Приветствую, друзья!
Сегодня мы рассмотрим две тематики из сферы конструирования. Первая тема об обосновании армировании ленточного фундамента, а вторая о разнице между высокопрочными болтами и болтами обычной прочности в стальных конструкциях.
Добро пожаловать на канал “ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ”.
1. Как обосновать продольную арматуру ленточного фундамента.
В чем заключается вопрос? Кстати, это достаточно актуальная ситуация ввиду того, что грунты под зданием чаще, все же, равномерно расположены по глубине.
Так вот, есть здание (не важно какое 2,3 этажа, 4 и так далее). Под него запроектирован ленточный фундамент. Фундамент монолитный, в нем взята какая-то арматура. И выдан проект. И вдруг заказчик требует обоснования применяемой арматуры. Но если сделать расчет, то выясняется, что грунты равномерные под подошвой и по глубине грунтовой толщи, сильной разницы по нагрузкам от стен нет и, де факто, фундамент нигде не испытывает фактически никаких нагрузок кроме сжимающих. Ни изгиба, ни растяжения нигде нет. Вследствие массивности ленточного фундамента он на сжатие даже без арматуры проходит со свистом многократно перекрывая нагрузку. Как доказать, что арматура нужна и в каком конкретно количестве?
Тут все очень просто. Мы делаем монолитный фундамент. Армирование там необходимо хотя бы для исключения трещин вследствие усадки бетона, температурных воздействий и во время строительства, когда возможно неравномерное нагружение. То есть мы не можем протяженные бетонные конструкции делать без арматуры. Это почти гарантированно приведет к трещинам каждые 6-7 метров. То есть нам арматура нужна в любом случае. И вот тут, так как армированный бетон – это уже железобетонная конструкция у нас вступает в действие требование по минимальному проценту армирования железобетонных конструкций, прописанное в СП63.13330 п.10.3.6.
Берем оттуда процент, требуемый для нашей конструкции и армируем как минимум на это значение. А также учитываем требования пункта 10.3 того же СП по максимальным расстояниям между стержнями арматуры для железобетонных конструкций.
Да, и все эти требования в нормах взяты не от фонаря, а из условий того, что только при выполнении этих требований по расположению арматуры конструкция будет работать эффективно и долговечно.
2. Чем отличается работа обычных болтов от высокопрочных.
Тут давайте сразу заметим, что никто, в целом, не мешает использовать высокопрочный болт 40Х-Селект в качестве крепежного элемента обычного соединения, где используются обычные невысокопрочные болты. Поэтому главное, что нужно понимать в этом вопросе это то, что не совсем корректно задавать вопрос в таком ключе. По сути надо спрашивать: чем работа соединений на высокопрочных болтах отличается от работы соединений на обычных болтах. Так будет корректнее.
Вот давайте смотреть. Основных типов соединений на высокопрочных болтах два:
- это фланцевые соединения или, как их еще можно назвать торцевые;
- фрикционные соединения или соединения трения.
Когда на концах элементов конструкции есть пластины с отверстиями для болтов и эти пластины соединяются высокопрочными болтами во фланцевое соединение.
В классических строительных конструкциях такое соединение может работать на любые усилия: на сжатие, на растяжение, на изгиб. Основная функция высокопрочных болтов тут в том, чтобы соединение было цельным и не изменяло свою геометрию. Как это достигается? Это достигается преднапряжением высокопрочных болтов, посредством контролируемого усилия затяжки. Что это дает? В соединении при натяжении болтов гайкой болты упруго растягиваются, а пластины фланцев упруго сжимаются. Таким образом, если в соединении возникает растягивающее усилие в основных элементах, то соединение остается неизменным геометрически до момента достижения усилием во фланцевых соединениях суммы усилий затяжки всех болтов соединения. Это если мы рассматриваем чистый изгиб этого узла. Для растянуто-изгибаемых узлов все остается также, только усилия распределяются по правилам строительной механики в зависимости от соотношения продольных усилий и моментов неравномерно по болтам.
Так вот, если суммарное усилие преднапряжения болтов становится меньше продольного усилия в узле, то фланцы начинают расходится и узел уже не может считаться надежным, т.к. фланцы не соприкасаются. Узел формально становится геометрически изменяемым, никак не воспринимает поперечные усилия в силу оторванности друг от друга фланцев и т.д. Именно поэтому в данных узлах применяют высокопрочные болты. В них, в силу высокой прочности, можно обеспечить именно четко контролируемое преднатяжение гайками и это гарантирует сохранение натяжения долгий период времени. Все это сочетается с тем, что диаметры болтов не становятся запредельными. Все это очень сложно обеспечить болтами обычной прочности ввиду того, что придется увеличивать их диаметры, их количество в соединении и они все-равно не дадут гарантии от того, что резьба не поплывет от нагрузки со временем и не ослабит соединение. Какое еще принципиальное отличие в работе узлов на высокопрочных болтах мы видим вследствие того, что мы только что обсудили? Мы видим то, что высокопрочные болты тут не используются для работы на срез, как болты обычной прочности. Высокопрочные работают строго на растяжение.
А теперь давайте рассмотрим второй тип соединения на высокопрочных болтах, который применяется в отечественном строительстве. Фрикционные соединения.
Это, казалось бы, совсем другой тип соединения работающий по совсем другому принципу, чем фланцы и, вроде как, очень похожий на обычные узлы для болтов обычной прочности.
Но это только на первый взгляд. Как это ни покажется странным, но во фрикционных соединениях высокопрочные болты так же работают только на растяжение и надежное сопряжение деталей узла туту обеспечивается уже трением поверхностей за счет громадного усилия сжатия пластин узла. А как мы знаем усилие сдвига для соединения покоя трения равно произведению усилия сжимающего на коэффициент трения. В данном узле также очень важен преднатяг болтов, т.к. он сдерживает сдвиг пластин друг относительно друга и не дает работать узлу на срез болтов, как в обычных узлах на обычных болтах.
Ну и наконец, есть комбинированные узлы, которые крайне редко используют в строительстве, но активно используют в машиностроении, например. Где фланцевые узлы совмещают в себе фланцевую работу соединения и работу фрикционного соединения для восприятия поперечных усилий и крутящих моментов вокруг оси соединения.
Итак, главное отличие работы соединений на высокопрочных болтах это то, что в данных соединениях болты работают строго на растяжение и имеют обязательное требование по моменту затяжки гаек для обеспечения этой работы. А болтовые соединения на болтах обычной прочности работают в основном на срез болтов и смятие кромок отверстий болтов. Соответственно и расчет подобных узлов идет по кардинально разным методикам.
Для наглядного изучения работы узлов на высокопрочных соединениях рекомендую изучить старую добрую серию по таким узлам.
Там все понятно расписано. Также крайне рекомендую делать расчеты таких соединений в МКЭ программах типа Ансис, Инвентор, Солидворкс для понимания работы и выявления слабых мест подобных узловых соединений.
Если проектирование для вас не пустой звук и вы хотите быть в курсе последних событий:
- Переходите на наш ютуб канал PRO-Z: Проектирование зданий, там актуально и есть возможность посмотреть друг другу в глаза;
- А если в вас загорелся дух проектировщика, но не хватает знаний, вы можете записаться на наши обучающие курсы, программы и готовые проекты.
