Плохое сопротивление бетона растягивающим усилиям можно было бы компенсировать, увеличивая поперечное сечение балки, но при этом значительно увеличится ее вес.

В связи с этим возникла необходимость в усилении растянутой части бетонных конструкций за счет применения материала, хорошо сопротивляющегося растяжению. Таким материалом оказалась сталь.

Так более 100 лет назад в строительстве появился новый материал — железобетон, представляющий собой конструктивное соединение бетона и стальной арматуры, работающих как одна целое.

На рис. 1 показаны схемы расположения арматуры в железобетонных балках. В балке, свободно лежащей на двух опорах, растягивающие усилия, возникающие под действием силы Р в нижней части балки, воспринимаются уложенной здесь арматурой, а сжимающие усилия в верхней части — бетоном.

Консольная балка испытывает растягивающие усилия в верхней части, поэтому и арматура в ней укладывается сверху.

Сталь хорошо сопротивляется не только растяжению, но и сжатию, поэтому ее иногда целесообразно использовать также для повышения несущей способности бетонных конструкций или их элементов, подверженных сжатию (например,колонн).

Какие же свойства бетона и стали обусловили возможность их соединения для совместной работы в конструкции?

Во-первых, способность бетонной смеси при затвердевании прочно сцепляться со сталью; во-вторых, то, что бетон предохраняет заключенную в него сталь от коррозии; в-третьих, почти одинаковые коэффициенты линейного расширения (для бетона 0,00001—0,000015, для стали 0,000012), что исключает появление значительных напряжений и предотвращает скольжение арматуры в бетоне при изменениях температуры среды в пределах 100 °С.

В настоящее время почти невозможно назвать такую область строительства, где не применялись бы бетон и железобетон.

Из них изготовляют конструкции любых форм, отвечающие самым разнообразным архитектурным и технологическим требованиям. Эти конструкции прочны, долговечны, огнестойки, хорошо сопротивляются атмосферным воздействиям.

Широкое распространение бетона и железобетона объясняется еще и тем, что для их изготовления применяют дешевое местное сырье — песок, щебень, гравий и др.

Конструкции из бетона и железобетона бывают монолитные, сборные и сборно-монолитные.

Монолитные конструкции бетонируют непосредственно на месте строительства в заранее устанавливаемой опалубке.

Рис. 1. Схемы расположения арматуры в железобетонных балках:
а — балка на двух опорах, б — консольная балка; 1 — сжатая зона, 2 — нейтральная ось, 3 — растянутая зона, 4 — стальная арматура

Сборные бетонные и железобетонные конструкции монтируют из изделий, изготовленных на специальных предприятиях (заводах, полигонах).

Сборно-монолитные конструкции — это сочетание сборных железобетонных элементов и монолитного бетона.

Сборные конструкции обладают рядом преимуществ перед монолитными:
а) упрощается организация работ на строительных площадках, так как основные операции по армированию, укладке и твердению бетонной смеси выполняются на заводах, а на площадке лишь монтируются готовые элементы. Это позволяет значительно уменьшить количество занятых рабочих;
б) сокращаются сроки строительства, так как почти полностью исключаются опалубочные работы, занимающие до 60% времени, а также время, необходимое для твердения уложенной в опалубку бетонной смеси;
в) упрощается и удешевляется строительство в зимнее время, так как нет надобности устраивать тепляки, предохраняющие бетон от замерзания;
г) за счет сокращения сроков монтажа удешевляется строительство;
д) качество элементов сборных конструкций обычно выше качества элементов монолитных конструкций.