Железобетонные конструкции (Общий курс)

Предисловие 3
Введение 4
Часть I. Сопротивление железобетона и элементы железобетонных конструкций 9
1. Глава 1. Основные физико-механические свойства бетона, стальной арматуры и железобетона 9
1.1. Бетон 9
1.1.1. Общие сведения 9
1.1.2. Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность 10
1.1.3. Усадка бетона и начальные напряжения 12
1.1.4. Прочность бетона 14
1.1.5. Деформативность бетона 24
1.1.6. Модуль деформаций и мера ползучести бетона 31
1.1.7. Особенности физико-механических свойств некоторых видов бетона 35
1.2. Арматура 36
1.2.1. Назначение и виды арматуры 36
1.2.2. Механические свойства арматурных сталей 37
1.2.3. Классификация арматуры 42
1.2.4. Применение арматуры в конструкциях 44
1.2.5. Арматурные сварные изделия 45
1.2.6. Арматурные проволочные изделия 48
1.2.7. Соединение арматуры 49
1.2.8. Неметаллическая арматура 52
1.3. Железобетон 53
1.3.1. Особенности заводского производства 53
1.3.2. Средняя плотность железобетона 55
1.3.3. Предварительно напряженный железобетон и способы создания предварительного напряжения 55
1.3.4. Сцепление арматуры с бетоном 58
1.3.5. Анкеровка арматуры в бетоне 60
1.3.6. Защитный слой бетона в железобетонных элементах 65
1.3.7. Усадка железобетона 66
1.3.8. Ползучесть железобетона 69
1.3.9. Воздействие температуры на железобетон 71
1.3.10. Коррозия железобетона и меры защиты от нее 72
1.3.11. Некоторые специальные виды железобетона 73
2. Глава 2. Экспериментальные основы теории сопротивления железобетона и методы расчета железобетонных конструкций 76
2.1. Экспериментальные данные о работе железобетона под нагрузкой 76
2.1.1. Значение экспериментальных исследований 76
2.1.2. Три стадии напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов 77
2.1.3. Процесс развития трещин в растянутых зонах бетона 80
2.2. Развитие методов расчета сечений 81
2.2.1. Метод расчета по допускаемым напряжениям 81
2.2.2. Метод расчета по разрушающим усилиям 83
2.3. Метод расчета конструкций по предельным состояниям 86
2.3.1. Сущность метода 86
2.3.2. Две группы предельных состояний 86
2.3.3. Расчетные факторы 87
2.3.4. Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки 88
2.3.5. Степень ответственности зданий и сооружений 91
2.3.6. Нормативные и расчетные сопротивления бетона 91
2.3.7. Нормативные и расчетные сопротивления арматуры 93
2.3.8. Три категории требований к трещиностойкости железобетонных конструкций 95
2.3.9. Основные положения расчета 98
2.4. Предварительные напряжения в арматуре и бетоне 101
2.4.1. Значения предварительных напряжений 101
2.4.2. Потери предварительных напряжений в арматуре 103
2.4.3. Напряжения в ненапрягаемой арматуре 108
2.4.4. Усилия предварительного обжатия бетона 108
2.4.5. Приведенное сечение 109
2.4.6. Напряжения в бетоне при обжатии 110
2.4.7. Последовательность изменения предварительных напряжений в элементах после загружения внешней нагрузкой 110
2.5. Общий способ расчета прочности элементов 115
2.5.1. Условия прочности 115
2.5.2. Граничная относительная высота сжатой зоны 117
2.5.3. Предельный процент армирования 119
2.6. Напряжения в ненапрягаемой арматуре с условным пределом текучести при смешанном армировании 120
3. Глава 3. Изгибаемые элементы 125
3.1. Конструктивные особенности 125
3.2. Расчет прочности по нормальным сечениям элементов любого профиля 135
3.3. Расчет прочности по нормальным сечениям элементов прямоугольного и таврового профиля 138
3.4. Расчет прочности элементов по нормальным сечени¬ям при косом изгибе 147
3.5. Расчет Прочности элементов по наклонным сечениям 150
3.5.1. Опытные данные 150
3.5.2. Расчет прочности по наклонным сечениям на дей¬ствие поперечной силы и изгибающего момента 151
3.5.3. Расчет поперечных стержней 157
3.6. Условия прочности по наклонным сечениям на действие изгибающего момента 159
4. Глава 4. Сжатые элементы 162
4.1. Конструктивные особенности сжатых элементов 162
4.2. Расчет элементов любого симметричного сечения, внецентренно сжатых в плоскости симметрии 168
4.3. Расчет внецентренно сжатых элементов прямоугольного сечения 174
4.4. Расчет внецентренно сжатых элементов таврового и двутаврового сечений 178
4.5. Расчет элементов кольцевого сечения 181
4.6. Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием 182
Контрольные вопросы для самостоятельной проработки материала гл. 4 187
5. Глава 5. Растянутые элементы 187
5.1. Конструктивные особенности 187
5.2. Расчет прочности центрально растянутых элементов 190
5.3. Расчет прочности элементов симметричного сечения, внецентренно растянутых в плоскости симметрии 191
Контрольные вопросы для самостоятельной проработки материала гл. 5 193
6. Глава 6. Элементы, подверженные изгибу с кручением 193
6.1. Общие сведения 193
6.2. Расчет элементов прямоугольного сечения 196
7. Глава 7. Трещиностойкость и перемещения железобетонных элементов 199
7.1. Общие положения 199
7.2. Сопротивление образованию трещин центрально рас¬тянутых элементов 199
7.3. Сопротивление образованию трещин изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов 200
7.3.1. Расчет по образованию трещин, нормальных к про¬дольной оси элемента 200
7.3.2. Определение Mcrc при упругой работе бетона сжатой зоны 201
7.3.3. Определение момента Mcrc при неупругой работе бе¬тона сжатой зоны 204
7.3.4. Определение Mcrc по способу ядровых моментов 206
7.3.5. Расчет по образованию трещин, наклонных к оси элемента 208
7.4. Сопротивление раскрытию трещин. Общие положения расчета 209
7.5. Сопротивление раскрытию трещин центрально растянутых элементов 211
7.5.1. Определение коэффициента 211
7.5.2. Определение напряжений в растянутой арматуре 213
7.5.3. Определение расстояния между трещинами 214
7.6. Сопротивление раскрытию трещин изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов 215
7.6.1. Определение коэффициента фs 215
7.6.2. Значение коэффициента фb 218
7.6.3. Определение напряжений в бетоне и арматуре в се¬чениях с трещиной 218
7.6.4. Определение расстояния между трещинами 223
7.6.5. Закрытие трещин 224
7.7. Кривизна оси при изгибе, жесткость и перемещения железобетонных элементов 225
7.7.1. Общие положения расчета 225
7.7.2. Кривизна оси при изгибе и жесткость железобетонных элементов на участках без трещин 226
7.7.3. Кривизна оси при изгибе и жесткость железобетон¬ных элементов на участках с трещинами 227
7.7.4. Перемещение железобетонных элементов 229
7.8. Жесткость внецентренно сжатых элементов, изгиба¬емых элементов при знакопеременном загружении 233
7.8.1. Жесткость внецентренно сжатых элементов с учетом трещин в растянутых зонах 233
7.8.2. Жесткость изгибаемых элементов при знакопеременном загружении 234
7.9. Учет влияния начальных трещин в бетоне сжатой зоны предварительно напряженных элементов 236
Контрольные вопросы для самостоятельной проработки материала главы 7 237
8. Глава 8. Сопротивление железобетона динамическим воздействиям 238
8.1. Колебания элементов конструкций 238
8.1.1. Динамические нагрузки 238
8.1.2. Свободные колебания элементов с учетом неупругого сопротивления железобетона 239
8.1.3. Вынужденные колебания элементов 243
8.1.4. Динамическая жесткость элементов железобетонных конструкций 245
8.2. Расчет элементов конструкции на динамические нагрузки по предельным состояниям 246
8.2.1. Общие положения 246
8.2.2. Предельные состояния первой группы 247
8.2.3. Предельные состояния второй группы 250
9. Глава 9. Основы проектирования железобетонных элементов минимальной расчетной стоимости 252
9.1. Зависимости для определения стоимости железобе¬тонных элементов 252
9.2. Проектирование железобетонных элементов мини¬мальной стоимости 255
Часть II. Железобетонные конструкции зданий и сооружений 262
10. Глава 10. Общие принципы проектирования железобетонных конструкций зданий 262
10.1. Принципы компоновки железобетонных конструкций 262
10.1.1. Конструктивные схемы 262
10.1.2. Деформационные швы 264
10.2. Принципы проектирования сборных элементов 266
10.2.1. Типизация сборных элементов 266
10.2.2. Унификация размеров и конструктивных схем зданий 267
10.2.3. Укрупнение элементов 269
10.2.4. Технологичность сборных элементов 269
10.2.5. Расчетные схемы сборных элементов в процессе транспортирования и монтажа 271
10.2.6. Стыки и концевые участки элементов сборных конструкций 273
10.2.7. Технико-экономическая оценка железобетонных конструкций 279
11. Глава 11. Конструкции плоских перекрытий 280
11.1. Классификация плоских перекрытий 280
11.2. Балочные сборные перекрытия 282
11.2.1. Компоновка конструктивной схемы перекрытия 282
11.2.2. Проектирование плит перекрытий 283
11.2.3. Проектирование ригеля 292
11.3. Ребристые монолитные перекрытия с балочными плитами 305
11.3.1. Компоновка конструктивной схемы перекрытия 305
11.3.2. Расчет плиты, второстепенных и главных балок 306
11.3.3. Конструирование плиты, второстепенных и главных балок 310
11.4. Ребристые монолитные перекрытия с плитами, опертыми по контуру 312
11.4.1. Конструктивные схемы перекрытий 312
11.4.2. Расчет и конструирование плит, опертых по контуру 314
11.4.3. Расчет и конструирование балок 317
11.5. Перекрытия с плитами, опертыми по трем сторонам 319
11.5.1. Конструктивная схема перекрытий 319
11.5.2. Конструирование и расчет плит, опертых по трем сторонам 319
11.6. Балочные сборно-монолитные перекрытия 321
11.6.1. Сущность сборно-монолитной конструкции 321
11.6.2. Конструкции сборно-монолитных перекрытий 322
11.7. Безбалочные перекрытия 323
11.7.1. Безбалочные сборные перекрытия 323
11.7.2. Безбалочные монолитные перекрытия 326
11.7.3. Безбалочные сборно-монолитные перекрытия 331
12. Глава 12. Железобетонные фундаменты 334
12.1. Общие сведения 334
12.2. Отдельные фундаменты колонн 335
12.2.1. Конструкции сборных фундаментов 335
12.2.2. Конструкции монолитных фундаментов 336
12.2.3. Расчет фундаментов 340
12.3. Ленточные фундаменты 346
12.3.1. Ленточные фундаменты под несущими стенами 346
12.3.2. Ленточные фундаменты под рядами колонн 347
12.3.3. Расчет ленточных фундаментов 350
12.3.4. Взаимодействие сооружений с фундаментами на деформируемом основании 365
12.4. Сплошные фундаменты 366
12.5. Фундаменты машин с динамическими нагрузками 369
13. Глава 13. Конструкции одноэтажных промышленных зданий 372
13.1. Конструктивные схемы 372
13.1.1. Элементы конструкций 372
13.1.2. Мостовые краны 372
13.1.3. Компоновка здания 375
13.1.4. Поперечные рамы 377
13.1.5. Фонари 382
13.1.6. Система связей 382
13.1.7. Подкрановые балки 385
13.2. Расчет поперечной рамы 390
13.2.1. Расчетная схема и нагрузки 390
13.2.2. Пространственная работа каркаса одноэтажного здания при крановых нагрузках 392
13.2.3. Определение усилий в колоннах от нагрузок 396
13.2.4. Особенности определения усилий в двухветвевых и ступенчатых колоннах 400
13.2.5. Определение прогиба поперечной рамы 405
13.3. Конструкции покрытий 405
13.3.1. Плиты покрытий 405
13.3.2. Балки покрытий 409
13.3.3. Фермы покрытий 413
13.3.4. Подстропильные конструкции 423
13.3.5. Арки 424
13.4. Особенности конструкций одноэтажных каркасных зданий из монолитного железобетона 428
14. Глава 14. Тонкостенные пространственные покрытия 432
14.1. Общие сведения 432
14.2. Конструктивные особенности тонкостенных пространственных покрытий 438
14.3. Покрытия с цилиндрическими оболочками и призматическими складками 440
14.3.1. Общие сведения 440
14.3.2. Длинные оболочки 442
14.3.3. Короткие оболочки 457
14.3.4. Призматические складки 461
14.4. Покрытия с оболочками положительной гауссовой кривизны, прямоугольные в плане 462
14.5. Покрытия с оболочками отрицательной гауссовой кривизны, прямоугольные в плане 468
14.6. Купола 472
14.7. Волнистые своды 481
14.8. Висячие покрытия 483
15. Глава 15. Конструкции многоэтажных каркасных и панельных зданий 491
15.1. Конструкции многоэтажных промышленных зданий 491
15.1.1. Конструктивные схемы зданий 491
15.1.2. Конструкции многоэтажных рам 495
15.2. Практический расчет многоэтажных рам 501
15.2.1. Предварительный подбор сечений 501
15.2.2. Усилие от нагрузок 502
15.2.3. Расчетные усилия и подбор сечений 507
15.3. Конструкции многоэтажных гражданских зданий 508
15.3.1. Конструктивные схемы зданий 508
15.3.2. Основные вертикальные конструкции 512
15.4. Расчетные схемы и нагрузки 516
15.4.1. Расчетные схемы 516
15.4.2. Расчетные нагрузки 519
15.4.3. Обозначения 519
15.5. Рамные системы 520
15.5.1. Сдвиговая жесткость многоэтажной рамы 520
15.5.2. Общее уравнение многоэтажной системы 523
15.5.3. Перемещения многоэтажной рамы 524
15.5.4. Податливость стыков 525
15.6. Рамно-связевые системы 527
15.6.1. Рамно-связевые системы со сплошными диафрагмами 527
15.6.2. Рамно-связевые системы с комбинированными диафрагмами 531
15.7. Связевые системы с однотипными диафрагмами с проемами 533
15.7.1. Диафрагмы с одним или несколькими рядами проемов 533
15.7.2. Зависимость между перемещениями диафрагмы и поперечными силами ее перемычек 537
15.8. Определение прогибов и усилий в расчетных сечениях 538
15.8.1. Данные о параметрах Л и v2 из опыта проектирования 538
15.8.2. Расчет с применением таблиц 539
15.9. Системы с разнотипными вертикальными конструкциями 544
15.9.1. Общие положения расчета 544
15.9.2. Системы с двумя разнотипными вертикальными конструкциями 545
15.10. Влияние податливости оснований, изгиба перекрытий в своей плоскости на работу многоэтажной системы 551
15.10.1. Влияние податливости оснований 551
15.10.2. Влияние изгиба перекрытий в своей плоскости 555
15.11. Динамические характеристики многоэтажных зданий 559
15.11.1. Рамные системы 559
15.11.2. Рамно-связевые системы 561
15.11.3. Связевые системы 563
15.11.4. Системы с разнотипными вертикальными конструкциями 565
15.11.5. Коэффициент формы колебаний 566
15.12. Ветровая нагрузка 567
15.12.1. Средняя составляющая ветровой нагрузки 567
15.12.2. Пульсационная составляющая ветровой нагрузки 568
15.12.3. Ускорение колебаний 569
16. Глава 16. Конструкции инженерных сооружений 571
16.1. Инженерные сооружения промышленных и гражданских комплексов строительства 571
16.2. Цилиндрические резервуары 572
16.2.1. Общие сведения 572
16.2.2. Конструктивные решения 574
16.3. Прямоугольные резервуары 583
16.3.1. Конструктивные решения 583
16.3.2. Расчет 586
16.4. Водонапорные башни 588
16.5. Бункера 596
16.6. Силосы 601
16.7. Подпорные стены 610
16.8. Подземные каналы и тоннели 614
17. Глава 17. Железобетонные конструкции, возводимые и эксплуатируемые в особых условиях 622
17.1. Конструкции зданий, возводимых в сейсмических районах 622
17.1.1. Особенности конструктивных решений 622
17.1.2. Основные положения расчета зданий на сейсмические воздействия 626
17.2. Особенности конструктивных решений зданий, возводимых в районах с вечномерзлыми грунтами 630
17.3. Железобетонные конструкции, эксплуатируемые в условиях систематического воздействия высоких технологических температур 631
17.3.1. Расчетные характеристики бетона и арматуры при нагреве 631
17.3.2. Определение деформаций и усилий, вызванных действием температур 635
17.3.3. Основные положения расчета конструкций с учетом температурных воздействий 637
17.4. Железобетонные конструкции, эксплуатируемые в условиях воздействия низких отрицательных температур 638
17.4.1. Требования, предъявляемые при применении арматурных сталей и бетонов 638
17.4.2. Особенности расчета и проектирования конструкций 639
17.5. Железобетонные конструкции, эксплуатируемые в условиях воздействия агрессивной среды 640
17.5.1. Классификация агрессивных сред 640
17.5.2. Требования к бетонам и арматурным сталям 641
17.5.3. Расчет конструкций 643
17.5.4. Антикоррозийная защита конструкций 643
17.6. Реконструкция промышленных зданий 644
17.6.1. Задачи и методы реконструкции зданий 644
17.6.2. Усиление элементов конструкций 646
17.6.3. Особенности производства работ 651
18. Глава 18. Примеры проектирования железобетонных конструкций зданий 1 652
Пример 1. Проектирование конструкций перекрытия каркасного здания 652
1. Общие данные для проектирования 652
2. Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия 654
3. Расчет ребристой плиты по предельным состояниям первой группы 654
4. Расчет ребристой плиты по предельным состояниям второй группы 660
5. Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям первой группы 665
6. Расчет многопустотной плиты по предельным состояниям второй группы 668
7. Определение усилий в ригеле поперечной рамы 672
8. Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси 677
9. Расчет прочности ригеля по сечениям, наклонным к продольной оси 678
10. Конструирование арматуры ригеля 679
11. Определение усилий в средней колонне 681
12. Расчет прочности средней колонны 683
13. Конструирование арматуры колонны 686
14. Фундаменты колонны 687
15. Конструктивная схема монолитного перекрытия 690
16. Многопролетная плита монолитного перекрытия 691
17. Многопролетная второстепенная балка 692
Пример 2. Проектирование конструкций поперечной рамы одноэтажного промышленного здания 696
1. Общие данные 696
2. Компоновка поперечной рамы 696
3. Определение нагрузок на раму 698
4. Определение усилий в колоннах рамы 701
5. Составление таблицы расчетных усилий 714
6. Расчет прочности двухветвевой колонны среднего ряда 715
7. Расчет фундамента под среднюю двухветвевую колонну 720
8. Данные для проектирования стропильной фермы с параллельными поясами 725
9. Определение нагрузок на ферму 726
10. Определение усилий в элементах фермы 727
11. Расчет сечений элементов фермы 729
Приложение 1. Расчетные сопротивления бетона 735
Приложение 2. Коэффициенты условий работы бетона 736
Приложение 3. Нормативные сопротивления бетона 737
Приложение 4. Начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении 738
Приложение 5. 1. Нормативные и расчетные сопротивления, модуль упругости стержневой арматуры 739
Приложение 5. 2. Нормативные и расчетные сопротивления, модуль упругости проволочной арматуры и проволочных канатов 740
Приложение 6. Расчетные площади поперечных сечений и масса арматуры, сортамент горячекатаной стержневой арматуры периодического профиля, обыкновенной и высокопрочной арматурной проволоки 741
Приложение 7. Сортамент (сокращенный) сварных сеток 742
Приложение 8. Сортамент арматурных канатов 743
Приложение 9. Соотношения между диаметрами свариваемых стержней и минимальные расстояния между стержнями в сварных сетках и каркасах, изготовляемых с помощью контактной точечной сварки 744
Приложение 10. Изгибающие моменты и поперечные силы неразрезных трехпролетных балок с равными пролетами 745
Приложение 11. Таблицы для расчета многоэтажных многопролетных рам 747
Приложение 12. Формулы для расчета двухветвевых и ступенчатых колонн 750