Лекция 1 Классификация строительных конструкций

 

Строительные конструкции очень разнообразны по своему назначению и применению. Тем не менее, их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств, т.е. проклассифицировать, уточнив при этом некоторые понятия. Целесообразнее всего проклассифицировать их по следующим признакам:

1) по геометрическому признаку конструкции принято разделять на массивы, брусья, плиты, оболочки и стержневые системы

• массив — конструкция, в которой все размеры одного порядка, например у фундамента размеры могут быть такими: а = 1,8 м; b = 1,2 м; h = 1,5 м. Размеры могут быть и другими, но порядок их один — метры;

• брус — элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего, т.е. они разного порядка: b «l, h «l. Например, у железобетонной балки они могут быть такими: b= 20 см, h = 40 см, а l = 600 см, т.е. они могут отличаться друг от друга на целый порядок (в 10 и более раз). Брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью — аркой;

• плита — элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других. В качестве примера можно привести ребристую железобетонную плиту (точнее, поле плиты), у которой толщина собственно плиты h может быть 3—4 см, а длина и ширина порядка 150 см. Плита является частным случаем более общего понятия — оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание. 

• стержневые системы представляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балочные или консольные)

Размеры во всех примерах приведены в качестве ориентира и не исключают их многообразия. Есть случаи, когда трудно отнести конструкцию к тому или иному виду по этому признаку.

2) с точки зрения статики конструкции делятся на статически определимые и статически неопределимые. К первым относятся системы (конструкции), усилия или напряжения в которых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым — такие, для которых одних уравнений статики недостаточно. 

3) по используемым материалам конструкции делятся на стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);

 

 

 

 

 

4) с точки зрения напряженно-деформированного состояния, т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки, конструкции, испытывающие растяжение, сжатие, поперечный изгиб, продольный изгиб, сдвиг или сочетания (внецентренное сжатие)

 

Материалы для строительных конструкций

  и рекомендации по их применению

Строительная практика имеет дело с большой номенклатурой строительных материалов, как конструкционных, так и теплоизоляционных и отделочных. Как уже говорилось выше, наиболее распространены в качестве конструкционных материалов, т.е. применяются для несущих конструкций, сталь, железобетон, древесина и кирпич (камень). Не останавливаясь на особенностях работы различных материалов под нагрузкой и влияния на них условий эксплуатации, на различии их химического состава, структуры и т.п., дадим некоторые рекомендации по их использованию.

Материалы для проектируемых конструкций принимаются с учетом рекомендаций строительных норм и правил (СНиП). Строительные нормы и правила, по которым производится расчет строительных конструкций, состоят из нескольких глав в соответствии с рассматриваемым материалом:

• СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»;

• СНиП II-24-74 «Алюминиевые конструкции»;

• СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»;

• СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»;

• СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции».

Выбор материалов для несущих конструкций зависит от многих условий: капитальности, долговечности, экономичности и т.д. При этом нет необходимости каждый раз выполнять сравнения вариантов и экономические обоснования, потому что в строительной практике за определенными видами конструкций давно закрепились соответствующие материалы. Более того, некоторые материалы не только нецелесообразно, но и невозможно использовать для ряда конструкций. Например, сталь, железобетон, древесину можно использовать для сжатых и изгибаемых конструкций (колонны и балки), а камень (кирпич) широко используется для столбов, но практически не используется в качестве изгибаемых конструкций. Далеко не все материалы можно применять для растянутых элементов и т.д. 

Сталь широко используется для строительства большепролетных и высотных зданий и сооружений (L > 24 м, Н> 10 м), а также при тяжелых и подвижных нагрузках в промышленных цехах, где трудно найти ей замену. Она имеет широкое распространение и в небольших зданиях, особенно в тех случаях, когда ставится цель уменьшить вес конструкций или подчеркнуть их архитектурную выразительность.

В металлических конструкциях применяются: прокатная сталь — более 95%, отливки из стали и серого чугуна — менее 1%,

алюминиевые сплавы — менее 5%. Исходя из этого, будем рассматривать главным образом конструкции, выполняемые из стальных прокатных профилей. Сортамент прокатной стали весьма обширен, поэтому ограничимся рассмотрением сечений, состоящих из стальных равнополочных уголков, двутавровых балок (обычных и широкополочных), швеллеров.

Существующие строительные нормы «Стальные конструкции» предусматривают применение тринадцати сталей — от С235 до С590, наиболее распространенными в простых инженерных сооружениях: С235, С245, С275, С345.

Железобетон, в особенности сборный, в отечественной строительной практике имеет широкое распространение, применяется наравне со сталью, за исключением тех областей, где его использование нецелесообразно или невозможно.

Исходными материалами для железобетона являются бетон и арматура. Действующие строительные нормы «Бетонные и железобетонные конструкции» разрешают применение девятнадцати классов бетона, семи классов стержневой арматуры и пяти — проволочной. Для обычных, ненапрягаемых железобетонных конструкций наиболее часто используются бетоны В15, В20, В25, ВЗО; стержневая арматура А-III, А-II, A-I; проволочная арматура Вр-1.

Кирпич (камень) имеет преимущества перед другими материалами потому, что является одновременно несущим, теплоизоляционным и отделочным материалом и в то же время удовлетворяет требованиям пожарной безопасности, капитальности и простоты возведения.

Строительные нормы «Каменные и армокаменные конструкции» рекомендуют применение девятнадцати марок кирпича, бетонных и природных камней марок от 4 до 1000 и восьми марок раствора — от 4 до 200. В большинстве зданий и сооружений используются марки кирпича 50, 75, 100, 125, и раствора — 50, 75, 100.

Древесина является одним из древнейших строительных материалов, имеет ряд ценных свойств: простота заготовки и обработки, высокие теплотехнические свойства, высокая стойкость к большинству видов химической агрессии, возможность склеивания маломерных досок и фанеры. Древесина и изделия из нее имеют сравнительно высокие прочностные показатели при небольшом весе.

Строительные нормы «Деревянные конструкции» предусматривают применение самых разных пород древесины в качестве несущих конструкций и их частей (береза, акация, сосна, лиственница и др.). В условиях нашей страны чаще всего для этих целей применяют сосну, ель, лиственницу.

 

 

Литература: В.И. Сетков «Строительные конструкции»,М.,  

                                       ИНФРА-М,2009, с. 13-23