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 ≤ Rb tk lk nk, а условие прочности на срез: Q ≤ 2Rbt hk lk nk, где tk,hk,lk – глубина (выступ), высота сечения и длина одной шпонки, аnk – число шпонок. Иными словами, tk´ lk – площадь сжатия, а hk´ lk – 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: nk ≤ 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.

7. Нагрузки

188. Что  такое  нормативные  нагрузки?

Это нагрузки qn (Fn), 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 gf. Умножая на него нормативную нагрузку, получают расчетную нагрузку: qn´ gf = q (или Fn ´ gf = F). Чем больше вероятность изменения (изменчивость) нагрузки, тем выше значение gf : 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 gf = 1,1.