Соединения железобетонных элементов

172. КАК СОЕДИНЯЮТ СБОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ?

Имеется несколько способов, из них три самые распространенные: с помощью сварки стальных закладных деталей, с помощью выпусков арматуры и с помощью шпонок из монолитного бетона или раствора. Перечисленные способы применяют как по отдельности, так и в совокупности друг с другом.

173. ЧТО ТАКОЕ ЗАКЛАДНЫЕ ДЕТАЛИ?

Рис.87

Это пластины или прокатные профили, выступающие на поверхность бетона (поз. 1 на рис.87), и приваренные к ним анкера из стержней периодического профиля (поз. 2), уходящие вглубь бетона. Иногда в качестве анкеров применяют гладкие стержни с крюками по концам. Соединение конструкций обеспечивается сварными швами (поз. 3). Детали называют закладными, потому что их закладывают в форму до бетонирования изделий, наряду с арматурой. В зависимости от типов соединяемых элементов и действующих нагрузок, закладные детали могут испытывать воздействие самых разнообразных

усилий: моментов, нормальных и сдвигающих сил. Эти же усилия действуют и на сварные швы.

174. ДЛЯ ЧЕГО ЗАКЛАДНЫМ ДЕТАЛЯМ НУЖНЫ АНКЕРА?

Без анкеров сцепление пластины с бетоном весьма слабое, она может легко отвалиться, не выдержав действующих на нее усилий. Например, закладные детали, соединяющие шарнирно опертый ригель (поз. 1 на рис.88,а) с колонной (поз. 2) в одноэтажном производственном здании, подвергаются воздействию нескольких усилий.

Поперечную горизонтальную нагрузку (ветровую или от торможения тележки крана) ригель передает на смежную стойку рамы (рис. 88,б), в нем возникает продольная сила N (сжимающая или растягивающая – в зависимости от направления нагрузки). Одной из ее реакций является сдвигающая сила Q₁, воспринимаемая закладными деталями (в равной мере – колонны и ригеля). В опорных сечениях ригеля возникают небольшие моменты М₀ (подробнее см. вопрос 176), которые передаются на закладные детали (М₁ на рис.88,в). Продольные силы Т, возникающие от торможения кранов, приводят к образованию опрокидывающего момента в ригеле, в результате чего на закладные детали действует сдвигающая сила Q₂ и момент М₂ (рис.88,г). Понятно, что если анкера плохо приварены к пластине или они имеют недостаточное поперечное сечение, или недостаточно глубоко заделаны в бетоне, то закладная деталь преждевременно разрушится, вслед за чем произойдет разрушение всего соединения.

Рис. 88

 

В зависимости от назначения и характера действующих усилий, закладные детали могут иметь не только нормальные (перпендикулярные поверхности), но и наклонные анкера. В ряде случаев применяют также штампованные закладные детали (они более технологичны, чем сварные), у которых сцепление с бетоном обеспечивается местными выпуклостями.

Проектирование закладных деталей заключается в правильном подборе размеров пластины, площади сечения анкеров и глубины их заделки в бетоне, а это диктуется величинами и характером действующих усилий. Расчетные формулы приведены в нормативно-справочной литературе.

175. ЧТО ТАКОЕ ИДЕАЛЬНЫЙ ШАРНИР?

Это шарнир, который не препятствует взаимному повороту соединяемых элементов, т.е. исключает появление изгибающих моментов в сечениях, примыкающих к шарниру (рис.89,а). Практически такой шарнир выполнить невозможно, поскольку даже при наличии смазки в нём останутся незначительные силы трения, которые будут препятствовать повороту, а значит, создадут защемление и момент, пусть и ничтожно малый. Близкие к идеальным шарниры применяют для опор пролётных строений мостов (рис.89,б) и некоторых большепролётных конструкций покрытий. Однако для массового строительства такие шарниры слишком дороги, поэтому там используют более простые решения (см. вопрос 176).

Рис.89 (* сварные швы)

 

176. ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ РЕАЛЬНЫЙ ШАРНИР ОТ ИДЕАЛЬНОГО?

В массовом строительстве шарнирное соединение железобетонных элементов (плит с балками, балок с колоннами и т. п.) осуществляется, преимущественно, с помощью непосредственной сварки закладных деталей (рис. 87 и 89,в). Такие соединения, однако, препятствуют свободному повороту, создают некоторое защемление соединяемых элементов, поэтому возникает опорный изгибающий момент М_о. Эпюра опорного давления р при этом может стать двузначной и часть анкеров закладных деталей подвергаться выдёргиванию. Небольшое защемление возникает также и при опирании конструкций (например, плит перекрытий) на каменные стены (рис. 89,г). Однако подобные отклонения от идеального шарнира особых беспокойств не вызывают: опорные моменты по сравнению с пролетными очень малы, несущая способность опорных сечений обычно вполне достаточна для их восприятия, а некоторым уменьшением пролетных моментов можно пренебречь (в запас).

Чтобы уменьшить опорные моменты, можно использовать прокладки (поз. 1 на рис. 89,д), которые приваривают к закладным деталям ригеля (балки, фермы, арки). В процессе монтажа ригелей прокладки надевают на анкерные болты (поз. 2) закладных деталей колонн, гайки завинчивают и вместе с шайбами обваривают. При таком решении свобода поворота опорных сечений ригелей возрастает, а опорные моменты уменьшаются, но одновременно увеличивается металлоемкость конструкций и трудоемкость монтажа. Поэтому подобные соединения применяют в последнее время довольно редко – как правило, в наиболее ответственных конструкциях (например, в опорах подкрановых балок).

177. ПОЧЕМУ В СОЕДИНЕНИЯХ СБОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РЕДКО ПРИМЕНЯЮТ ЦЕНТРИРУЮЩИЕ ПОДКЛАДКИ?

Центрирующие подкладки нужны для того, чтобы зафиксировать положение опорных реакций, иными словами – положение равнодействующих эпюр давления. Чем уже подкладки, тем точнее фиксируются реакции (они не выходят за пределы подкладок), тем меньше величины опорных моментов М₀. Но, чем уже подкладки, тем выше напряжения смятия в бетоне. Чтобы обеспечить прочность бетона на смятие, подкладки приходится делать столь широкими, что они теряют изначальный смысл. Подкладки применяют в некоторых типах стыков колонн, однако они там играют, скорее, роль фиксаторов в процессе монтажа, которую утрачивают после сварки выпусков арматуры и обетонирования стыков (см. вопрос 182).

178. В ЧЁМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ОСОБЕННОСТЬ ОПИРАНИЯ ПАНЕЛЕЙ ТИПА КЖС?

Панели этого типа имеют очень небольшую высоту на опоре (менее 200 мм), которой явно недостаточно для восприятия опорного момента М₀ (см. вопрос 176). Поэтому для них применяют т.н. «пластинчатые шарниры», в состав которых, кроме опорных закладных деталей, входит промежуточная стальная пластина. С одного края её приваривают к верхней закладной детали, а с другого – к нижней, в результате чего обеспечивается свободный поворот КЖС относительно нижележащей конструкции (рис. 89,е). Пластинчатый шарнир намного проще и дешевле мостового, но у него есть один недостаток: при повороте опорного сечения (прогибе конструкции) точка приложения опорной реакции смещается внутрь пролета относительно расчетной оси, т. е. к нижележащей конструкции нагрузка прикладывается с дополнительным эксцентриситетом.

179. В КАКИХ СЛУЧАЯХ ПРИМЕНЯЮТ ШАРНИРНО-ПОДВИЖНЫЕ ОПОРЫ?

Применяют в пролётных строениях мостов, которые эксплуатируют на открытом воздухе и у которых отсутствие подвижных опор вызовет большие внутренние температурные напряжения в сечениях (в дополнение к напряжениям от усадки и ползучести). Кроме того, по условиям статического расчета шарнирно-подвижные опоры применяют в контурных элементах тонкостенных оболочек и в ряде других пространственных конструкций.

Для конструкций покрытий и перекрытий массового назначения применяют обычные шарнирно-неподвижные опоры (рис.89,в), ибо только они в состоянии обеспечить передачу горизонтальных нагрузок на смежные стойки рам (или смежные стены) и создать жесткий горизонтальный диск покрытия или перекрытия. Неподвижные опоры хотя и вызывают распор, но распор не опасный, а для изгибаемых элементов даже полезный, т.к. он несколько уменьшает значения моментов в пролете.

180. КАК ВЫПОЛНЯЮТ ЖЕСТКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ МОНОЛИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ?

Рис. 90 (*расчетное сечение)

При жестком сопряжении угол между элементами остается неизменным, а примыкающие к узлу нормальные сечения должны быть в состоянии воспринимать изгибающие (узловые) моменты Мо. В монолитных конструкциях такой узел сложности не представляет: следует лишь надежно заанкерить рабочую арматуру в узле (особенно, растянутую), учитывая, что размеры самого узла зачастую весьма ограниченны. Если размеры узла lx меньше длины зоны анкеровки lan, применяют известные конструктивные приёмы (см. вопрос 21): устраивают концевые анкера в виде коротышей или анкерных головок, загибают концы стержней «в лапу» (рис. 90,а) и т.п. Если позволяют условия,

то в узлах целесообразно устраивать вуты, т.е. уширения (рис. 90,б), которые увеличивают жесткость самих узлов и несколько уменьшают изгибающие моменты в расчетных сечениях (точнее сказать, передвигают опасные сечения в сторону меньших значений моментов).

181. КАК АРМИРУЮТ ВНУТРЕННИЕ (ВХОДЯЩИЕ) УГЛЫ ЖЕСТКО СОПРЯГАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ?

Здесь надо учитывать знак изгибающего момента. Если момент растягивает внутренние грани или его знак может меняться, то при армировании гнутыми стержнями появляется равнодействующая сила N, которая стремится выпрямить эти стержни и оторвать защитный слой бетона, что приведёт к разрушению узла (рис. 91,а). Поэтому в местах перегиба стержней их заанкеривают скобами (поз. 1 на рис. 91,б), воспринимающими силу N, или применяют не связанные между собой прямые пересекающиеся стержни, заанкеривая их в бетоне с помощью анкерных головок (поз. 2 на рис. 91,в), коротышей или другим способом (см. вопрос 21).

Рис. 91

182. ЧТО ТАКОЕ ВЫПУСКИ АРМАТУРЫ?

Это концы арматурных стержней, выходящие наружу из тела бетона. Чтобы обеспечить передачу усилия, выпуски обычно сваривают между собой ванной сваркой (реже дуговой сваркой с накладками), а затем обетонируют. Такой способ применяют, например, в жёстком стыке колонн, показанном на рис.92 (где поз.1 – выпуски арматуры, 2 – ванная сварка, 3 – монолитный бетон), в жёстком соединении ригелей с колоннами (см. вопрос 183 и рис. 93) и во многих других случаях. Выпуски устраивают и в монолитном железобетоне, когда требуется наращивать арматуру по мере бетонирования массивной или протяженной конструкции.

Рис. 92

Рис. 93

183. КАК ВЫПОЛНЯЮТ ЖЕСТКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ СБОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ?

Жестко соединить сборные элементы намного сложнее, чем монолитные, поскольку сложнее передать внутренние усилия (внутренний момент) с одного элемента на другой. Внутренний момент – это момент внутренней пары сил, следовательно, необходимо передать растягивающее усилие N_s в арматуре S и сжимающее усилие N_b в бетоне (в совокупности со сжимающим усилием N_sc в арматуре S¢), по возможности сохраняя плечо между ними.

В современных решениях – например, в узлах рамных каркасов (рис. 93) – для передачи растягивающих усилий обычно используют выпуски арматуры S; сжимающие усилия в арматуре S¢ передают через опорные закладные детали (их сваривают между собой), а сжимающие усилия в бетоне – через монолитный бетон, которым заполняют зазоры между элементами, и, частично, через опорные закладные детали (поз. 4 на рис. 93). Как видим, в подобных узлах одновременно используют два типа соединений: на закладных деталях и на выпусках арматуры.

184. ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ РЕАЛЬНЫЙ ЖЁСТКИЙ УЗЕЛ ОТ ИДЕАЛЬНОГО?

При идеально жёстком соединении элементы в местах примыкания к узлу не поворачиваются, т.е. сохраняют первоначальные углы сопряжения. В действительности же, в корневых (примыкающих к узлу) нормальных сечениях возникают значительные деформации – эти сечения обычно испытывают самые большие изгибающие моменты. Следовательно, происходит поворот на некий угол j – особенно интенсивный после образования трещин; на тот же угол поворачивается и ось элемента. Но если ось поворачивается, то узел перестаёт быть идеально жёстким, изгибающие моменты в нём уменьшаются по сравнению с идеальной (упругой) схемой и соединение становится податливым. Конечно, такая податливость изменяет расчётную схему, но в инженерных расчётах (кроме расчетов прогибов) ее не учитывают до тех пор, пока растянутая арматура не достигает предела текучести – тогда сечения продолжают поворачиваться без приращения внутренних усилий, т.е. образуется пластический шарнир (см. раздел 3.3).

185. ЧТО ТАКОЕ ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ?

Это соединения, предназначенные для предотвращения взаимного смещения сборных или сборно-монолитных элементов, возникающего под воздействием сдвигающих (перерезывающих) или поперечных сил. Шпонки образуются монолитным бетоном или раствором при заполнении углублений в смежных поверхностях соединяемых конструкций после их монтажа.

Например, если дополнительная местная нагрузка приложена к одной из плит перекрытия, то при отсутствии шпонок она воспринимает нагрузку целиком и прогибается больше, чем соседние (см. поперечное сечение на рис. 94,а). Это обстоятельство вызывает немало неудобств – в частности, разрушение отделки потолка. Шпонки же вовлекают в совместные деформации соседние плиты (рис. 94,б) и распределяют на них часть дополнительной нагрузки.

Шпонки в состоянии передавать весьма большие величины поперечных сил, например, опорную реакцию капители безбалочного перекрытия на колонну (рис. 95). При необходимости шпонки совмещают с выпусками арматуры или закладными деталями (в соединениях элементов сборных оболочек, безбалочных перекрытий и пр.).

186. КАК ПРОЕКТИРУЮТ БЕТОННЫЕ ШПОНКИ?

Шпонки работают на сжатие по поверхностям контакта (выступам) и на срез по основаниям выступов (рис.96). Условие прочности на сжатие имеет вид: Q £ R_b t_k l_k n_k, а условие прочности на срез: Q £ 2 R_bt h_k l_k n_k, где t_k, h_k, l_k – глубина (выступ), высота сечения и длина одной шпонки, а n_k – число шпонок. Иными словами, t_k´ l_k – площадь сжатия, а h_k´ l_k – площадь среза одной шпонки.Шпонки участвуют в работе соединения неравномерно – одни включаются в работу полностью, другие частично, поэтому в расчет вводят не более трех шпонок: n_k £ 3.

Рис. 94

Рис. 95

Рис. 96

187. ПОЧЕМУ ПРОЕКТНЫЕ РАЗМЕРЫ СБОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НАЗНАЧАЮТ МЕНЬШЕ НОМИНАЛЬНЫХ?

Любые изделия, даже предназначенные для самых тонких приборов, невозможно изготовить идеально точно, поэтому на них устанавливают допуски, т. е. допустимые отклонения от размеров, указанных в чертежах. Допуски устанавливают также на строительные конструкции и на их монтаж. Если представить, что строители смонтировали соседние колонны с минусовым отклонением (фактическое расстояние между колоннами получилось меньше номинального), а ригель изготовлен с плюсовым (его длина оказалась больше номинальной), то ригель невозможно будет установить: он не войдёт между колоннами. По этой причине проектную длину ригеля заранее назначают меньше номинальной. То же относится к балкам, фермам, плитам покрытий и перекрытий, стеновым панелям и ко многим другим элементам.

Иными словами, между соседними элементами необходимо всегда предусматривать небольшие зазоры. Величины проектных зазоров колеблются от 10 мм (для плит по ширине) до 60 мм (для балок и ферм пролётом 24 м по длине). Они зависят от величин допусков, которые приведены в соответствующих ГОСТах.

НАГРУЗКИ

188. что такое нормативные нагрузки?

Это нагрузки q_n (F_n), соответствующие условиям нормальной эксплуатации конструкций, зданий и сооружений. Они отражают результаты многолетних климатических наблюдений (например, снеговая и ветровая нагрузки), паспортные характеристики оборудования (например, вертикальные и горизонтальные усилия от мостовых кранов), номинальный вес конструкций, материалов, технологического оборудования и т.д. Кстати, нормативный объемный вес тяжелого бетона равен 24 кН/м³, стали – 78,5кН/м³, а железобетона – 25 кН/м³.

189. что такое расчетные нагрузки?

Реальные нагрузки могут отличаться от нормативных в большую или меньшую стороны. Например, снеговая нагрузка может превысить нормативную в особо снежную зиму, а нагрузка от собственного веса железобетонного элемента может превысить нормативную вследствие неточности изготовления или увеличения плотности бетона по сравнению с проектными. Все эти отклонения учитываются коэффициентом надежности по нагрузке g_f. Умножая на него нормативную нагрузку, получают расчетную нагрузку: q_n´ g_f = q (или F_n ´ g_f = F). Чем больше вероятность изменения (изменчивость) нагрузки, тем выше значение g_f : самое высокое (1,4) – для снеговой и ветровой нагрузки, самое низкое (1,05) – для собственного веса металлических конструкций. Для веса железобетонных конструкций из тяжелого бетона g_f = 1,1.

Когда-то коэффициент надежности по нагрузке назывался коэффициентом перегрузки – термином более понятным, но не совсем точным. Дело в том, что в целом ряде случаев неблагоприятным является отклонение нагрузки не в большую, а в меньшую сторону, т.е. не перегрузка, а недогрузка. Тогда назначают g_f < 1 (например, для собственного веса конструкции при расчете ее на устойчивость от опрокидывания или сдвига).

190. когда используют расчетные и нормативные нагрузки?

Как уже было сказано в ответе 26, потеря несущей способности конструкций (прочности, устойчивости и т.л.) чревата тяжелыми последствиями, поэтому в расчете по 1-й группе предельных состояний используют не только расчетные сопротивления материалов (взятые с запасом по отношению к нормативным), но и расчетные нагрузки (также взятые с запасом по отношению к нормативным). Короче говоря, запасы вводят с двух сторон.

При расчете по 2-й группе (деформации, трещиностойкость) используют нормативные нагрузки. Исключение составляют элементы 1-й категории трещиностойкости, которые по образованию трещин рассчитывают на воздействие расчетных нагрузок – образование трещин в них приводит к утрате эксплуатационных свойств.

191. с какой целью нагрузку разделяют на постоянную, длительную и кратковременную?

Продолжительность действия нагрузки влияет на прочность и деформативность любых материалов, а бетона в особенности (см. главу 1). Поэтому всю нагрузку разделяют на две части: постоянную и временную, а временную, в свою очередь, – на длительную и кратковременную. Причем постоянную и длительную потом обычно объединяют (суммируют) как нагрузки, действующие продолжительное время. К постоянным относят те нагрузки, которые существуют в течение всей «жизни» здания или сооружения: собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес или боковое давление грунтов и т. п. Разделение же временных нагрузок на длительные и кратковременные является условным, четких границ продолжительности их действия нет, поэтому в каждом конкретном случае необходимо обращаться к Нормам проектирования.

192. ДЛИТЕЛЬНОЙ ИЛИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ЯВЛЯЕТСЯ СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА?

Всё зависит от географического района. В южных районах снега мало и держится он недолго, поэтому там, где нормативная снеговая нагрузка не превышает 7 кПа, всю её относят к кратковременной. В северных районах снеговой покров может держаться 6...8 и даже более месяцев, однако снеговая нагрузка растет постепенно в течение всей зимы, по мере выпадения осадков, поэтому часть нагрузки относят к длительной, а часть – к кратковременной (рис. 97). Причём, чем больше толщина снегового покрова, тем больше доля длительной нагрузки.

193. КАК УЧИТЫВАЕТСЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ НАГРУЗКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ?

При проверке прочности расчётное сопротивление бетона R_b (R_bt) умножают на коэффициент условий работы g_b2. Если действуют постоянные, длительные и кратковременные нагрузки (кроме так называемых нагрузок «непродолжительного действия», т.е. очень кратковременных – ветровых, крановых, транспортных и т.п.), то g_b2 = 0,9. Если действуют нагрузки «непродолжительного действия», то их суммируют с остальными, а R_b (R_bt) умножают на g_b2 = 1,1. Например, в одноэтажном каркасном здании нагрузки от ветра и мостовых кранов (т.е. нагрузки «непродолжительного действия») действуют на колонны, но не действуют на ригели рамы (балки, фермы), поэтому ригели рассчитывают с g_b2 = 0,9, а колонны рассчитывают дважды: один раз с g_b2 = 1,1 на действие полных нагрузок (F_II), а второй раз – с g_b2 = 0,9 на действие тех же нагрузок, но за вычетом крановых и ветровых нагрузок (F_I). Если N_I < 0,82 N_II, то можно ограничиться расчетом только на нагрузки F_II (здесь под N подразумеваются любые усилия – изгибающий момент, продольная и поперечная силы, полученные из статического расчета при воздействии соответственно F_I и F_II).

С расчётным сопротивлением арматуры сжатию R_sc дело обстоит как раз наоборот: чем продолжительнее действует нагрузка, тем больше предельная сжимаемость бетона s_bu, тем выше напряжения сжатия стали (см. вопрос 27). Поэтому, если в расчёте для бетона принято g_b2 = 0,9, то значение R_sc можно увеличить с 400 до 500 МПа (если позволяет класс арматуры). При проверке прочности конструкций в стадии перевозки и монтажа, когда нагрузка (собственный вес) действует весьма непродолжительно, принимают g_b2 = 1,1, однако величину R_sc уменьшают до 330 МПа, поскольку предельная сжимаемость бетона в этом случае очень мала (см. также вопрос 82).

Чем дольше действует нагрузка, тем больше ползучесть бетона, тем больше прогиб элемента, тем шире раскрываются трещины. Это обстоятельство учитывают специальными коэффициентами: при определении условной критической силы N_cr в расчёте сжатых элементов – коэффициентом j_l, при определении прогибов изгибаемых элементов – коэффициентами j_b и n, при определении ширины раскрытия трещин – коэффициентом n. В расчёте по раскрытию трещин, кроме того, используют коэффициент j_l, который учитывает дополнительное нарушение сцепления арматуры с бетоном по обе стороны трещины при длительном действии нагрузки, что приводит к увеличению ширины раскрытия трещин.

194. что такое неблагоприятное сочетание нагрузок?

Это такое сочетание, которое вызывает в опасных сечениях максимальные (по модулю) усилия. Какого-то общего рецепта для определения неблагоприятных сочетаний нет, в каждом отдельном случае нужно подходить индивидуально. Например, при статическом расчете одноэтажной поперечной рамы производственного здания нужно выбирать такие направления ветровой и крановой нагрузок, которые вызывают максимальные по модулю изгибающие моменты в расчетных сечениях стоек. Бывают также случаи, когда воздействие одной из нагрузок является благоприятным, поскольку снижает усилия в сечениях. Например, на стенки заглубленного резервуара изнутри действует боковое давление жидкости, а снаружи – разгружающее боковое давление грунта. Поэтому неблагоприятными здесь являются два сочетания: 1)воздействие давления грунта при отсутствии жидкости и 2)воздействие давления жидкости при отсутствии грунтовой засыпки (такое сочетание возникает до сдачи объекта в эксплуатацию: прежде, чем засыпать, резервуар заполняют жидкостью и подвергают испытанию на непроницаемость).

195. что такое коэффициенты сочетания нагрузок?

Вероятность одновременного действия всех самых невыгодных временных нагрузок мала (например, максимального снегового покрова в сочетании с максимальным скоростным напором ветра, максимальными крановыми нагрузками и т.д.). Кроме того, сама продолжительность их одновременного воздействия незначительна (а выше уже отмечалось, что чем непродолжительнее действуют нагрузки, тем лучше им сопротивляются конструкции). Оба эти обстоятельства позволяют несколько снизить величины временных нагрузок путем умножения их значений на коэффициент сочетаний y (при условии, что число кратковременных нагрузок не менее двух): для длительных нагрузок y = 0,95, для кратковременных y = 0,9.

В расчёте перекрытий многоэтажных зданий сочетания временных нагрузок учитывают несколько иначе. С увеличением грузовой площади конструкции перекрытия (балки или ригеля, см. вопрос 197) вероятность одновременного воздействия на конструкцию максимальной временной равномерно распределенной нагрузки по всей грузовой площади уменьшается, поэтому в ряде случаев (жилые помещения, классные комнаты, торговые залы и пр.) величины временных нагрузок умножают на понижающий коэффициент сочетаний y_А.

Уменьшается также вероятность одновременного действия максимальных временных равномерно распределенных нагрузок на перекрытия всех этажей, что при расчёте колонн, стен и фундаментов учитывают коэффициентом сочетаний y_n. Формулы для определения y_А и y_n приведены в Нормах проектирования «Нагрузки и воздействия».

Всё вышеприведенное относится к основному сочетанию, состоящему из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Для особого сочетания, в которое, кроме указанных, входят еще и особые нагрузки (взрывные, аварийные и т. п. воздействия), величины длительных нагрузок умножают на y = 0,95, кратковременных – на y = 0,8.

Таким образом, коэффициенты сочетаний – это коэффициенты, с помощью которых учитывается фактор непродолжительности одновременного воздействия всех неблагоприятных временных нагрузок – фактор, положительно влияющий на прочность, трещиностойкость и деформативность конструкций.

196. ЧТО ТАКОЕ КОЭФФИЦИЕНТ НАДЕЖНОСТИ ПО НАЗНАЧЕНИЮ?

Коэффициент надежности по нагрузке g_f по сути своей является коэффициентом запаса (см. вопрос 190). Его можно несколько снизить при учете степени ответственности строительных объектов. С этой целью здания и сооружения разделены на 3 класса, в зависимости от своего народнохозяйственного или социального значения (а проще говоря – по масштабам последствий от возможной аварии). Для зданий и сооружений 3-го класса, т.е. наименее ответственных (одноэтажные жилые дома, большинство складов, теплицы, временные здания и пр.) величины нагрузок умножают на коэффициент g_n = 0,9; для зданий и сооружений средней степени ответственности (2-го класса) – на g_n = 0,95; для зданий и сооружений 1-го класса (главные корпуса ТЭС и АЭС, емкости для хранения вредных химических веществ, крытые спортивные сооружения с трибунами, зрительные залы, телевизионные башни, больницы и т.п.) расчетные нагрузки не снижают, т.е. g_n = 1,0. Коэффициент g_n, именуемый коэффициентом надежности по назначению, можно использовать и иначе: не умножать на него нагрузки и усилия, а делить на него расчётные сопротивления материалов или предельные значения несущей способности, деформаций и раскрытия трещин. Подробная классификация зданий и сооружений приведена в Нормах проектирования «Нагрузки и воздействия».

197. что такое грузовая площадь?

Это площадь А, с которой на конструкцию передается равномерно распределенная нагрузка q. Грузовой площадью пользуются для определения коэффициента сочетаний yА (см. вопрос 195), а также для подсчета нагрузки на колонну в виде сосредоточенной силы N. Например, действующее на колонну К1 среднего ряда (рис. 98, вид сверху) усилие равняется N = qA1 (где q – нагрузка на

Рис. 98

перекрытие, A₁ = l₁´ l₂ – грузовая площадь колонны, l₁ и l₂ – продольный и поперечный шаг колонн), а на колонну К2 крайнего ряда N = qA_2, где A₂ = (0,5 l₁ + a) l₂. Если колонны расставлены с нерегулярным шагом, то границы грузовой площади принимают посередине расстояний между соседними колоннами.

Такой прием широко применяется в практике проектирования, хотя он не всегда бывает точен. Например, если на колонны передается нагрузка через многопролетные неразрезные ригели, то опорные реакции последних будут отличаться от вышеприведенных сил N, особенно в крайних колоннах.

198. что такое грузовая полоса?

Это полоса, с которой на конструкцию передается равномерно распределенная по площади нагрузка q в виде равномерно распределенной погонной нагрузки q1. Например, действующая на балку Б1 (рис. 99, вид сверху) погонная нагрузка равняется q1 = qВ, где В = l1 – ширина грузовой полосы, равная шагу балок. При неодинаковом шаге балок границы полосы В находятся посередине расстояний до осей смежных балок.

Рис. 99

199. когда ширину грузовой полосы принимают равной единице?

Рис. 100

Принимают, обычно, для плитных конструкций большой ширины и с постоянной высотой сечения. Делается это ради удобства вычислений. Например, в плитах перекрытия балочного типа условно вырезают полосу шириной 1 м, на которую действует полоса равномерно распределенной нагрузки шириной тоже 1 м (рис. 100). При этом плиту рассматривают как балку шириной сечения 1 м, нагруженную погонной нагрузкой q1 (в кН/м), численно равной распределенной по площади нагрузке q (в кН/м2).

 

Размерности

200. какие единицы измерения удобнее всего в расчете?

Если в качестве единицы силы используется 1 Н, то в качестве единицы длины удобнее всего пользоваться не 1 см (что, к сожалению, принято в примерах расчета, приведенных в большинстве учебников), а 1 мм. Удобнее потому, что, во-первых, на чертежах все размеры наносятся в мм, а во-вторых, напряжения и прочность в Нормах даются в МПа (1 МПа = 1 Н/мм²). Привыкнуть к этим единицам и их производным труда не составляет, а если на экране калькулятора оказалось слишком много знаков, то их легко отбрасывать, передвигая запятую на 3 или 6 разрядов. Напомним эти производные: распределенная по площади нагрузка 1 кН/м² = 1 кПа = 1×10^–3 Н/мм², погонная нагрузка 1 кН/м = 1 Н/мм, изгибающий момент 1 кН×м = 1×10⁶ Н×мм.