Область применения
Спектр применения железобетонных конструкций широкий:
- гидростроительство (ГЭС, плотины);
- транспортное строительство (кроме железнодорожных мостов);
- промышленное, сельскохозяйственное, гражданское (в том числе жилищное) строительство.
- горная промышленность и т. д.
Историческая справка
Железобетон появился не так давно одновременно в Европе и Америке. Правда, исследования показали, что из железобетона построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III век до н.э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах, а русские мастера еще в 1802 году при строительстве Царскосельского Дворца применяли армированный бетон, но не считали его новым материалом.
На роль родины железобетона претендовали Англия и США, но приоритет отдан Франции. В 1849 году Ж. Монье изготовил кадку для садовых растений, обмазав проволочный каркас цементным раствором. Именно сочетание таких двух материалов стало называться железобетоном. В России Ж. Монье был получен патент на железобетон в 1880 году, а сам способ строительства из железобетона долгие годы назывался «Системой Монье».
Если же подходить строже к истории, то оказывается еще в 1848 году адвокат по профессии Ж.-Л. Ламбо первым соорудил лодку из железобетона. Показанная в 1855 году на Парижской выставке лодка Ламбо произвела настоящую сенсацию. История железобетона начала свой отсчет.
Штукатур из Ньюкасла У. Уилкинсон в 1854 году получил патент на конструкцию огнестойкого перекрытия, состоящего из железных полос, укладываемых на расстоянии 2 фута друг от друга и заливаемых бетоном. Причем для повышения прочности перекрытия полосы следует укладывать в нижней части сечения, а над опорами отгибать их в верхнюю часть. У. Уилкинсон был первым, кто понял принцип рационального армирования железобетона. Идеи его в самой Англии особого внимания в это время не привлекли, но в элементах конструкции, работающих на сжатие, применение бетона продолжало расширяться.
В 1864 году Ф. Куанье во Франции построил первую церковь из железобетона. Спустя почти 20 лет из железобетона появилась первая церковь в Лондоне. Вклад Ф. Куанье в развитие железобетона огромен. В 1855 году он получил патент, фактически повторявший патент У. Уилкинсона, а в 1861 году опубликовал брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», где впервые указал на то, что бетон и стальные стержни в нем работают совместно. Около 20 лет Ф. Куанье строил железобетонные сооружения во Франции и других странах.
Появление железобетонных конструкций связано с ростом промышленности, транспорта и торговли во второй половине XIX века, когда необходимо было строительство новых фабрик, заводов, портов.
В 1892 г. французский инженер Ф. Геннебик предложил монолитное железобетонное ребристое покрытие (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Монолитное ребристое перекрытие
Колонна; 2 – главная балка; 3 – второстепенная балка; 4 – плита; 5 – рабочая арматура плиты; 6, 7, 8 – то же, соответственно для второстепенной и главной балок и колонн
В России железобетон стали применять с 1886 года для перекрытий по металлическим балкам.
В 1885 году проведены опыты, было предложение располагать арматуру в тех частях, где можно ожидать растягивающие усилия.
В 1891 году Н.А. Белелюбский первым произвел серию испытаний железобетонных конструкций: плит, балок, арок и прочее, которые по методике испытаний и полученным результатам во многом превосходили работы зарубежных ученых и послужили базой для широкого распространения железобетона в строительстве.
В 1908 г. были введены в действие первые в России технические условия и нормы на железобетонные сооружения, разработанные при участии Н. А. Белелюбского.
В России существует три этапа развития железобетона.
Первый этап – конец XIX века. С этого времени вошел в практику метод расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов.
На развитие железобетона большое влияние оказали труды таких ученых как Н.М. Абрамова, И.Г. Малюги, А.А. Байкова и др.
В 1904 году в Николаеве был построен железнодорожный маяк по проекту Н. К. Пятницкого и А. Н. Барышникова, экспертом которого был Н. А. Белелюбский. Это было уникальное сооружение высотой 40,2 м с толщиной стенок от 7,5 до 10 см (рис. 1.12).
А) б)
Рис. 1.12. Железобетонный маяк в г. Николаеве
А) – фотография; б) – схема
В том же году по проектам и под руководством А.Ф. Лолейта были построены в Москве своды пролетов в 8,5 м в Музее изобразительных искусств и железобетонное перекрытие над цехом ткацкой фабрики в 6400 
- первое большое железобетонное перекрытие в России.
В 1905 А.Ф. Лолейт приступил к разработке теории железобетонных тавровых сечений и безбалочных перекрытий, а в 1908 соорудил в Москве, впервые в мире, ряд таких перекрытий, существующих и поныне.
Второй этап – 1917-1950 годы XX века.
В 1928 г. поставлен вопрос о применении предварительного напряжения (первая идея принадлежала А.В. Гадолину, который в 1861 году осуществил ее к стальным стволам орудий).
После 1917 г. строительство получило невиданный размах: были построены Центральный телеграф в Москве, Дом Советов в Ленинграде, Волховская ГЭС – крупнейшая ГЭС к тому времени (рис. 1.13).
а)
б)
Рис. 1.13. Волховская ГЭС
А) – фотография; б) – схема
С 1928 г. железобетон стал широко использоваться в строительстве тонкостенных пространственных конструкций: разнообразные оболочки, склады, шатры, куполы.
В.З. Власов первым разработал общий практический метод расчета оболочек.
В 1934 г. в г. Новосибирске над зрительным залом оперного театра был сооружен уникальный купол диаметра 55,54 м, разработанный инженерами Б.Ф. Матери Б.Ф. и П.Л. Пастернаком (рис. 1.14).
а)
Б) в)
г)
Рис. 1.14. Новосибирский государственный академический театр
Оперы и Балета
а) – общий вид (1945 год); б) – совмещенный план зала и фойе; в) – вид сверху;
Г) – купол театра
В 1932 году на заседании Всесоюзного научного инженерно-технического общества бетонщиков А.Ф. Лолейт выступил с докладом «Пересмотр теории железобетона», где показал, что существующие методы подбора сечений железобетонных конструкций не позволяют эффективно применять высококачественные цементы и сталь повышенной прочности. А.Ф. Лолейт выдвинул новую теорию железобетона – гипотезу о предельном равновесии, в основу которой был положен отказ от методов расчета по допустимым напряжениям и переход на расчет по критическим усилиям, с введением определенного коэффициента запаса прочности. Эта гипотеза стала основой строительных норм.
Начиная с 1940 года В.И. Мурашев создает теорию трещиностойкости и жесткости железобетона. В 1950 году опубликована его монография «Трещиноусточивость, жесткость и прочность железобетона».
Третий этап – конец 50-х годов XX века. Этот этап характеризуется широкой индустриализацией железобетонного строительства, развитием предварительно напряженных конструкций, внедрением высокопрочных материалов.
Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1967 году Останкинская телебашня – выдающееся творение строительной техники XX века
(рис. 1.15).
А) б)
Рис. 1.15. Останкинская башня
А) – фото; б) – схема
Останкинская телебашня, высота которой в момент окончания ее строительства составила 533,3 м, построена в Москве по проекту инженера-конструктора Н. В. Никитина.
Допустимое отклонение вершины под действием ветра составляет 11, 65 м. Сегодня высота башни – 540 м, что почти на 300 м выше здания Московского университета на Ленинских горах и на 215 м выше знаменитой Эйфелевой башни в Париже. Несмотря на такую высоту, опрокинуться бетонная башня не может. Ее центр тяжести не выходит за площадь опоры. Эта площадь ограничена кольцом-фундаментом диаметром в 60 метров, а центр тяжести находится на высоте 110 метров по оси башни. Внутри по окружности ствола Останкинской телевизионной башни сверху донизу, как струны, натянуты стальные канаты. Каждый из 150 канатов растянут с силой в 70 тонн. В целом тело Останкинской башни сжато с силой в десять с половиной тысяч тонн. Поэтому внешние нагрузки не могут разрушительно воздействовать на сжатый металлическими канатами ствол телебашни. В этом была новизна инженерной мысли того времени.
В 1984 – 95 годы – это годы становление нового направления в теории железобетона на основе диаграммно – энергетического подхода, предложенного В.М. Митасовым, которую впоследствии поддержал В.В. Адищев.
В 1989 году В.М. Митасов выступил с докладом «Основы энергетической теории сопротивления железобетона».
Плеяда выдающихся советских ученых:
1. Н.А. Белелюбский;
2. А.Ф. Лолейт;
3. С.А. Дмитриев;
4. А.А. Гвоздев;
5. П.Л. Пастернак;
6. В.И. Мурашев;
7. Н.В. Никитин;
8. В.Н. Байков;
9. В.М. Бондаренко;
10. Н.И. Карпенко и др.