|
В совершенствовании промышленного
и жилшцно-гражданского строительства большое значение имеют рациональный
выбор применяемых строительных конструкций и их совершенствование.
Строительные конструкции разделяют на металлические
(преимущественно стальные), каменные, армокаменные, бетонные и
железобетонные, конструкции из дерева.
История развития строительных конструкций связана с
развитием производительных сил общества.
Каменные конструкции — наиболее древние, поскольку
простейшие их виды можно было выполнять примитивными инструментами.
В течение многих веков основным строительным материалом
был камень. Известно, что еще в каменном веке были сооружения из
необработанных естественных камне». Позже дли каменных конструкций применяли
естественный камень, кирпич-сырец н обожженный кирпич.
Многие годы кирпич был основным стеновым материалом.
В 1У24 г. был опубликован первый в Советском Союзе научный
труд о прочности каменной кладки (В. А. Га- стен).
В этой работе проанализировано напряженное состояние
каменной кладки при сжатии.
Большую роль в развитии теории и практики каменного
строительства в СССР сыграли работы проф. Л. И. Онищика и результаты
исследований, проведенных его учениками.
В 30-х годах нашего столетия разрозненные сведения о
прочности и деформативности каменных конструкций были научно обоснованы
исследованиями советских ученых и инженеров. Появились новые виды
искусственных камней, а также армирование кирпичной кладки, что позволило
заметно снизить расход материалов.
Широкое распространение получили облегченные каменные
кладки, предложенные Н. С. Поповым, Н. М. Ор- лянкиным и Р. Н. Поповой, С. А.
Власовым.
В 30-х годах строители располагали методами возведения
каменной кладки в зимних условиях, что позволило ликвидировать сезонность
каменных работ.
Каменные конструкции возводят из имеющихся на местах
материалов. Они просты в изготовлении, обладают большой долговечностью и
огнестойкостью.
Однако возведение каменных конструкций связано со
значительными трудовыми затратами. Чтобы сократить их, повысить механизацию
кладочных работ и сократить сроки строительства, применяют крупные кирпичные
блоки и виброкирпичные панели заводского изготовления.
Деревянные конструкции. Простейшие деревянные конструкции
применялись наряду с каменными конструкциями. Техника их выполнения
совершенствовалась по мере развития производительных сил.
Выдающиеся образцы русского народного зодчества— рубленые
крепостные сооружения и церкви — были созданы в XII—XVIII вв. в Москве,
Киеве, Новгороде и многих других городах России.
Замечательными образцами деревянных конструкций начала XIX
в. могут служить сохранившиеся до настоящего времени треугольные фермы
многоригельной системы покрытия Московского манежа пролетом около 50 м, построенные в 1817 г., перекрытия Большого и Малого театров в Москве и др.
В XVIII—XIX вв. деревянные конструкции широко применялись
в инженерных сооружениях: плотинах, шлюзах, мостах, а также при строительстве
промышленных и общественных зданий.
В России было возведено много деревянных мостов больших
пролетов с подкосной, балочной и арочной системами пролетных строений.
Выдающийся русский ученый Д. И. Журавский создал оригинальные конструкции
деревянных мостов.
В период первых пятилеток и во время Великой Отечественной
войны деревянные конструкции применялись повсеместно, а их конструктивные
формы интенсивно развивались: были созданы новые типы плоских и
пространственных конструкций, а также новые типы соединений.
Достижения советской науки в защите древесины от гниения и
возгорания, способствующей долговечности деревянных конструкций, делают их
весьма перспективными.
В современных условиях наиболее совершенными деревянными
конструкциями являются клееные заводского изготовления. Большую роль в
развитии деревянных конструкций сыграли работы советских ученых: Г. Г.
Карлсена, Ю. М. Иванова, А. И. Отрешко, В. В. Большакова; А. Б. Губенко, М.
Е. Кагана, В. Ф. Иванова и др.
Но, несмотря на относительно высокую прочность, легкую
обрабатываемость, малую массу и другие положительные качества деревянных
конструкций, их широкое распространение ограничено из-за необходимости
экономии древесины — ценного сырья для других отраслей народного хозяйства.
Металлические конструкции. Металл в строительных
конструкциях уже с начала XII в. применялся для связей и затяжек в уникальных
по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т. п.).
В XVII—XVIII вв. применялись наслонные металлические
стропила и пространственные купольные конструкции глав церквей. Стержни
конструкции выполняли из кованых брусков и соединяли на замках и скрепах
горновой сваркой. Примерами могут служить сохранившиеся до наших дней
перекрытие пролетом 18 м над трапезной Троице-Сергиевого монастыря в
Загорске, перекрытие старого Кремлевского дворца в Москве, каркас купо: ла
колокольни Ивана Великого, каркас купола Казанского собора в Ленинграде
пролетом 15 м и др.
В начале XVIII в. появляются чугунные мосты и конструкции
перекрытий гражданских и промышленных зданий. Чугунные элементы соединяли на
замках или болтами. Первой чугунной конструкцией в России считается
перекрытие крыльца Невьянской башни на Урале. Первый чугунный мост был
построен в Англии в 1779 г., а в России (в Петербурге) в 1784 г.
Чугунная арка пролетом 30 м применена в перекрытии Александринского театра в Петербурге.
В 1850-х годах в Петербурге был построен Николаевский мост
с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м, являвшийся самым крупным чугунным мостом мира.
В конце прошлого столетия,применялись решетчатые каркасы
рамно-арочной конструкции для перекрытия зданий значительных пролетов:
покрытия Сенного рынка в Петербурге пролетом 25 м, Варшавского рынка пролетом 16 м, Гатчинского вокзала и др. Наиболее совершенной является
рамно-арочная конструкция покрытия дебаркадера Киевского вокзала,
построенного по проекту почетного акад. В. Г. Шухова.
Во второй половине XIX в. значительное развитие в нашей
стране получило металлическое мостостроение в связи с ростом сети железных
дорог.
Основателями русской школы мостостроения, являются
известные' инженеры и профессора: С. В. Кербедз, Н. А. Белелюбский, Л. Д.
Проскуряков, Д. И. Журав- ский, Н. С. Стрелецкий, Е. О. Патон и др.
В современном строительстве металлические конструкции
применяют в сооружениях с большими пролетами и высотами, а также в
специальных сооружениях (мачтах, башнях, резервуарах и т. п.), где они
оказываются экономически более эффективными, чем конструкции из других
материалов.
Простейшие стальные конструкции — балки, колонны, фермы —
целесообразны при возведении отдельных объектов нетипового строительства, при
устройстве рабочих площадок для обслуживания технологического оборудования,
при реконструкции существующих зданий и сооружений.
Дальнейшее совершенствование металлических конструкций
связано с внедрением сталей повышенной и высокой прочности, легких
алюминиевых сплавов, новых типов профилей и методов сварки, предварительного
напряжения конструкций.
Железобетонные конструкции начали применять со второй
половины XIX в. в связи с развитием промышленности и транспорта. Первые
железобетонные конструк-' ции — плиты, балки и колонны — появились в 1860—
1880 гг. почти одновременно в нескольких наиболее развитых странах (Англия,
Франция, Германия, США). В России железобетон применяется с 1886 г.
Широкое практическое применение железобетонных конструкций
в строительстве приходится на конец XIX и начало XX в.
Созданию первых теоретических основ железобетона и его
практическому внедрению способствовали работы ряда ученых: французских —
Консидера и Ф. Генебика, немецкого — Е. Мёрша, австрийского — Р. Залигера,
русских — Н. А. Белелюбского, И. Г. Малюги, И. С. Подольского, А. Ф. Лолейта,
Г. П. Передерия, Я. В. Столярова, М. Я. Штаермана, С. Е. Фрайфельда, А. А.
Гвоздева и др.
Первые теории расчета железобетона базировались на законах
сопротивления материалов; бетон рассматривали как упругий материал,
подчиняющийся закону Гука.
Первые технические условия на железобетонные сооружения
издаются в 1904—1908 гг. в Германии, Франции и России. Однако объемы
применения железобетона в дореволюционной России были крайне невелики.
В советский период железобетонные конструкции вначале
применялись в гидротехническом и промышленном, а затем и в гражданском строительстве.
Благодаря работам советских ученых в 1925—1932 гг. были спроектированы и
построены уникальные для того времени сооружения — Центральный телеграф и дом
«Известий» в Москве, Дом промышленности в Харькове, Дом Советов в Ленинграде,
много крупных промышленных объектов и гидротехнических сооружений.
В 1928 г. появились пространственные конструкции, с этого
же времени внедряется сборный железобетон.
В 30-х годах идея предварительного напряжения
железобетона, высказанная еще в конце прошлого века, приобрела практическое
значение благодаря работам известного французского инж. Э. Фрейсине.
Огромный размах строительства после Великой Отечественной
войны потребовал внедрении индустриальных методов возведении зданий и
сооружений с применением сборных элементов заводского изготовления. Была
создана новая отрасль народного хозяйства — промышленность сборного
железобетона, ставшая индустриальной базой современного капитального
строительства. С тех пор она непрерывно развивается. Так, в 1954 г. сборных железобетонных конструкций и изделий было изготовлено 3,1 млн. м3, в 1973 г.—102 млн. м3, в 1974 г.— 108 млн. м3, в 1975 г. — 114 млн. м3.
В настоящее время железобетонные конструкции занимают
ведущее место в строительстве.
Основания и фундаменты. Теоретической основой для
правильного подхода к проектированию оснований и фундаментов является
старейшая инженерная наука — механика грунтов, начало которой положено в 1773 г. первой теоретической работой Ш. О. Кулона о боковом давлении грунта засыпки на подпорную
стенку.
В России в 1835—1840 гг. теоретические основы науки об
основаниях и фундаментах были опубликованы путейским инженером М. С.
Волковым.
В 1869 г. петербургский профессор В. М. Карлович
опубликовал первый в мировой технической литературе курс «Основания и фундаменты».
Проф. В. И. Курдюмовым опубликован ряд работ по
исследованию сопротивлений естественных оснований, где указывались особые
пути науки о сопротивлении грунтов оснований, отличных от обычных
строительных конструкций.
Большой вклад в разработку теории устойчивости сыпучих
песчаных грунтов внес русский инженер Г. Е. Пау- кер.
В 1910 г. были опубликованы исследования по устойчивости
грунтов проф. С. И. Белзецкого.
Большой научный вклад в исследование механики грунтов и
фундаментостроения внесли отечественные ученые: Н. М. Герсеванов, Н. А.
Цитович, Н. П. Пузы- ревский, Ю. М. Абелев, М. И. Горбунов-Посадов, В. Г.
Березанцев, Г. К- Клейн, И. П. Прокофьев, И. А. Симвулиди, В. А. Флорин, К-
Е. Егоров и многие другие.
В 1942 г. вышел труд члена-корреспондента АН СССР проф. В.
В. Соколовского «Статика сыпучей среды», в котором впервые решены многие
вопросы устойчивости грунтов методами теории предельного равновесия.
За последние годы советскими учеными даны общие решения
плоской и пространственной задач механики грунтов.
За рубежом механику грунтов исследовали К. Терца- ги, Ф.
Шлейхер, Л. Прандтль, Г. Рейсснер, Како, Г. Крей, Кейль, А. Казагранде и др.
На основе теоретических и экспериментальных исследований в
СССР разработаны нормы проектирования естественных оснований и фундаментов
промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Успехи механики грунтов способствовали разработке, методов
расчета напряженного состояния и осадок оснований сооружений. Для
проектирования рациональной конструкции фундамента надфундаментные
конструкции здания, фундаменты и грунтовое основание рассматривают как единую
пространственную систему.
|