
Шарнир или защемление - что лучше для опирания перекрытий МАРКО на несущие стены?
На картинке слева представлены две плиты перекрытия. Верхняя из них просто лежит на стенах. Специалисты называют такое опирание свободным или шарнирным. Здесь действительно ничто не препятствует перемещению концов плиты под нагрузкой.
Концы нижней плиты заделаны (защемлены) в стены. Под нагрузкой они не могут свободно перемещаться без того, чтобы сломать стены в этом месте. Стены из не очень прочных (слабонесущих) материалов, скорее всего, треснут и сломаются, стены из прочных материалов выдержат возникающие нагрузки, но при этом может треснуть сама плита.
На картинке справа представлены графики (эпюры) изгибающих моментов, возникающих в балках перекрытия под действием равномерно распределенной нагрузки. Обратите внимание при защемлении изгибающие моменты в средней части перекрытия в ТРИ раза ниже чем при шарнирном опирании. Это несомненно положительный результат защемления.
Но есть и отрицательный последствия – появились изгибающие моменты в местах защемления балок. Здесь в арматуре балок возникли значительные растягивающие усилия. Это в свою очередь может привести к появлению и раскрытию трещин в бетоне – явление не критичное, но несомненно неприятное. И проектировщики обязаны возможные последствия учитывать.
Теория и практика защемления - все не так просто.
В теории (на бумаге) организовать защемление плиты перекрытия просто – положил плиту на нижнюю стену, придавил верхней стеной, и получил защемление, которое обеспечит снижение изгибающих моментов в три раза. На практике в условиях реальной стройки появляется много вопросов к такой идеальной конструкции узла защемления. Вот только некоторые из них:
- Что происходит, если материал стен, в которых защемлена плита оказался недостаточно прочным? Одно дело уложить плиту на стену из полнотелого высокомарочного кирпича и совсем другое на стену из газобетона плотность D300. Понятно, что концы плиты при нагружении начнут проворачиваться, попытаются при этом поднять верхнюю стену и сломать (раскрошить) внутренний край нижней стены.
Если это в действительности произошло, наш идеальная конструкция узла “сломалась”, и защемление превратилось в шарнир со всеми вытекающими последствиями. К сожалению. последствия могут оказаться плачевными или даже трагическими – в расчеты закладывались одни растягивающие усилия для арматуры нижнего пояса, а в результате получили совершенно другие,в три раза большие. Арматура таких увеличившихся напряжений может не выдержать и лопнуть.
- Что происходит, если арматура верхнего арматурного пояса плиты оказалась недостаточно прочной и “потекла” – начала чрезмерно удлиняться? Еще не разорвалась, но уже удлинилась. Понятно, что в этом случае в верхнем слое бетона появятся трещины, а сама плита в месте появления трещин прогнется (провернется) на определенный угол. Последствия мало отличаются от описанных в первом пункте – повышение в три раза растягивающих усилий в нижнем арматурном поясе плиты.
- Идеальный шарнир – насколько это реально? Отвечаем однозначно – невозможно, даже, если в этом месте установить подшипники. В любых подшипниках сохраняются силы трения, препятствующие повороту сечений, создавая пусть незначительное, но защемление, пусть незначительный, но изгибающий момент. то 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.
- Идеальное защемление и реальная конструкция узла.
В идеальном узле защемления конструктивные элементы неподвижны (не проворачиваются), сохраняют исходные размеры и сопряжения. В реальном узле опирания в местах сопряжения под действием возникающих усилий появляются деформации. В результате происходит поворот элементов на некий угол. Этот процесс резко интенсифицируется при образовании трещин в балки и/или стене – узел плывет, становится податливым. При этом меняется расчетная схема, но до определенного момента эти изменения в расчетах не учитываются. Момент истины наступает в случае, если в растянутой зоне напряжения в арматуре достигаю предела текучести – элементы (сечения) продолжают проворачиваться без дополнительных усилий. Считается.что именно в этот момент появляется пластический шарнир.
- Как на усилия, возникающие в узлах опирания, влияет глубина заделки перекрытия?
Есть четкое правило: при защемлении верхняя арматура должна заполнять 1/4 пролета, а при шарнирном опирании 1/10. Объясняется это тем, что при защемлении в приопорная зона вверху растянута (так действует изгибающий момент), и растянутую зону нужно заармировать. А при шарнирном опирании момент равен нулю, растяжения нет, но вступает в силу конструктивное правило, и мы все равно армируем небольшой участок у опоры. Дело в том, что идеальный шарнир, полностью допускающий беспрепятственный поворот, мы в конструкциях выполнить не можем – плита чуточку, но защемляется, и в ее верхней приопорной зоне возникают незначительные, но все-таки напряжения, могут возникать трещины, и поэтому плиту мы армируем, но всего лишь на длине 1/10 пролета. ,
Валерий Мартынюк – автор технологии МАРКО, директор по развитию компании МАРКО