Строительные конструкции

Строительные конструкции, несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений.

Классификация и области применения. Разделение С. к. по функциональному назначению на несущие и ограждающие в значительной мере условно. Если такие конструкции, как арки, фермы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т.п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важнейших тенденций развития современных С. к. В зависимости от расчётной схемы несущие С. к. подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т.п.). Пространственные конструкции характеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов; однако их изготовление и монтаж во многих случаях оказываются весьма трудоёмкими. Новые типы пространственных конструкций, например т. н. структурные конструкции из прокатных профилей на болтовых соединениях, отличаются как экономичностью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы С. к.: бетонные и железобетонные (см. Железобетонные конструкции и изделия), стальные конструкции, каменные конструкции, деревянные конструкции.

Бетонные и железобетонные конструкции - наиболее распространённые (как по объёму, так и по областям применения). Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, общественных и производственных зданий и многих инженерных сооружений. Рациональные области применения монолитного железобетона - гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, резервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения чёрной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Уменьшение массы, снижение стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях возможны на основе использования высокопрочных бетонов и арматуры, роста производства предварительно напряженных конструкций, расширения областей применения лёгких и ячеистых бетонов.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учётом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) - их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах и т.п. Расширение объёмов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций (в т. ч. из тонколистовой стали) позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.
Основная область применения каменных конструкций - стены и перегородки. Здания из кирпича, природного камня, мелких блоков и т.п. в меньшей степени удовлетворяют требованиям индустриального строительства, чем крупнопанельные здания (см. в статье Крупнопанельные конструкции). Поэтому их доля в общем объёме строительства постепенно снижается. Однако применение высокопрочного кирпича, армокаменных и т. н. комплексных конструкций (каменных конструкций, усиленных стальной арматурой или железобетонными элементами) позволяет значительно увеличить несущую способность зданий с каменными стенами, а переход от ручной кладки к применению кирпичных и керамических панелей заводского изготовления - существенно повысить степень индустриализации строительства и снизить трудоёмкость возведения зданий из каменных материалов.
Основное направление в развитии современных деревянных конструкций - переход к конструкциям из клеёной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения конструктивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с деревянными конструкциями др. видов. Несущие и ограждающие клеёные конструкциинаходят широкое применение в с.-х. строительстве.
В современном строительстве значительное распространение получают новые типы индустриальных конструкций - асбестоцементные изделия и конструкции, пневматические строительные конструкции, конструкции из лёгких сплавов и с применением пластических масс. Их основные достоинства - низкая удельная масса и возможность заводского изготовления на механизированных поточных линиях. Лёгкие трёхслойные панели (с обшивками из профилированной стали, алюминия, асбестоцемента и с пластмассовыми утеплителями) начинают применяться в качестве ограждающих конструкций взамен тяжёлых железобетонных и керамзитобетонных панелей.
Требования, предъявляемые к С. к. С точки зрения эксплуатационных требований С. к. должны отвечать своему назначению, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасными, удобными и экономичными в эксплуатации. Масштабы и темпы массового строительства предъявляют к С. к. требования индустриальности их изготовления (в заводских условиях), экономичности (как по стоимости, так и по расходу материалов), удобства транспортировки и быстроты монтажа на строительном объекте. Особое значение имеет снижение трудоёмкости - как при изготовлении С. к., так и в процессе возведения из них зданий и сооружений. Одна из важнейших задач современного строительства - снижение массы С. к. на основе широкого применения лёгких эффективных материалов и совершенствования конструктивных решений.
Расчёт с. к. Строительные конструкции должны быть рассчитаны на прочность, устойчивость и колебания. При этом учитываются силовые воздействия, которым конструкции подвергаются при эксплуатации (внешние нагрузки, собственный вес), влияние температуры, усадки, смещения опор и т.д., а также усилия, возникающие при транспортировке и монтаже С. к. В СССР основным методом расчёта С. к. является метод расчёта по предельным состояниям, утвержденный Госстроем СССР для обязательного применения с 1 января 1955. До этого С. к. рассчитывали в зависимости от применяемых материалов по допускаемым напряжениям (металлические и деревянные) или по разрушающим усилиям (бетонные, железобетонные, каменные и армокаменные). Главный недостаток этих методов - использование в расчётах единого (для всех действующих нагрузок) коэффициента запаса прочности, не позволявшего правильно оценивать величину изменчивости различных по своему характеру нагрузок (постоянных, временных, снеговых, ветровых и т.д.) и предельную несущую способность конструкций. Кроме того, метод расчёта по допускаемым напряжениям не учитывал пластической стадии работы конструкции, что приводило к неоправданному перерасходу материалов.
При проектировании того или иного здания (сооружения) оптимальные типы С. к. и материалы для них выбираются в соответствии с конкретными условиями строительства и эксплуатации здания, с учётом необходимости использования местных материалов и сокращения транспортных расходов. При проектировании объектов массового строительства, как правило, применяются типовые С. к. и унифицированные габаритные схемы сооружений.
Лит.: Байков В. Н., Стронгин С. Г., Ермолова Д. И., Строительные конструкции, М., 1970; Строительные нормы и правила, ч. 2, раздел А, гл. 10. Строительный конструкции и основания, М., 1972: Строительные конструкции, под ред. А. М. Овечкина и Р. Л. Маиляна. 2 изд., М., 1974.
? Г. Ш. Подольский