127. Можно ли заранее определить, по какому случаю следует рассчитывать внецентренно сжатое сечение?

Можно, но только ориентировочно: при ео > 0,3ho по случаю 1, при   ео ≤ 0,3ho по случаю 2. Точный ответ даст величина сжатой зоны, определяемая расчетом (см. вопрос 122).

128. Если сжимающая сила приложена с заведомо малым эксцентриситетом, может ли возникнуть 1-й случай расчета?

Если расчет выполнять формально, не вдумываясь в его физический смысл, то вполне может (например, при небольшой величине продольной силы и мощном бетонном сечении или мощном продольном армировании). Однако более внимательный анализ покажет, что в этом случае ось равнодействующей ∑N внутренних сил в сечении не совпадает с осью внешней силы N, т.е. равновесие не обеспечивается. Если же ось ∑N привести в соответствие с осью N, то выяснится, что напряжения в бетоне и арматуре меньше их расчетных сопротивлений - сечение попросту недогружено.

129. Как  определить  несущую  способность  нормального сечения  на  внецентренное  сжатие?

Как видно из ответа на вопрос 124, сделать это легко, но... когда величины усилий N и М от внешней нагрузки уже известны. Если нет, то задача отыскания Nu и Mu резко усложняется. Она, в отличие от поперечного изгиба, становится двухмерной, а ее решение выглядит в виде диаграммы Nu - Mu (рис. 67). Построить диаграмму можно, задаваясь значениями x от 0 до 1, определяя каждый раз (Ne)u из условия ∑Мs= 0 и Nu из условия ∑N= 0. Далее следует определить  е = (Ne)u /Nu, eo = e - (0,5h- a), а затем и Мu =  =Nueo.  Внутри   кривой   Mu - Nu  и лежит область несущей способности, где могут располагаться точки с самыми разнообразными сочетаниями усилий М и N от внешней нагрузки 

Здесь необходимо отметить одну особенность. При х = h (что примерно соответствует x = 1,1) величина Nu возрастает еще больше, но при этом Мu = 0, что означает центральное сжатие. Поскольку его в расчетах не допускают, верхушку графика приходится срезать и величинуx ограничивать единицей (т.е. х = ho).

При большом объеме проектных работ строить подобные графики для каждого конкретного сечения не всегда удобно, поэтому пользуются графиками не в абсолютных величинах Мu и Nu, а в относительных:        am = М/Rbbho2 и an = N/Rbbho - они приведены в справочной литературе.

130. Какой смысл проектировать внецентренно сжатые элементы с симметричной арматурой?

Многие внецентренно сжатые элементы, особенно колонны, воспринимают знакопеременные моменты, когда нагрузка с равной вероятностью может быть приложена с одной и с другой стороны оси. В соответствии с этим и арматура может менять свою работу: из сжатой S´ превращаться в растянутую (менее сжатую) S. Если же в результате статического расчета окажется ео= 0 (центральное сжатие) и учитывается только случайный эксцентриситет ео = еа, то вся арматура становится полностью сжатой, а напряжения в ней ssc = s´sc. Во всех этих случаях есть прямой смысл устанавливать симметричную арматуру Аs = A´s.

131. Как подобрать арматуру в прямоугольном сечении при внецентренном сжатии?

Если армирование симметричное (т.е. RsAs = -RscA´s), то вначале определяют х = N/(Rbb), x = x/ho. При x ≤ xR (1-й случай) из условия Ne ≤  Nbzb + N´s zs находят A´s = (Ne - Rbbx(ho- 0,5x))/(Rsc(ho - a´)),а затем As= A´s.

При x > xR возникает 2-й случай, в арматуре S напряжения ss < Rs и поэтому высоту сжатой зоны приходится определять вновь. Однако на сей раз сделать это сложнее, так как неизвестных три: As, x, и ss. Найти их можно, либо решив систему из трех уравнений (см. вопрос 124) либо методом попыток, задавшись вначале минимальным коэффициентом (процентом) армирования.

При несимметричном армировании добавляется еще одно неизвестное A´s, поэтому непосредственно подобрать арматуру невозможно - приходится ее назначать, затем выполнять проверочный расчет, затем, при необходимости, увеличивать армирование (или класс бетона) и вновь проверять сечение.

132. Что такое коэффициент армирования?

Это отношение площади сечения рабочей арматуры к рабочей площади бетонного сечения в долях или процентах (в последнем случае называют не коэффициентом, а процентом армирования). Для прямоугольного сечения m = As /bho, m´ = A´s /bho. При внецентренном сжатии минимальные значения m принимают в пределах от 0,05 до 0,25 % (чем больше гибкость, тем выше m), рекомендуемые значения лежат в пределах от 1 до 2 %, а максимальное - 3 %.

133. Нормальные сечения изгибаемых элементов, работающие по 2-му случаю, проектировать не рекомендуется. а как быть при внецентренном сжатии?

При поперечном изгибе 2-й случай не рекомендуется потому, что растянутая арматура недоиспользует свою прочность. Избежать его можно, установив арматуру в сжатой зоне (см. вопрос 67). При сжатии, наоборот, чем больше высота сжатой зоны, тем эффективнее работает сечение, тем большую продольную силу оно способно воспринять (рис. 67), т.е. 2-й случай предпочтительнее. Однако конструктивные меры почти не в состоянии повлиять на то, по какому случаю работает сечение на внецентренное сжатие, - это определяется величинами эксцентриситетов продольных сил от внешних нагрузок.

134. Зависит ли назначение класса продольной арматуры от класса бетона в сжатых элементах?

Нормы проектирования рекомендуют в качестве сжатой арматуры применять сталь не выше класса А-III (см. вопрос 27), но при соответствующем обосновании допускают и сталь более высоких классов. При плавном росте нагрузки (например, на колонны нижних этажей в процессе возведения высотных зданий) деформативность бетона за счет ползучести увеличивается, а если еще использовать нисходящую ветвь диаграммы sb - eb (рис.1), то предельная сжимаемость бетона становится столь высокой, что даже арматура класса Ат-VI при совместном деформировании может достичь напряжений ssc = s02. Причем деформативность бетона тем больше, чем ниже его прочность. Отсюда и неожиданная, на первый взгляд, зависимость: чем ниже класс бетона, тем более высокого класса арматуру можно использовать в сжатых элементах.