Железобетон – главный современный строительный материал

Сегодня ни один строительный объект не обходится без использования железобетонных изделий (ЖБИ). Ежедневно в мире производят около 2 миллиардов изделий из бетона, при этому существующие технологии постоянно обновляются и дорабатываются.

Основными преимуществами использования железобетонных конструкций являются быстрота и удешевление возведения домов различной сложности. Это обеспечивается, в том числе простотой изготовления ЖБИ.

Характеристики железобетонных конструкций

Основные характеристики:

• Повышенная прочность и долговечность.
• Способность стойко переносить перепады температуры, в том числе сильные морозы.
• Устойчивость к воздействию влаги и огня.

Прочностные качества бетона напрямую зависят от качества цемента и от свойств, которыми обладают применяемый песок и гравий. Конечное качество бетона также зависит от пористости (отношения количества пор к общему объему) и плотности (отношения массы к объему).

Читайте также: Чем приклеить пеноплекс к бетонному полу

Пористость бетона зависит от количества цемента в смеси и возникает из-за испарения излишков воды при его недостаточности. Плотность бетона напрямую влияет на прочность изделия и его способность противоборствовать сжиманию.

Устойчивость железобетонных конструкций к огню, объясняется невысокой теплопроводностью. Они могут переносить, без видимых разрушений, до одной тысячи градусов тепла без последствий очень долгое время. Именно поэтому бетонная продукция используется при строительстве промышленных предприятий, работающих при повышенных температурах.

Несомненно, важная особенность железобетонных конструкций – морозоустойчивость. Если материал насыщен достаточным количеством воды, то он сможет выдержать многочисленные изменения температуры без ощутимых потерь для качества. Согласно исследованиям, снижение прочности будет минимальным.

Однако, при всех плюсах бетон характеризуется очень маленьким сопротивлением растяжению. Чтобы избежать связанных с этим проблем, проводится укрепление элементами из армированной стали (например, проволокой или прутьями), или других материалов. Подобное изделие является высокопрочным и к тому же практически не поддается растяжению.

Что эффективнее: бетонные здания или металлические?

Нас часто ставят перед задачей сравнить здание из бетона со зданиями на основе металлического каркаса, поставляемыми ГК ААА ЕвроАнгар. При этом заказчик в 90% случаев ставит вопрос следующим образом: посчитайте мне стоимость металла на здание такими-то размерами, и я сравню ее со стоимостью бетонного здания.

Почему это ошибка? Как и что, в действительности, необходимо сравнивать? На эти вопросы мы постарались ответить ниже.

Почему нельзя просто сравнить стоимость бетона и стоимость металла? Давайте пофантазируем, как это сделать?

Из курсов строительных материалов известно, что есть некий абстрактный показатель легкости (тяжести) конструкций, где за этот показатель принимают отношение плотности материала к его прочности. Для металлических конструкций, изготовленных из стали марки С345 данный показатель равен 2,453 (7850 кг/куб.м / 3200 кг/кв.см = 2,453), а для наиболее распространенной марки бетона В25 он составляет 13,228 (2500 кг/куб.м / 189 кг/кв.см = 13,228). Получается, что сталь лучше бетона в 5,4 раза? (13,228/2,453 = 5,4). Но, что будет если посчитать деньги, стоимость 1 тонны металла в деле (т. е. с учетом изготовления, доставки, монтажа) не должна превышать стоимость тонны бетона больше чем в 5,4 раза, в противном случае выгодней строить из бетона. Стоимость куба бетона по состоянию на 1 апреля 2020 года составляет 12 500 рублей за куб, или 5000 руб./тонна (12 500 руб./куб.м /2,5 тн/куб.м = 5 000 руб./тн). Выходит, конкурентная стоимость металла не должна быть выше 27 000 руб. за тонну (5 000 * 5,4 = 27 000 руб./тн). По данным на 1 апреля 2020 года стоимость металла в деле составляет порядка 135 000 руб/тн. Казалось бы вопрос закрыт, строим из бетона? Не спешите делать вывод. Дело в том, что у бетона есть обратная сторона — прочность бетона при работе на растяжение на порядок ниже, чем при сжатии. Тот же коэффициент легкости, хотя для бетона скорее тяжести, марки В25 равен 153,37 (2 500 кг/кв.м / 16,3 кг/кв.см = 153,37), то есть бетон в 62,52 раза тяжелее стали. Для того, чтобы бетонные конструкции были можно было хотя бы сравнению с металлическими, в несущих конструкциях должна соблюдаться следующая пропорция: >75% объема бетона должно работать на сжатие, и <25% объема бетона — на растяжение. При такой пропорции стоимость бетонных конструкций в здании будет ниже, чем у аналогичных металлических конструкций.

Давайте разберемся, в каких конструкциях данная пропорция соблюдается.

Фундаменты — практически любые фундаменты столбчатые, ленточные, свайные, плитные. В данном случае сложно рассчитывать на то, что металл может в обозримом будущем конкурировать с бетоном в данном типе конструкций, в основном это обусловлено коррозионной стойкостью. Правда, надо отдать должное винтовым фундаментам — попытки применения чисто металлических фундаментов предпринимаются. Эффективными можно признать металлические фундаменты при сооружении зданий в вечной мерзлоте и при сильно отрицательных температурах возведения. В расчет мы не берем экстремальные расстояния по доставкам строительных материалов, где выигрыш металлических конструкций становится очевидным.

Относительно невысокие здания с малыми пролетами, причем относительность данных параметров зависит от многих составляющих, в основном от нагрузок. Многоэтажное здание с шагом колонн (несущих стен) порядка 6 м и высотой более 60 метров выгоднее строить с применением металлического каркаса. На площадках с сейсмичностью данный параметр падает до 24 м. При шаге колонн около 12 м эффективность металла достигается уже при высоте здания порядка тех же 24 м, не говоря уже о сейсмоопасных районах.

В большепролетных зданиях (с пролетами более 12 м) эффективность металлического каркаса по тем же показателям уже абсолютна. Это связано с тем, что все множество большепролетных зданий при любых высотах заведомо хуже распределения 75/25. Нельзя не отметить, что при высотах зданий до 15 метров использование комбинированных решений (колонны железобетонные, а покрытие металлическое) будет более эффективным, чем применение только металлического каркаса (в случае, если нам не приходится воспринимать серьёзный распор), и есть высокие требования по огнестойкости конструкций, в основном это здания с первой степенью огнестойкости.

Подведем итог:

Здания с применением металла выигрывают в сравнении с бетонными во всех случаях, за исключением конструкций фундаментов, зданий с рабочей ячейкой 6×6 метров и комбинированных большепролетных зданий с малоуклонной (до 5%) кровлей.

Если ваше здание не подпадает под эти параметры — смело стройте из металла. В пограничных случаях имеет смысл провести сравнение, но в любом случае выигрыш не составит сколько-нибудь существенных показателей. Фактически, проработка сравнения вариантов может обойтись дороже последующей экономии. Здесь лучше делать выбор на основании доступности тех или иных материалов.

Читайте также: Фундамент для дома из пеноблоков: устройство, расчёт, технология.

Армирование

Армирование – комплекс работ, направленных на увеличение надежности и прочности бетонных изделий в жилом и промышленном строительстве.

Безусловно, одним из лучших примеров применения армирования является создание прочного и долговечного основания для полового покрытия.

Основная работа заключается в создании металлической основы при стяжке.

С помощью армирования можно уменьшить количество используемого бетона. Основными материалами для армирования являются:

• Армирующие проволочные сетки и прутья.
• Стекловолокнистые изделия.
• Сетки из полимерных материалов.

Имея такой широкий выбор материалов, в любое время можно подобрать лучший вариант, отвечающий высокому качеству производимой конструкции.

Виды железобетонных конструкций

Теперь рассмотрим виды железобетонных конструкций.

Монолитные

Монолит — это основной тип железобетонных конструкций, используемых для строительства всех видов строений.

Железобетон состоит из стали и бетонной массы и называется комплексным стройматериалом, ускоряющим темпы строительства.

Достоинства:

Важным достоинством монолита можно считать низкую материалоемкость. То есть пространственная целостность, а говоря профессионально, высокая статическая неопределенность. К другим сильным сторонам относятся прочность, огнестойкость, долговечность, простота формообразования, низкие расходы на эксплуатацию.

Недостатки:

Вследствие усадки или силовых нагрузок существует возможность возникновения трещин, высокая тепло и звукопроводность, высокая плотность. Сезонность выполнения работ тоже можно отнести к недостаткам, так как все они должны быть выполнены в теплое время года.

Сборные ЖБИ

Сборные железобетонные конструкции являются готовыми изделиями. СЖК изготавливаются на специальных предприятиях, где имеется необходимые устройства. Это дает возможность уменьшить стоимость изделий и получить высокую производительность.

Когда-то создание СЖК благоприятно повлияло на увеличение объемов строительства. Сборные изделия из железобетона обладают универсальностью, из них можно строить в любое время года и в любую погоду.

В таких сборных сооружениях имеется единственный минус — это большая трудоёмкость. Для создания стыков применяются арматурные приспособления и соответственно влияют на стоимость.

Железобетонные плиты

Это довольно широко распространенный вид ЖБИ, которыми пользуются на стройках при возведении потолков, стен зданий, перегородок как в жилых, так и коммерческих помещениях. Железобетонная плита похожа на прямоугольник, имеющий дверные и оконные проемы, выступы под подоконники. На потолочных железобетонных плитах проемы отсутствуют. На случай перевозки панели устанавливаются вертикально под уклоном в 10 градусов. Категорически следует исключать соприкосновение плит, под них обязательно подкладываются специальные подкладки.

Фермы

Специальные железобетонные фермы применяются в качестве перекрытий в огромных сооружениях. Они похожи на плоский прямоугольник с решетками. Перевозка строго в положении стоя.

Читайте также: Особенности ухода за бетоном в летнее время

Балки и ригели

Балки и ригели применяются в качестве несущих компонентов, в боковых, верхних и центральных местах строящегося здания. Они бывают односкатными, двускатными или с прямыми углами. В процессе спецперевозки ригели устанавливаются прямо по всей длине. В целях опоры ригелей пользуются подосновами, устанавливаемые под нижнюю часть. От длины балок зависит расстояние между прокладками. Сбоку их обязательно закрепляют по всей высоте. Транспортируют строго вертикально, горизонтальная спецперевозка недопустима, возможно, разрушение изделия. Перевозя сразу множество частей, между балками прокладывают разделительные подкладки толщиной более 10 см.

Сваи

Возведение зданий и сооружений промышленного и жилого назначения на грунтах со слабой несущей способностью, невозможно без применения в их основании свай. ЖБИ сваи стойки к агрессивному химическому воздействию и мало подвержены коррозии. Сваи сохраняют работоспособность во влажных и мёрзлых грунтах. Их монтаж выполняется с применением специального оборудования. Применение свай обеспечивает устойчивость здания, прочность и неизменность его основания. Сваи перевозят, укладывая горизонтально с опиранием на деревянные подкладки. Допускается перевозка свай, уложенных в несколько ярусов.

Стойки

Стойки служат опорами для электропередающих линий и наружного освещения. Их главное предназначение надёжное расположение электропроводов на заданном безопасном расстоянии от различных поверхностей. Применение в конструкции опор арматурного каркаса и специальных марок бетона обеспечивает их надежность и длительный срок эксплуатации.

Конструкционно стойки подразделяют на виды:

• концевые;
• промежуточные;
• угловые;
• анкерные.

Кроме того, стойки для опор ЛЭП могут быть одноцепными и многоцепными.

Допускается группирование опор для их перевозки, соблюдая их горизонтальное положение. Обязательно наличие специальных подкладок в местах соприкосновения.

Колонны

Колонна железобетонная является несущим элементом сборного каркаса зданий и сооружений производственного и жилищно общественного предназначения.

В основном колонны имеют прямоугольное или квадратное сечение. Для тяжёлых подкрановых конструкций производят двухветьевые колонны.

Перевозка колонн железобетонных может производиться с укладкой штабелем, когда первый ряд уложен непосредственно на грузовое место, а остальные ряды укладывают на настил из спецподкладок.

Объёмные блоки

Объёмные блоки используются при строительстве зданий и сооружений для промышленности. Существуют отдельные конструкции, применяемые в жилом и общественном строительстве. Это тонкостенные элементы, как правило, с дополнительным заполнением звуко- и теплоизоляционными материалами, с проёмами для окон и дверей. Отличаются почти полной заводской готовностью.

Перевозка объёмных блоков допускается только в вертикальном положении, поскольку они не переносят динамических нагрузок, неизбежных при транспортировке. Чтобы не допустить смещения блока во время движения на грузовых платформах устраивают специальные упорные выступы.

Санитарно-технические кабины (СТК)

Представляют собой пространственную конструкцию санитарного узла. Кабины такого типа применяются при строительстве зданий для жилья и общественного пользования. Имеют большие габариты и объемы. Перевозка СТК разрешена в вертикальном положении, при этом опора осуществляется на грузовую платформу, с использованием двух прокладок. Таким же способом перевозятся шахты лифтов. Устанавливаются кабины на основание, выведенное по горизонтальному уровню.

Сборно-монолитные ЖБИ

Представляют собой совокупность элементов. Технология сборки осуществляется путем совместного укладывания сборного железобетона и монолита. В этой технологии важную роль играет качество взаимодействия сборных частей с частями монолита. Допускается разность в формах и габаритах сборных элементов, для достижения наилучшего качества. Решение принимается с учетом назначения объектов и обстоятельств.

Необходимо знать, что в СМЖК опалубкой для монолита является сборный железобетон. Пространственная жесткость гарантируется монолитной заливкой, что ведет к снижению расхода материалов.

В СМЖК сочетаются достоинства прежних видов. Благодаря своей экономичности, позволяют возводить объекты с учетом современных методов. В элементах из монолита широко применяют пористые бетоны, вследствие чего в значительной степени уменьшается вес всей конструкции.

История

• В 1802 г. при строительстве Царскосельского дворца российские зодчие использовали металлические стержни для армирования перекрытия, выполненного из известкового бетона.
• В 1829 г. английский инженер Фокс реализовал армированное металлом бетонное перекрытие.
• В 1849 г. во Франции Ламбо построил лодку из армоцемента.
• В 1854 г. У. Б. Уилкинсон в Англии получил патент на огнестойкое железобетонное перекрытие.
• В 1861 г. во Франции Ф. Куанье[en] опубликовал книгу о 10-летнем опыте применения железобетона, а в 1864 году он построил церковь из железобетона.
• В 1865 г. У. Б. Уилкинсон построил в Англии дом из железобетона.
• В 1867 г. Ж. Монье, которого часто считают «автором» железобетона, получил патент на кадки из армоцемента.
• В 1868 г. Ж. Монье построил железобетонный бассейн, а с 1873 по 1885 гг. получил патенты на железобетонный мост, железобетонные шпалы, железобетонные перекрытия, балки, своды и железобетонные трубы.
• В 1875 г. Ж. Монье построил перекинутый через ров замка маркиза де Тилиэра во французском городке Шазле первый пешеходный железобетонный мост длиной 16 м и шириной 4 м[3].
• В 1877 г. первая книга по железобетону опубликована Т. Хайэттом[en] в США.
• В 1884 г. профессор механики И. Баушингер и инженер Г. А. Вайс[de] выполнили в Германии первые широко поставленные исследования для изучения особенностей работы железобетонных конструкций[3].
• С 1884 по 1887 гг. в Москве осуществлялось применение железобетона при устройстве плоских перекрытий, сводов, резервуаров. В это же время проводились испытания конструкций, были реализованы железобетонные перекрытия по металлическим балкам.
• В 1886 г. в США П. Джексон подал заявку на патент на использование преднапряжения арматуры при строительстве мостов.
• В 1886—1887 гг. инженер М. Кёнен[de] в Германии разрабатывает первый способ расчёта железобетонных конструкций.
• В 1888 г. патент на преднапряжение получен в Германии В. Дерингом, в 1896 г. в Австрии И. Манделем, в 1905—1907 гг. в Норвегии И. Лундом, в 1906 г. в Германии М. Кененом.
• В 1891 г. в России профессор Н. А. Белелюбский завершает пятилетний цикл широкомасштабных исследований железобетонных плит, балок, арок и мостов[3]. В этом же году выходит книга инж. Д. Ф. Жаринцева «Слово о бетонных постройках», а в 1893 г. — «Железобетонные сооружения».
• С 1892 по 1899 г. во Франции Ф. Геннебиком реализовано более 300 проектов с применением железобетона.
• В 1895 г. на втором съезде зодчих в России выступает А. Ф. Лолейт, создавший впоследствии основные положения современной теории железобетона.
• В 1899 г. инженерный совет министерства официально разрешает применять железобетон в России.
• В 1904 году в Германии и Швеции появились первые нормы по проектированию и применению железобетонных конструкций, позже, в 1906 г. во Франции, в 1908 г. в России.
• В 1908 году в Ливерпуле начато строительство Royal Liver Building
  — одного из первых высотных (98 м) железобетонных зданий в мире.
• В 1913—1916-е годы в России построена первая железобетонная Церковь Спаса Нерукотворного Образа в Клязьме[4].

Развитие теории железобетона в России в первой половине 20 века связано с именами А. Ф. Лолейта, А. А. Гвоздева, В. В. Михайлова, М. С. Боришанского, А. П. Васильева, В. И. Мурашева, П. Л. Пастернака, Я. В. Столярова, О. Я. Берга и других.

В XX веке железобетон стал наиболее распространённым материалом в строительстве (см. Пьетро Нерви).

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 9 октября 2020 года .