Инженерные проблемы современного бетона и железобетона

С 18 по 20 ноября 1997 г. в Минске прошла международная конференция "Инженерные проблемы современного бетона и железобетона", организованная Министерством архитектуры и строительства РБ, Министерством образования РБ, Международной, Российской и Белорусской инженерными академиями и научно-исследовательским и экспериментально-проектным ГП БелНИИС. В работе конференции участвовали руководители НИИЖБ (Москва).

В приветственном слове директор НИИЖБ доктор технических наук профессор А. И. Звездов подчеркнул:

- Сегодня в развитых странах наука и практика железобетона переживают подъем, и мы были бы не правы, оставшись в стороне от этого процесса. Сегодня крайне важно активизировать поисковые и фундаментальные работы, направленные на совершенствование теории бетона и железобетона, создание новых видов вяжущих, заполнителей, бетонов и арматуры, разработку эффективных конструкций зданий и сооружений различного назначения, развитие новых методов производства работ в заводских и построечных условиях, приведение нормативной базы в соответствие с сегодняшними требованиями.

В настоящее время количество модификаций бетонов достигает уже нескольких десятков наименований: легкие, тяжелые, ячеистые, жаростойкие, полимерные, кислотостойкие, напрягающие и многие другие. Но технология бетонов не должна стоять на месте. Мы должны уметь безошибочно проектировать и готовить бетоны с заранее заданными морозостойкостью, водонепроницаемостью, коррозионной устойчивостью и другими специальными показателями.

Значительны наши успехи и в области расчета железобетонных конструкций. Известно, что наши изделия, как правило, содержат меньше арматуры, чем зарубежные аналоги при прочих равных условиях. Здесь вряд ли стоит останавливаться на достигнутом, ожидая, пока нас догонят и перегонят зарубежные коллеги.

Переход от эмпирических методов расчета к физическим с учетом неупругих свойств материалов - актуальная задача современной теории железобетона.

Впервые появились такие понятия, как жизненный цикл конструкций и сооружений, и ряд других, и мы должны четко определить, как с ними работать.

Глубоко убежден, что бетон был, есть и будет основным стройматериалом на Земле, и это есть объективная реальность, с которой вряд ли кому-либо удастся справиться в угоду личным настроениям.

Генеральный доклад "Современное состояние и дальнейшее развитие методов расчета и нормативной базы железобетонных конструкций" подготовили А. С. Залесов, Т. М. Пецольд, В. В. Тур, В. Д. Терин, Д. П. Подобед и Н. А. Рак.

Озвучивая доклад, представитель Брестского политехнического института В. В. Тур, в частности, сказал:

- Активное нормотворчество, наблюдаемое сегодня во многих республиках бывшего СССР, в частности в Беларуси, России и Украине, не является чем-то новым в европейском масштабе. В данном направлении работают практически все страны не только Восточной, но и Западной Европы. Нет единого мнения о том, какой должна быть евронорма. Существующий сейчас еврокод не принят в целом ряде стран. Процесс этот - длительный, но объективный.

Жизнь сама сформировала определенные обстоятельства, при которых в нормы должны быть внесены определенные изменения. Все европейские комитеты, занимающиеся разработкой норм, сходятся в том, что немаловажным фактором является совокупность практических результатов. На пути изменения методов расчета и подходов к проектированию конструкций может быть выделено несколько главных позиций.

Первая связана с тем, что на сегодняшний день накоплен определенный опыт эксплуатации конструкций. Для различных железобетонных конструкций эксплуатационный период может составлять от 15 до 30 лет, при этом в ряде случаев конструкции не обладают адекватной надежностью. Иными словами, сегодня нам в большей степени следует заниматься ремонтом, усилением, реконструкцией, нежели возведением новых зданий и сооружений.

Вторая вытекает из необходимости изменения декларированных доселе методов расчета. Сегодня мы уже находимся на той ступени, когда нами могут использоваться деформационные методы расчета. Актуальность этой возможности возрастает при решении нелинейных задач, связанных с расчетом железобетонных конструкций, когда рассчитываемая система дискретизируется не только в пространстве, но и во времени.

Третья обусловлена необходимостью гармонизации, то есть приведения нашего нормотворчества в определенное соответствие с тем, что мы сегодня наблюдаем в Европе. В принципе, ни одна страна не имеет плохих норм. Все эти документы характеризует хорошее техническое содержание и соответствие тем условиям экономического развития страны и ее климатического положения, а также тем инженерным традициям и методам контроля качества, которые сложились в стране. И нам не следует пренебрегать ни одной из базовых предпосылок, накопленных в итоге длительного опыта.

Понятие деформационной модели расчета вызревало давно - ему уже более 40 лет. Сегодня предпосылки ее введения сложились, в том числе и в РБ. Это связано с тем, что появились, с одной стороны, новые данные о работе материалов, с другой - возможность реализации модели как таковой на базе самой широкой компьютеризации всего расчетного цикла.

Помимо условий равновесия (гипотеза плоских сечений), модель базируется на использовании диаграмм деформирования материалов. В области построения этих диаграмм значительная работа была проделана специалистами АСI (Американский институт бетона)...

...Немецкие нормы впервые вводят диаграмму деформирования и самостоятельный раздел проектирования, связанный с высокопрочными бетонами...

...Диаграммы абсолютно необходимы при реализации различных методов расчета. Сами же методы расчета базируются в общем случае на условиях равновесия и условиях деформирования сечения.

Способов решения модели существует очень много. Одна из последних компьютерных программ расчета, созданных в Англии, называется "Diana" - в память о принцессе Уэльской. Программа реализует пошаговый метод для преднапряженных конструкций с учетом длительных процессов, при этом могут быть приняты различные модели ползучести.

Главным же, на мой взгляд, является то, что мы декларируем сами понятия, то есть допускаем саму возможность реализации данной модели.

Анализируя различные характеры распределения напряжений в сжатой зоне - параболический, двухлинейный, трапецеидальный и прямоугольный, - несложно показать, что прямоугольная эпюра распределения напряжений в случае расчета симметричных сечений с арматурой, сконцентрированной у верхней и нижней грани, на простые виды нагружений достаточно хорошо описывает поведение конструкции. Поэтому в ряде норм, в том числе и в СНБ, для подобных случаев и принята прямоугольная эпюра...

...Деформационная же модель имеет колоссальное преимущество при расчете по второй группе предельных состояний, в частности, когда в явной форме должно быть учтено влияние длительных процессов, ползучести, усадки. В проект соответствующей главы СНБ внесены два показателя, которые должны учитываться при оценке длительных процессов. Это коэффициент (или характеристика) ползучести и предельная деформация усадки. Мы сравнили методику расчета по основным показателям, предлагаемую еврокодом и рядом других евронорм, с так называемой мультипликативной моделью длительных деформаций бетона, в свое время разрабатывавшейся в СССР. Полученные результаты свидетельствуют о незначительности рассхождений, тем более при сопоставлении с экспериментом. Поэтому введение характеристик усадки и ползучести, с одной стороны, не противоречит требованиям евронорм, с другой - позволяет сохранить существовавшие в советской науке о железобетоне базовые наработки.

По проблемам арматуры железобетонных конструкций коллегу дополнил заведующий кафедрой "Железобетонные и каменные конструкции" Полоцкого государственного университета кандидат технических наук доцент В. Д. Терин.

- Производство арматуры железобетонных конструкций является одной из прибыльных отраслей в целом ряде промышленно развитых стран мира, - отметил Вячеслав Дмитриевич. - Несмотря на имеющую во всем мире место тенденцию к уменьшению объемов производства стали, арматурной стали это не касается. Производство арматуры ежегодно растет, и за последние четверть века объем его практически удвоился.

В странах СНГ применяется приблизительно 12 млн т стальной арматуры ежегодно, что составляет почти 10% всего производимого проката. В последние годы данный вид продукции стал для многих металлургических предприятий СНГ и предметом экспорта, в связи с чем появился целый ряд нормативных документов, фактически регламентировавших производство арматуры в соответствии со стандартами зарубежных стран. Отличительной особенностью таких документов является стремление к унификации основных характеристик и обозначений. Вместе с тем действующие нормы проектирования - СНиП 2.03.01-84* - сохранили старую систему обозначений, что во многом приводит к путанице и разночтениям.

Действующая в настоящее время в постсоветском пространстве классификация арматуры была предложена в 50-е годы и с тех пор не претерпела по сути дела никаких изменений до настоящего времени, за исключением тех изменений обозначений, которые были внесены в ГОСТ и ТУ на данный вид продукции. В основе этой классификации лежит деление арматуры на две группы: стержневую и проволочную, включая арматурные канаты. Такое деление сегодня как терминологически, так и по существу, мягко гово ря, устарело.

С учетом современных тенденций развития других стран стальную арматуру в зависимости от способа производства предлагается подразделять на горячекатаную, термомеханически упрочненную, холоднодеформированную. Последнюю в свою очередь можно подразделить на холоднотянутую и холоднокатаную.

По способам же поставки арматуру следует подразделять на стержневую, поставляемую в пакетах прямолинейных стержней, и бунтовую, поставляемую в мотках.

Такая терминология принята в большинстве стран мира.

Правомерность подразделения арматуры на стержневую и бунтовую обусловлена еще и тем, что последняя как с точки зрения производителя, так и с точки зрения потребителя обладает рядом особенностей. Например, ее характеризует очень большой разброс свойств, особенно термомеханически упрочненную. Изменения механических свойств наступают и при выпрямлении бунтовой арматуры.

Что же касается способа применения, то здесь остается традиционное подразделение на ненапрягаемую и напрягаемую арматуру. В развитых странах мира эти два вида арматуры описываются двумя различными стандартами. Каждый же из двух основных стандартов, которыми мы пользуемся до сих пор (и ГОСТ 5721 на горячекатаную, и ГОСТ 10884 на термоупрочненную арматуру), содержит информацию как о напрягаемой, так и о ненапрягаемой арматуре.

В связи с этим следует отметить позитивный шаг, каким представляется разработка стандарта Ассоциации предприятий черной металлургии.

В проекте СНиП РФ предлагается обозначать буквой S все классы арматуры независимо от способа их производства. Далее должно следовать число, соответствующее гарантируемому в пределах 95% заводом-изготовителем физическому или условному пределу текучести.

До недавнего времени в странах СНГ основным видом ненапрягаемой арматуры являлась арматура класса А-III. Однако анализ зарубежной ситуации позволяет отметить тенденцию к применению арматуры более высоких классов.

Дело в том, что одним из основных характеристик арматуры является ее свариваемость. Свариваемость же тем лучше, чем меньше углерода.

Поэтому и отечественные металлургические предприятия начинают ориентироваться соответствующим образом. Это выгодно со всех точек зрения. Особенно же выгодно то, что с этой арматурой можно выходить на мировой рынок.

Генеральный доклад, подготовленный А. С. Залесовым, А. И. Мордичем и В. Е. Садохо, назывался "Железобетонные конструкции и элементы современных зданий и сооружений". Сделал его директор НИЭП ГП БелНИИС А. И. Мордич.

- Наиболее выгодными системами при строительстве и жилья, и общественных, и производственных зданий являются каркасные, - сказал Александр Иванович. - Известны каркасные системы 3 видов - рамные, связевые и рамно-связевые. На первом этапе наш институт приступил к разработке каркасов, которые в наибольшей степени используют существующую производственную базу сборных изделий и способствуют снижению материалоемкости. Это рамные сборно-монолитные и рамно-связевые каркасы для жилых и общественных зданий. Мы рассматриваем эти системы как унифицированные.

Вообще, каждая система независимо от более или менее очевидной выгоды, обеспечиваемой ее применением, не может иметь хождения без технико-экономического обоснования. При этом главным показателем является стоимость квадратного метра жилья (если речь идет о жилье).

В процессе первого же проектирования, когда мы были в этом еще не так искусны, не учитывали многих физических характеристик, нам удалось вдвое сократить вес проектируемого здания. Соответственно материалоемкости меняется, понятно, и стоимость.

На сегодняшний день себестоимость 1 м2 жилья снижается в условиях Минска примерно на треть.

Однако жилищное строительство бывает как многоэтажным, так и малоэтажным. В условиях высокой стоимости древесины и новых теплотехнических требований идеальным материалом для наших условий оказались мелкоштучные стеновые изделия из ячеистого бетона. Сегодня ячеистый бетон автоклавного твердения - это не только стеновой материал. Несущая способность дисков перекрытий, сооружаемых с помощью распора, который возникает вследствие заключения их в железобетонную ригельную рамку, достаточно высока, и сегодня в Минске начато возведение двух жилых массивов по данной конструктивной схеме. Сегодня мы разрабатываем диски перекрытий из ячеистобетонных плит с металлическим обрамлением; в перспективе - использование аналогичных конструкций с омоноличиванием по контуру.

Эффективным ячеистый бетон оказывается и с точки зрения энергосбережения. Требуемые нормы теплозащиты зданий легко реализуются при применении его в ограждающих конструкциях.

Решая вопрос материалоемкости (и, соответственно, себестоимости) строительства, мы отдаем предпочтение рамно-связевым системам. Если в связевом каркасе лишь горизонтальная диафрагма воспринимает приложенные к зданию горизонтальные нагрузки (каркас же - только вертикальные), то в рамно-связевом в работу по восприятию горизонтальных усилий включаются и рамы, отвлекая на себя значительные усилия и более равномерно перераспределяя их между элементами каркаса. Следует учитывать и то, что рамно-связевые системы практически не имеют ограничений по высоте.

Здания до 4-5 этажей могут быть и рамными. При их возведении применяется, как правило, сборно-монолитный железобетон. Низкой материалоемкости сопутствует простота технологии возведения, подразумевающая использование инвентарных лесов и подмостей, а также собственной производственной базы. Очевидно преимущество каркаса из монолитного железобетона в условиях ведения строительства на значительном удалении от собственной производственной базы строительной организации.

Возможность участия в тендерах на право ведения строительно-монтажных работ вдали от дома, возможность одержания побед в этих тендерах во многом зависит от возможности подрядчика сооружать здания с монолитным каркасом.

Естественно, применение каркасных систем повышает потребительские качества жилья. Я говорил только о каркасах с плоскими дисками перекрытия, которые позволяют принимать и осуществлять гибкие планировочные решения по желанию потребителя.

К сожалению, если мы обратимся к имеющемуся арсеналу расчетных методов и средств, то обнаружим, что в совершенстве изучены сборные каркасы, чего не скажешь о монолитных несущих конструкциях. Например, отсутствует методика расчета плоских дисков перекрытий, продавливаемых колоннами, с учетом момента, приложенного к пространственному узлу. Условия на контуре диска, в местах примыкания его к колонне и в середине диска резко отличаются друг от друга. И если западные нормы рассматривают подобные случаи, учитывая дополнительные касательные напряжения совместно с напряжениями продавливания, то мы только начинаем исследования, направленные на приведение отечественных норм в соответствие с европейскими...

Сергей ЗОЛОТОВ

© Строительство и недвижимость

стройматериалы:
доска обрезная
аренда техники:
вибротрамбовки в аренду
погрузчики вилочные в аренду
лебедки, тали в аренду в России
автовышки в аренду в России

полезные ссылки
Станки для резки и рубки стержневой арматуры PEDAX
Станки для обработки арматуры