Проектирование железобетонных конструкций – востребованная сфера проектно-изыскательной деятельности, так как практически любое современное здание, сооружение строится с применением бетона и железа. Проектирование необходимо для точного расчета нагрузок, составления сметы, дальнейшего оформления и ввода объекта в эксплуатацию.
Существуют различные методы проектирования ЖБК, каждый из которых применяется в зависимости от специфики строящегося объекта и задач, стоящих перед подрядчиками. Из нашего материала вы узнаете о принципах и методологии проектирования.
Необходимость проектирования и расчета железобетонных конструкций
В проектировании железобетонных конструкций нет необходимости, когда речь идет о перепланировке, или о выполнении в здании либо помещении ремонтных работ (вне зависимости от того, текущий предстоит ремонт или капитальный). Но при этом нередко конструкцию все же необходимо обследовать, чтобы составить картину о том, каково ее состояние, какие может взять на себя нагрузки и есть ли необходимость в проектировании усилений.
Обязательное проектирование железобетонных конструкций, как правило, необходимо именно при строительстве либо проведении реконструкций. Вот какие конструктивные элементы обычно сооружаются из бетона, стали либо с сочетанием этих материалов:
- фундаменты, основания для зданий (вне зависимости от выбора материала для их верхней части);
- стены (несущие, внутренние), плиты перекрытий, лестничные пролеты и площадки, антресоли, иные составляющие;
- входные группы, вспомогательные постройки, парковки и места для транспорта, подъездные дорожки.
Проектирование железобетонных конструкций без предварительного напряжения необходимо для того, чтобы:
- составить смету и подсчитать общий бюджет;
- получить разрешение на строительство;
- подготовить рабочую документацию для подрядчика;
- чтобы подрядчик мог подготовить исполнительную документацию (с готовым проектом) и предоставить ее застройщику;
- осуществлять надзор за возведением объекта;
- подсоединить инженерные сети новой постройки к уже действующим системам и инфраструктурам;
- зарегистрировать новый объект в установленном законом порядке и ввести его в эксплуатацию;
- согласовать выполнение работ, связанных с реконструкцией (добавление этажей, возведение пристроек и т. п.).
Один из самых важных элементов здания – фундамент, проект которого создается в рамках проектирования железобетонных конструкций, и тут должны быть соблюдены определенные правила. Вот что необходимо учитывать:
- общую концепцию и архитектурные особенности объекта;
- тип грунта на площадке, и какие нагрузки для него допустимы;
- силу нагрузок на проектируемые элементы;
- глубину грунтовых вод;
- предполагаемые нагрузки со стороны окружающей природы (ветры, сейсмическая опасность);
- предпочтительный метод строительства.
Часто возникает необходимость в проектировании, если речь идет о реконструкции здания и при этом планируется изменение его параметров (добавление этажей, замена или восстановление старых железобетонных элементов). Тогда тоже проводится обследование объекта, со всеми необходимыми расчетами и обоснованиями параметров.
На основании расчетов составляется рабочая документация, которой подрядчик пользуется в процессе выполнения строительных работ, а собственник здания – в процессе его эксплуатации.
Задачи проектирования бетонных и железобетонных конструкций
Бетон и железобетон – это высокопрочные материалы (даже повышенной прочности), используемые при строительстве крупных общественных и производственных зданий, при возведении спецобъектов вроде аэродромов, мостов, гидротехнических сооружений. Требования при этом такие:
- готовое здание должно быть безопасно и для людей, и для находящегося в нем имущества;
- обязательное соответствие условиям эксплуатации (имеется в виду климат, температурные воздействия);
- соответствие установленным срокам эксплуатации.
Если есть какие-то особые требования, то они прописываются в техническом задании, входящем в пакет проектной документации.
В отношении проектирования бетонных и железобетонных конструкции действуют те же СНИП, иные законодательные нормы, что и для прочих проектных работ. Это Градостроительный кодекс, ПП РФ № 87 и еще ряд специальных документов:
- СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции».
- ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций».
- ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований».
Плюс еще отдельно предусмотрены ГОСТы для разных видов стали, бетона (по марке, плотности). Какой именно материал подойдет для конкретного строительства – решают проектировщики.
Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий и сооружений
Даже у чисто металлических конструкций есть свой запас прочности, износостойкости, устойчивости к эксплуатационным нагрузкам и погодным воздействиям. И уж тем более это актуально для бетона и железобетона. Прочность бетона зависит от примесей, таких показателей, как плотность, водо- и морозоустойчивость, и прочее. Об этом нельзя забывать при выборе материала для того или иного объекта.
Любое сооружение или здание – это в первую очередь каркас, на котором держатся прочие конструктивные элементы. В современном строительстве используются методы оптимального проектирования железобетонных конструкций, которые могут быть:
- обычными;
- с предварительным напряжением.
Классифицируются они с учетом степени напряжения материалов, задействованных в их изготовлении.
Что касается особенностей проектирования сборных железобетонных конструкций, то по своей структуре они бывают:
- монолитными;
- сборными;
- комбинированными.
Наиболее распространен первый тип, из-за внедрения инвертных опалубок, применяемых при возведении скользящих, передвижных, переставных объектов. Проектирование и изготовление монолитных железобетонных конструкций обходится дешевле (в сравнении со сборными) благодаря применению современных высоких технологий.
Большое значение имеет индустриализация армирования. В таком случае применение ЖБК в строительстве дает еще большую эффективность. Это позволяет создавать все железобетонные армированные элементы максимально рационально, унифицировано, и в то же время просто.
Для того чтобы здание не представляло опасности и соответствовало техническому заданию, при проектировании железобетонных конструкций должны быть соблюдены обязательные для выполнения нормы и правила выполнения работ:
- на участке (объекте, в коммуникациях) требуется проведение предварительных изыскательных и лабораторных исследований, изучение материалов, их состава и качества:
- необходимо выполнение всех расчетов: по нагрузкам, деформациям, прогибам, разрушениям под воздействием природной среды;
- нужно грамотно подобрать проектные решения и дать им обоснования, указав характеристики стали и бетона (марка, класс);
- подготовить пакет документации (проектной и рабочей) для предоставления на согласования, проведения экспертиз, получения разрешения на строительство.
Бетонные элементы зданий могут изготавливаться отдельно и затем подвозиться на строительную площадку, а могут создаваться прямо на месте в процессе стройки. К примеру, бетон заливают в заранее установленную опалубку (внутри которой для большей прочности размещается арматура, штыри, сетки, иные металлические элементы) при возведении оснований для зданий.
При этом способов комбинирования бетонных и железобетонных элементов очень много. К примеру, можно использовать арматуру большего либо меньшего сечения, брать бетон разной степени температурной устойчивости, рассчитанный на те, или иные нагрузки и сроки эксплуатации. Необходимые данные есть в СНИПах и ГОСТах по проектированию железобетонных конструкций.
Основные этапы проектирования железобетонных конструкций
Чтобы железобетонное изделие получилось действительно прочным и качественным, необходимо грамотно рассчитать состав бетона, в частности, правильно подобрать арматуру (высчитать, сколько прутьев и какого диаметра понадобится). Это должен делать специалист, потому что при неверных расчетах конструктивные элементы в итоге получатся слабыми, ненадежными. Они не отслужат установленных сроков, начнут рушиться, и на проект придется потратить значительно больше средств, чем было запланировано.
Методы проектирования железобетонных конструкций есть разные, но в любом случае важно, чтобы конечное изделие получилось прочным и надежным в эксплуатации. Поэтому обязательно следует учесть статические, динамические нагрузки, возможные деформации и все прочее. Помните, что конструктивные элементы бывают внецентрально-сжатые и центрально-изгибаемые (это колонны и балки соответственно).
Выделяют два основных этапа в проектировании ЖБИ и ЖБК:
1. При расчете арматуры за отправные точки берутся пределы разрушающих деформирующих сил в зоне растяжения бетона. Прутья следует располагать по направлению сил растяжения. Разрушающее воздействие в стандартных разрезах нейтрализуется за счет арматуры, размещенной продольно. А для смягчения действия разрушающих сил в наклонных разрезах арматуру укладывают поперечно. При этом она еще и уменьшает деформацию по главной оси. Таким образом, форм разрушения существует две:
- по нормальным сечениям (под воздействием изгибающего момента);
- по наклонным сечениям (под влиянием наклонных сил).
2. При проектировании железобетонных конструкций, согласно используемым при этом опытным методам расчетов, выделяют и учитывают три основные стадии напряженно-деформированного состояния:
- первые мелкие трещинки в местах наибольшего растяжения (нагрузка идет и на бетон, и на стальные прутья);
- крупные трещины в бетоне (в местах растрескивания нагрузку берут на себя прутья, а там где трещин нет – конструкцию держат вместе и бетон, и сталь);
- разрушение (происходит на границе показателя текучести стали).
2 метода проектирования железобетонных конструкций
Метод 1: расчет соответствующих сечений по допускаемым напряжениям.
Здесь за основу берутся допущения о замене площади сечения арматуры площадью сечения бетона. Однако при этом не представляется возможным точно высчитать напряжение в материалах (потому что бетон здесь принимается за упругий материал), а значит и их запас прочности. В итоге арматуры расходуется больше. Кроме того, метод малоэффективен еще и потому, что постоянно появляются новые высокопрочные виды бетона и стали.
Метод 2: расчет по разрушающим усилиям (по предельным состояниям).
Суть метода состоит в том, чтобы высчитать предельные состояния конструкций из железобетона. Расчетные коэффициенты при этом применяются такие, чтобы учесть самые сильные предполагаемые нагрузки и минимально возможную прочность материалов. Данный подход позволяет разумнее расходовать ресурсы в процессе строительства.
Показатели нагрузок (от разных видов воздействий), сопротивления (для сталей и бетонов разных марок) прописаны в СНИП, которые и используются при проектировании железобетонных конструкций. Виды нагрузок различают следующие:
- Постоянные: идут от постоянных и ограждающих конструктивных элементов, от грунтов.
- Длительные: идут от стационарного оборудования, от грузов (на складах), нагрузки в жилых домах.
- Кратковременные нагрузки: недолго воздействующие на конструктивные элементы (к примеру, пока изготавливается, монтируется или транспортируется какое-либо изделие из железобетона).
- Нагрузки особого характера: от взрывов, землетрясений, перемещений грунтовых слоев, иные воздействия аварийного характера.
Резюмируя, можно выделить следующие рекомендации для проектирования железобетонных конструкций: непременно принимать во внимание условия их эксплуатации, высчитывать предполагаемые общие нагрузки и правильно подбирать состав и характеристики бетона и арматурной стали (в соответствии с положениями СНИП). При выполнении этих условий конструкции получатся надежными, долговечными и будут дешевле обходиться в производстве.