Промышленное и гражданское строительство в задачах с решениями. В двух томах.

Издание четвертое, дополненное

Учебное пособие ставит целью ознакомить читателя с теоретическими основами и алгоритмами решения типовых задач промышленного и гражданского строительства, охватывающих основной круг вопросов, составляющих «образовательный фон» специалиста – строителя. Рассматриваются задачи по курсам архитектуры, строительных материалов, строительных конструкций, оснований и фундаментов, технологии строительства, организации строительства, экономики строительства и безопасности жизнедеятельности.
Каждый раздел включает в себя теоретическую, нормативную и методическую части с подробными решениями. Всего рассмотрено и решено около 200 различных задач строительного производства.
Пособие рекомендуется слушателям системы профессиональной переподготовки по направлению «Промышленное и гражданское строительство», а также инженерно-техническим работникам строительных организаций и студентам строительных вузов.

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для системы
профессиональной переподготовки по направлению «Промышленное и гражданское строительство»

Том 1
Предисловие ............................................................................................................ 11
ЧАСТЬ 1. АРХИТЕКТУРА (СТРОИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА).......................... 16
Раздел 1.1. Тепловая защита зданий.................................................................. 16
§1.1.1. Тепловая защита зданий ............................................................................. 16
§1.1.2. Расчет сопротивления теплопередаче (термического сопротивления) ограждающей конструкции ........................................................ 23
1.1.2.1. Термическое сопротивление плоской однородной стенки и ее температурное поле.................................................................................... 23
1.1.2.2. Термическое сопротивление плоской стенки, находящейся в контакте с воздушной средой, и ее температурное поле ............................. 31
1.1.2.3. Термическое сопротивление неоднородной плоской стенки ............ 35
1.1.2.4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций с учетом требований энергосбережения .......................................................... 43
§1.1.3. Проверка внутренней поверхности наружного ограждения на возможность конденсации влаги ........................................................................... 59
1.1.3.1. Проверка внутренней поверхности однородного наружного ограждения на возможность конденсации влаги ............................................ 59
1.1.3.2. Расчет влияния теплопроводных включений в ограждающей конструкции........................................................................................................ 66
§1.1.4. Проверка ограждающей конструкции на возможность конденсации влаги в ее толще ............................................................................... 73
§1.1.5. Теплоустойчивость ограждающих конструкций.................................... 113
§1.1.6. Расчет теплоусвоения поверхности полов .............................................. 123
§1.1.7. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций ............................. 129
1.1.7.1. Воздухопроницаемость конструкционных ограждающих конструкций...................................................................................................... 130
1.1.7.2. Воздухопроницаемость и теплосопротивление окон и балконных дверей ............................................................................................ 137
§1.1.8. Теплотехнический расчет навесных фасадных систем с вентилируемой воздушной прослойкой (НВФ)............................................... 143
1.1.8.1. Общие положения ............................................................................... 143
1.1.8.2. Теплотехнический расчет НВФ ......................................................... 148
§1.1.9. Расчет энергетической эффективности проекта здания......................... 175
1.1.9.1. Расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания qp от и общего расхода на отопление и вентиляцию за отопительный период....................................... 175
1.1.9.2. Энергетический паспорт здания (по проектной документации)..... 193
Раздел 1.2. Защита от шума ............................................................................... 200
§1.2.1. Общие положения ..................................................................................... 201
§1.2.2. Шум, его величина и спектр..................................................................... 211
1.2.2.1. Расчет ожидаемого уровня шума, создаваемого городским транспортом (LAэкв) ........................................................................................... 214
1.2.2.2. Расчет ожидаемого уровня шума, создаваемого железнодорожным транспортом (LAэкв) .......................................................... 220
§1.2.3. Звукоизоляция ........................................................................................... 224
1.2.3.1. Общие положения ............................................................................... 224
1.2.3.2. Расчет частотных характеристик конструкций ................................ 228
1.2.3.2.1. Расчет частотной характеристики однослойной сплошной конструкции.............................................................................. 230
1.2.3.2.2. Расчет частотной характеристики однослойной конструкции с пустотами .......................................................................... 234
1.2.3.2.3. Расчет частотной характеристики однослойной тонкой конструкции из металла, стекла, асбоцементного листа, гипсокартонных листов и т.п......................................................... 237
1.2.3.2.4. Расчет частотной характеристики двухслойной конструкции, состоящей из двух тонких листов металла, стекла, асбоцементного листа, гипсокартонных листов и т.п. с воздушным промежутком между ними ................................................. 239
1.2.3.2.5. Расчет частотной характеристики двухслойной конструкции, состоящей из двух тонких листов металла, стекла, асбоцементного листа, гипсокартонных листов и т.п. с заполнением воздушного промежутка между ними пористым или пористо-волокнистым материалом........................ 244
1.2.3.3. Определение индекса изоляции воздушного шума Rw, приведенного уровня ударного шума перекрытий Lnw и звукоизоляции наружных ограждений RАтран ................................................ 248
1.2.3.3.1. Определение индекса изоляции воздушного шума Rw.............. 248
1.2.3.3.2. Определение индекса приведенного ударного шума Lnw .......... 253
1.2.3.3.3. Определение звукоизоляции наружных ограждений RАтран...... 258
§1.2.4. Экранирование шума ................................................................................ 264
Раздел 1.3. Естественное освещение и инсоляция......................................... 274
§1.3.1. Общие сведения......................................................................................... 274
§1.3.2. Коэффициент естественной освещенности (КЕО) ................................. 276
§1.3.3. Методика проверочного расчета КЕО..................................................... 286
1.3.3.1. Расчет КЕО по методу А.М. Данилюка............................................. 286
1.3.3.2. Проверочный расчет КЕО .................................................................. 290
§1.3.4. Инсоляция .................................................................................................. 307
ЧАСТЬ 2. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ТЕХНОЛОГИЯ
БЕТОНА) .............................................................................................................. 322
Введение ................................................................................................................ 322
§2.1. Вяжущие вещества....................................................................................... 324
2.1.1. Общие сведения ..................................................................................... 324
2.1.2. Портландцемент ..................................................................................... 326
2.1.3. Формирование структуры цементного камня...................................... 329
2.1.4. Технические характеристики портландцемента.................................. 336
§2.2. Материалы для бетона ................................................................................. 338
§2.3. Бетонная смесь ............................................................................................. 347
§2.4. Основной закон прочности бетона ............................................................. 358
§2.5. Проектирование состава бетона по заданным параметрам ...................... 364
§2.6. Проектирование состава раствора .............................................................. 371
§2.7. Подбор составов бетонов и растворов с пластифицирующими добавками .............................................................................................................. 375
ЧАСТЬ 3. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ .......................................... 382
Раздел 3.1. Элементы статики сооружений .................................................... 382
§3.1.1. Общие положения ..................................................................................... 382
§3.1.2. Расчет статически определимых стержневых систем ............................ 391
3.1.2.1. Определение опорных реакций.......................................................... 391
3.1.2.2. Определение внутренних усилий и построение эпюр сил для балок .................................................................................................... 396
3.1.2.3. Определение внутренних усилий и построение эпюр сил для частных (стандартных) случаев нагружения балок......................... 416
3.1.2.4. Определение внутренних усилий и построение эпюр сил для рам ....................................................................................................... 432
3.1.2.4.1. Определение внутренних усилий и построение эпюр для ряда частных (стандартных) случаев нагружения рам..................... 437
3.1.2.5. Определение внутренних усилий и построение эпюр сил для простых ферм...................................................................................... 446
§3.1.3. Деформации и напряжение. Сжатие и растяжение, срез и изгиб.......... 459
3.1.3.1. Понятие о деформациях и напряжении............................................. 460
3.1.3.2. Перемещения при поперечном изгибе .............................................. 514
3.1.3.3. Продольный изгиб............................................................................... 526
§3.1.4. Расчет статически неопределимых стержневых систем ........................ 535
3.1.4.1. Расчет статически неопределимых балок методом сравнения перемещений .................................................................................. 536
3.1.4.2. Расчет статически неопределимых балок методом трех моментов........................................................................................................... 543
3.1.4.3. Расчет статически неопределимых систем методом сил ................. 555
3.1.4.3.1. Потенциальная энергия упругой деформации и перемещения............................................................................................... 555
3.1.4.3.2. Теоремы о взаимности работ и перемещений. Интеграл Мора ........................................................................................... 559
3.1.4.3.3. Правило Верещагина.................................................................. 565
3.1.4.3.4. Метод сил.................................................................................... 573
3.1.4.3.4.1. Расчет балок методом сил................................................. 576
3.1.4.3.4.2. Расчет рам методом сил .................................................... 593
§3.1.5. От стержня к зданию................................................................................. 615
Раздел 3.2. Строительные конструкции.......................................................... 627
§3.2.1. Строительные конструкции и их расчетная идеализация...................... 627
§3.2.2. Основы расчета строительных конструкций по предельным состояниям............................................................................................................. 629
§3.2.3. Расчет строительных конструкций, работающих на сжатие ................. 633
3.2.3.1. Общие положения ............................................................................... 633
3.2.3.2. Расчет стальных колонн ..................................................................... 639
3.2.3.2.1. Расчет стальных центрально-сжатых колонн сплошного сечения..................................................................................... 641
3.2.3.2.2. Расчет стальных центрально-сжатых колонн сквозного сечения ...................................................................................... 658
3.2.3.2.3. Расчет стальных внецентренно-сжатых колонн сплошного сечения..................................................................................... 667
3.2.3.3. Расчет деревянных колонн (стоек) .................................................... 674
3.2.3.3.1. Расчет деревянных центрально-сжатых колонн (стоек) сплошного (цельного) сечения..................................................... 682
3.2.3.3.2. Расчет деревянных центрально-сжатых составных колонн (стоек)............................................................................................. 686
3.2.3.4. Расчет кирпичных колонн (столбов) ................................................. 696
3.2.3.4.1. Расчет центрально-сжатых кирпичных колонн (столбов) ........ 696
3.2.3.4.2. Расчет внецентренно-сжатых кирпичных колонн (столбов) ..... 715
3.2.3.5. Расчет железобетонных колонн ......................................................... 719
3.2.3.5.1. Расчет внецентренно-сжатых железобетонных колонн............ 719
3.2.3.5.2. Расчет центрально-сжатых железобетонных колонн.............. 751
§3.2.4. Расчет конструкций, работающих на изгиб ............................................ 758
3.2.4.1. Общие положения ............................................................................... 758
3.2.4.2. Расчет стальных балок........................................................................ 764
3.2.4.2.1. Расчет стальной прокатной балки............................................. 766
3.2.4.2.2. Расчет составной стальной балки ............................................. 770
3.2.4.3. Расчет деревянных балок.................................................................... 777
3.2.4.3.1. Расчет цельных деревянных балок ........................................... 779
3.2.4.3.2. Расчет составных деревянных балок ........................................ 783
3.2.4.4. Расчет железобетонных балок и плит ............................................... 788
3.2.4.4.1. Общие принципы расчета.......................................................... 788
3.2.4.4.2. Расчет железобетонных балок и плит по первому
предельному состоянию ............................................................................ 792
3.2.4.4.2.1. Расчетная схема балки с одиночным армированием........ 792
3.2.4.4.2.2. Расчет прямоугольной железобетонной балки по прочности нормального сечения с одиночным армированием ....................................................................................... 796
3.2.4.4.2.3. Расчет прямоугольной железобетонной балки при действии поперечных сил............................................................. 801
3.2.4.4.2.4. Расчет прямоугольной железобетонной балки по по прочности нормального сечения с двойным армированием ......... 816
3.2.4.4.2.5. Расчет железобетонных элементов таврового профиля по прочности нормального сечения с одиночным армированием ....................................................................................... 820
3.2.4.4.2.6. Понятие о расчете предварительно напряженных железобетонных элементов......................................... 829
3.2.4.4.3. Понятие о расчете железобетонных балок и плит по второму предельному состоянию. Расчет железобетонных балок на трещиностойкость и по деформациям ...................................... 834
§3.2.5. Соединение элементов металлических конструкций............................. 849
3.2.5.1. Общие положения ............................................................................... 849
3.2.5.2. Болтовые соединения.......................................................................... 850
3.2.5.3. Сварные соединения ........................................................................... 867
Том 2
ЧАСТЬ 4. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ ................................................... 8
§4.1. Общие сведения о грунтах оснований и фундаментах ................................. 8
§4.2. Назначение глубины заложения подошвы фундаментов ........................... 18
§4.3. Определение размеров подошвы жестких фундаментов............................ 22
§4.4. Расчет осадок фундаментов мелкого заложения ......................................... 24
§4.5. Расчет конструкции фундамента по материалу........................................... 29
§4.6. Свайные фундаменты .................................................................................... 43
4.6.1. Общие сведения о сваях .......................................................................... 43
4.6.2. Взаимодействие свай с окружающим грунтом...................................... 46
4.6.3. Расчет несущей способности свай .......................................................... 48
4.6.3.1. Расчет несущей способности свай-стоек....................................... 49
4.6.3.2. Расчет несущей способности висячих свай .................................. 50
4.6.3.3. Расчет осадки свайного фундамента ............................................. 55
4.6.4. Определение несущей способности забивных свай динамическим методом ..................................................................................... 62
ЧАСТЬ 5. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ........... 79
Раздел 5.1. Земляные работы .............................................................................. 79
§5.1.1. Расчет устойчивости откосов ..................................................................... 81
5.1.1.1. Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта (φ ≠ 0, с = 0) ........................................................................................................ 83
5.1.1.2. Устойчивость вертикального откоса грунта, обладающего только сцеплением (φ = 0, с ≠ 0) ....................................................................... 84
5.1.1.3. Расчет предельной нагрузки на горизонтальную поверхность, ограничивающую откос грунта (по В.В. Соколовскому)..................................................................................... 86
5.1.1.4. Расчет минимального расстояния от бровки откоса котлована до оси движения транспортных средств ........................................ 89
5.1.1.5. Определение формы равноустойчивого откоса, находящегося в предельном напряженном состоянии, при заданной максимальной интенсивности нагрузки на его верхней горизонтальной поверхности.............................................................. 91
5.1.1.6. Метод круглоцилиндрических поверхностей сдвига ....................96
§5.1.2. Расчет возможности обратной засыпки по активному давлению грунта на вертикальную стенку.......................................................... 113
5.1.2.1. Засыпка сыпучим грунтом (с = 0)...................................................... 114
5.1.2.2. Засыпка сыпучим грунтом (с = 0) с равномерно
распределенной нагрузкой q по поверхности грунта ................................... 116
5.1.2.3. Засыпка связным грунтом .................................................................. 118
5.1.2.4. Засыпка связным грунтом (с > 0) с равномерно
распределенной нагрузкой q по поверхности грунта ................................... 122
§5.1.3. Расчет ограждений траншей и котлованов ............................................. 124
5.1.3.1. Расчет деревянных ограждений ......................................................... 124
5.1.3.2. Расчет шпунтовых ограждений.......................................................... 136
5.1.3.2.1. Общие положения ...................................................................... 136
5.1.3.2.2. Расчет свободно стоящей шпунтовой стенки .......................... 142
5.1.3.2.3. Расчет шпунтовой стенки с одним ярусом
распорок или анкеров ................................................................................ 151
§5.1.4. Искусственное понижение уровня грунтовых вод................................. 155
5.1.4.1. Общие положения. Водоотлив насосами .......................................... 155
5.1.4.2. Расчет иглофильтровых водопонизительных систем ...................... 161
Раздел 5.2. Монтаж строительных конструкций........................................... 169
§5.2.1. Расчет технических параметров самоходного стрелового крана ............ 169
§5.2.2. Расчет приспособлений для монтажа строительных конструкций ......... 174
5.2.2.1. Расчет стальных канатов и стропов................................................... 178
5.2.2.2. Расчет траверс ..................................................................................... 181
5.2.2.2.1. Расчет траверсы, работающей на изгиб.................................... 181
5.2.2.2.2. Расчет траверсы, работающей на сжатие ................................. 183
§5.2.3. Проверка конструкций на транспортные и монтажные нагрузки ................................................................................................................. 186
5.2.3.1. Проверка колонн на транспортные и монтажные нагрузки .............. 187
5.2.3.2. Проверка ферм на устойчивость в процессе монтажа ..................... 191
Раздел 5.3. Бетонные работы............................................................................. 205
§5.3.1. Некоторые ошибки при производстве бетонных работ ......................... 207
5.3.1.1. Последствия повышения подвижности бетонной смеси
на площадке добавлением дополнительного количества воды ................... 207
5.3.1.2. Последствия увеличения толщины защитного слоя ........................ 211
§5.3.2. Зимнее бетонирование .............................................................................. 213
5.3.2.1. Влияние отрицательных температур на твердение бетона в раннем возрасте............................................................................................. 213
5.3.2.2. Общие принципы зимнего бетонирования ....................................... 230
5.3.2.3. Метод термоса ..................................................................................... 235
5.3.2.4. Электротермообработка бетона ......................................................... 243
5.3.2.4.1. Общие принципы электродного электропрогрева................... 243
5.3.2.4.2. Сквозной прогрев бетона слабоармированных конструкций пластинчатыми электродами .............................................. 247
5.3.2.4.3. Электропрогрев бетона плоскими электродными группами .... 249
5.3.2.4.4. Прогрев бетона греющими проводами..................................... 252
5.3.2.4.5. Индукционный нагрев бетона ................................................... 257
5.3.2.5. Режим остывания железобетонных конструкций после прогрева ............................................................................................................ 268
5.3.2.5.1. Общие вопросы .......................................................................... 268
5.3.2.5.2. Расчет температуры и продолжительности остывания конструкций типа «неограниченная пластина»....................................... 300
5.3.2.5.3. Расчет температуры и продолжительности остывания конструкций типа «протяженный прямоугольный брус»....................... 311
5.3.2.5.4. Термонапряженное состояние остывающего бетона .............. 318
5.3.2.6. Бетонирование с противоморозными добавками ............................. 334
Раздел 5.4. ОПАЛУБОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ .......................................... 348
§5.4.1. Общие положения ..................................................................................... 348
§5.4.2. Нагрузки и данные для расчета опалубки монолитных бетонных и железобетонных конструкций .......................................................................... 356
§5.4.3. Принципы расчета элементов деревянных опалубочных конструкций........................................................................................................... 362
§5.4.4. Расчет опалубки ленточного фундамента ............................................... 369
§5.4.5. Расчет опалубки колонны прямоугольного сечения .............................. 378
§5.4.6. Расчет опалубки безбалочного монолитного перекрытия..................... 389
§5.4.7. Демонтаж опалубки перекрытий (переопирание) .................................. 399
ЧАСТЬ 6. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА.......................................... 409
Раздел 6.1. Сетевое моделирование.................................................................. 409
§6.1.1. Общие положения ..................................................................................... 409
§6.1.2. Элементы сетевого графика и порядок его построения......................... 411
§6.1.3. Временны́е параметры сетевого графика................................................ 414
§6.1.4. Методы построения сетевых графиков ................................................... 415
6.1.4.1. Расчет сетевого графика по методу «вершины – события»............. 415
6.1.4.2. Расчет сетевого графика по секторному методу непосредственно на графике ........................................................................... 418
6.1.4.3. Расчет сетевого графика по методу записи дробей.......................... 421
6.1.4.4. Корректировка сетевого графика....................................................... 422
§.6.1.5. Порядок разработки сетевого графика строительства .......................... 424
Раздел 6.2. Транспортная задача ...................................................................... 455
§6.2.1. Общие положения ..................................................................................... 455
§6.2.2. Модели транспортной задачи................................................................... 456
6.2.2.1. Построение исходного плана методом северо-западного угла .................................................................................................................... 459
6.2.2.2. Построение исходного плана методом минимального тарифа ............................................................................................................... 461
6.2.2.3. Проверка оптимальности планов и их корректирование методом потенциалов ...................................................................................... 463
ЧАСТЬ 7. ЭКОНОМИКА СТРОИТЕЛЬСТВА ............................................. 486
Раздел 7.1. Экономическая эффективность инвестиций ............................. 486
§7.1.1. Общие положения. Временнáя стоимость денежных средств .............. 486
§7.1.2. Оценка коммерческой эффективности инвестиций ............................... 493
§7.1.3. Фактор времени в строительстве ............................................................. 510
7.1.3.1. Досрочный ввод построенного объекта (комплекса) в эксплуатацию................................................................................................. 510
7.1.3.2. Потери от «замораживания» капитальных вложений........................512
§7.1.4. Экономическая эффективность лизинга ................................................. 513
7.1.4.1. Общие положения ............................................................................... 513
7.1.4.2. Методика расчета лизинговых платежей и эффективность лизинговых операций ...................................................................................... 518
Раздел 7.2. Анализ взаимосвязей соотношения «затраты – объем продукции – прибыль»....................................................................................... 531
§7.2.1. Общие положения ..................................................................................... 531
§7.2.2. Анализ безубыточности............................................................................ 534
§7.2.3. Операционный (производственный) леверидж ...................................... 541
Раздел 7.3. Сметная стоимость строительства .............................................. 548
§7.3.1. Сметное нормирование............................................................................. 548
§7.3.2. Формирование стоимости строительства................................................ 557
§7.3.3. Составление сметы.................................................................................... 566
ЧАСТЬ 8. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ .......................... 585
Раздел 8.1. Электробезопасность ...................................................................... 585
§8.1.1. Действие электрического тока на организм человека............................ 585
§8.1.2. Однофазное прикосновение ..................................................................... 589
§8.1.3. Защитное заземление ................................................................................ 594
8.1.3.1. Расчет сопротивления одиночного стержневого заземлителя....................................................................................................... 596
8.1.3.2. Порядок расчета защитного заземления ........................................... 606
§8.1.4. Молниезащита ........................................................................................... 613
8.1.4.1. Характеристики грозовой деятельности ........................................... 613
8.1.4.2. Категории молниезащиты .................................................................. 617
8.1.4.3. Порядок расчета молниезащиты........................................................ 627
Раздел 8.2. Пожарная безопасность зданий и сооружений........................... 634
§8.2.1. Общие положения ..................................................................................... 634
§8.2.2. Расчет категорий зданий и помещений по взрывопожарной и пожарной опасности .......................................................................................... 649
§8.2.3. Огнестойкость зданий и конструкций..................................................... 655
8.2.3.1. Оценка огнестойкости зданий............................................................ 658
8.2.3.2. Расчет огнестойкости железобетонных конструкций...................... 669
8.2.3.2.1. Теплотехнический расчет .......................................................... 672
8.2.3.2.2. Статический расчет .................................................................... 676