В промышленных зданиях применение железобетона оказывается рациональным независимо от этажности в случаях, когда имеют место динамические нагрузки (краны, грохота и другие механизмы) и когда требуется обеспечение огнестойкости.
Что касается общественных зданий, то здесь при высоте до 4 — 6 этажей стены могут выполняться из камня. При большей высоте экономичнее применение железобетонного каркаса до 12 — 15 этажей, после-чего может оказаться более уместным металлический каркас.
Обычные цехи промышленных предприятий состоят из нескольких рядов колонн, несущих подкрановые балки и покрытие. Железобетонные колонны одноэтажных цехов связаны в продольном направлении подкрановыми балками и в поперечном — конструкцией кровельного покрытия. Железобетонные подкрановые балки делаются таврового или прямоугольного сечения.
Тавровое сечение может быть как с односторонней полкой, так и симметричное (рис. 4). Наличие полки увеличивает боковую жесткость и улучшает условия монтажа и эксплоатации подкранового пути. Нормальный пролет подкрановой балки 5 — 6 м. Высота балки d определяется по расчету и составляет 1/10—1/6 пролета в зависимости от нагрузки.
Ширина ребра b принимается равной от 1/4 до 1/2 высоты. Толщина плиты (полки тавра) 10—15 см. Расчет подкрановой балки производят обычно, как неразрезной балки, несущей равномерно распределенную нагрузку от собственного веса и систему подвижных сосредоточенных грузов — давления бегунков крана (рис. 5).
Кроме того на балку действуют горизонтальные усилия от торможения крана, передающиеся бегунками. В соответствии с этим выполняется армирование подкрановых балок (рис. 6). При расположении арматуры следует руководствоваться характером огибающих эпюр изгибающих моментов и поперечных сил.
Колонны цехов, несущие подкрановые балки, могут быть сплошными - либо спаренными (рис. 6). Последние требуют часто меньшего расхода материала и представляют удобство в части расположения труб (между ветвями) и пр.
Покрытия цехов могут быть выполнены из различных материалов (дерево, металл, железобетон). Во всех случаях при расчете рекомендуется учитывать связь колонн с покрытием. Фундаменты под колонны цехов устраиваются по типу описанных выше. Торцевые стены представляют собой фахверк, состоящий из ряда вертикальных элементов (колонн) и горизонтальных (прогонов).
При расчете торцевого фахверка учитывают совместную работу этих элементов как под влиянием вертикальной нагрузки (собственный вес и заполнение), так и горизонтальной (ветер). В случаях небольших пролетов возможно применение покрытия виде железобетонной ребристой плиты или сплошного сборного настила. Тогда ригели совместно со стойками рассматривают как жесткую раму и соответственно армируют (рис. 7).
Расчетом должно быть учтено влияние перекрытия как жесткой диафрагмы на смещения отдельных плоских рам. Большое значение имеют всякого рода вертикальные диафрагмы в виде стенок или подкосов, воспринимающих горизонтальную нагрузку и тем самым дающих возможность считать остальные рамы практически несмещаемыми в горизонтальном направлении.
В одноэтажных цехах особое распространение получил сборный железобетон, что объясняется сравнительно малым расходом материала на квадратную единицу площади здания и возможностью широкой типизации конструктивных элементов. Сборные конструкции должны производиться в заводских и полузаводских условиях, обеспечивающих тщательность их изготовления.
При проектировании сборных конструкций возможно устройство более сложной формы, чем при монолитном железобетоне, благодаря чему достигается наиболее полное использование материала по всем сечениям элемента. На рис. 8 показана конструкция сборной колонны и на рис. 9 — сборной подкрановой балки.
Железобетонные каркасы многоэтажных зданий представляют собой пространственную раму, состоящую из сетки колонн и связывающих их в двух направлениях балок — ригелей. В плоскости каждого этажа проходят железобетонные перекрытия, составляющие одно целое с каркасом (рис. 0).
Заполнение каркаса, образующее стены, осуществляется из легкого малотеплопроводного материала (камни из «теплого» бетона, пустотелый кирпич, обычный кирпич, естественные камни: туф, ракушечник и пр.) и укладывается по бортовым балкам, очертание которых следует выбирать таким образом, чтобы обеспечить отепление железобетона и по возможности совместить прогон с перемычкой.
Для ускорения производства работ от возможно также применение жесткой арматуры для всех основных несущих элементов каркаса с тем, что вначале производится монтаж металлического каркаса (жесткой арматуры), который затем используется в качестве лесов при бетонировании.
Конструирование элементов железобетонного каркаса выполняется по обычным правилам. Ocобoe внимание должно быть уделено конструированию рам, на которые условно разделяется каркас. Узлы рам должны быть армированы таким образом, чтобы обеспечить жесткое соединение элементов (рис. 1) с учетом характера производства работ. Опирание стоек (колонн) рамы на фундамент чаще всего осуществляется жестким путем — введением арматуры стоек в массив фундамента.
В отдельных случаях (при слабых грунтах) возможно опирание стоек на фундамент делать шарнирным (рис. 2). При большой длине железобетонных зданий их разделяют температурными швами на отдельные «отсеки». Температурный шов, разделяя все здание по высоте, может не иметь места в фундаменте, где значительные колебания температуры исключены. Осадочные швы устраиваются при неравномерных свойствах грунта под зданием, при сильно различающихся нагрузках отдельных частей здания и в других случаях, когда можно ожидать неравномерной осадки здания.
Осадочный шов проходит через все здание по высоте, в том числе и через фундаменты. Обычно осадочные швы сочетают с температурными. Швы выполняют в виде парных колонн (рис. 3), опирающихся на общий фундамент (температурный шов), а также разрезкой плит безбалочного перекрытия (рис. 4) или балок ребристого (рис. 5).
Последние две схемы шва могут быть температурными и осадочными.
Для расчета каркаса здание условно разделяют на отдельные плоские рамы, определение усилий в которых производится обычными способами строительной механики. Как указывалось, особому учету подлежат дополнительные связи, вводимые наличием жестких перекрытий — диафрагм.
Перекрытие, жестко связывая «плоские рамы», делает невозможным их независимое перемещение в горизонтальном направлении. Практически можно считать перекрытие неизменяющимся по форме. Тогда деформация отдельных рам в горизонтальном направлении должна происходить таким образом, чтобы перекрытие, их соединяющее, сохраняло перемещаясь свою форму.
Учитывая такое свойство горизонтальной диафрагмы — перекрытия, можно путем введения в отдельные рамы жестких вертикальных элементов передавать на них все горизонтальные усилия, действующие на каркас. Тогда остальные рамы рассчитывают только на вертикальную нагрузку без учета смещения узлов в горизонтальном направлении. Кроме того во всех случаях, даже при отсутствии вертикальных диафрагм, учет связи между рамами в виде перекрытия приводит к упрощению расчетов и, что особенно важно, дает наиболее правильное отражение действительных условий работы конструкции под нагрузкой.
Железобетонные каркасы с успехом применяются для зданий большой этажности в обычных условиях. В условиях же возможных землетрясений, т. е. для антисейсмичных сооружений, применение железобетонных каркасов рекомендуется уже при высоте в 3—4 этажа.
Фундаменты под каркасы антисейсмичесные сооружений должны быть сплошными либо отдельными, но с обязательной связью между ними в виде жестких железобетонных балок (рис. 6).
Для ускорения процесса возведения железобетонных каркасов многоэтажных зданий применяют различные методы, как то: устройство жесткой арматуры, применение подвижной опалубки и монтаж всего каркаса из отдельных, заранее изготовленных сборных элементов. Последний метод (рис. 7) находится еще в стадии опытов, но имевшие место случаи его применения дают возможность сделать вывод о целесообразности его дальнейшего развития.
Сложная форма лестниц и необходимость в большинстве случаев их несгораемости обусловили применение железобетона для их возведения. Железобетонные лестницы выполняются в зависимости от их назначения и условий возведения. Применяются лестницы монолитные, сборные или смешанные.
В монолитной конструкции ступени поддерживаются плитой (рис. 8) и составляют с ней одно целое. Такие лестницы обладают значительным собственным весом и находят применение сравнительно редко. Интересная конструкция монолитной лестницы представлена на рис. 9 она может явиться прекрасной иллюстрацией конструктивных возможностей железобетона как строительного материала.
Наибольшее распространение в промышленных, общественных и жилых помещениях находят лестницы смешанной конструкции: из сборных ступеней по монолитным косоурам. Заранее изготовленные ступени могут быть сплошными или пустотелыми.
Последние предпочтительны в зданиях промышленного назначения. Ступени изготовляются из бетона марки R28 = 110 кг/см2, причем верхняя поверхность (проступь) обрабатывается обычно под мозаику.
Косоуры выполняются в виде наклонных балок прямоугольного сечения, монолитно соединенных с площадочными балками В некоторых случаях косоуры делают изогнутыми, что дает возможность использовать их в качестве несущих балок лестничной площадки. Железобетонные лестницы с успехом применяются не только для простейшей формы (двухмаршевая лестница), но и в случае круглых многоугольных, овальных и других планов.
Сборные лестницы из железобетона весьма рациональны, так как избавляют от необходимости устройства сложных лесов и опалубки, необходимых при монолитной и смешанной конструкциях. Сборные лестницы монтируются из отдельных площадочных балок, косоуров и ступеней. Заслуживает внимания конструкция заготовленных заранее целых лестничных маршей, что упрощает монтаж и ведет к дальнейшей индустриализации строительства.
