Srovnávací charakteristiky monolitického a prefabrikovaného železobetonu – Moderní železobeton

Beton vyztužený ocelovými pruty je tzv železobeton. Kamenné konstrukce vyztužené kovem jsou známy již dlouho, ale železobeton ve své moderní podobě se objevil až ve druhé polovině 1867. století, kdy byla zvládnuta průmyslová výroba portlandského cementu. Patent na vynález železobetonu byl vydán Francouzi J. Monierovi v roce 1849, i když pokusy o použití železobetonu jsou známy již před ním (např. v roce 1845 inženýr G. E. Pauker v Rusku a v roce XNUMX W. Wilkinson v Anglii ).

Zajímavé: Galileo. Příběhy vynálezů. Železobeton

Zpočátku se železobeton používal poměrně omezeně. V současné době je hlavním konstrukčním materiálem v bytové i průmyslové výstavbě. Pro stavební konstrukce namáhané ohybem je nejvýhodnější použít železobeton.

Interakce takto různých materiálů, kdy beton a výztuž v něm umístěná spolupracují, je velmi efektivní. Při tuhnutí betonu pevně přilne k ocelové výztuži a spolehlivě ji chrání před korozí. Beton funguje dobře v tlaku, ale neodolává dobře ohybu a tahu. To znesnadňuje jeho použití v podlahových deskách a trámech, kde vznikají nejen tlaková napětí, ale i tahová. Pokud do natažené zóny umístíte ocelovou výztuž, která je výrazně pevnější než beton, pak se nosnost konstrukce zvýší 10-20x. Při provozu takových prvků vznikají dvě protikladná napětí – tahová, vnímaná ocelí, a tlaková, vnímaná betonem, a železobetonová konstrukce úspěšně odolává ohybovým zatížením.

Beton navíc jako relativně špatný vodič tepla chrání ocel před extrémním teplem při požárech. Při požáru se ocelové konstrukce rychle zahřejí, ocel měkne a celá konstrukce se začne deformovat i vlastní vahou. V železobetonových konstrukcích je ocelová výztuž chráněna před ohněm vrstvou betonu. Experimenty tedy ukázaly, že při teplotě povrchu betonu 1000 °C se výztuž umístěná v hloubce 50 mm zahřeje po 2 hodinách pouze na 500 °C.

Výhody železobetonu:

1. Železobetonové výrobky jsou odolné.
2. Vysoká odolnost proti povětrnostním vlivům.
3. Železobetonové výrobky jsou vysoce odolné.
4. Konstrukce z železobetonových výrobků jsou ohnivzdorné.
5. Vysoká seismická odolnost.
6. Nízké náklady.

Ale i přes popularitu tohoto stavebního materiálu existují také nevýhody:

1. Železobetonové výrobky jsou velmi těžké.
2. Vysoká tepelná a zvuková vodivost.
3. Je těžké něco změnit nebo posílit.
4. Pro práci s takovým materiálem potřebujeme kvalifikované pracovníky.
5. Vzhled trhlin v betonu.
6. Zvýšené náklady při přepravě.

Ze železobetonu se vyrábí různé stavební konstrukce a výrobky. Železobetonové desky jsou nejoblíbenějším stavebním materiálem jak v bytové výstavbě, tak v průmyslové výstavbě, a to i přes výše uvedené nevýhody.

12.2. Klasifikace železobetonových konstrukcí

Železobetonové konstrukce a výrobky se podle způsobu výroby dělí na:

• monolitické (vyrobené přímo na staveništi, uložení betonové směsi do bednění);
• prefabrikované (vyrábí se ve formě velkorozměrových prvků ve specializovaných továrnách, přepravují se na stavbu a poté se montují do konstrukce);
• prefabrikované-monolitické (představují kombinaci prefabrikovaných prvků s monolitickým betonem).

Podle druhu použitého betonu se rozlišují konstrukce z těžkého, lehkého, lehčeného a speciálního betonu.

Podle způsobu vyztužení a stavu výztuže mohou být konstrukce:

Monolitické železobetonové konstrukce se zhotovují přímo na staveništi: bednění se připraví z kovu, dřeva nebo jiných materiálů, poté se zpevní výztuž a betonová směs se dodá, položí a zhutní. Konstrukce se po zatvrdnutí odizoluje a beton dosáhne požadované návrhové pevnosti (obr. 12.1).

Rýže. 12.1. Monolitické železobetonové konstrukce

Výhody: monolitické konstrukce mají vysokou tuhost; Architektonické formy budov a konstrukcí z monolitického železobetonu jsou rozmanité, vyznačují se osobitostí a jedinečnou plasticitou.

Nevýhody: při betonování monolitických konstrukcí v zimě vznikají značné potíže s výrobou bednění a velkým množstvím ruční práce;

Rýže. 12.2. Prefabrikované betonové výrobky

Prefabrikované železobetonové výrobky a konstrukce jsou vyráběny ve specializovaných závodech, kde jsou vyráběny prefabrikáty pro všechny typy staveb (obr. 12.2). Dodávají se připravené pro stavbu; Výrazně se snižuje pracnost betonářských a železobetonových prací, zrychluje se tempo a snižují se náklady na stavbu.

V současné době se vyrábí betonové a železobetonové prefabrikáty a konstrukce pro všechny hlavní části moderních budov a konstrukcí:

• základové desky a bloky
• prvky stavebních rámů a mezipodlažních stropů;
• stěnové panely a bloky;
• schodiště a podesty;
• prvky pro speciální typy staveb (podzemní, silniční, hydraulické, mostní stavby) atd.

Prefabrikovaný monolitický železobeton je kombinací rámu a monolitu. V závislosti na druhu a fázi práce je lze smontovat jak v továrně, tak na staveništi. Jedná se například o ramena schodů nebo základové bloky.

Nejvyšší rychlost výstavby investičních staveb: všechny stavební prvky dorazí hotové a instalace zabere mnohem kratší dobu než výroba na místě (obr. 12.3).

Standardní velikosti prvků vylučují technické a konstrukční chyby;

Rýže. 12.3. Prefabrikovaná monolitická podlaha

Předpětí výztuže výrazně zvyšuje pevnost materiálu. Za tímto účelem se ve formě, před nalitím betonu, tyče, lana, tyče napnou na hodnotu nepřesahující mez pružnosti a v této formě se zalijí betonem. Poté, co beton dosáhne požadované tvrdosti, zatížení se odstraní. Výztuž má tendenci se vracet do původního stavu a stlačuje beton spojený s ocelí. Tak se získá blok, ve kterém je rám natažen a beton je stlačen.

Zajímavost: Montážní schéma montované monolitické budovy

12.3. Druhy betonářských ocelí

V závislosti na jejich funkčním účelu existují následující typy armatur:

• pracovní výztuž (přejímá síly vznikající pod vlivem zatížení na konstrukci a její vlastní hmotu);
• podélná pracovní výztuž (přejímá tahové nebo tlakové síly působící podél podélné osy prvku);
• příčná pracovní výztuž (přejímá síly působící příčně k ose nosníku);
• konstrukční nebo rozvodná výztuž (zajišťuje celistvost konstrukce) (obr. 12.4).

Obr. 12.4. Typy armatur

a – výztužné tyče; b – plochý rám; c – prostorový rám; d – výztužná síť: 1 – plochá; II – role; d – armovací blok; e – betonová tyč válcovaná za tepla: / – hladká; //–periodický profil; g – rám sloupu z výztužných prutů; h – stejné, z tuhé výztuže; 1 – pracovní tyče jsou rovné; 2 – stejný, ohnutý; 3 – montážní tyče; 4 – svorky; 5 – rozdělovací tyče; 6 – mřížky; 7 – prostorový rám; 8 – vývod výztuže; 9– roh; 10 – rovnátka.

Podle způsobu výroby může být výztuž tyč, drát tažený za studena nebo obyčejný drát.

Tyčová výztuž může být hladká – s průřezem s pravidelným kulatým tvarem a periodickým profilem – s kruhovým průřezem, ale se zvlněním určitého vzoru na povrchu, což zlepšuje vzájemnou přilnavost výztuže k tvrzenému beton (obr. 12.5).

Rýže. 12.5. Vyztužení tyčí: a – hladký profil; b – periodický profil.

12.4. Výrobky výztuže a vložené díly

Mezi armovací výrobky patří svařovaná pletiva a rámy, svazky drátů a jednotlivé měřicí tyče (obr. 12.6).

Obr.12.6. Druhy armovacích výrobků: a – plochá síť; b, c – ploché rámy; d, e, f – prostorové rámce; g, i – ohnutá síť; j – vložené části

Svařované pletivo – vyrobeno z obyčejného drátu BP-I o průměru 3-5 mm a tyčové výztuže třídy A – III o průměru 6-10 mm.

Svařované rámy může být plochý a prostorový. Ploché rámy se skládají z jedné nebo dvou podélných pracovních tyčí, montážní tyče a příčných tyčí k nim přivařených. Prostorové rámy se vyrábí svařováním plochých rámů.

Pevné části se používají ke spojování prefabrikovaných prvků při montáži konstrukcí. Jsou přivařeny k výztuži železobetonového prvku nebo kotveny do betonu.

Montážní smyčky – používají se k zavěšení konstrukce pomocí závěsných háčků během skladování, přesunu, instalace a demontáže.

12.5. Konstrukce z předpjatého betonu

Používají se dva způsoby vytváření předpětí: napínací výztuž na dorazech a napínací výztuž na betonu.

Při napínání výztuže na dorazech se tato vloží do formy, jeden konec se zafixuje v dorazu a druhý se přitáhne zvedákem na daný tah. Poté se provede betonáž. Poté, co beton získá danou pevnost, výztuž se uvolní z dorazu; dochází k tzv. uvolnění napětí. V důsledku toho se tahová síla výztuže přenese do betonu (obr. 12.7). Používá se také elektrotermální metoda. K tomu se tyče zahřejí na teplotu 300-500 °C, prochází jimi elektrický proud, vloží se do formy a zajistí se na dorazy. Během procesu ochlazování se délka tyčí zkracuje, což vede k potřebnému napětí ve výztuži.

Při napínání výztuže na beton se nejprve vyrobí betonová konstrukce, ve které jsou vytvořeny kanály nebo drážky pro předpínací výztuž. Poté, co beton získá požadovanou pevnost, je do kanálů zavedena výztuž a natažena přímo na beton konstrukce. Poté se do žlabů pod tlakem zavede cementová pasta nebo cementopísková malta, která po vytvrdnutí vytvoří potřebnou adhezi výztuže k hlavní hmotě betonu v konstrukci (obr. 12.8).

Obr. 12.7. Schéma vytvoření předpínací výztuže metodou napínání na dorazech: I – předpínací výztuž a vyztužení prvku; II – hotový prvek; 1 – důraz; 2 – zvedák.

Obr. 12.8. Napětí výztuže na betonu: I – prvek při tahu výztuže; II – hotový prvek; 2 – zvedák; 3 – kotva.

Ochranná vrstva betonu se vytvoří umístěním výztuže v určité vzdálenosti od povrchu konstrukce.

Účel ochranné vrstvy:

• zajištění výztuže v tloušťce konstrukce;
• zajištění společného zatížení výztuže a betonu;
• účinná ochrana výztuže před vnějšími vlivy (atmosférická, chemická nebo jiná koroze, vysoká vlhkost, mráz a další škodlivé faktory).

Tloušťka ochranné vrstvy se přiřazuje v závislosti na typu a průměru výztuže, velikosti průřezu konstrukce a třídě podle provozních podmínek (od 20 do 50 mm) (obr. 12.9).

Obr. 12.9. Ochranná vrstva betonu

Železobetonové výrobky a konstrukce výrazně převyšují betonové v únosnosti a dalších mechanických vlastnostech. Zvláště účinné jsou předpjaté konstrukce (obr. 12.10). Oproti běžným mají vyšší odolnost proti trhlinám, lepší odolnost proti dynamickému zatížení a dobrou odolnost proti korozi [2, s. 324].

Rýže. 12.10. Výztuž betonové konstrukce

BLOK SEBEOVLÁDÁNÍ

Chcete-li si prohlédnout a upevnit teoretický materiál, podívejte se na prezentace:

Prezentace „Koncept železobetonu, jeho výhody a nevýhody“

Prezentace „Předpjaté železobetonové konstrukce“

Odpovězte na následující otázky k tématu:

1. Jaký stavební materiál se nazývá železobeton?
2. Jaká je účinnost železobetonu?
3. Uveďte výhody železobetonu.
4. Vyjmenujte druhy vyráběných železobetonových konstrukcí a výrobků.
5. Vyjmenujte výhody a nevýhody monolitických železobetonových konstrukcí?
6. Jaké výhody mají železobetonové prefabrikáty oproti monolitickým železobetonovým konstrukcím?
7. Co je to prefabrikovaný monolitický železobeton?
8. Jaké typy betonářských ocelí existují v závislosti na jejich funkčním účelu?
9. Co zlepšuje vzájemnou přilnavost výztuže k ztvrdlému betonu?
10. Vyjmenujte druhy výztužných výrobků.
11. Jaké typy konstrukcí se rozlišují podle způsobu vyztužení a stavu výztuže?
12. Jak se vytváří předpínání výztuže metodou napínání?
13. Popište proces napínání výztuže na beton.
14. K čemu slouží ochranná vrstva betonu?
15. Uveďte vlastnosti železobetonových konstrukcí.

Monolitický beton je název pro železobeton, který se vyrábí přímo na staveništi. Na staveništi se osadí bednění, kam se uloží a zhutní betonová směs. Účelem bednění je dát betonové směsi při pokládce tvar budoucí konstrukce. Bednění je vyrobeno ze dřeva, překližky nebo oceli. Obvykle se používá demontovatelné a přemístitelné bednění z malých nebo velkých kovových panelů.

Pro stavbu vysokých konstrukcí (monolitické budovy, potrubí, věže) se používá posuvné nebo zdvižně přemisťovací bednění. Když beton uložený v posuvném bednění dostatečně vytvrdne, bednění spolu s pracovním lešením se posune nahoru a cyklus se opakuje.

Výztuž se připravuje v armaturách a svařovnách železobetonových provozů a dodává se na místo montáže v bednění. Betonová směs je připravována v mechanizovaných betonárnách a dodávána na místo uložení ve formě „hotového betonu“ (betonové směsi). U většiny monolitických železobetonových výrobků a konstrukcí je zpracovatelnost betonové směsi, charakterizovaná sesedáním standardního kužele, v rozmezí od 1 cm (základy, opěrné zdi, masivní bloky atd.) do 3 cm (výztuže nasycené konstrukce, desky, sloupy atd.).

Do bednění se vloží výztuž a poté betonová směs. Betonová směs se zhutňuje pomocí vibrátorů: hlubokých nebo povrchových, zavěšených na bednění. Monolitické konstrukce se betonují průběžně nebo v sekcích či blocích. Průběžná pokládka betonové směsi se provádí, když je potřeba dosáhnout zvýšené monolity a homogenity betonu v konstrukci nebo výrobku. Při betonáži velkoplošných konstrukcí (železobetonových podlah) se pracuje po úsecích, zajišťujících montáž pracovních spár v místech minimálního namáhání.

V letním období betonáže je povrch čerstvě položené betonové směsi chráněn před vysycháním a v prvních hodinách tvrdnutí před deštěm. K tomu jsou otevřené vodorovné povrchy konstrukce pokryty vrstvou mokrého písku, pilin nebo navlhčené hrubé tkaniny (pytoviny). V horkém počasí se ochranný nátěr udržuje vlhký, dokud beton nezíská alespoň 70 % své návrhové pevnosti. K udržení vlhkosti v betonu lze použít různé filmotvorné směsi nebo polymerní filmy.

Beton obvykle tvrdne v přírodních podmínkách; v zimě se dá vytápět. Bednění se odstraní, když beton dosáhne pevnosti 4 MPa a více. Pevnost betonu závisí na výšce budovy, rychlosti a teplotě betonových podmínek.

Monolitické železobetonové konstrukce se používají zejména v budovách a konstrukcích, které nelze rozdělit na prvky, v případě nestandardní a nízké opakovatelnosti prvků budov a konstrukcí, v případě zvláště velkého zatížení prvků budov nebo konstrukcí (základy a rámy vícepodlažních budov, hydraulické a jiné konstrukce). Ve všech těchto případech jsou monolitický beton a železobeton obecně ekonomičtější než prefabrikovaný beton. Jeho použití je efektivní i v prefabrikovaných monolitických konstrukcích, například v bytové výstavbě, kde v poslední době úspěšně nahrazuje železobetonové prefabrikáty.

Prvek se vyrábí na místě v konstrukční poloze. Materiály jsou dodávány na stavbu podle harmonogramu.

• · nízké náklady;
• · absence švů a spojů (monolitická konstrukce);
• · schopnost dát konstrukci jakýkoli tvar, stejně jako konstrukci prvků jakékoli velikosti a hmotnosti;
• · dobré vlastnosti monolitických konstrukcí při dynamickém a střídavém zatížení.

• · vysoké pracovní a časové náklady na staveništi;
• · přítomnost „mokrých“ procesů;
• · dlouhé časové rámce pro uvedení konstrukce do provozu (doba je potřebná k tomu, aby beton získal pevnost).

• · pro velké masivní konstrukce (velké základy, základové desky, masivní sloupy atd.);
• · při konstrukci konstrukcí složitého tvaru (zakřivené, proměnný průřez atd.);
• · při vysokém dynamickém zatížení (základy pro technologická zařízení, dlažba letištních drah);
• · v případech, kdy technicko-ekonomické srovnání variant prokázalo efektivitu použití monolitických konstrukcí v konkrétních podmínkách výstavby.