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 моментМо. Эпюра опорного давлениярпри 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. 1на 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 моментаМ0 (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.
Заметки инженера-строителя
Блог проектировщика
Схематизация систем связана с использованием таких понятий, как диск, степень свободы системы и степень её изменяемости.
Диск – элемент, составляющий систему (любая геометрически неизменяемая система или часть системы, неизменяемое основание или земля).
Диском можно назвать: отдельный элемент, составляющий плоскую систему (простой диск) – например, стержень или брус; целую неизменяемую плоскую систему или её неизменяемую часть (укрупненный диск) – например, ферму; неизменяемое основание и землю.
Точку можно рассматривать как диск весьма малых размеров. Степень свободы диска, стягивающегося в точку, равна двум.
Земля (или основание – тело, на которое опирается система в целом) принимается за диск весьма больших размеров, а степень свободы её условно считают равной нулю (условно считают неподвижной).
Любой диск принято изображать плоской фигурой произвольного очертания.
Свойство дуализма диска и связи: в системе один и тот же элемент по желанию расчетчика может быть принят и за диск, и за связь; (здесь не допускается учитывать один и тот же элемент системы дважды или не учитывать его вовсе).
Так условно различают связи между телами и опорные связи, хотя любое основание, на которое опирается расчетная схема, также является диском, но бесконечно большого размера.
Степень свободы системы – число независимых геометрических параметров, определяющих положение тела на плоскости или в пространстве, наименьшее число геометрических параметров (число обобщенных координат – координат точек, углов наклона элементов системы, их длины, которые могут независимо друг от друга изменяться при движении системы относительно земли, которое определяет и возможные движения диска).
Свободное тело — тело, движению которого в пространстве не препятствуют какие-либо закрепления и не соприкасающееся с другими телами.
Свободный диск при его плоском движении относительно земли (плоское тело) имеет три степени свободы, что соответствует и его трем возможным движениям: двум поступательным по направлениям, параллельным осям координат х и у плоскости движения диска и вращательному движению вокруг оси перпендикулярной плоскости движения диска.
Свободное пространственное тело имеет шесть степеней свободы перемещений – возможность поступательных движений по трем направлениям вдоль трех взаимно перпендикулярных осей и трех вращательных движений вокруг тех же осей.
Положение любой точки в пространстве может быть определено тремя координатами (три степени свободы), на плоскости — двумя координатами (две степени свободы)
Степень (число) изменяемости системы — чиcло cтепеней cвободы cиcтемы.
— Cиcтемы c одной cтепенью изменяемоcти называютcя механизмами
— Системы c неcколькими cтепенями изменяемоcти — кинематичеcкими цепями
— Cиcтемы c нyлевой cтепенью изменяемоcти называютcя cтатичеcки опpеделимыми.
— Cиcтемы c отрицательной cтепенью изменяемоcти называютcя cтатичеcки неопpеделимыми
Реальные cиcтемы сооружений должны быть неизменяемыми, т.е. обладать нyлевой или отpицательной cтепенью изменяемоcти.
Образование систем из отдельных дисков производится при помощи связей, описывающих запрещенные движения дисков относительно друг друга.
Одна кинематическая связь – устройство, ограничивающее одну степень свободы (ограничивающее перемещение по одному из шести направлений) диска.
Каждая связь имеет кинематическую и статическую (силовую) характеристику.
Кинематическая характеристика определяет, каким движениям одного диска относительно другого препятствует связь и сколько степеней свободы она уничтожает.
Статическая характеристика связи определяет, какие реакции в ней могут возникнуть. (какие реакции и в каком количестве необходимо приложить к твердому телу при удалении связей между телами).
Связи обычно представляют в виде опорного стержня или опорных стержней, соединяющих тело с опорной поверхностью.
(Все виды связей могут быть осуществлены комбинацией некоторого числа стержней)
Опорные стержни – это условные (существующие только на расчетной схеме, но моделирующие действительное взаимодействие тел) абсолютно жесткие (что исключает возможность перемещения системы по направлению оси стержня и вызывает возникновение в этом направлении опорной реакции), весьма длинные по сравнению с возможными перемещениями стержни (поэтому при повороте стержня вокруг оси нижнего неподвижного шарнира дуга окружности, описываемая верхним шарниром, может быть принята за прямую, перпендикулярную к оси стержня), соединенные с блоками системы идеальными шарнирами.
Каждый опорный стержень отнимает у блока одну степень свободы.
В реальных конструкциях связями являются болты, заклепки, сварные швы, анкерные болты, врубки, замоноличенные стыки ж.б. конструкций и др.
Связи разделяют на внешние и внутренние:
Внешние связи — связи, служащие для неподвижного прикрепления системы к основанию.
Внутренние связи — связи, которые входят в структуру самой системы и служат для соединения между собой элементов системы или отдельных неизменяемых её частей.
Связи могут быть жесткие (неподатливые) и упругие (податливые):
Жесткие (неподатливые) связи – связи, в которых перемещения по направлению опорных реакций принимаются равными нулю, моделируются опорными стержнями или жесткими заделками.
В действительности жесткие связи обладают той или иной податливостью.
Упругие (податливые) связи (связи конечной жесткости) – связи, которые не отнимают степеней свободы, но создают реакции, пропорциональные перемещениям точки присоединения этой связи в направлении этой связи.
Упругие связи допускают конечные смещения вдоль упругой связи.
В кинематическом анализе эти связи рассматривают как жесткие, однако, если они приводят к возникновению значительных перемещений, то расчет следует вести по деформированной (т.е. нелинейной) схеме.
С помощью упругих связей моделируют, например, упругое (податливое) основание.
Также разделяют односторонние (неудерживающие) связи и двусторонние (удерживающие) связи:
Односторонняя (неудерживающая) связь – связь, которая может воспринимать усилие только в одном направлении.
Такая связь допускает перемещения объекта, в результате которых объект освобождается от связи.
Такие связи могут явиться причиной нелинейности системы, если действующие нагрузки знакопеременны.
Например, колесо, опертое на рельс, ввиду того что контакт может передавать усилие только в одном направлении или канатная оттяжка, ввиду того, что она может воспринимать только растягивающие усилия, а при сжатии теряет свою форму.
Двусторонняя связь – связь, которая воспринимает нагрузки любого знака и ограничивает перемещения в обоих направлениях.
Такая связь не допускает перемещения объекта, в результате которых объект освобождается от связи.
Связи могут быть идеальными и реальными:
Примеры идеальных связей: внутренние связи в абсолютно твердых телах; абсолютно гладкие поверхности; шарниры без трения; нерастяжимые нити; закрепленные точки; качение без скольжения.
Примеры реальных связей: шероховатая поверхность; шарниры с трением; упругие растяжимые нити; пружины; качение с проскальзыванием.
Замечание: всякую реальную связь можно сделать идеальной.
Связи могут быть простыми и сложными:
Простые связи – связи, соединяющие между собой два диска.
Сложные (кратные) связи образуются при соединении шарниром или жесткой связью более двух дисков.
Виды простых связей плоских систем:
Три основных вида связей, применяемых при образовании неизменяемых плоских систем:
1 Связь первого вида – стержень с шарнирами на концах (простая линейная связь) (опорный стержень), указывающий линию действия реакции связи:
Связь первого вида (стержень с шарнирами на концах)
Эта связь препятствует поступательному перемещению одного диска относительно другого по направлению связующего стержня (оси связи).
Следовательно, такая связь уменьшает степень свободы системы на единицу (уничтожает одну степень свободы взаимного перемещения дисков).
В такой связи может возникнуть реактивная сила, направленная вдоль стержня.
(Действие удаленной связи заменяется реакцией, направленной вдоль оси связи)
2 Связь второго вида – простой одиночный врезанный цилиндрический шарнир:
Связь второго вида (Простой одиночный врезанный цилиндрический шарнир
Простой одиночный врезанный цилиндрический шарнир препятствует поступательным перемещениям одного диска относительно другого по горизонтальному и вертикальному направлениям и допускает поворот одного диска относительно другого. (Шарнирные узлы обеспечивают равенство только линейных перемещений соединяемых концов стержней, но разрешают независимый свободный поворот каждого стержня на свой угол поворота.)
Следовательно, такая связь уничтожает две степени свободы взаимного перемещения дисков (уменьшает степень свободы системы на две единицы): поэтому в кинематическом смысле простой одиночный врезанный цилиндрический шарнир эквивалентен двум стержням с шарнирами на концах (двум связям первого вида), сходящимися в точке соединения дисков. (При деформации упругой линейно-деформируемой плоской стержневой системы в плоскости любой шарнирный узел имеет две степени свободы упругих перемещений.)
При действии сил на соединяемые диски в связующем шарнире возникает реактивная сила R (реакция шарнира), которая проходит через его центр и может иметь любое направление, в следствие чего может быть разложена на две составляющие по взаимно-перпендикулярным направлениям – например, по горизонтальному и вертикальному.
*Если два диска соединены двумя связями первого вида, оси которых пересекаются за пределами соединения, точка их пересечения называется фиктивным шарниром. В этом случае при удалении связей их действие заменяется двумя линейными реакциями R1 и R2.
Фиктивный шарнир
3 Связь третьего вида – простая жесткая связь.
Связь третьего вида (Простая жесткая связь)
Жесткая заделка (например, замоноличивание стыковых соединений, сварка и т.д.) препятствует всем трем взаимным перемещениям соединяемых дисков, т.е. не допускает как относительных поступательных перемещений дисков по горизонтальному и вертикальному направлениям, так и повороту одного диска относительного другого.
Следовательно, такая связь уменьшает степень свободы системы на три единицы (уничтожает три степени свободы взаимного перемещения дисков): поэтому простая жесткая связь кинематически эквивалентна трем не параллельным и не сходящимся в одной точке стержням с шарнирами на концах (трем связям первого вида) или одной связи первого вида и одной связи второго вида. (При деформации плоской стержневой системы в плоскости любой её жесткий узел имеет три степени свободы упругих перемещений.)
Простая жесткая связь образует неподвижное относительно друг друга соединение двух дисков (соединяет два диска в один более крупный). (Жесткие узлы соединяют подходящие к нему концевые сечения элементов (например, поперечные сечения стержней) так, что обеспечивают одинаковость линейных и угловых перемещений этих сечений в плоскости, в которой находится стержневая система.)
При действии сил на диски, соединяемые жесткой связью, в такой связи могут возникать: реактивная сила любого направления, проходящая через любую её точку, и реактивный момент (пара сил) относительно этой точки, иными словами – две силы взаимо-перпендикулярных направлений (обычно реактивную силу раскладывают по горизонтальному и вертикальному направлениям) и момент относительно точки их пересечения (или тремя реакциями, линии действия которых не сходятся в одной точке).
Виды сложных связей плоских систем:
Сложная связь (шарнирная или жесткая), соединяющая m дисков, эквивалентна m-1 соответствующим простым (шарнирным или жестким) связям.
Сложные (кратные) шарниры – шарниры, связывающие между собой более двух дисков.
Сложные (кратные) шарниры можно рассматривать как ряд простых шарниров, насаженных на общую ось, причем движение дисков вдоль оси исключается.
Различают полные и неполные сложные (кратные) шарниры.
Полный сложный шарнир – сложный шарнир связывает между собой больше двух дисков, все соединяемые стержни которым сходятся в одном узле.
(Это узел, в котором концы всех сходящихся в нём стержней (более двух) соединены при помощи шарнира)
Сложный шарнир эквивалентен (n-1) одиночным шарнирам, где n — число дисков, входящих в узел.
Пример полного сложного шарнира
Неполный сложный шарнир – сложный шарнир, некоторые из сходящихся в узле соединяемых им стержней соединены жестко, а остальные прикреплены к узлу с помощью шарнира.
(Это узел, часть сходящихся стержней в котором соединена жёстко, а часть — шарнирно)
Пример неполного сложного шарнира – одиночный приставной шарнир
Жесткое и шарнирное соединение балок
Здравствуйте, друзья, читатели, коллеги! «Лукаринвест» продолжает свою работу для Вас!
На этот раз поговорим о соединении балок. Жестком и шарнирном.
В целом, балки опираются либо на колонны, либо на стены. Зачастую – под прямым углом, хотя существуют варианты косой опоры.
По конструктивному решению соединение бывает шарнирным и жестким. Реализуется посредством сопрягательных узлов. Само же сопряжение делится на опору сверху и боковое примыкание.
Если мы говорим о шарнирном соединении, то оно выполняет только опорную реакцию, а при жёстком соединении происходит еще и опорный момент.
Наиболее распространено именно соединение шарнирного типа. Жесткое – имеет место быть при проектировании многоэтажных строений, их каркасов в частности.
Не зависимо от вида соединения всегда необходимо четко просчитывать такие моменты, как:
1 Вычисление параметров сварных швов, заклепок, а так же болтов при проектировании сопрягательных узлов.
2 Обеспечить максимальную подгонку к опорной поверхности. Наряду с торцами ребер жесткости ( применяются для равномерного распределение нагрузки на опоры) и прочих элементов которые могут сработать на смятие конструкции.
3 Также, не менее целесообразно принимать во внимание опорное защемление в узлах шарнирного типа, а при жестком типе следует учитывать «столик» и «рыбку» (опорные моменты нижнего и верхнего пояса соответственно).
Ниже представлены иллюстрации типов опоры
1 Балки опираются на колонны.
2 Боковое примыкание балок к колоннам.
3 Боковое примыкание при помощи «столика»
4 Пример жесткого сопряжения
В свою очередь, специалисты нашей компании разработают любой необходимый Вам строительный проект в оптимальные сроки и с полным соблюдением всех необходимых норм.
Оставайтесь с нами!
Чтобы заказать проектирование или связаться с нами.
В чем разница между шарнирным опиранием и жестким защемлением
Для многих начинающих проектировщиков основной проблемой является выбор расчетной схемы: где должны быть шарниры, а где – жесткие узлы? Как понять, что выгодней, и как разобраться, что вообще нужно в конкретном узле конструкции? Это очень обширный вопрос, надеюсь, данная статья немного внесет ясности в столь многогранный вопрос.
Что такое узлы опирания и обозначение этих узлов на схемах
Начнем с самой сути. Каждая конструкция должна иметь опору – как минимум она не должна упасть с высоты, на которой ей положено находиться. Но если копнуть глубже, для надежной работы элемента, нам мало запретить ему падать.
Как может сместиться любой элемент в пространстве? Во-первых, это может быть перемещение по одной из трех плоскостей – по вертикали (ось Z), по горизонтали (оси Х и У). Во-вторых, это может быть поворот элемента в узле вокруг тех же трех осей.
Таким образом, мы имеем целых шесть возможных перемещений (а если учесть еще и направление плюс-минус, то их не шесть, а двенадцать), которые еще называют степенями свободы – и это очень наглядное название. Если конструкция висит в воздухе (нереальная ситуация), то она полностью свободна, ничем не ограничена. Если в каком-то месте под ней появляется опора, не дающая перемещаться по вертикали, значит одна из степеней свободы у элемента в месте опоры ограничена по оси Z. Примером такого ограничения является свободное опирание металлической балки на гладкой, допускающей скольжение поверхности – она не упадет за счет опоры, но может при определенном усилии сдвинуться по оси Х и У, либо повернуться вокруг любой оси. Забегая вперед, уточним важный момент: если у элемента в узле не ограничен поворот, этот узел является шарнирным. Так вот, такой простейший шарнир с ограничением только по одной оси обозначается обычно следующим образом:
Расшифровать такое обозначение просто: кружочки означают наличие шарнира (т.е. отсутствие запрета поворота элемента в этой точке), палочка – запрет перемещения в одном направлении (обычно из схемы сразу становится понятно – в каком именно – в данном случае запрет по вертикали). Горизонталь со штриховкой условно обозначает наличие опоры.
Следующий вариант ограничения степеней свободы – это запрет перемещения в направлении двух осей. Для той же металлической балки это могут быть оси Z и Х, а по У она может переместиться при приложении к ней усилия; повороты ее, как видно, тоже ничем не ограничены.
Как вообще представить отсутствие ограничения поворотов? Если эту балку попытаться закрутить вокруг собственной оси (допустим, опереть на нее перекрытие только с одной стороны – тогда под весом перекрытия балка начнет крутиться), то ничто не помешает этому кручению, балка по всей длине начнет опрокидываться под действием крутящей силы. Точно также если в центре балки приложить вертикальную нагрузку, балка изогнется и в местах опирания свободно повернется вокруг оси У (слева – по часовой стрелке, справа – против). Вот это мы и понимаем как шарнир.
Хочется сразу оговориться, что в строительстве идеальных шарниров и защемлений не бывает. Всегда есть какая-то условность. Допустим, мы игнорируем силу трения и считаем, что по оси У перемещение балки ничем не ограничено. С опытом обычно приходит способность видеть, жесткий или шарнирный перед нами узел. А еще очень важно научиться избегать неполного защемления (когда при небольших усилиях поворота конструкции нет, а при возрастании воздействующей силы опора не выдерживает, и поворот происходит). Такие ситуации провоцируют непрогнозируемое поведение конструкции – ее считали на одну расчетную схему, а работать приходится по другой.
Допустим, есть жесткий узел опирания балки в раме, который обеспечен путем приварки балки к колонне. Но сварной узел рассчитан неверно и шов не выдерживает приложенного усилия и разрушается. Балка продолжает опираться на колонну, но уже может повернуться на опоре. При этом кардинально меняется эпюра изгибающих моментов: на опорах моменты стремятся к нулю, зато пролетный момент возрастает. А балка была рассчитана на защемление и не готова к восприятию возросшего момента. Так и происходит разрушение. Поэтому жесткие узлы всегда должны быть рассчитаны на максимально возможную нагрузку.
Такой шарнир обозначается следующим образом.
Слева и справа обозначения равноценны. Справа оно более наглядное: 1 – горизонтальный стержень ограничен в узле в перемещении по вертикали (вертикальная палочка с кружочками на концах) и по горизонтали (горизонтальная палочка с кружочками на концах); 2 – вертикальный стержень также ограничен в узле в перемещении по вертикали и по горизонтали. Слева также очень распространенное обозначение точно такого же шарнира, только палочки расположены в виде треугольника, но то, что их две, означает, что ограничение перемещений идет по двум осям – вдоль оси элемента и перпендикулярно его оси. Особо ленивые товарищи могут вообще не рисовать кружочки, и обозначать такой шарнир просто треугольником – такое тоже встречается.
Теперь рассмотрим, что же означает классическое обозначение шарнирно опирающейся балки.
Это балка, имеющая две опоры, а в левой еще и ограниченная в перемещении по горизонтали (если бы этого не было, система не была бы устойчивой – есть такое условие в сопромате – у стержня должно быть три ограничения перемещений, в нашем случае два ограничения по Z и одно по Х). Конструктор должен продумать, как обеспечить соответствие опирания балки расчетной схеме – об этом никогда нельзя забывать.
И последний случай для плоской задачи – это ограничение трех степеней свободы – двух перемещений и поворота. Выше было сказано, что для любого элемента степеней свободы шесть (или двенадцать), но это для трехмерной модели. Мы же обычно в расчете рассматриваем плоскую задачу. И вот мы пришли к ограничению поворота – это классическое понятие жесткого узла или защемления – когда в точке опирания элемент не может ни сдвинуться, ни повернуться. Примером такого узла может служить узел заделки сборной железобетонной колонны в стакан – она настолько глубоко замоноличена, что возможности как сместиться, таки и повернуться у нее нет.
Глубина заделки у такой колонны строго расчетная, но даже по виду мы не можем представить, что колонна на рисунке слева сможет повернуться в стакане. А вот правая колонна – запросто, это явный шарнир, и так конструировать защемление недопустимо. Хотя и там, и там колонна погружена в стакан и паз заполнен бетоном.
Больше вариантов защемления будет по ходу статьи. Сейчас разберемся с обозначением защемления. Оно классическое, и особого разнообразие в отличии от шарниров здесь не наблюдается.
Слева показан горизонтальный элемент, защемленный на опоре, справа – вертикальный.
И напоследок – о шарнирных и жестких узлах в рамах. Если узел соединения балки с колонной жесткий, то он показывается либо без условных обозначений вообще, либо с закрашенным треугольничком в углу (как на верхних двух рисунках). Если же балка опирается на колонны шарнирно, на концах балки рисуются кружочки (как на нижнем рисунке).
Как законструировать шарнирный или жесткий узел
Опирание плит, балок, перемычек.
Первое, что следует запомнить при конструировании узлов – зачастую шарнир от защемления отличает глубина опирания.
Если плита, перемычка или балка опирается на глубину, равную или меньшую высоте сечения, и при этом не выполнено никаких дополнительных мероприятий (приварка к закладным элементам, препятствующая повороту и т.п.), то это всегда чистый шарнир. Для металлических балок считается шарнирным опирание на 250 мм.
Если опирание больше двух – двух с половиной высот сечения элемента, то такое опирание можно считать защемлением. Но здесь есть нюансы.
Во-первых, элемент должен быть пригружен сверху (кладкой, например), причем веса этого пригруза должно быть достаточно, чтобы воспринять усилие в элементе на опоре.
Во-вторых, возможно другое решение, когда поворот элемента ограничивается путем приварки к закладным деталям. И здесь нужно четко разбираться в особенностях конструирования жестких узлов. Если балка или приварена внизу (такое часто встречается и в металлоконструкциях, и в сборном железобетоне – к закладным в опоре привариваются закладные в балке или плите), то это никак не мешает ей повернуться на опоре – это лишь препятствует горизонтальному перемещению элемента, об этом мы говорили выше. А вот если верхняя часть балки надежно заанкерена сваркой на опоре (это либо рамные узлы в металле, либо ванная сварка верхних выпусков арматуры в сборных ригелях – в жестких узлах каркаса, либо сварка закладных элементов в узлах опирания балконных плит, которые обязательно должны быть защемлены, т.к. они консольны), то это уже жесткий узел, т.к. явно препятствует повороту на опоре.
На рисунке ниже выбраны шарнирные и жесткие узлы из типовых серий (серия 2.440-1, 2.140-1 вып. 1, 2.130-1 вып. 9). По ним наглядно видно, что в шарнирном узле крепление идет внизу балки или плиты, а в жестком – вверху. Уточнение: в узле опирания плиты анкер не дает жеского узла, это гибкий элемент, который лишь препятствует горизонтальному смещению перекрытия.
Но законструировать узел правильно – это полдела. Нужно еще сделать расчет всех элементов узла, выдержат ли они максимальное усилие, передаваемое от элемента. Здесь нужно рассчитать и закладные детали, и сварные швы, и проверить кладку в случае, если пригруз от нее учитывается при конструировании.
Соединение колонн с фундаментами.
При опирании металлических колонн определяющим фактором является количество болтов и то, как законструирована база колонны. О металле здесь я распространяться не буду, т.к. это не мой профиль. Напишу только, что если в фундаменте для крепления колонны лишь два болта, то это стопроцентный шарнир. Также если стойка приваривается к закладной детали фундамента через пластину, это тоже шарнир. Остальные случаи подробно приведены в литературе, есть узлы в типовых сериях – в общем, информации много, здесь запутаться сложно.
Для сборных железобетонных колонн используется их жесткая заделка в стакан фундамента (об этом речь шла выше). Если вы откроете «Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений», там вы сможете найти расчет всех элементов этого жесткого узла и принципы его конструирования.
При шарнирном узле колонна (столб) просто опирается на фундамент безо всяких дополнительных мероприятий или заделана в неглубокий стакан.
Соединение монолитных конструкций.
В монолитных конструкциях жесткий узел или шарнир всегда определяется наличием правильно заанкеренной арматуры.
Если на опоре арматура плиты или балки не заведена в конструкцию опоры на величину анкеровки или даже нахлестки, то такой узел считается шарнирным.
Так на рисунке ниже показаны варианты опирания монолитных плит из Руководства по конструированию ЖБК. Рисунок (а) и (б) – это жесткое соединение плиты с опорой: в первом случае верхняя арматура плиты заводится в балку на длину анкеровки; во втором – плита защемляется в стене также на величину анкеровки рабочей арматуры. Рисунок (в) и (г) – это шарнирное опирание плиты на балку и на стену, здесь арматура заведена на опору на минимально допустимую глубину опирания.
Рамные узлы соединения монолитных ригелей и колонн в железобетоне выглядят еще серьезней, чем опирание плит на балки. Здесь верхняя арматура ригеля заводится в колонну на величину одной и двух длин анкеровки (половина стержней заводится на одну длину, половина – на две).
Если в узле железобетонного каркаса арматура и балки, и колонны проходит насквозь и дальше идет больше чем на длину анкеровки (например, какой-то средний узел), то такой узел считается жестким.
Чтобы соединение колонн с фундаментом было жестким, из фундаментов должны быть сделаны выпуски достаточной длины (не менее величины нахлестки, подробнее – в Руководстве по конструированию), и эти же выпуски должны быть заведены в фундамент на длину анкеровки.
Аналогично в свайном ростверке – если длина выпусков из сваи меньше, чем длина анкеровки, соединение ростверка со сваей жестким считаться не может. Для шарнирного соединения длину выпусков оставляют 150-200 мм, больше не желательно, т.к. это будет пограничное состояние между шарниром и жестким узлом – а ведь расчет делался как для чистого шарнира.
Если нет места для того, чтобы разместить арматуру на длину анкеровки, проводят дополнительные мероприятия – приварку шайб, пластин и т.п. Но такой элемент должен быть обязательно рассчитан на выкалывание (что-то вроде расчета анкеров закладных деталей, его можно найти в Пособии по проектированию ЖБК).
Также на тему шарниров и защемления можно прочитать здесь.