап-
ряжением. Обжатие бетона в продольном направлении в этих трубах
создается натяжением продольных стержней, в поперечном — натя-
жением специальной арматуры в виде колец или спирали (рис.
15.21, в), изготовляемой из высокопрочной проволоки диаметром 3...
367
8 мм. Напорные трубы изготовляют методом виброгидропрессования
на специализированных заводах. Толщина стенки 55... 105 мм, длина
5000 мм, диаметр труб от 500 до 1600 мм. Трубы снабжены раструбом
конической формы и стыкуются с помощью уплотнительного ре-
зинового кольца. Для соединения труб с фланцевой арматурой или
фасонными частями на поворотах трубопроводов применяют типовые
стальные вставки. Заделки стыков раструбных труб напорных кол-
Рис. 15.21. Армирование железо-
бетонных труб:
а при диаметре до 900 мм; б
то же, более 900 м; в -с напрягае-
мой арматурой; / одиночная спираль-
ная арматура; 2 продольная армату-
ра; 3,4 - наружная и внутренний спи-
ральная арматура; 5 железобетонный
сердечник; 6— защитный слой; 7- спи-
ральная напрягаемая арматура
J	5
Рис. 15.22. Стыки безнапорных труб:
а трубы с конической формой раструба диаметром до 1600 мм (гибкий стык); б-• трубы со
ступенчатой формой раструба для всех диаметров в водосточных трубопроводах; в - то же, в
канализационных трубопроводах; г фальцевые трубы диаметром 1000... 2400 мм; д трубы
с формой раструба, принятой в ГДР; /— резиновое уплотнительное кольцо; 2 — битумная
обмазка; 3- асбестоцементная смесь; 4 цементный раствор; 5- ••• зачеканенпая просмо-
ленная прядь (или эластичный герметик)
лекторов можно производить с помощью растворонасоса. Стык
заполняют безусадочным цементно-песчаным раствором с добавлени-
ем поризующих. компонентов. Для герметизации стыка на период
нагнетания раствора используют внутреннюю и наружную (рис. 15.23)
кольцевые пневмоопалубки. В стык через нижний штуцер (патрубок)
наружной опалубки подают раствор до выхода смеси через верхний
штуцер этой опалубки. Через некоторое время, необходимое для
368
начала схватывания раствора, опалубку снимают и переводят на
следующий стык коллектора.
Безнапорные армоцементные трубы. Они имеют толщину стенки
20...30 мм и армируются несколькими ткаными сетками. Армоцемент-
ные трубы изготовляют послойным способом — навивкой на сердеч-
ник слоя тонкой сетки с последующим нанесением слоя бетона
толщиной 3...5 мм или же центрифугированием.
Рис. 15.23. Внутренняя (а)
и наружная (б) пневмо-
опалубка для замоноличи-
вания стыков напорных
труб и замоноличенный
стык (в):
/ - пневмокамера; 2- бан-
даж; 3 патрубок; 4 муф-
та; 5 - камера; 6- фикса-
тор
Напорные армоцементные трубы. Такие трубы диаметром 500...
1600 мм, длиной 5000 мм и толщиной стенки 40...90 мм армированы
девятью ткаными сетками № 10—1 и одной сеткой с ромбовидными
ячейками размером 150X180 мм из проволоки диаметром 2 мм. Эти
трубы изготовляют методом вибролитья. Подобные трубы выдержи-
вают давление 0,4...0,5 МПа. Стыкование напорных армоцементных
труб осуществляется электросваркой стальных оголовков или раст-
рубами.
Рассмотренные выше разновидности труб, рассчитанные на
высоту грунтовой засыпки 4 и 6 м, укладывают на плоское
естественное основание, причем при диаметре более 600 мм естествен-
ное основание должно быть спланировано так, чтобы угол
охвата трубы был не менее 90°; засыпка до оси трубопровода
производится песком с послойным трамбованием. В слабых грунтах
трубы укладывают на основание из.бетона или железобетона.
Асбестоцементные и-пластмассовые трубы. Асбестоцементные без-
напорные трубы внутренним диаметром 100...600 мм применяются
в безнапорных трубопроводах канализации и оборотных систем водо-
снабжения; напорные трубы из асбестоцемента диаметром 100...500
мм рассчитаны на внутреннее давление от 0,3 до 1,2 МПа и применя-
369
ются в водоотводах и водопроводных сетях, в напорных трубопрово-
дах канализации.
Для водопроводных и канализационных сетей используют также
пластмассовые трубы. Основным достоинством пластмассовых труб
является их высокая коррозионная стойкость. Пластмассовые трубы
выполняются напорными, на различное давление (от 0,5 до 1 МПа)
и различных диаметров в зависимости от материала. Так, трубы из
фторопласта-4 диаметром 50...400 мм применяют в трубопроводах
для агрессивных вод, а также в сетях сельскохозяйственных и посел-
ковых водопроводов на давление до 1 МПа и для дренажа фильт-
ров. Для этих же целей целесообразно применять конструкцию, в
которой несущая способность обеспечивается железобетонной
частью, а водонепроницаемость и химическая стойкость — профили-
рованным полиэтиленовым рукавом, образующим внутреннюю по-
лимерную облицовку трубы.
Расчет труб. Безнапорные трубы рассчитывают на прочность и по
ширине раскрытия трещин, напорные трубы на прочность и по
образованию трещин, на следующие нагрузки: внутреннее давление
жидкости с учетом гидравлического удара, нагрузка от собствен-
ного веса (с учетом веса жидкости), давление грунта, временная наг-
рузка от транспортных средств. Обычно давление грунта и
временная нагрузка от транспортных средств в расчете труб заменя-
ется действием линейных нагрузок, приложенных вдоль образующей
трубы с ее верхней и нижней сторон. В трубе как в поперечных
(кольцевых) сечениях, так и в продольных сечениях возникают
изгибающие моменты и продольные усилия. Изгибающий момент от
таких нагрузок в ключе (верхней части) трубы равен
М=0,138?/?т,	(15.11)
где q — приведенная линейная нагрузка на единицу длины трубы;
Rm — радиус срединной поверхности трубы.
Кольцевые растягивающие усилия от внутреннего давления на 1 м
длины трубы составляют
N=pRo,	(15.12)
где р — внутреннее рабочее давление или приведенное (с учетом
гидравлического удара) гидравлическое давление; Rq— внутренний
радиус трубы.
При расчете труб к расчетным сопротивлениям материалов вво-
дят коэффициенты условий работы yi и уг, где коэффициент yi учи-
тывает кратковременность испытания, которому подвергаются трубы
после их изготовления, и равен 1 для полиэтиленовых труб и 0,9—
для чугунных, стальных, асбестоцементных, бетонных, железобетон-
ных и керамических; уг учитывает старение материала труб и при
отсутствии опасности коррозии или износа равен 1 для большинства
труб, кроме пластмассовых, для которых принимается по ГОСТу или
370
ТУ. Кроме того, нагрузки умножают на коэффициент надежности по
назначению принимаемый для трубопроводов 1-го класса равным
1, 2-го класса - 0,95, 3-го класса - 0,9.
Колодцы. Водопроводные и канализационные колодцы состоят
из стеновых колец, плит днища и перекрытия, опорного кольца или
специальной плиты и чугунного люка (рис. 15. 24). Кольца унифици-
Рис. 15.24. Конструкция смотро-
вого колодца систем водоснабже-
ния и канализации:
а общий вид колонна; б оголо-
вок колодца под тяжелые дорож-
ные нагрузки, по схеме НК-80;
в - оголовок колодца в обычном нс
полнении; г  горизонтальный раз-
рез колодца; 1 - стеновое кольцо;
2- плита перекрытия; <3 • опорное
кольцо; 4 чугунный люк; 5 - ходо-
вые скобы; 6 - водопроводные тру-
бы; 7- монолитный бетон для за-
делки отверстий в кольце; 8-  плита
днища; 9 щебеночное основание;
10- асфальтобетон; // - цемент-
ный раствор; 12- железобетонная
плита с отверстием для люка; 13 —
порой зол (30 мм); 14 - стабилизи-
рованное основание из песка (слой
ие менее 60 мм); 15 - песчаное
основание
рованных колодцев имеют внутренний диаметр 700, 1000, 1500 и 2000
мм. Высота колец кратна 300 мм, причем имеются специальные
стеновые кольца с проемами для трубопроводов. Кольца армируют
сварным каркасом цилиндрической формы. На опорное кольцо
устанавливается стандартный чугунный люк, а также укладывается
легкая крышка. При особо тяжелой нагрузке вместо опорного коль-
ца применяют специальную железобетонную плиту, укладываемую на
стабилизированное основание.
При расчете конструкций колодцев учитывают: равномерно рас-
пределенную нормативную нагрузку интенсивностью 500 МПа и слу-
чайные заезды автомашин весом до 50 кН для колодцев,
располагаемых вне дорог, автомобильную нагрузку для колодцев,
располагаемых на дорогах, на которых возможно движение тяжелых
автомашин; автомобильную нагрузку для колодцев на дорогах, на ко-
торых предусматривается движение особо тяжелых автомашин.
Плита перекрытия может находиться от поверхности грунта на
расстоянии: при временной нагрузке первого вида—до 3 м, при
автомобильных нагрузках — до 4 м, но не менее 0,5 м. Несущая
способность стеновых колец и плит днища принята по максимальной
временной нагрузке при заглублении в грунт до 7 м.
371
15.6. ПРИМЕР РАСЧЕТА ЕМКОСТНОГО СООРУЖЕНИЯ
Требуется рассчитать цилиндрическую емкость
предварительно напряженного железобетонного заглубленного ра-
диального отстойника, изображенного на рис. 15.25. Днище отстой-
ника монолитное, а стенка отстойника выполнена из сборных железо-
бетонных панелей. Панели соединены с днищем путем установки
их в паз на битумной мастике, допускающей смещение стенки
относительно днища.
Класс бетона панелей и днища В20, расчетное сопротивление
бетона на сжатие /?<,= ! 1,5 МПа (1150 Н/см2), начальный модуль
упругости бетона панелей (подвергнутых тепловой обработке при ат-
мосферном давлении) £<,=24 000 МПа=2400-103 Н/см2. Замоно-
личивание стыков производится бетоном класса В25, £<,= 14,5 МПа
(1450 Н/см2), £<,=30 000-103 МПа (при естественном твердении).
Напрягаемая кольцевая арматура из высокопрочной проволоки
периодического профиля класса Вр-П, диаметром 5 мм, с расчетным
сопротивлением Rs= 1050 МПа (105 000 Н/см2) и нормативным соп-
ротивлением Rsn= Rs,ser~ 1250 МПа (125 000 Н/см2) и модулем
упругости £s=2-10r> МПа (2-107 Н/см2). Натяжение проволоки
осуществляется арматурио-навивочной машиной. Ненапрягаемая
арматура стеновых панелей — сетки из стали класса А-Ш, диамет-
ром 6 мм, Rs=355 МПа (35 500 Н/см2). Толщина стенки резервуара
6 = 160 мм. Передача усилий обжатия на стенку производится при
достижении прочности бетона стеновых панелей (передаточная проч-
ность), равной 100 % проектной прочности R<,P=R(,=11,50 МПа
(1150 Н/см2), и прочности бетона стыков, равной 70 % проектной
прочности Rbp=0,7 /?<,=0,7-1450=10,15 МПа (1015 Н/см2). Грунты
в месте строительства сухие, удельный вес р=18 кН/м2,
угол внутреннего трения грунта а=34°. Коэффициент постели грунта
К=30 Н/см3. Расчетное давление на грунт по СНиП 2.02.01- 83 с
учетом размеров сооружения R—0J МПа (70 Н/см2). Расчетная
схема отстойника показана на рис. 15.26. Принимая во внимание
малый вес стенки, трение стенки по днищу в расчете не учитываем.
Объемный вес железобетона 25 кН/м3.
Решение. Расчет стенки. Определяем сечение рабочей коль-
цевой напрягаемой арматуры. Предварительно стенку резервуара
разбиваем по высоте на зоны, равные 1 м (высота верхней зоны
1,2 м). Площадь кольцевой растянутой арматуры As подбираем на
действие кольцевых растягивающих усилий от гидравлического дав-
ления воды рв (резервуар заполнен жидкостью, но не обсыпан грун-
том) по формуле (15.4) А|=руг=9,81 -22у=2\6у (кН/м), где Ai-
расчетная кольцевая сила в заданной зоне; у—глубина до рас-
сматриваемого сечения, м; у — удельный вес воды, 9,81 кН/м3.
Шаг кольцевой арматуры подбираем для каждой зоны. В кольце-
вом направлении стенка, армированная напрягаемой арматурой, от-
носится к конструкциям 1-й категории требований по трещино-
372
стойкости, для которых образование трещин от расчетных усилий не
допускается (см. § 11.1). Для обеспечения требуемой трещино-
стойкости и непроницаемости, особенно в стыках панелей, сечение
напрягаемой арматуры находим из условия обеспечения оста-
точного сжимающего кольцевого напряжения в бетоне стенки с уче-
отстойника:
а - армирование стеиы и днища; б ар
мироваиие стеновой панели; / битум;
2 наружный торкрет 25 мм; 3 напря-
гаемая арматура 05Вр-11; 4- стеновая
панель; 5 - сетка СЗ (00/(00/5/5; 6 сетка
С 4 100/100/5/7; 7 сетки С1 и С2
150x250/6 А-1П/4; 8 накладки; 9
сварной шов; /0 бетон замополичивания
Рис. 15.26. К расчету конструкций ра-
диального отстойника
том всех потерь при загружении гидростатическим давлением не
менее 0,8 МПа=80 Н/см2 (см. § 15.3).
Предварительное напряжение арматуры с учетом допустимых от-
клонений Aosp при механическом способе натяжения принимаем из
условия
Osp	s.ser,
373
откуда при AoSp=0,05oSp имеем asp=Rs ser/1,05= 1190 МПа=
= 119 000 Н/см2.
Натяжение кольцевой арматуры с учетом всех потерь и коэф-
фициента точности натяжения арматуры yJp=0,9 для подбора се-
чения арматуры принимаем в первом приближении равным
ot(>„2=0,7oSp=0,7-119 000=83 300 Н/см2.
Сечение арматуры находим по формуле
Л$=(Л/| /осип2,
где (V, — максимальное кольцевое усилие в зоне; / — толщина стен-
ки, 16 см; Ь — расчетная высота сечения, 100 см; <т02 — максималь-
ная величина сжимающих напряжений, необходимая для обеспече-
ния плотности стыков, 8000 МПа, (80 Н/см2).
Так как подбор арматуры производится по о,„„2=833 МПа</?5=
= 105 000 Н/см2, то прочность стенки на растяжение в кольцевом
направлении будет заведомо обеспечена во всех зонах. Расчет коль-
цевой арматуры приведен в табл. 15.2.
Т абл и на 15.2. Расчет кольцевой арматуры в стенке
Помер зоны	Глубина у, м	1V|=- ууг кН/м	п(оп2 см2/м	Принято для всей зоны
I	1,2	260	4,7	25 05(44,9 см2), шаг 40 мм (на вы- соту 1,2 м 30 05, 4S=5,85 см2) 40 0 5(Д,=7,9 см2), шаг 25 мм
II	2,2	476	7,32	
III	3,2	692	9,9	55 0 5(Д,= 10,8 см2), шаг 18 мм
IV	4,2	908	12,5	66 0 5(Д= 13,0 см2), шаг 15 мм
Теперь для подобранной арматуры необходимо проверить проч-
ность и трешиностойкость стенки резервуара в кольцевом направле-
нии. Расчет ведем для зоны с максимальным кольцевым усилием по
формуле
AG =908 кН/м (у=4,2 м).
Потери предварительного напряжения от усилия и ползучести
определяем согласно § 8.3 с учетом прочности (передаточной)
бетона панелей (классов В20) в момент навивки /?(,„= 1150 Н/см .
Модуль упругости бетона £(,= 24 000 МПа=2400-10® Н/см2, арма-
туры £=2-107 Н/см2.
374
a=Es/£(>=2,0-1073(2,4-106) =8,33.
Потери от релаксации напряжения в высокопрочной проволоке
определяем по формуле
а 7= (0,22 о sp/R s s(,r-0, l) о sp= (0,22- 119 000/125 000 - 0,1) • 119 000= 19 000 Н/см 2
Потери от усадки бетона <Т8=30-102 Н/см2. Напряжение в бето-
не четвертой зоны от обжатия напрягаемой арматурой вычисляем
по формуле
_ ЛЛ5р _	13,0-119 000	2 _ _1П1К	2
16/100 + 8,33-13,0	862Н/СМ </?»р Ю15 Н/см.
Так как afcp=862 Н/см2<0,75-Rgp= 0,75-1150=862,5 Н/см2, поте-
ри от ползучести определяем по формуле
09=150 (jbp / RbP= 150-862/1150=112,5 МПа = 112,5-102 Н/см2 .
Потери напряжения арматуры от упругого обжатия бетона вслед-
ствие натяжения последующих витков при принятой навивке сверху
вниз для низа стенки будут равны нулю. Потери от обжатия стыков
между панелями
ст,, = (0,3 мм//) Es = (0,3/2070) 2-107 = 2890 Н/см2,
где £=2070 мм — ширина панели со швом.
Полные потери
Sa,=07-1-08+09+01!= 11 900+3000+11 250+2890=29 400 Н/см2.
Напряжение в арматуре с учетом всех потерь
oSp2=osp—SO(= 11 900—29 400=89 600 Н/см2.
Определяем напряжение в бетоне от различных сочетаний нагру-
зок. Напряжения в бетоне от нагрузки давления воды и обжатия
предварительно напряженной арматуры с учетом коэффициента точ-
ности натяжения арматуры ysp=0,9,
(Ysp (ispzAs Ni) / Ared =
= (0,9-89 600-13,0-908-103) / (16-100) = 87 Н/см2 >80 Н/см2 .
Стенка сжата с достаточным напряжением, трещиностойкость
нижней зоны стеики обеспечена.
Проверяем сечение (у=4,2 м) на действие сжимающих усилий в
кольцевом направлении в стадии обжатия емкости предварительно
напряженной арматурой с учетом коэффициента точности натяжения
375
YsP=l,l (емкость не заполнена)
& bp == ^sp &sp2 ^4 4? / red ==
= 1,1 -89 600-13,0/(16-100) = 801 Н/см2 < 0,7 Rbp = 0J. 1150=805 Н/см2 .
Сжимающие напряжения не превышают предельных значений,
задаваемых табл. 7.5. Проверяем сечение (у=4,2 м) на действие
максимальных сжимающих усилий в кольцевом направлении от наг-
рузки давления грунта и воздействия предварительно напряженной
арматуры (емкость не заполнена жидкостью). Максимальная расчет-
ная кольцевая сила от давления грунта и кратковременной наг-
рузки на обрушения грунта р< = 10 кПа.
W1==(prpj/Yf) Л(г + 6/2) = (18-4,2Х 1,15+10-1,3) 0,28-22,08=562 кН/м ,
где £=tg2 (45°—<р/2)=tg2 (45°—34°/2) =0,28.
Проверяем несущую способность сечения на сжатие. Напряжение
в сжатой арматуре
CTsf = RSf—ysp а= 400 • 102 — 1,1 • 119 000 = 90 900 Н/см2 .
Площадь сечения бетона участка (высотой 1 м) стенки с учетом
слоя торкрета
Д= 100(16+2,5) = 1850 см2.
Коэффициент продольного изгиба <р=1.
Несущая способность сечения
<р(Я/,Д+о.,сЛ.,)=1(1150-1850-90 900-13,0)=947-103=947 кН.
Максимальная расчетная кольцевая сила на участок стенки вы-
сотой 1 м равна /V= 1-562=562 кН. Так как 947 кН>562 кН, то
прочность стенки на сжатие обеспечена. Вертикальная арматура се-
ток С1 и С2 (см. рис. 15.25, а) принимается из расчета на изгиб
панели от монтажных нагрузок, горизонтальная арматура сеток —
конструктивно.
Расчет днища. Днище резервуара рассчитывается на вос-
принятие краевых усилий от давления стенки. Определение усилий в
днище производим как в балке на упругом основании винклерова ти-
па, для чего условно вырезаем из круглой плиты радиальную полосу
шириной 1 м. Определяем расчетную вертикальную нагрузку от дав-
ления стенки.
Расчетная временная нагрузка, приложенная по верхнему краю
стенки, Р2=15 кН.
Собственный вес стенки со слоями торкрета определяем по фор-
муле
g=25-4,2 [ (0,16+0,195)/2+0,045] 1,1=26 кН.
Полная расчетная нагрузка на днище
Р=р2+#= 15+26=41 кН.
376
Момент инерции днища толщиной f=12 см определяем по фор-
муле
/=/+>/12=100-123/12=14 400 см4.
Характеристика балки
X = ^4Еь1/(ЬЁ) = 4 у/4-2400-103-1440/(100-30) = 84 см .
Максимальное значение изгибающего момента
М,=0,32ХР=0,32-84-41 = 1100 кН/см.
Этот момент соответствует расстоянию от точки приложения силы
%=0,8Х=0,8-84=67 см. Моменты быстро уменьшаются, и на рас-
стоянии лХ=3,14-84=264 см от точки приложения силы они
практически равны нулю. Максимальное значение опорного давления
будет для %=0.
<?(f=2P/X=2-41 /84=0,98 кН/см.
Очень часто отстойники имеют конические днища. Если вместо
плоского днища была бы принята форма конуса с уклоном образую-
щей к горизонтали Оо, то приближенно можно было бы определить из-
гибающие моменты и давление на основание по тем же формулам пу-
тем сложения коэффициента постели грунта k с условным коэффици-
ентом постели меридиональной полоски конической оболочки днища
ko от поддерживающего действия кольцевых полосок, найденного по
формуле
k0=Ebt(r/smQ0)2,
где t и г — толщина и радиус днища в месте стыка со стенкой.
На действие максимального момента М=М^= 1100 кН-см произ-
водим подбор сечения арматуры сетки СЗ из стали Вр-1, 05 мм,
/?s=36 000 Н/см2, в месте действия максимального момента толщина
днища й=22 см, рабочая высота й0=22—3=19 см, £=100 см.
Из формул (9.13), (9.14) и табл. 9.1 имеем:
ao=M/(/?i,ft^)=l 100 000/(11,5-100-192)=0,03;
т}=0,985; As=M/x}h0Rs=\ 100 000/(0,985-19-36 000)= 1,7 см2.
Принимаем сетку 100/100/5/5 (+=2,1 см2 на 1 м длины).
Проверка основания под днищем. Нормативное мак-
симальное давление на основание от давления воды, собственного
веса днища и опорного давления от веса стенки с учетом усреднен-
ного значения коэффициента надежйости по нагрузке у;= 1,15 вы-
числяем по формуле
<?<₽.„ = <?4/1,1'5 = 0,98/1,15 = 0,85 кН/м ;
р = 4,2-9,81+0,12-25 + 0,85 = 45 Н/см2 < 1,2 £ = 84 Н/см2.
377
Таким образом, максимальное расчетное давление не превышает
расчетного давления и а грунт.
При наличии подпора подземных вод необходимо также рас-
считать днище при незаполненной емкости на вертикальное давление
воды, направленное снизу вверх. Кроме того, незаполненная емкость
в целом должна быть проверена на устойчивость против всплывания.
При этом вес конструкций умножают на коэффициент надежности по
нагрузке у/=0,9, а коэффициент устойчивости против всплывания
принимают равным 1,1.
При расчете на всплывание допускается не учитывать временного
повышения грунтовых вод во время паводка, если в проекте предус-
мотрены мероприятия, предотвращающие опорожнение емкости в
этот период, и контроль за уровнем грунтовых вод.
?
_S_
Как унифицированы конструкции емкостных сооружений? ф В чем состоит
принцип конструирования преднапряженной цилиндрической емкости? ф
Как конструируют резервуары из армоцемента?  Какие существуют
виды расчета стенки резервуара? ф Как осуществляется стык стенки
с днищем цилиндрических емкостей? ф К.ак рассчитывают цилиндрический резервуар
при шарнирном закреплении его концов? ф Какие материалы применяют для из-
готовления безнапорных и напорных труб? ф Каковы основные конструктивные ре-
шения колодцев?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящем учебнике были рассмотрены ар-
хитектурно-планировочные решения и основные
строительные конструкции, обеспечивающие потребности промыш-
ленного и гражданского строительства. Каковы же основные на-
правления дальнейшего прогресса в этой области?
В жилищном строительстве основное направление технического
прогресса это расширение возведения крупнопанельных здании.
Высокая прочность и устойчивость крупнопанельных зданий обеспе-
чили им широкое распространение нс только в обычных условиях
эксплуатации, по и в сейсмических районах, на вечной мерзлоте,
на просадочных грунтах и на подрабатываемых территориях. Мас-
совое крупнопанельное строительство осуществляется ныне при воз-
ведении жилых зданий до 12 этажей включительно. В значитель-
ном объеме выполняются бескаркасные панельные здания большой
этажности. Дальнейшее совершенствование крупнопанельного домо-
строения прежде всего предусматривает снижение материалоемкости
и сокращение трудозатрат при возведении зданий. Задача решается
путем рационализации конструктивных решений, расширения приме-
нения бетонов и арматуры повышенной прочности, предварительного
напряжения, снижения объемной массы легких бетонов и т. д. Наибо-
лее перспективным направлением облегчения наружных стен и улуч-
шения их теплотехнических свойств является применение много-
слойных панелей с эффективным утеплителем (полистирольный пено-
пласт и др.). Объем производства многослойных облегченных стено-
вых панелей в ближайшее время должен резко возрасти. Повышение
заводской готовности конструкций будет осуществляться за счет ук-
рупнения элементов и отделки лицевых поверхностей. Расширится
применение панелей на две комнаты, а также объемных блоков-
комнат, санитарных кабин, блоков лестничных клеток и лифтовых
шахт, повысится качество поверхностей панелей; возрастут требо-
вания к внешнему виду наружной фактуры, ее прочности и долговеч-
ности, чистоте внутренних плоскостей, исключающие доделки на
строительстве.
Большое внимание в развитии крупнопанельного домостроения
будет обращено на совершенствование стыковых соединений. Зак-
ладные детали, применяемые в настоящее время в стыках панелей,
выполняются сварными. Исследования показали возможность при-
менения вместо сварных деталей штампованных из тонкого сталь-
379
ного листа, что резко снижает трудоемкость их изготовления и
расход металла. Штампованные закладные детали, которые уже при-
меняются в практике крупнопанельного домостроения, в течение
ближайших лет должны заменить сварные для большинства конст-
рукций крупнопанельных зданий. Будет повышено качество заделки
швов между панелями, плотность их заполнения и герметичность.
Должно получить развитие производство специальных прокладок,
обеспечивающих .герметизацию швов.
В строительстве общественных зданий увеличится доля индустри-
альных полносборных конструкций. Типовые каркасные конструкции
многоэтажных зданий являются универсальными, позволяющими воз-
водить из них общественные здания любого назначения и даже много-
этажные промышленные здания. Однако в дальнейшем доля крупно-
панельных бескаркасных зданий будет возрастать. Этому способству-
ет возможность использования типовых конструкций крупнопанель-
ных жилых зданий для некоторых видов зданий общественного назна-
чения. Получат распространение здания смешанного типа - крупно-
панельные с включением каркасных участков. Для наружных
стен общественных зданий будет развиваться производство легких
навесных трехслойных панелей с прочными офактуренными слоями
и внутренним слоем из весьма легких пористых материалов с объем-
ной массой 15...25 кг/м3. Для конструкций нижних этажей высотных
зданий находит применение монолитный железобетонный каркас, так
как большие усилия и индивидуальность планировочных решении
часто не позволяют здесь применить типовые сборные железобетон-
ные элементы. Будут предусмотрены как монолитные конструкции с
применением жесткой арматуры и инвентарной опалубки, так и сбо.р-
ные с высокопрочной арматурой при большом проценте армирова-
ния и высокопрочном бетоне.
В конструкциях промышленных зданий расширяется применение
конструкционных бетонов на пористых заполнителях для несущих
конструкций, особенно в районах, не имеющих местных заполнителей
из естественных твердых пород. Развивается производство и приме-
нение высокоэффективных утеплителей для ограждающих конструк-
ций зданий. Внедряются в производство трехслойные стеновые
панели с наружными слоями из железобетона и внутренним слоем
из высокоэффективного утеплителя, во многих случаях более эконо-
мичные, чем однослойные легкобетонные панели. Получат развитие
железобетонные конструкции с внешним армированием и сталежеле-
зобетонные конструкции, которые могут со значительной эффектив-
ностью применяться в гражданских и промышленных зданиях.
Внешнее армирование имеет ряд преимуществ: возможность
использования внешней арматуры в качестве опалубки при моно-
литном способе возведения сооружений; возможность совмещения
функций рабочей арматуры железобетонных конструкций с защит-
ным ограждением от газа и водопроницаемости, проникающей радиа-
ции, механических воздействий и т. д.; возможность монтажа при
380
помощи сварки стыков элементов без дополнительных закладных
деталей и выступающих частей; возможность крепления различных
коммуникаций и сооружений, а также их замены в период эксплу-
атации. Замена опалубки гофрированным стальным оцинкованным
листом и использование его в качестве арматуры дают возможность
повысить уровень индустриализации и сократить сроки устройства
монолитных перекрытий.
Сборный железобетон широко применяется и будет применяться
в дальнейшем для инженерных сооружений в стенах и покрытиях
подземных сооружений (туннелях, каналах, резервуарах, и др.),
почти во всех наземных сооружениях (этажерках, опорах и
эстакадах трубопроводов, колоннах подкрановых и разгрузочных
эстакад, транспортерных галереях, силосах для зерновых и промыш-
ленных сыпучих материалов, вентиляторных градирнях и многих
других), а также в специальных изделиях (напорных и безнапорных
трубах, шпалах, опорах линий электропередач, осветительных сетей и
др.). В дальнейшем инженерные сооружения будут укрупняться. Так,
разрабатываются проекты сборных железобетонных резервуаров для
нефти емкостью 120 тыс. м1, диаметром 96 и высотой 18 м. Будет
более широко применяться напрягающий цемент, позволяющий соз-
дать обжатие в процессе бетонирования, значительно повысить
трешиностойкость и тем самым эксплуатационные качества сооруже-
ний, а для цилиндрических емкостей небольших размеров обходиться
без навивки арматуры.
Важная роль в повышении качества продукции принадлежит ме-
тодам контроля качества строительных конструкций и изделий. Наи-
более эффективным видом контроля является текущий контроль всех
технологических операций, сырья и полуфабрикатов на всех стадиях
процесса изготовления железобетонных и других изделий
при помощи неразрушающих методов. Такой контроль основывается
на применении ультразвуковых, механических, радиографических,
магнитных, радиоизотопных, резонансных, электронных и других
методов при максимально возможном использовании автоматичес-
кого контроля и регулирования режимов основных технологических
процессов. Поэтому в будущем основное место в контроле качества
строительных конструкций будет принадлежать именно неразруша-
ющему контролю.
ЛИТЕРАТУРА
Материалы XXVII съезда КПСС. М. 1986. 352 с.
Архитектура / Б. Я. Орловский, А. А. Магай. А. Г. Бабаян и др. М., 1984.
Берлинов М. В., Ягупов Б. А. Примеры расчета оснований и фундаментов. М.,
1986. -173 с.
Бондаренко В. М., Судницын А. И. Расчет строительных конструкций. Железо-
бетонные и каменные конструкции. М., 1984. 176 с.
Доркин В. В., Добромыслов А. Н. Сборник задач но строительным конструкциям.
М„ 1986.-271 с.
Железобетонные конструкции. Спецкурс / В. Н. Байков, II. Ф. Дроздов.
А. И. Трифонов и др.; Под род. В. Н. Байкова. М., 1981. -767 с.
Зайцев Ю. В. Строительные конструкции заводского изготовления. М., 1987.
352 с.
Кудзис А. П. Железобетонные конструкции. Т. 1. М., 1988.
Курындин М. Е. Функциональные и физико-технические основы проектирования
зданий. М., 1983. 64 с.
Курындин М. Е. Проектирование гражданских зданий. М., 1983. 120 с.
Курындин М. Е.. Нанасова С. М. Особенности проектирования зданий и соору-
жений санитарно-технического назначения. М., 1983. -77 с.
Металлические конструкции. Общий курс / Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ве-
денников и др. М., 1986. 688 с.
Металлические конструкции. Спецкурс / Е. И. Беленя, Г. С. Веденников,
Н. Н. Стрелецкий и др.; Под ред. Е. И. Беленя. М., 1982. - 472 с.
Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных кон-
струкций из тяжелого бетона. Изд. НИИЖБа. М., 1987.
Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяже-
лого бетона. М.. 1987.
Снижение шума в зданиях и жилых районах / Г. Л. Осипов, Е. Я- Юдин,
Г. Хюбнер и др.; Под ред. Г. Л. Осипова, Е. Я. Юдина. М., 1987. -558 с.
СНиП 1.01.01- 82. Система нормативных докумевтов в строительстве. Основные
положения. М., 1982.-8 с.
СНиП 2.01.01 82. Строительная климатология и геофизика. М., 1983. 136 с.
СНиП. 2.01.07 -85. Нагрузки и воздействия. М., 1986.—36 с.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М., 1985.—184 с.
СНиП 2.03.01 85. Бетонные и железобетонные конструкции. М., Н.ИТП Гос-
строя СССР. 1985,—79 с.
СНиП 2.03.03—85. Армоцемептные конструкции. М., ЦИТП Госстроя СССР. 1986.
СНиП 2.04.02 84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., 1985.
382
СНиП 2.08.01—85. Жилые здания. М., 1986.
СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. М., 1982.
СНиП 11-23-81. Стальные конструкции. М., 1982.—96 с.
Технические правила по экономному расходованию основных строительных мате-
риалов (ТП 101—81*). М., ЦИТП Госстроя СССР, 1985.—48 с.
Типовые железобетонные конструкции промышленных зданий и сооружений. Спра-
вочник проектировщика / А. И. Дегтярь, И. С. Приходько, В. М. Спиридонов и др.;
Под ред. Г. И, Бердичевского, М., 1981.—488 с.
Хромец Ю. Н. Совершенствование объемно-планировочных и конструктивных
решений промышленных зданий. М., 1986.—314 с.
Шубин Л. Ф. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Промышленные
здания. Т. V. М., 1986, —336 с.
Юсупов 3. Ю., Барашиков А. Я., Имонов И. Б. Расчет прочности железобетонных
конструкций на ЕС ЭВМ. Ч. Ташкент: ТашПИ, 1984. —130 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоматизация проектирования 39,
40
Акведук 5
Ангар 287
Анкер 15, 177, 181
Арка 282
Арматура 164, 171, 189, 206, 226, 235
гибкая 224
жесткая 224
- изделия 174
— класс 172
-	классификация 171
—	косвенная 224
—	ненанрягаемая 233
свойства 173
Армирование 228, 256, 262, 269,
272, 277
Архитектура зданий 5
Балка
железобетонная 199
—	подкрановая 129
—	покрытия 275
стропильная 275
Башни
водонапорные 347, 361
— вытяжные 332
Бетон 164, 189, 493
— класс 166
- классификации t64
марки 167
набухание 169
— ползучесть 169
-усадка 169
— характеристики 165
Битумизация 21
Блок
- - схема 236, 250
—температурный 124, 189
Блокирование 114, 118
Ванты 286
Вентиляция 74...76
Водозабор 344
Водонепроницаемость 167
Водоводы 140, 345
Водосбор 141
Водоснабжение 242
Воздухопроницаемость 53
Ворота 147
Вредности производственные
Гибкость элементов 226, 305
Гидроизоляция 15, 138, 140,
Глубина заложения 12, 13
Грунт 7—9, 12, 21
Давление грунта 11, 326
Двери 109, 147
Деформации--
— арматуры 205
— бетона 169
— грунта 9
— оснований 11
— пластические 11
Долговечность зданий 26
384
Закладные детали 176
Закрепление
-	грунтов 22
-	электроос.матическое 21
Застройка
—	коэффициент 45
-	плотность 43, 45
Захваты 182
Звукоизоляция 57, 58
Здания
- бескрановые 116
— бесфонарные 117
— вспомогательные 114
— двухэтажные 116, 118
— жилые 24, 44, 60
зального типа 117
—	из объемных элементов 78
—	каркасные 128
-	крупнопролетные из легких кон-
струкций 117
—	мелкопролетные 114, 141
— многоэтажные 115, 129, 273, 292
— общественные 24, 70
—	однопролетные 114
—	одноэтажные 115, 128, 274, 289,
299
—отапливаемые 116
— производственные 114
—пролетного типа 117
— промышленные 24, 112
— с несущими степами 128
— специальные 318, 342
-сплошной застройки 115
-транспортно-складские 114
— энергетические 114
—ячейковые 117
Зона
— граничной относительной высоты
202
— относительный высоты сжатия
201
— промышленная, селитебная и др.
41, 42, 111
-	сжатая 200
Зонирование 113
Железобетон 178... 180
Изгиб 13
Индустриализация 32
Каналы 324
Капитель 270
Каркас 77, 128
-	вязаный 199
—	здания 77, 128
—	плоский 177, 198
- пространственный 177, 198
— сварной 177, 199
Карниз 81
Кессон 17
Кладка кирпичная 81
Класс
—	арматуры 172
бетона 166
—	капитальности 28
Колодцы 347, 371
Колонны 129, 289
Конструкций строительные
- деревянные 150
— железобетонные 150, 154, 163, 255
-	стальные 150, 299
Коротыши 182
Коррозия железобетона 180
Котельные 319
Коэффициент, учитывающий
—	аэродинамичность 158
—	воздухопроницаемость 50
—	динамичность 158
-	естественную освещенность 58,
123
385
—	застройку 45
— звукопроницаемость 56
— надежность 155, 160, 243, 252
— продольный изгиб 227, 306
— скоростной напор ветра 157
— сочетания 158
— условия работы 190
Краны мостовые 123
Кровли 95, 140
Лестницы 25, 103... 106, 148
Марш лестничный
Модуль
— упругости арматуры 197
---- бетона 171
------- начальный 196
Нагрузки 153... 158
Напряжения 180, 190
Настил
— из полых асбестоцементных плит
140
— коробчатый 263, 264
----типа 2Т 263, 264
—профилированный алюминиевый
139
---- стальной 139
Натяжение 180, 184
Оболочки 283
Объем строительный 119
Ограждения 132, 138
Окна 107
Опоры 328', 363
Осадка фундамента 15
Освещение 122, 123
Основание 7, 11, 19
Отопление 73
386
Панели
—	большепролетные 261
—	навесные 84
—	несущие 84
—	однослойные 85
—оконные 137
—	самонесущие 84
—	светопрозрачные 142
— слоистые 85
Парапет 81
Пароизоляция 138
Перегибы арматурные 177
Перегородка 26, 106, 147
Перекрытия 261, 267, 270
Перемычка 81
Переплеты стальные 133
Петли 182
Пилястры 81
Планировка 112
Пластичность 8
Плиты
— железобетонные 198, 263
—минераловатиые 139
— на основе пластмасс 140
Площади застройки 119
Подвал 14
Показатели технико-экономические
119
Покрытия
— бесчердачные 138
— висячего типа 286
— из стального профилированного
настила 138
— несущие 130
— плоские 140
— по сборным железобетонным пли-
там 138
— но стальным прогонам 140
— тонкостенные пространственные
283
— утепленные 138
Ползучесть 179
Полы 91, 146
-гидроизоляция 146
-- дощатые 93
— из керамических плиток 93, 145
— из рулонных материалов 93, 145
— конструкция 93, 146
ксилолитовые 93
— монолитные 93, 145
— наливные 93, 145
— паркетные 92
— требования 93, 144
— устройство 93, 145
Потери напряжений 183
Предел
— огнестойкости 27
-текучести 186, 301
Привязка 130
Прогиб 304
Процент армирования 230
Прочность
— бетона 166, 167
— гарантированная 186
— классы 167
—передаточная 181
—сцепления бетона 178
Размер 33, 65
Растяжение бетона 166, 178
Резервуар 337, 353, 361
Ригель 276, 279
Ростверк 17
Сварка 311
Свая 17
Связи 88
Сдвиг 9, 15
Сетки сварные 175
Сжатие 166, 178
Силикатизация 21
Системы
- бескаркасные 77
— водопроводпо-капализациоиные
5, 342
— каркасные 77
— модульные 124
Соединения 310
Сооружения
-- водозаборные 342
- емкостные 353
—	искусственные 5
Сопротивление 159, 186
—	арматуры 190,
- бетона 187
—	бетона растяжению 186
— временное осевому растяжению
186
-	- — сжатию 186
—	грунта 9
—	материала 160
— нормативное 159, 186
-расчетное 159, 186
- стали
— теплопередаче 49
Сортамент стали 301
Среда воздушная 121
Сталь 299
Станции насосные 344
Стеклоблоки 133
Стеклопрофилит 133
Стены 25, 80...84, 132, 133
Степень огнестойкости 27
Стыки 168
—	арматуры 178
—	вертикальные 89
-	горизонтальные 87
-	крупнопанельных стен 86
-	сборных конструкций 87
Текучесть 7
Теплоизоляция 138
Теплопередачи 48, 124
Типизация 32
Требования строительные 26, 151,
161
Трешиностойкость 241
387
Трубопроводы 342
Трубы 333, 367
Туннели 324
Угол сдвига 10
Узел
промышленный 111
- - санитарный 65, 101
Унификация 33, 124
Упор 345
Усилие 161
Устойчивость 11, 130
Ферма 278
Фильтрация 53, 179
Фонари 143
Фундамент 7, 11...13, 130, 294
— анкерный 15
— глубокого заложения 16
—	ленточный 13, 297
.. монолитный 294
-	отдельный 13, 294
—	сборный 14
—	свайный 17
— сплошной 294
Хомуты 183, 216
Цементация 20
Цоколь 81
Шов
— деформационный 130, 146
— лобовой 312
—	осадочный 15, 23
—	стыковой 312
- угловой 312
— усадочный 178
- фланговый 312
Шум производственный 56
Эксцентриситет
— начальный 228
—	относительный 228
-	- расчетный 225
—	случайный 225
Элемент
— архитектурно-планировоч
-	- планировочный 124
Эстакады 328
Этажность 44
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................. 3
Введение ............................................................... 5
1
РАЗДЕЛ. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Глава 1. Элементы механики грунтов...................................... 7
1.1.	Физические характеристики и классификация грунтов.................. 7
1.2.	Основные закономерности механики грунтов.......................... 10
Глава 2. Проектирование оснований и фундаментов........................ 11
2.1.	Проектирование оснований по предельным состояниям................. 12
2.2.	Фундаменты на естественных основаниях, закладываемые
в открытых котлованах................................................. 13
2.3.	Фундаменты глубокого заложения.................................... 17
2.4.	Методы искусственного улучшения грунтов оснований................. 20
2.5.	Фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах..............'. .	22
2
РАЗДЕЛ. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ
Глава 3. Основные принципы архитектурно строительного проек-
тирования ............................................................. 25
3.1.	Общие сведения о зданиях и	сооружениях......................... 25
3.2.	Реконструкция и техническое	перевооружение........................ 30
3.3.	Индустриализация, типизация и унификация в строительстве	....	33
3.4.	Архитектурно-строительный проект и методы его разработки	....	38
3.5.	Понятие о планировке и реконструкции населенных мест	....	42
3.6.	Основы строительной физики........................................ 48
Глава 4. Гражданские здания............................................ 61
4.1.	Архитектурно-планировочные	решения	гражданских зданий ....	61
4.2.	Несущий остов зданий.............................................. 77
4.3.	Стены............................................................. 81
4.4.	Перекрытия и полы................................................. 90
4.5.	Покрытия.......................................................... 95
4.6.	Сборные конструктивные элементы для санитарно-технических устройств
зданий............................................................... 100
4.7.	Лестницы......................................................... 104
4.8.	Перегородки...................................................... 107
4.9.	Окна и двери..................................................... 108
389
Глава 5. Промышленные здания............................................ [12
5.1.	Архитектурно-планировочные решения промышленных зданий . . .	115
5.2.	Несущий остов промышленных	зданий............................... 129
5.3.	Вертикальные ограждения . . •...................................... 133
5.4.	Покрытия........................................................... 139
5.5.	Фонари............................................................. 143
5.6.	Полы............................................................... 145
5.7.	Перегородки, ворота, лестницы...................................... 147
3
РАЗДЕЛ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Глава 6. Основные сведения о строительных конструкциях.................. 151
6.1.	Основы расчета строительных конструкций............................ 153
6.2.	Нормативные и расчетные нагрузки................................... 156
6.3.	Расчет конструкций по предельным состояниям первой группы ....	159
6.4.	Расчет конструкций по предельным состояниям второй группы . . .	162
Глава 7. Общие сведения о железобетоне. Основные свойства бетона,
арматурной стали и железобетона......................................... 164
7.1.	Бетон........................................................... 165
7.2.	Арматура железобетонных конструкций............................. 172
7.3.	Железобетон..................................................... 179
Глава 8. Основные положения расчета железобетонных конструкций ...	186
8.1.	Нормативные и расчетные сопротивления материалов................ 187
8.2.	Коэффициенты условий работы бетона и арматуры................... 190
8.3.	Потери предварительного напряжения в процессе изготовления н с тече-
нием времени......................................................... 193
8.4.	Определение напряжений в бетоне и арматуре. Приведенное сечение	.	.	195
Глава 9. Изгибаемые железобетонные элементы............................. 198
9.1.	Напряженное состояние изгибаемого железобетонного элемента .	.	.	199
9.2.	Расчет прочности изгибаемых элементов по нормальным сечениям	.	.	205
9.3.	Примеры расчета прочности изгибаемых элементов по нормальным сечениям	212
9.4.	Расчет прочности наклонных сечений изгибаемых элементов ....	214
9.5.	Блок-схемы и пример расчета.........................................221
Глава 10. Сжатые и растянутые железобетонные элементы....................224
10.1.	Сжатые элементы прямоугольного сечения при случайных эксцентрисите-
тах приложения нагрузки.................................................225
10.2.	Сжатые элементы прямоугольного сечения при эксцентриситетах прило-
жения нагрузки больше случайного........................................228
10.3.	Центрально- и внецентренно растянутые элементы.....................232
10.4.	Блок-схемы и примеры расчета.......................................236
Глава 11. Расчет железобетонных конструкций по второй группе предельных
состояний................................................................240
11.1.	Три категории требований к третиностойкости железобетонных конструкций 240
11.2.	Расчет обычных и предварительно напряженных элементов по образо-
ванию трещин............................................................242
11.3.	Расчет обычных и предварительно напряженных элементов по раскрытию
трещин................................................................. 247
11.4.	Блок-схема и пример	расчета........................................249
11.5.	Расчет изгибаемых элементов по деформациям........................ 252
390
Глава 12. Железобетонные конструкции зданий.............................255
12.1.	Общие принципы компоновки стыков сборных конструкций ....	256
12.2.	Особенности статического расчета железобетонных конструкций зданий с
учетом перераспределения усилий ....................................... 260
12.3.	Сборные балочные перекрытия.......................................261
12.4.	Монолитные ребристые перекрытия с балочными плитами ....	267
12.5.	Сборные и монолитные безбалочные перекрытия.......................270
12.6.	Конструктивные схемы одно- и многоэтажных зданий..................273
12.7.	Балки покрытий, фермы, арки.......................................275
12.8.	Тонкостенные пространственные покрытия............................283
12.9.	Колонны одно- и многоэтажных зданий...............................289
12.10.	Фундаменты.......................................................294
Глава 13. Общие сведения о стальных конструкциях........................299
13.1.	Область применения стальных конструкций...........................299
13.2.	Марки строительных сталей и их свойства...........................300
13.3.	Основные положения расчета элементов стальных конструкций .	302
13.4.	Соединения элементов стальных конструкций.........................310
4
РАЗДЕЛ. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
Глава 14. Специальные здания и сооружения систем теплогазоснабження и вен-
тиляции .......................................................... 318
14.1.	Типы зданий и сооружений, строительные элементы..................318
14.2.	Подземные каналы и тоннели.......................................324
14.3.	Опоры трубопроводов............................................. 328
14.4.	Вытяжные башни и дымовые трубы...................................332
14.5.	Резервуары для сжиженного газа...................................337
Глава 15. Специальные здания и сооружения систем водоснабжения и во-
доотведения ...........................................................342
15.1.	Типы зданий и сооружений.........................................344
15.2.	Строительные конструкции зданий систем водоснабжения и водоотведения 348
15.3.	Железобетонные емкостные сооружения..............................353
15.4.	Конструкции водонапорных башен...................................361
15.5.	Трубы и колодцы................................................. 367
15.6.	Пример расчета емкостного сооружения...........................  372
Заключение ............................................................379
Литература...........................................................  382
Предметный указатель...................................................384
Учебное издание
ЗАЙЦЕВ Юрий Владимирович,
ХОХЛОВА Лариса Павловна,
|ШУБИН Любим Федорович!
ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ
И СТРОИТЕЛЬНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ
Заведующий редакцией Б. А. Ягупов. Редактор Л. Б. Лохова. Младший редактор О. С. Смот-
рина. Художник С. А. Аладьева. Художественный редактор В. П. Бабикова.
Технический редактор 3. А. Муслимова. Корректор В. В. Кожуткина
ИБ 7110
Изд. № СТР -543. Сдано в набор 04.05.88. Поди, в печать 23.1 1.88. Формат 60X88'/i6-
Бум. офс. № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Объем 24,01 усл. печ. л.
24,01 усл. кр.-отт. 26,38 уч.-изд. л. Тираж 22 000 экз. Зак. № 1285. Цена I р. 20 к.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглннная ул., д. 29/14.
Московская типография Xs 4 Союзполнграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
129041, Москва, Б. Переяславская, 46.