6804

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.А. Филиппов, А.П. Помазов

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекционным и практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы)

по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для обучающихся по специальности 08.05.01 – Строительство

уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности

Нижний Новгород

2022

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.А. Филиппов, А.П. Помазов

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекционным и практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы)

по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для обучающихся по специальности 08.05.01 – Строительство

уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

УДК 624.012 (075.8)

Филиппов, А. А. Железобетонные и каменные конструкции : учебнометодическое пособие / А. А. Филиппов, А. П. Помазов ; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 28 с. : ил. – Текст : электронный.

Приведены рекомендации по подготовке к лекционным и практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы). Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим занятиям по учебной дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» по специальности 08.05.01 – Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.

© А.А. Филиппов, А.П. Помазов, 2022

© ННГАСУ, 2022.

3

Содержание

Практическое занятие №2. Определение размеров и площади поперечного сечения арматуры

Практическое занятие №3. Определение площади поперечного сечения растянутой арматуры

Лекция №16. Сжатые и растянутые железобетонные элементы. Общие понятия, особенности

4

Лекция №2. Плоские монолитные перекрытия и их основные виды. Компоновка конструктивной системы ребристого монолитного перекрытия с балочными плитами. Расчет

Лекция №5. Конструктивные схемы многоэтажных зданий и общие принципы их компоновки

Лекция №6. Перекрытия с плитами, опертыми по контуру. Расчет и конструирование плит и

Лекция №8. Плоские безбалочные перекрытия. Расчет и конструирование плит различными

Лекция №10. Плоские безбалочные перекрытия. Армирование капителей. Принципы расчета

Лекция №11. Принципы расчета и конструирование ригелей, колонн и плит по серии ИИ-20 (420) ....................................................................................................................................................15

Лекция №12. Связевая система каркасов зданий на примере серии 1.020-1/87. Достоинства и

Практическое занятие №15-16. Расчет центрально растянутого предварительно напряженного

Лекция №7. Достоинства и недостатки каменных и армокаменных конструкций. Материалы

Лекция №11. Расчет на прочность центрально и внецентренно нагруженной неармированной

Лекция №13. Расчет на прочность элементов каменной кладки с продольным армированием.

Практическое занятие №8. Определение размеров внецентренно нагруженного кирпичного

6

СЕМЕСТР 7

Раздел №1. Введение

Лекция №1. Краткие исторические сведения о возникновении железобетона. Сущность железобетона. Область применения и перспективы развития.

Определение курса, его цели, задачи. Краткие исторические сведения о возникновении и развитии железобетона за рубежом и в России.

Сущность железобетона. Факторы, обеспечивающие совместную работу бетона и арматуры. Достоинства и недостатки железобетона как конструкционного материала, сравнение с другими материалами. Область применения и перспективы развития железобетонных конструкций.

Учебная и нормативная литература по расчету и конструированию железобетонных и каменных строительных конструкций.

Раздел №2. Физико-механические свойства материалов: бетона, арматуры, железобетона

Лекция №2. Классификация бетонов. Прочностные характеристики бетона.

Бетон как материал для железобетонных конструкций. Структура бетона. Основные виды и классификация бетонов по различным признакам согласно ГОСТ 25195-2012 «Бетоны. Классификация и общие требования».

Сведения о физико-механических свойствах. Прочность бетона и факторы, влияющие на нее. Виды прочности бетона: прочность на осевое сжатие (кубиковая R, призменная Rb), прочность на осевое растяжение Rbt, прочность при срезе и скалывании Rsh, прочность на смятие Rb,loc. Прочность бетона при длительном действии нагрузки Rb. Прочность бетона при динамическом нагружении Rd. Прочность бетона при многократно повторяющихся нагрузках Rbf. Влияние времени и условий твердения на прочность бетона.

Классы и марки бетона согласно СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». Класс бетона по прочности на сжатие B. Класс бетона по прочности на растяжение Bt. Марка бетона по морозостойкости F. Марка бетона по водонепроницаемости W. Марка бетона по средней плотности D. Марка бетона по самонапряжению Sp.

Бетоны, применяемые для несущих и ограждающих конструкций.

Лекция №3. Деформативные свойства бетона.

Деформативные свойства бетона (упругие εe и пластические εpl). Деформации силовые и объемные. Нелинейная связь между напряжениями и деформациями. Диаграмма деформаций в бетоне при ступенчатом приложении нагрузки.

Деформации бетона при однократном первичном нагружение кратковременной нагрузкой. Влияние скорости нагружения, продолжительности действия нагрузки, уровня напряжений, класса бетона на степень криволинейности диаграммы. Деформация упругого последействия εep и упругая составляющая пластической деформации εel. Остаточные деформации. Ко-

7

эффициент упругости бетона. Коэффициент пластичности бетона. Предельные деформации тяжелого бетона при кратковременном действии нагрузки.

Лекция №4. Деформации при длительном загружении.

Деформации бетона при длительном действии нагрузки. Ползучесть и релаксация напряжений в бетоне. Факторы, влияющие на величину деформаций ползучести. Влияние ползучести на работу железобетонных конструкций под нагрузкой. Мера ползучести бетона.

Деформации бетона при многократно повторном действии нагрузки. Развитие виброползучести (динамической ползучести) при многократно повторяющихся вибрационных нагрузках. Предельная сжимаемость и растяжимость бетона. Объемные деформации: усадка и набухание бетона, температурные деформации. Факторы, влияющие на усадку бетона. Меры предотвращения усадки бетона.

Модуль деформации бетона при сжатии и растяжении: начальный, действительный и средний. Зависимости между модулями деформаций бетона. Модуль сдвига.

Лекция №5. Арматура, ее назначение и классификация. Арматурные изделия.

Назначение и классификация арматуры для железобетонных конструкций. Зоны размещения растянутой арматуры в изгибающих элементах. Горячекатанная, термически упрочненная, холоднодеформированная (механически упрочненная в холодном состоянии), арматурные канаты, композитная арматура. Периодическая и гладкая арматура. Напрягаемая и ненапрягаемая арматура.

Виды арматуры по функциональному назначению: рабочая, поперечная, монтажная, распределительная, конструктивная.

Механические свойства арматурных сталей: прочность, пластичность, свариваемость, хладноломкость, релаксация, выносливость. Упрочнение вытяжкой. Классы арматурных сталей и канатов. Деформативность арматуры. Технико-экономические рекомендации по применению арматуры в различных конструкциях.

Арматурные сварные и проволочные изделия: сетки, каркасы. Типы тяжелых и легких сеток, обозначение сеток и их маркировка по ГОСТ 23279-2012 «Сетки арматурные сварные для железобетонных конструкций и изделий. Общие технические условия». Вязальная проволока для изготовления вязаных каркасов.

Способы соединения ненапрягаемой арматуры: стыки внахлестку без сварки, сварные стыковые соединения, механические соединения с применением муфт.

Неметаллическая (композитная) арматура: преимущества и недостатки.

Лекция №6. Основные физико-механические свойства железобетона.

Основные физико-механические свойства железобетона. Содержание арматуры, процент армирования. Значение трещиностойкости.

Сцепление бетона с арматурой: влияние выступов на поверхности арматуры, сил трения и склеивания бетона с арматурой на прочность сцепления. Анкеровка арматуры в бетоне (прямая анкеровка, загибы и отгибы, приварка поперечных стержней, анкерные устройства). Определение длины анкеровки. Конструкции анкеров для ненапрягаемой и напрягаемой арматуры.

8

Усадка бетона и ползучесть при наличии арматуры. Коррозия железобетона: виды коррозии, факторы и причины развития коррозии и меры защиты от нее. Влияние высоких температур на железобетон.

Конструктивные требования к армированию: защитный слой бетона, минимальные расстояния между стержнями, расположение стержней группами (пучками).

Раздел №3. Экспериментально-теоретические основы теории сопротивления железобетона

Лекция №7-8. Три стадии НДС железобетонных элементов

Исследования сопротивления железобетона. Значение экспериментальных исследований в развитии теории сопротивления железобетона. Степень разработанности темы и перспективы развития методик расчета железобетонных конструкций.

Три стадии напряженно-деформированного состояния нормальных сечений на примере железобетонной балки, загруженной двумя сосредоточенными силами. Стадия I – до появления трещин в бетоне растянутой зоны; стадия II – после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растягивающие усилия в сечениях с образовавшимися трещинами воспринимаются арматурой и бетоном над трещиной (ниже нейтральной оси); стадия III – стадия разрушения, характеризующаяся относительно коротким по времени периодом работы балки.

Зависимость характера разрушения по нормальному сечению от вида и количества продольной арматуры в сечении. Два случая разрушения: 1 случай (пластическое разрушение) происходит при относительно невысоком содержании арматуры разрушение начинается с разрушения арматуры (достижение напряжений предела текучести) и завершается раздроблением бетона сжатой зоны. 2 случай (хрупкое разрушение) имеет место в элементах с избыточным содержанием арматуры или переармированных, разрушение происходит внезапно (хрупко) по бетону сжатой зоны от его раздробления, при этом напряжения в растянутой арматуре еще не достигли предела текучести.

Раздел №4. Расчеты железобетонных конструкций по первой группе предельных состояний

Лекция №9. Метод расчета конструкций по предельным состояниям.

Развитие методов расчета сечений. Метод расчета по допускаемым напряжениям. Метод расчета по допускаемым усилиям. Коэффициент запаса. Преимущества и недостатки методов.

Предпосылки расчета по предельным состояниям. Две группы предельных состояний. Расчеты по первой группе предельных состояний (прочность, устойчивость формы, устойчивость положения, выносливость конструкций в период эксплуатации и других стадий). Расчеты по второй группе предельных состояний (прогибы, углы поворота, перекосы, развитие трещин, амплитуды колебаний).

Расчетные факторы – нагрузки и прочностные характеристики бетона и арматуры. Коэффициенты надежности по нагрузкам и по ответственности сооружения. Классификация нагрузок. Постоянные, временные (кратковременные, длительные), особые нагрузки. Нормативные и расчетные нагрузки. Сочетания нагрузок. Нормативные и расчетные сопротивления бетона и арматуры. Коэффициенты условий работы. Структура расчетных формул.

9

Практическое занятие №1. Определение несущей способности изгибаемых элементов прямоугольного сечения.

Определение расчетных характеристик бетона и арматуры. Выполнение чертежа-схемы армирования сечения изгибаемого элемента со всеми необходимыми размерами. Определение высоты сжатой зоны бетона , указание на расчетной схеме. Определение относительной высоты сжатой зоны и сравнение с граничной величиной. Определение несущей способности сечения балки. Определение процента армирования сечения. Формулировка вывода о полученной несущей способности сечения.

Лекция №10. Расчет и конструирование изгибаемых элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой.

Изгибаемые элементы: плиты и балки. Напряженно-деформированное состояние балки при изгибе: растянутые и сжатые волокна, нейтральная ось, высота сжатой зоны бетона x. Относительная высота сжатой зоны бетона ξ. Граничное значение относительной высоты сжатой зоны ξ R. Рабочая высота сечения h0.

Усилия и эпюры напряжений в сечении, нормальной к продольной оси изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного сечения с одиночной арматурой. Условие равновесия.

Расчет по прочности нормальных сечений из условия M≤Mult. Алгоритм расчета плит и балок прямоугольного сечения с одиночной арматурой. Типы задач.

Лекция №11. Расчет и конструирование изгибаемых элементов таврового сечения

Расчет и конструирование изгибаемых элементов таврового сечения. Типы тавровых сечений, элементы таврового сечения в строительных конструкциях. Два случая расчета нормального сечения тавровых элементов: граница сжатой зоне в полке и граница сжатой зоны в ребре. Вывод уравнений прочности нормального сечения таврового элемента. Алгоритм расчета элементов таврового сечения с одиночной арматурой. Типы задач.

Лекция №12. Расчет и конструирование изгибаемых элементов с двойной арматурой.

Условия и необходимость постановки сжатой арматуры в изгибаемых элементах прямоугольного сечения. Усилия и эпюры напряжений в сечении, нормальной к продольной оси изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного сечения с двойной арматурой. Условие равновесия.

Конструктивные требования к продольному и поперечному армированию. Установка поперечной арматуры из условия предотвращения выпучивания сжатой арматуры в результате потери устойчивости.

Практическое занятие №2. Определение размеров и площади поперечного сечения арматуры изгибаемых элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой.

Определение расчетных характеристик бетона и арматуры. Статический расчет: построение эпюры изгибающих моментов и определение значения момента в опасном сечении. Назначение относительной высоты сжатой зоны и определение соответствующего значения αm. Назначение ширины сечения в зависимости от расчетного изгибающего момента. Определение