12.Области применения и общий подход к расчету конструкций из разных материалов

Металлические конструкции

Стальные конструкции целесообразны главным образом в зданиях и сооружениях с большими нагрузками, пролетами и высотами. Они используются также в цехах металлургических заводов, резервуарах, высоконапорных трубопроводах, в каркасах уникальных высотных зданий, опор высоковольтных электросетей, подвижных конструкциях кранов, разводных мостов и т.п.

Экономически обосновано их применение для ферм покрытий пролетом 30 и более метров, колонн высотой 16 и более метров, подкрановых балках для кранов грузоподъемностью 30 и более тонн.

В практике последних лет наибольший экономический эффект получают при применении структурных, висячих покрытий, а также предварительно напряженных конструкций.

В ограждающих конструкциях стен и покрытий применяются профилированные настилы, рулонные полотнища, волнистые алюминиевые листы, утепленные листы из стали и алюминия.

Деревянные конструкции

В районах, где древесина является местным материалом, деревянные конструкции усиленно используются для строительства жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, а также инвентарных подвижных и сборно-разборых зданий.

Наиболее перспективными являются клееные деревянные конструкции, преимуществом которых является их индустриальность, долговечность, надежность при пожаре, повышенная атмосферная стойкость.

Разработаны металлодеревянные конструкции для перекрытия пролетов 60 и более метров.

Металлические и деревянные конструкции рассчитываются с учетом упругости материалов, а также их неупругих свойств и однородности.

Каменные конструкции

Основная область применения конструкций из каменной кладки – стеновые конструкции (около 60% в общем балансе). Высокие эксплуатационные качества каменных конструкций, простота возведения обуславливают их целесообразность при нестандартном строительстве, возведении нетиповых частей зданий, а также при реконструкциях, ремонтах зданий.

Железобетонные конструкции

Основным строительным материалом капитального строительства является железобетон.

Применяются предварительно напряженные и обычные (ненапряженные) конструкции, как в сборном, так и в монолитном исполнении.

Заводы сборного железобетона выпускают конструкции из тяжелого, легкого, специального железобетона практически для всех областей строительства (гражданское, промышленное, сельскохозяйственное, транспортное, энергетическое и т.п.).

Это стеновые панели, колонны, плиты покрытий и перекрытий, балки, фермы, арки, подкрановые балки, фундаментные балки и блоки, элементы пространственных покрытий, пролетных строений мостов, подпорных стен, подземных переходов и строений, опоры контактных сетей, шпалы, трубы, элементы оград дорожного строительства и др.

Широкое распространение имеет монолитный железобетон в зданиях повышенной этажности, промышленном строительстве и строительстве специальных сооружений.

Эффективность железобетонных конструкций значительно повышается при использовании легкого конструкционного бетона, армоцемента для большепролетных пространственных конструкций, фибробетона, железобетона с неметаллической арматурой.

Как известно железобетон – это комплексный материал, состоящий из бетона и металлической арматуры. Совместная их работа обеспечена за счет надежного сцепления арматуры с бетоном, надежной защиты арматуры от коррозии защитным слоем бетона, а также тем, что бетон и сталь обладают близкими коэффициентами температурного расширения (прописать значения), вследствие чего в обычных условиях (при температурах от -20 до +50 ^оС) эксплуатационные качества конструкций не снижаются.

Наличие в железобетоне двух различных по свойствам материалов – бетона и стали, учитывается при расчете железобетонных конструкций.

Рассмотрим пример изгибаемого элемента без предварительного напряжения (рис. 4).

Балка на двух опорах, загруженная равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью q, Н/м.

Для конструкции из упругого материала справедливы известные из курса сопротивления материалов уравнения:

,

(10)

гипотеза плоских сечений:

,

(11)

Закон Гука:

,

(12)

,

(13)

максимальное краевое напряжение:

.

(14)

Эти уравнения дают возможность решить задачу расчета сечений – по известному изгибающему моменту М подобрать такое сечение, чтобы несущая способность балки была обеспечена, или же если сечение балки известно, проверить его несущую способность.

Для железобетонной конструкции решение подобной задачи усложняется тем, что железобетон – это материал, который не подчиняется закону Гука (модуль деформации Е не является величиной постоянной, диаграмма носит нелинейный характер, после появления трещин железобетон теряет сплошность, гипотеза плоских сечений не является справедливой), т.е. классические методы сопротивления материалов к его расчету оказываются неприменимыми. Учет всех факторов, влияющих на несущую способность железобетонной конструкции в аналитической форме, затрудняется вследствие их многочисленности и сложности.

Теория сопротивления железобетона носит экспериментально – теоретический характер. Поэтому при расчете железобетонных конструкций наряду с классическими формулами сопротивления материалов используются эмпирические формулы и коэффициенты, учитывающие многочисленные параметры, определяющие различные свойства материалов и условия эксплуатации конструкций.