Сталежелезобетон: расчет сталежелезобетонного пролетного строения

Конструкции из систем с названием сталежелезобетон – особая категория, где удачно уравновешены соотношения стальной и бетонной составляющих. Данный класс материала представляет собой объединение железобетона монолитного или плиты, стальных элементов и соединительных упоров или анкеров.

Сегодня сталежелезобетонные конструкции активно применяются в строительстве по всему миру. За рубежом их обозначают как «composite construction» в англоязычных странах, или «verbundbau» в государствах с немецким языком.

Конструкции из стали и бетона нашли широкое применение в строительстве.

Этот материал придает строениям исключительную мощность и высокие технические показатели.

Типы конструкций

1. Прокатные, сварные или гнутые профили из стали. Они располагаются вне железобетонной основы. Это балки мостов и перекрытий, сталежелезобетонные пролетные строения.

На фото — применение стальных профилей, как арматуры бетона.

2. С применением металлических профилей в качестве жесткой основы. В данном случае арматура расположена внутри бетона. Используется для изготовления опор, балок, колонн.
3. Листовые профили или прокат из стали, размещенные по периметру, граням, либо вокруг сечения. К этому типу можно отнести трубобетонные изделия.
4. Постоянная стальная опалубка, одновременно несущая нагрузку арматуры. Несъемная конструкция оптимальна в качестве перекрытий и резервуаров.

Основные свойства материала

Совокупность проверенных временем и опытом материалов, их грамотное совмещение и соблюденные технологии дают ожидаемый эффект. Для строительства грандиозных сооружений, предприятий, мостов, общественных зданий сталежелезобетон не заменим.

Характеристики и назначение

1. За рубежом рассматриваемые конструкции активно используются при строительстве перекрытий в производственных и общественных местах. То есть там, где присутствуют постоянные ощутимые нагрузки и механические воздействия.

Металл и бетон хорошо взаимодействуют, создавая надежную конструкцию.

Обратите внимание! Вероятность сдвигов в местах контакта элементов сведена к минимуму. Составные части, благодаря хорошей адгезии, силе трения элементов, остаются неподвижными. Здесь оправдано присутствие как гибких, так и жестких упоров или анкеров, сцепляющих составляющие в единое целое.

2. Качественную работу частей на изгиб обеспечивают упоры жесткого типа. Деформация сжатия при этом будет максимально равномерно расходиться по всей площади.
3. Анкера обеспечат плавное и равномерное распределение растяжения. Если соблюдена инструкция, а в проектировании строения участвовали высококлассные специалисты, объект простоит века.
4. Не менее востребован тип с профлистами из стали. За счет трения и сцепления бетона с листом, обеспечивается как прочное соединение, так и минимизация сил сдвига.

Проект сооружения, составленный специалистами.

Обратите внимание! Строительные организации нередко обладают запатентованными методами совмещения элементов. Права на технологию принадлежат в этом случае изготовителю конструкций. Также организация берет на себя и обязанности на расчет сталежелезобетонного пролетного строения, соответственно, неся ответственность за проект.

Преимущества объединения бетона и стали

Конструкция таких сооружений обладает увеличенной прочностью.

1. Стоит отметить меньшую, по сравнению с железобетонными системами, массу конструкций.
2. Расход стали будет меньше в конструкциях, комбинированных с железобетоном. Полностью стальные системы отличают высокая цена, а также затраты на исходный материал.
3. Комбинация железобетона со сталью дает наивысший показатель жесткости.
4. Полное соответствие современным требованиям и нормам строительных технологий.
5. Разработанная специалистами предельная простота узловых соединений, что значительно облегчает процесс монтажа.
6. За счет включения железобетона в конструкции с присутствием стальных составляющих, расход последних снижается на 15 %.

Недостатки систем

1. Из-за внешних воздействий (перепад температур, повышенная влажность, деформации почв) случаются специфические изменения готовых строений.
2. Необходимость монтажа связующих дополнений увеличивает время строительных работ.
3. Достаточно сложные расчеты жесткости и прочности, требующие квалифицированного подхода и повышенных затрат.
4. Необходимость учета всех пунктов работы самой системы, и сопутствующих факторов (подвижности бетона, сдвигов, нагрузок на сжатие и растяжение, силы трения и пр.).

Стадийность работ

Технология позволяет возводить высотные здания.

Рассчитывая технологию масштабных сооружений (сталежелезобетонные мосты, цеха, гипермаркеты, порты, спорткомплексы) специалист обязан учесть все стадии работ. 

1. Монтажная стадия. До замоноличивания бетона все нагрузки, в том числе от его массы берет на себя стальной каркас. Понятно, что расчеты должны учитывать запас прочности металлических составляющих.
2. Эксплуатационный этап. Когда бетон достиг степени заданной прочности, уже объединенная с ним конструкция несет общий собственный вес плюс нагрузку от полов, стен, перекрытий и тому подобного.

Обратите внимание! Нагрузки от сжатия в описываемых системах воспринимаются в основном бетонными частями, а нагрузки от растяжений – стальными. Благодаря совокупности двух типов стройматериалов создается нужный запас прочности.

Особенности проведения расчетов

Стоит отметить два типа работ по разработке и расчетам – на бытовом уровне, и в промышленных масштабах.

1. Частник, ведущий строительство своими руками, берет всю ответственность за надежность постройки на себя. В подавляющем большинстве случаев соотношения стальной и бетонной частей, их толщина, вес и характеристики подбираются интуитивно.
2. Процесс возведения в больших объемах подразумевает четкую и слаженную работу целой команды профессионалов. Без специализированных фирм в этом случае не обойтись.

Вывод

Инновационные технологии, области, где присутствует сталежелезобетон, стали настоящим прорывом в современном строительстве. Именно поэтому сегодня возведение мега сооружений перешло из разряда фантастики в реальность.

Приложенное видео в этой статье предлагает изучить еще больше полезных подробностей.

masterabetona.ru

Сталежелезобетонные конструкции в строительстве высотных зданий

11 мая 2016 г.

Сталежелезобетонная конструкция — это составная конструкция, новый вид железобетонной конструкции. Составная форма этих элементов многообразна, поэтому можно применять разные конструктивные системы. С помощью этих конструкций можно эффективно развивать преимущество стальных, сталебетонных и сталежелезобетонных элементов. Очевидно, увеличивается жесткость таких конструкций по сравнению со стальными, уменьшается расход стали и снижается себестоимость. По сравнению с железобетонной конструкцией можно уменьшить собственный вес, ускорить строительство, уменьшить площадь конструкции.

Конечно, у этой конструкции есть свои недостатки. Например, параметры прочности и пластичности железобетонных элементов хуже, чем у стальных конструкций. Требуется значительное количество исследований конструкций, в которых совмещены эти два элемента.

Поэтому сталежелезобетонная конструкция (далее — смешанная конструкция) имеет очевидное преимущество. Такие конструкции быстро развивались в 70-80-е годы XX века. В этот период построено 18 зданий высотой более 200 м, в основном в несейсмической или области низкой сейсмичности. В том числе самое высокое здание «Среднее серебро» в Гонконге высотой 70 этажей (369 м).

90-е годы XX века — начало XXI века

С 90-х годов XX века до начала XXI века в развитии высотных зданий произошли два изменения. Первое — скорость развития конструкций высотных зданий из железобетонных и смешанных конструкций обгоняет скорость развития высотных стальных зданий. Второе — развитие высотных зданий получило новый рост в Азии и Китае. Азия является основным районом строительства высотных зданий.

Скорость развития высотных конструкций из железобетона и смешанных конструкций обгоняет развитие высотных стальных конструкций

История развития зданий с высотой выше 200 м с начала XX до начала XXI века показана на рисунке Основные данные графиков взяты из статистической таблицы 100 самых высоких зданий в мире, которую опубликовала Международная комиссия высотных зданий и городского жилища в 1986, 1995 и 2002 годах. Проблематично сделать эту статистику более полной. Особенно мало статистической информации для высот 206 м, 226 м, 336 м. Немало высотных зданий с высотой 200-236 м пропущено. На этом графике можно последить тенденции развития высотных зданий и сделать вывод, что до начала 30-х годов XX века здания при высоте больше 200 м полностью выполнены из стальных конструкций. 70-е годы XX века ознаменованы бурным развитием высотных стальных конструкций, с начала 80-х годов XX века началось быстрое развитие высотных зданий со смешанными и железобетонными конструкциями. В 90-е годы XX — начало XXI века скорость их развития уже превышала стальные конструкции. Особенно наиболее динамично развиваются смешанные конструкции.

Динамика развития высотных конструкций 

В 1996 году, в городе Гуанчжоу (Китай) построено 80-ти этажное здание «Чжунсинь» высотой 391 м. Это самая высокая железобетонная конструкция. В 1998 году в Куале-Лумпуре (Малайзия) построено офисное здание нефтяной компании в 88 этажей, 452 м, и в 2003 году в городе Тайбэй построен международный финансовый центр — 101 этаж, 455 м. Эти два здания выполнены из смешанных конструкций. Их высота превышала высоту здания Sears в Чикаго — самого высокого здания из стальных конструкций. Сейчас проектируется смешанная конструкция — Шанхайский глобальный финансовый центр, его высота — 492 м. В 90-х годах XX — начало XXI века скорость развития высоты и количества этажей зданий со стальными конструкциями уменьшилась. В этот период самое высокое здание — в Гонконге, центр «Среднее кольцо», 79 этажей, 350 м.

Одно из самых больших преимуществ смешанной конструкции — эффективное объединение стальных элементов с элементами из бетона и железобетона. В последние десять лет в смешанных конструкциях использовалась система гигантских конструкций, то есть эффективное объединение железобетонного столба и конструкции из профильной стали, трубобетона, гигантской стальной фермы, гигантской внешней трубы со стальной опорой. Эти новые системы конструкций могут использоваться не только в несейсмических, но и в сейсмических областях. Смешанные конструкции доказали свое преимущество в экономии материалов, безопасности, долговечности и устойчивости. Можно предсказать, что смешанные конструкции будут непрерывно и быстро развиваться.

ros-pipe.ru

Сталежелезобетонные конструкции

 

Сталежелезобетонные конструкции

 

Сталежелезобетонные конструкции, которые в немецкоязычных странах называют Verbundbau, в англоязычных — composite construction, широко применяются в Европе и во всём мире. Многообразие преимуществ сталежелезобетонных конструкций  по сравнению со стальными и железобетонными достаточно убедительно и хорошо известно в мировой практике проектирования.

 Важным аспектом этой системы является то, что благодаря силовому и формообразующему соединению стальных конструкций и железобетона, возникает принципиально новая конструкция, оптимально использующая преимущества железобетона в сжатой и стальной конструкции в растянутой зоне.

 Рассмотрим для примера однопролётную балку. При пролёте 10 м и шаге балок 4 м, нагрузке от собственного веса 5,25 кН/м² и полезной нагрузке 5,00 кН/м²

 

Сравним

а). Железобетонная  балка

(расход стали 29,7 кг/м + опалубка +трудоёмкость)

б) Стальную балку

( расход стали  171 кг/м)

в). СЖБ балку (ВСт.3сп)

( расход стали 57,1 кг/м)

г). СЖБ балку (легиров. сталь)

( расход стали 49,1 кг/м)

 

Экономия по сравнению с вариантом б). достигает 1,2 т на каждой балке.

Общая высота конструкций уменьшена на 12 см, что особенно выгодно при строительстве многоэтажных сооружений.

 Дальнейшее оптимирование конструкций достигается при применении данного метода проектирования для колонн, а также включение профнастила в работу конструкций.

 Теперь сравним  железобетонную и сталежелезобетонную колонну диаметром 600 мм.

При равной пожароустойчивости несущая способность ж.б. колонны существенно ниже и составляет приблизительно при высоте этажа 4 м — 6000 кН. В то время когда сталежелезобетонная при прочих равных условиях может нести до 32000 кН или 3200 т.

 Очень важно, то что совместная работа ж.б. и стали позволяет повысить несущую способность и жёсткость конструкции и тем самым добиться увеличения например допускаемого междуопорного расстояния. Только благодаря введению соединяющих элементов в контактную зону между ж.б. и сталью изменяются механические свойства конструкции, при сохранении геометрических. Теперь мы должны ответить на следующий вопрос:

«Каким образом будет обеспечена совместная работа различных материалов и какие существуют для этого возможности?»

 В принципе все существующие в строительстве возможности соединений стальной и железобетонной частей сталежелезобетонной конструкции можно разделить на две категории:  патентированные и конструктивные.

 К первой категории относятся патентированые средства, которые производятся конкретными фирмами, физические и механические свойства которых раскрываются в рамках патента.

 Вторая категория это всевозможные стальные элементы (анкера, арматура, упоры), которые могут быть применены проектировщиками без дополнительных разрешений и лицензий. Например гибкие анкера, свойства которых дифеннированы, определены, относятся ко второй группе.

 Наряду со способностью деформироваться под нагрузкой очень важной характеристикой соединения является его несущая способность, которая определяется по несущей способности самого элемента и несущей способности окружающего бетона на выкалывание. Меньшая величина и принимается для расчёта. Для совместной работы стальной и железобетонной конструкции, нужно в шве между элементами обеспечить достаточное количество средств соединения.

 Эти средства соединения можно также подразделить на диктильные или податливые и слабодуктильные или слабоподатливые. Дуктильные средства соединения характеризуются тем, что после достижения расчётного предела несущей способности они ещё достаточно долго до разрушения продолжают деформироваться. Типичными представителями этого случая являются например гибкие анкера фирмы „Nelson“ (т.н. Kopfbolzen ). Слабодуктильные же соединения достигают разрушения практически сразу после расчётного предела несущей способности. Примером такого соединения служит так называемый блоскдюбель  (наваренный стальной профиль с арматурной петлёй) и арматурные петли или их совместное использование.

 Дуктильные средства соединения идеально подходят для конструирования балок с учётом развития пластических деформаций, т.к. они более равномерно перераспределяют нагрузку в соединении и позволяют более полно, а следовательно и более экономично использовать материал конструкций.

 Принципиально DIN и EC различают два состояния соединения: полное и частичное. При полном соединении мы как бы пытаемся удержать бетонный пояс на опорах балки так, как если бы он составлял с балкой единое целое. При частичном соединении мы допускаем небольшие перемещения бетонного пояса относительно балки, благодаря податливости упоров  и таким образом перераспределяя внутренние усилия получаем более экономичное использование материалов.

 Таким образом становиться ясно, что несущая способность анкеров, также как и способность деформироваться , являются решающим показателем при выборе средств соединения.

Сталежелелезобетонные конструкции обладают очень высокой пожароустойчивостью, т.к. бетон защищает стальные конструкции от перегрева  и не даёт снизиться несущей способности при высоких температурах. Высокая заводская готовность конструкций сокращает время монтажа и понижает зависимость от неблагоприятных погодных условий.

Высокая заводская готовность конструкций сокращает время монтажа и понижает зависимость от неблагоприятных погодных условий.

 

 Dipl. Ing.  Alexander Fischmann

 

 

www.nelsonukr.narod.ru

Стержневые конструкции из сталежелезобетона | Статья в журнале «Молодой ученый»



Проанализирован опыт применения сталежелезобетонных стержневых конструкций за рубежом и перспективы его применения в России. Приведены сведения о трубобетонных конструкциях, их экономические, конструкционные и технологические преимущества.

Ключевые слова: сталежелезобетонные конструкции, трубобетон, стержневые элементы, композитные материалы, высотное строительство, сталь, бетон

Современное строительство — это разработка новых материалов, имеющих высокие прочностные и эксплуатационные характеристики, поиск новых решений, позволяющих сэкономить как трудовые, так и денежные ресурсы.

На данном этапе развития строительства все чаще применяется такой термин как «композитные материалы». Они, как правило, состоят из пластинчатой основы и наполнителя, в качестве которых выступают, обычно, уже изученные материалы. Таким образом, совмещая различные свойства традиционных материалов, можно получить совершенно новый, обладающий свойствами, количественно и качественно отличающимися от свойств каждого из составляющих. Сталежелезобетон, сочетая в себе железобетонную и стальную составляющие, является отличным примером композитного материала.

Применение сталежелезобетонных конструкций

Для стержневых элементов, таких как балки и колонны, применяются трубобетонные конструкции, которые являются разновидностью сталежелезобетонных. Они выполнены из обоймы в виде металлической трубы, заполненной железобетонной составляющей, образующей внутреннее ядро. При такой комбинации материалов наиболее полно используются их специфические свойства, что позволяет существенно снизить массу конструкции, уменьшить расход стали и бетона, и, как следствие, сократить общие затраты на строительство.

Трубобетонные конструкции широко применяются при строительстве таких ответственных сооружений, как метрополитены, мосты, тоннели и высотные здания. Связано это с тем, что применение такого материала при действии как статических, так и различных динамических воздействий существенно улучшает механические свойства конструкции — прочность, жесткость, устойчивость, огнестойкость.

Опыт применения трубобетона имеют США, Япония и ряд Европейских стран. Но, наиболее широко, на данный момент, трубобетон применяется в Китае. В стране насчитывается более 30 небоскребов, несущие конструкции которых выполнены в трубобетонном исполнении [2]. Ярким примером является телебашня «Canton Tower» в городе Гуанчжоу, построенная в 2009 году. Ее высота достигает 600 метров. Несмотря на то, что здание имеет криволинейную форму, основными несущими элементами являются прямолинейные трубобетонные колонны (рис.1).

Рис. 1. Телебашня Canton Tower в городе Гуанчжоу

Другими примерами применения трубобетона в гражданском строительстве могут служить 58-этажное административное здание «Two Union Square» высотой 230,7 м (США), 72-этажное административное здание в Шинзиэне (КНР), 62-этажное административное здание «Key Bank Tower» (США) [1]. В мостостроении — мост «Manaus-Iranduba» через левый приток Амазонки, его опоры выполнены в виде массивных трубобетонных стоек.

Еще одной разновидностью сталежелезобетонных стержневых конструкций являются конструкции с жесткой арматурой. Они также сочетают в себе свойства двух материалов — стали и бетона, только, в этом случае, ядром служат стальные профили, представленные в виде уголков и швеллеров, а обойма выполнена из железобетона. Такие конструкции применяют, в основном, в промышленном строительстве, при наличии больших нагрузок.

Достоинства сталежелезобетонных конструкций

В трубобетонных конструкциях стальная оболочка выступает в качестве несъемной опалубки, что значительно упрощает процесс возведения конструкции и уменьшает сроки строительства. Помимо этого, стальная труба играет роль продольного и поперечного армирования.

Так как пространство внутри трубы полностью заполнено бетоном, значительно возрастает коррозионная стойкость металла, вследствие уменьшения воздействия негативных факторов на металлическую «опалубку» изнутри. Железобетонный массив, в свою очередь, обжат обоймой равномерно со всех сторон, что обеспечивает его трехосное сжатие, при котором прочность бетона возрастает в несколько раз. Также, наличие стальной оболочки снижает процесс трещинообразования в бетоне, уменьшает влияние таких факторов, как ползучесть и усадка.

Следует отметить, что заполнение стальной трубы бетоном повышает жесткость элементов, локальную устойчивость стенок трубы, значительно увеличивает несущую способность и огнестойкость.

Конструкции из трубобетона используются при строительстве ответственных сооружений, так как они очень надежны в эксплуатации. В отличие от железобетонных элементов, которые при развитии больших деформаций могут мгновенно потерять несущую способность, трубобетонные конструкции способны выдерживать значительные нагрузки в течение более долгого времени. Таким образом, исключается возможность хрупкого разрушения, которое считается особенно опасным.

Именно поэтому, возможно применение таких конструкций при строительстве особо важных объектов, высотных зданий в любых условиях, даже в сейсмоопасных районах.

К экономическим преимуществам относятся: сокращение расхода металла при возведении каркасов высотных зданий в 1,8–2 раза, сокращение сроков строительства коробок зданий и сооружений в 1,5–2 раза, снижение себестоимости строительства на 25–35 %. К технологическим: возможность работы в зимнее время, снижение объема сварочных работ, высокая скорость возведения [5].

Недостатки применения

Сложность обеспечения совместной работы стали и бетона существенно осложняет применение трубобетонных конструкций, требуя разработки эффективных узлов сопряжения. Также, достаточно трудоемко сопряжение трубобетонных колонн с элементами перекрытия.

Помимо этого, расчет таких конструкций является достаточно сложным. На данный момент, не существует единой методики расчета, учитывающей все факторы, влияющие на работу такой составной конструкции.

Несмотря на то, что история применения сталежелезобетона берет свое начало еще в середине XIX века, в России материал пока не получил широкого применения. Связано это, отчасти, с тем, что процесс проектирования сталежелезобетонных конструкций усложняется из-за отсутствия нормативной базы. На данный момент, идет разработка Свода Правил по проектированию сталежелезобетонных конструкций, и очень хочется надеется, что после их утверждения трубобетонные конструкции найдут широкое применение в нашей стране.

Литература:

1. Афанасьев А. А., Курочкин А. В. Трубобетонные конструкции для возведения каркасных зданий // Academia. Архитектура и строительство. — 2016. — № 2. — С. 113–118.
2. Дуванова И. А., Сальманов И. Д. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. — 2016. — № 6. — С. 89–103.
3. Кришан А. Л. Трубобетонные колонны для многоэтажных зданий // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2009. — № 4. — С. 75–80.
4. Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Чесноков Г. В., Михалдыкин Е. С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 2. Расчет трубобетонных конструкций с металлической оболочкой // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». — 2015. — № 4.
5. http://elima.ru/articles/index.php?id=177

Основные термины (генерируются автоматически): конструкция, США, материал, бетон, несущая способность, город Гуанчжоу, Россия, стальная труба, стальная оболочка, свойство.

moluch.ru

Н.А. Беляев, К.В. Калафат, А.С. Билык, А.М. ПостернакПроектирование сталежелезобетонных конструкций зданий в соответствии с Еврокодом 4 и национальными приложениями Украины2017 г.

Добавлено: 18 Июл 2018, nykzod4iy
Данная публикация освещает проектирование сталежелезобетонных конструкций в соответствии с Еврокодом 4, делая особый акцент на практическом применении, изложенного материала.
Публикация разделена на несколько основных тематик в зависимости от соответствующего этапа проектирования конструкции: расчета, конструирования, расчета огнестойкости и проектирования огнезащиты. Каждый из разделов включает теоретическую и практическую части с примерами расчета.
Изложенный материал охватывает обе основные для сталежелезобетонных конструкций расчетные ситуации: этап строительства и этап эксплуатации, соответствующие требования, нагрузки и расчетные предпосылки.
Так как наиболее распространенными и рациональными типами сталежелезобетонных конструкций в мировой практике считаются шарнирно опертые балки и монолитные плиты перекрытий по профилированному настилу, в данной публикации им уделено особое внимание.
С целью обеспечить максимальное прикладное использование проектировщиками материалов данной публикации в ней рассмотрен ряд численных примеров.

Оглавление

1 ВВЕДЕНИЕ 10
1.1 Цели и область применения 10
1.2 Преимущества сталежелезобетонных перекрытий 15
1.3 Преимущества сталежелезобетонных колонн 20
1.4 Структура 22
1.5 Термины и определения 23
1.6 Обозначения 24
2 Материалы и компоненты 28
2.1 Конструкционная сталь 28
2.2 Соединительные элементы (анкерные упоры) 30
2.3 Профилированные стальные настилы 35
2.4 Другие типы и интересные решения настилов 43
2.5 Бетон 48
2.6 Арматурная сталь 53
3 Нагрузки и воздействия 58
3.1 Общие положения 58
3.2 Нагрузки и воздействия на этапе строительства 61
3.2.1 Постоянные нагрузки на этапе строительства 61
3.2.2 Переменные нагрузки на этапе строительства 62
3.2.3 Комбинации нагрузок на этапе строительства 66
3.2.3.1 Предельные состояния по несущей способности 66
3.2.3.2 Предельные состояния по эксплуатационной пригодности 67
3.3 Нагрузки и воздействия на этапе эксплуатации 68
3.3.1 Предельные состояния по несущей способности 68
3.3.2 Предельные состояния по эксплуатационной пригодности 70
3.3.3 Аварийные ситуации и обеспечение живучести 71
4 Определение внутренних усилий 76
4.1 Создание расчетной модели 76
4.2 Учет геометрической нелинейности 76
4.3 Учет несовершенств 79
4.4 Методы расчета 86
4.4.1 Расчет в упругой стадии (линейно-упругий) 87
4.4.1.1 Ползучесть и усадка 87
4.4.1.2 Образование трещин 93
4.4.1.3 Последовательность возведения 94
4.4.1.4 Ограниченное перераспределение усилий при расчете в упругой стадии 95
4.5 Классификация поперечных сечений 97
5 ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ 102
5.1 Расчет на этапе строительства 102
5.1.1 Расчет настила 102
5.1.1.1 Несущая способность на изгиб 103
5.1.1.2 Несущая способность на сдвиг 104
5.1.1.3 Несущая способность по действию локальной поперечной нагрузки 105
5.1.1.4 Совместное действие поперечного и осевого усилия с изгибающим моментом 108
5.1.1.5 Совместное действие изгибающего момента и локальной нагрузки (опорной реакции) 109
5.1.2 Расчет балок настила 109
5.1.2.1 Несущая способность балки на изгиб 110
5.1.2.2 Несущая способность балки при действии поперечной силы 111
5.1.2.3 Несущая способность балки при совместном действии изгибающего момента и поперечной силы 113
5.1.2.4 Несущая способность балки по критерию устойчивости плоской формы изгиба 114
Общий случай для элементов постоянного сечения 115
Кривые потери устойчивости плоской формы изгиба для прокатных и эквивалентных сварных сечений 116
Критический момент потери устойчивости в упругой стадии 117
5.2 Расчет на этапе эксплуатации 120
5.2.1 Сталежелезобетонные плиты 120
5.2.1.1 Несущая способность на изгиб 121
Расчетное сечение 121
Расчет на изгиб при полном сдвиговом соединении 121
Расчет на изгиб при частичном сдвиговом соединении 125
Эмпирический m-k метод проверки продольного сдвига 127
Концевая анкеровка 129
5.2.1.2 Несущая способность на сдвиг в вертикальной плоскости 130
Расчетное сечение 130
Расчет на сдвиг в вертикальной плоскости 130
5.2.1.3 Несущая способность на действие локальных нагрузок 132
Расчетное сечение 132
Расчет на поперечный изгиб 134
Расчет на продавливание 135
5.2.2 Сталежелезобетонные балки 136
5.2.2.1 Несущая способность балки на изгиб 137
Расчетное сечение 137
Несущая способность на изгиб в пластической стадии с полным сдвиговым соединением 140
Несущая способность на изгиб в пластической стадии с частичным сдвиговым соединением 144
Балки с обетонированнием стенки 148
Несущая способность на изгиб с учетом физической нелинейности материалов 148
Несущая способность на изгиб в упругой стадии 149
5.2.2.2 Несущая способность балки на сдвиг 149
Расчетное сечение 149
Расчет на сдвиг 150
5.2.2.3 Несущая способность балки при совместном действии изгибающего момента и поперечной силы 150
5.2.2.4 Несущая способность балки по критерию устойчивости плоской формы изгиба 151
Упрощенная проверка элементов зданий без непосредственных вычислений 152
Проверка для сечений неразрезных балок Классов 1, 2 и 3 по модели U-образной рамы 153
5.2.2.5 Несущая способность стенки балки при действии локальных поперечных нагрузок 158
5.2.2.6 Анкерные упоры 158
Стад-болты 159
Анкерные упоры Hilti X-HVB 162
Гибкие упоры в виде прокатных швеллеров без подкрепляющих ребер 163
Уголковые упоры с арматурным анкером в сплошных плитах 164
Наклонные и петлевые анкеры в сплошных плитах 165
Жесткие упоры с гибкими наклонными либо петлевыми анкерами в сплошных плитах 166
5.2.2.7 Расчет на продольный сдвиг 168
Расчетное сечение 168
Определение касательных напряжений от усилий продольного сдвига 170
Расчет условных сжатых бетонных подкосов 172
Расчет поперечной арматуры 173
5.2.3 Сталежелезобетонные колонны 174
5.2.3.1 Общий метод расчета 175
5.2.3.2 Упрощенный метод расчета 176
Классификация 176
Область применения упрощенного метода 177
Расчетное сечение 180
Местная потеря устойчивости 180
Несущая способность по прочности сечения на сжатие 181
Несущая способность по устойчивости элемента при центральном сжатии 183
Проверка несущей способности сжато-изогнутого элемента 188
Усилия сдвига и их влияние на кривую взаимодейтсвия 196
Сдвиговое соединение и приложение нагрузки 197
Сдвиговое соединение в зонах приложения нагрузки 198
Сдвиговое соединение за пределами зон приложения нагрузки 207
6 ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ПРИГОДНОСТИ 209
6.1.1 Расчет на этапе строительства 214
6.1.1.1 Расчет настила 214
Расчетное сечение 214
Определение прогибов 215
6.1.1.2 Расчет балок настила 217
Расчетное сечение 217
Определение прогибов 217
6.1.2 Расчет на этапе эксплуатации 219
6.1.2.1 Расчет сталежелезобетонных плит 219
Расчетное сечение 219
Определение прогибов 221
Контроль вибраций 223
Трещиностойкость 223
6.1.2.2 Расчет сталежелезобетонных балок 224
Расчетное сечение 224
Определение прогибов 225
Контроль напряжений 232
Контроль вибраций 233
Трещиностойкость 235
6.1.2.3 Расчет сталежелезобетонных колонн 242
7 Рабочие примеры 243
7.1 Монолитная сталежелезобетонная плита по профилированному настилу 243
7.2 Однопролетная шарнирно опертая сталежелезобетонная балка с плитой по профилированному настилу 268
7.3 Центрально сжатая сталежелезобетонная колонна с сечением из круглого замкнутого профиля, заполненного бетоном 299
7.4 Сталежелезобетонная сжато-изогнутая колонна с двутавровым частично обетонированным сечением 309
8 КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ 348
8.1 Конструирование сталежелезобетонных плит 348
8.1.1 Крепление настилов 348
8.1.2 Опирание плит 352
8.1.3 Армирование плит 357
8.1.4 Проемы в перекрытиях 360
8.1.5 Торцы перекрытий 362
8.2 Балки настила 364
8.3 Расположение соединительных элементов (анкерных упоров) в сталежелезобетонных балках 374
8.4 Защитный слой 385
8.5 Анкеровка арматуры 389
8.6 Перехлест арматуры 393
8.7 Конструирование сталежелезобетонных колонн 397
9 РАСЧЕТ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В СООТВЕТСТВИИ С ЕВРОКОДАМИ 400
9.1 Основные положения противопожарного проектирования 400
9.1.1 Варианты расчета огнестойкости сталежелезобетонных конструкций 401
9.1.2 Температурные режимы 401
9.1.2.1 Номинальные температурно-временные зависимости 402
9.1.2.2 Стандартный температурный режим 402
9.1.2.3 Температурный режим наружного пожара ef 402
9.1.2.4 Температурный режим углеводородного пожара HC 403
9.1.2.5 Параметрические температурно-временные зависимости 403
9.1.3 Основные принципы расчета конструкций в условиях пожара 403
9.2 Свойства материалов 405
9.2.1 Теплофизические свойства 405
9.2.2 Механические и деформационные свойства конструкционной стали 408
9.2.3 Механические и деформационные свойства бетона 410
9.2.4 Механические и деформационные свойства арматурных сталей 412
9.2.5 Механические и деформационные свойства болтовых и сварных соединений 412
9.3 Методика расчета огнестойкости сталежелезобетонных конструкций 413
9.3.1 Основные положения 413
9.3.2 Конструирование 415
9.3.2.1 Балки и колонны с частичным обетонированием 415
9.3.2.2 Трубобетонные колонны 416
9.3.2.3 Узлы примыкания балок к колоннам 416
9.3.3 Упрощенные расчетные методики 417
9.3.4 Табличные данные 420
9.3.4.1 Балки с частичным обетонированием сечения 420
9.3.4.2 Колонны с частичным обетонированием сечения 423
9.3.4.3 Колонны с полным обетонированием сечения 424
9.3.4.4 Трубобетонные колонны 425
9.3.5 Уточненные расчетные модели 429
9.4 Огнезащита сталежелезобетонных конструкций 430
9.5 Рабочие примеры 431
9.5.1 Расчет сталежелезобетонной балки без обетонирования сечения 431
9.5.2 Расчет огнестойкости сталежелезобетонной плиты согласно ДСТУ-Н Б EN 1994-1-2 435
10 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 442
ПРИЛОЖЕНИЕ A РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТОВ ЭЛЕМЕНТОВ 444
А.1. Учет геометрической нелинейности 444
А.2. Учет ползучести 445
А.3. Учет усадки 446
А.4. Учет образования трещин 447
А.5. Расчет неразрезной сталежелезобетонной плиты 448
А.6.1 Расчет шарнирно опертой однопролетной сталежелезобетонной балки по несущей способности 449
А.6.2 Расчет шарнирно опертой однопролетной сталежелезобетонной балки по эксплуатационной пригодности 450
А.7. Расчет центрально сжатой колонны 451
А.8. Расчет сжато-изогнутой колонны 452

dwg.ru

высокотехнологичный способ сооружения ответственных конструкций

Конструкции из систем с названием сталежелезобетон – особая категория, где удачно уравновешены соотношения стальной и бетонной составляющих. Данный класс материала представляет собой объединение железобетона монолитного или плиты, стальных элементов и соединительных упоров или анкеров.

Сегодня сталежелезобетонные конструкции активно применяются в строительстве по всему миру. За рубежом их обозначают как «composite construction» в англоязычных странах, или «verbundbau» в государствах с немецким языком.

Конструкции из стали и бетона нашли широкое применение в строительстве.

Этот материал придает строениям исключительную мощность и высокие технические показатели.

Типы конструкций

1. Прокатные, сварные или гнутые профили из стали. Они располагаются вне железобетонной основы. Это балки мостов и перекрытий, сталежелезобетонные пролетные строения.

На фото — применение стальных профилей, как арматуры бетона.

2. С применением металлических профилей в качестве жесткой основы. В данном случае арматура расположена внутри бетона. Используется для изготовления опор, балок, колонн.
3. Листовые профили или прокат из стали, размещенные по периметру, граням, либо вокруг сечения. К этому типу можно отнести трубобетонные изделия.
4. Постоянная стальная опалубка, одновременно несущая нагрузку арматуры. Несъемная конструкция оптимальна в качестве перекрытий и резервуаров.

Основные свойства материала

Совокупность проверенных временем и опытом материалов, их грамотное совмещение и соблюденные технологии дают ожидаемый эффект. Для строительства грандиозных сооружений, предприятий, мостов, общественных зданий сталежелезобетон не заменим.

Характеристики и назначение

1. За рубежом рассматриваемые конструкции активно используются при строительстве перекрытий в производственных и общественных местах. То есть там, где присутствуют постоянные ощутимые нагрузки и механические воздействия.

Металл и бетон хорошо взаимодействуют, создавая надежную конструкцию.

Обратите внимание! Вероятность сдвигов в местах контакта элементов сведена к минимуму. Составные части, благодаря хорошей адгезии, силе трения элементов, остаются неподвижными. Здесь оправдано присутствие как гибких, так и жестких упоров или анкеров, сцепляющих составляющие в единое целое.

2. Качественную работу частей на изгиб обеспечивают упоры жесткого типа. Деформация сжатия при этом будет максимально равномерно расходиться по всей площади.
3. Анкера обеспечат плавное и равномерное распределение растяжения. Если соблюдена инструкция, а в проектировании строения участвовали высококлассные специалисты, объект простоит века.
4. Не менее востребован тип с профлистами из стали. За счет трения и сцепления бетона с листом, обеспечивается как прочное соединение, так и минимизация сил сдвига.

Проект сооружения, составленный специалистами.

Обратите внимание! Строительные организации нередко обладают запатентованными методами совмещения элементов. Права на технологию принадлежат в этом случае изготовителю конструкций. Также организация берет на себя и обязанности на расчет сталежелезобетонного пролетного строения, соответственно, неся ответственность за проект.

Преимущества объединения бетона и стали

Конструкция таких сооружений обладает увеличенной прочностью.

1. Стоит отметить меньшую, по сравнению с железобетонными системами, массу конструкций.
2. Расход стали будет меньше в конструкциях, комбинированных с железобетоном. Полностью стальные системы отличают высокая цена, а также затраты на исходный материал.
3. Комбинация железобетона со сталью дает наивысший показатель жесткости.
4. Полное соответствие современным требованиям и нормам строительных технологий.
5. Разработанная специалистами предельная простота узловых соединений, что значительно облегчает процесс монтажа.
6. За счет включения железобетона в конструкции с присутствием стальных составляющих, расход последних снижается на 15 %.

Недостатки систем

1. Из-за внешних воздействий (перепад температур, повышенная влажность, деформации почв) случаются специфические изменения готовых строений.
2. Необходимость монтажа связующих дополнений увеличивает время строительных работ.
3. Достаточно сложные расчеты жесткости и прочности, требующие квалифицированного подхода и повышенных затрат.
4. Необходимость учета всех пунктов работы самой системы, и сопутствующих факторов (подвижности бетона, сдвигов, нагрузок на сжатие и растяжение, силы трения и пр.).

Стадийность работ

Технология позволяет возводить высотные здания.

Рассчитывая технологию масштабных сооружений (сталежелезобетонные мосты, цеха, гипермаркеты, порты, спорткомплексы) специалист обязан учесть все стадии работ. 

1. Монтажная стадия. До замоноличивания бетона все нагрузки, в том числе от его массы берет на себя стальной каркас. Понятно, что расчеты должны учитывать запас прочности металлических составляющих.
2. Эксплуатационный этап. Когда бетон достиг степени заданной прочности, уже объединенная с ним конструкция несет общий собственный вес плюс нагрузку от полов, стен, перекрытий и тому подобного.

Обратите внимание! Нагрузки от сжатия в описываемых системах воспринимаются в основном бетонными частями, а нагрузки от растяжений – стальными. Благодаря совокупности двух типов стройматериалов создается нужный запас прочности.

Особенности проведения расчетов

Стоит отметить два типа работ по разработке и расчетам – на бытовом уровне, и в промышленных масштабах.

1. Частник, ведущий строительство своими руками, берет всю ответственность за надежность постройки на себя. В подавляющем большинстве случаев соотношения стальной и бетонной частей, их толщина, вес и характеристики подбираются интуитивно.
2. Процесс возведения в больших объемах подразумевает четкую и слаженную работу целой команды профессионалов. Без специализированных фирм в этом случае не обойтись.

Вывод

Инновационные технологии, области, где присутствует сталежелезобетон, стали настоящим прорывом в современном строительстве. Именно поэтому сегодня возведение мега сооружений перешло из разряда фантастики в реальность.

Приложенное видео в этой статье предлагает изучить еще больше полезных подробностей.

загрузка…

rusbetonplus.ru

Сталежелезобетонные перекрытия по профилированному стальному настилу

Библиографическое описание:

Постанен С. О., Березкина А. Ю., Комиссаров В. В., Постанен М. О. Сталежелезобетонные перекрытия по профилированному стальному настилу // Молодой ученый. — 2016. — №26. — С. 74-76. — URL https://moluch.ru/archive/130/36140/ (дата обращения: 11.01.2019).



Дан обзор истории развития сталежелезобетонных конструкций. Проанализированы основные преимущества и недостатки применения сталежелезобетонных конструкций в современном строительстве. Приведены особенности конструирования сталежелезобетонных перекрытий по профилированному стальному настилу.

Ключевые слова: сталежелезобетонные конструкции, монолитная железобетонная плита, профилированный настил, несъемная опалубка, СПН

В современном строительстве вопрос увеличения прочности и несущей способности конструкций уже не является основным. Этому свидетельствуют многочисленные здания, построенные за последние годы, высота которых достигает сотни метров. Поэтому, одним из важнейших направлений прогресса в строительной области, на данный момент, является увеличение эффективности конструкций. Это подразумевает значительное сокращение материалоемкости, стоимости, трудоемкости и сроков строительства.

Одним из материалов, позволяющим улучшить эти показатели является сталежелезобетон, появившиеся в XIX веке, еще до появления классических железобетонных конструкций. Уже тогда строители заметили, что железные балки, оштукатуренные бетоном, имеют повышенную жесткость, прочность, а также являются более огне- и коррозионностойкими, чем обычные стальные элементы. Экспериментально это было подтверждено испытаниями, проведенными в Англии в 1923 году [1].

В последнее время широкое применение в экономически развитых странах мира получили монолитные сталежелезобетонные перекрытия по стальному профилированному настилу (СПН). В таких плитах СПН используется как несъемная опалубка, включающаяся в работу конструкции как листовая арматура. Начало внедрения изгибаемых железобетонных конструкций с внешней листовой арматурой относится еще к рубежу 40-ых и 50-ых годов прошлого столетия, когда СПН, использовавшийся ранее как несъемная опалубка, был объединен с укладываемым поверх листа бетоном специальными связями с целью вовлечения листа в работу как растянутой арматуры. Наиболее эффективная область их применения в современном строительстве — многоэтажные жилые и административные здания со стальным каркасом в труднодоступных и сейсмических районах, а также промышленные здания.

Наиболее значительными постройками, в которых применялись сталежелезобетонные перекрытия, являются: здание аэропорта в Шереметьево в Москве, здание прессового корпуса АЗЛК, административно-гостиничный комплекс центра международной торговли в Москве, Красноярский завод тяжелых экскаваторов, административное здание Союза писателей РСФСР в Москве, здание Музея обороны в Севастополе и другие. Зарубежный опыт использования сталежелезобетонных перекрытий характеризуется такими многоэтажными сооружениями как Ту Тертл Крик Виллэдж, Парклэйн Тауэр, Хьюстон Лайтинг энд ПауэрКомпэни Электрик Тауэр, Сире Тауэр в США и множество других [2].

Данная конструкция имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными сборными и монолитными перекрытиями из железобетона:

– снижение массы перекрытий на 30–50 % по сравнению железобетонными перекрытиями традиционной конструкции;

– снижения расхода бетона до 30 %, в сравнении с традиционными конструктивными решениями;

– снижение металлоемкости балок каркаса в результате их совместной работы с плитой;

– снижение трудоемкости опалубочных и арматурных работ;

– повышение устойчивости элементов каркаса, благодаря его пространственной работе, обеспеченной жесткими горизонтальными дисками перекрытий;

– возможность прокладки коммуникаций вдоль гофров настила;

– сокращение сроков строительства.

Для применения СПН в качестве внешней рабочей арматуры плиты на стадии эксплуатации, необходимо обеспечить ее сцепление и совместную работу с бетоном следующими способами:

– при прокате профиля настила необходимо выполнить регулярную выштамповку (рифы) в виде вмятин или выпуклостей, глубиной 3–5мм;

– требуется установить анкерные упоры на опорах плиты, как правило, они представлены в виде вертикальных стержней, так называемые стад-болты, которые приваривают к стальным опорным балкам каркаса через профилированный настил.

Стад-болты представляют собой комбинированные стержни диаметром до 25 мм из стали с пределом текучести не менее 350МПа. [3]

Рис. 1. Монолитная сталежелезобетонная плита, армированная профилированным стальным настилом

Еще не так давно в качестве СПН в нашей стране использовались всего два типа профилированных настилов: Н80А-674–0,9 и Н80А-674–1,0 отечественного производства, которые различаются толщиной стали (0,9 и 1,0 мм). На своих гранях они имеют местные локальные выштамповки овальной и призматической формы, предназначенные для повышения сцепления с бетоном. [4]

Однако, благодаря экспериментальным исследованиям ООО «ЦНИИПСК» им. Мельникова, по оценке влияния разных видов выштамповки на сцепление профилированных листов с бетоном, было выявлено, что наиболее эффективной для сцепления настила с бетоном является зигзагообразная выштамповка типа «змейка» по СТО 57398459–002–2011 «Перекрытия железобетонные монолитные с несъемной опалубкой из профилированного листа. Общие технические требования. Проектирование и производство работ».

Высота гофр варьируется в диапазоне от 50 до 157мм. Профили из оцинкованной стали толщиной 0,7–1,5 мм изготавливаются по ГОСТ 14198–80* «Сталь тонколистовая оцинкованная с непрерывной линией. Технические условия» и ГОСТ Р 52246–2004 «Прокат листовой горячеоцинкованный. Технические условия». Профили соединяются между собой по краям с помощью винтов или заклепок.

СПН не допускается применять в качестве внешней арматуры плит при следующих условиях:

– воздействие средне- и сильноагрессивной среды согласно СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии»;

– температура выше 40ºС и ниже -50ºС;

– влажность более 60 %;

– динамические воздействия с коэффициентом асимметрии цикла ρ

Также, в пределах толщины бетона следует предусмотреть противоусадочное армирование в виде сеток из проволоки класса В500, диаметром 3–5 мм, с шагом не более 150мм.

Для монолитных сталежелезобетонных плит разрешается использовать тяжелые бетоны класса прочности на сжатие не ниже В15, а также легкие бетоны класса прочности на сжатие не ниже В12,5. [3]

Анализ сталежелезобетонных конструкций доказывает эффективность их применения как в техническом, так и в экономическом аспекте. Однако, основной проблемой широкого применения сталежелезобетонных перекрытий по СПН в России является отсутствие нормативной базы для проектирования таких конструкций. Создание нормативной базы поспособствует более широкому применению таких конструкций и позволит полноценно использовать их преимущества.

Литература:

1. Замалиев Ф. С. Прочность и деформативность сталежелезобетонных изгибаемых конструкций гражданских зданий при различных видах нагружения.: Дис. доктора технич. Наук / Казанский государственный архитектурно строительный университет — Казань, 2013. — 379 с.
2. Царикаев В. К. История изобретения железобетона и развития его производства
3. Айрумян Э. Л., Каменщиков Н.И, Румянцева И. А. Особенности расчета монолитных плит сталежелезобетонных перекрытий по профилированному стальному настилу // Промышленное и гражданское строительство. — 2015. — № 9. — С. 21–26.
4. Айрумян Э. Л., Румянцева И. А. Армирование монолитной железобетонной плиты перекрытия стальным профилированным настилом // Промышленное и гражданское строительство. — 2007. — № 4. — С. 25–27.

Основные термины (генерируются автоматически): несъемная опалубка, Москва, современное строительство, бетон, конструкция, Перекрытие, профилированный настил, профилированный стальной настил, совместная работа.

moluch.ru