Схема опирания на фундамент

Обновлено: 14.05.2024

Грамотная укладка плит перекрытия на цоколь фундамента

Завершение большого этапа строительных работ заключается в монтаже плит перекрытия на фундамент. Чаще всего укладка железобетонных плит перекрытия на цоколь применяется для кирпичных зданий или домов и пенобетонных блоков. О производстве работ на последующих этажах и типах перекрытий подробно рассказано в статье «Монтаж плит перекрытия». Далее речь пойдет только о перекрытии подвала. Чтобы правильно положить элементы на подвальную стену, необходимо учитывать особенности производства работ.

Монолитный железобетонный пояс

Если фундамент под здание изготовлен из сборных бетонных блоков, потребуется перед началом монтажа принять дополнительные меры по усилению конструкции. Укладка бетонного пояса на стену под плиты необходима чтобы:

обеспечить равномерное распределение нагрузки от отдельных элементов перекрытия на отдельные фундаментные блоки;
повысить прочность ленты фундамента на изгиб;
выровнять обрез фундамента для того, чтобы правильно уложить плиты;
увеличить жесткость здания при небольших подвижках грунта.

Дело в том, что фундаментные блоки заводского изготовления не имеют армирования. Они рассчитаны на центральное сжатие.

Плиты перекрытия на фундамент под наружные стены опираются только на внутреннюю их часть, что создает эксцентриситет нагрузки (смещение относительно центра), вследствие чего появляется изгибающая сила, которую бетон без армирования выдержать не сможет.

По нормативным документам по обрезу фундаментной стены предусматривается пояс из бетона В20 толщиной 200 мм. Пояс изготавливается по монолитной технологии. С укладкой продольных арматурных стержней в два ряда.

Армирование представляет собой пространственный каркас, чаще всего состоящий из четырех продольных прутов, соединенных между собой в горизонтальной и вертикальной плоскости стержнями арматуры меньшего диаметра (хомутами).

Благодаря армированию конструкция легко справляется с изгибом. Вследствие монолитной технологии изготовления лента не имеет вертикальных швов и обеспечивает пространственную жесткость по всему периметру здания.

Заливку выполняют двумя способами:

весь периметр за один раз;
послойно.

Послойное производство работ может понадобиться, если высота пояса больше рекомендуемой, и возникли обстоятельства, которые вынуждают прервать выполнение работ. Правильно заливать всю смесь за один раз. В этом случае не образуется стыков бетонной смеси с различными характеристиками и степенью застывания, что существенно увеличит прочность всей конструкции.

Монтаж плит

Установка элементов перекрытия в проектное положение начинается с определения величины опирания конструкции на фундамент. Класть плиты по нормативным документам необходимо с соблюдением следующих требований:

Укладывать на фундамент перекрытия следует с опорами по двум сторонам, без промежуточных. Появление точек опирания в середине приводит к образованию трещин и в итоге к разлому плиты в месте опоры.

К торцу изделия прикладывают теплоизоляционный материал, который необходим для предотвращения мостиков холода. Мостики холода опасны тем, что приводят к появлению следующих неприятных последствий:

выпадение конденсата в месте опирания;
появление плесени и грибка;
снижение эффективности теплозащиты здания, появления участка, через который происходит утечка тепла;
нарушение температурно-влажностного режима.

В качестве теплоизоляционного материала применяют:

куски из минераловатных плит, обернутые в полиэтилен;
пенопласт, обернутый в полиэтилен;
экструдированный пенополистирол (пеноплекс).

Пенопласт не способен так хорош впитывать в себя жидкость, но даже небольшое ее количество между гранулами материала при низких температурах приводит к рассыпанию плиты на мелкие шарики.

Важно! Грузоподъемную технику на участке нужно размещать так, чтобы она не повреждала конструкции здания.

После подготовительных работ и определения величины опирания начинается укладка плит на фундамент. Монтаж перекрытия выполняется в следующем порядке:

Пустоты плиты в местах опирания заделывают с помощью легкого бетона или минераловатного утеплителя. Выполняется это для повышения прочности конструкции в местах защемления стеной.
На фундамент наносится слой раствора марки от М100 и более толщиной 20 мм.
Плиту нельзя переворачивать. Изделие отличается в верхней и нижней части. Растягиваемая нижняя поверхность имеет более сильное армирование, чем сжимаемая верхняя. При неправильной установке элемент может сломаться пополам. Визуально отличить верхнюю и нижнюю поверхность можно по гладкости основания. Перекрытия в верхней части имеют неровный и шершавый вид. нижняя поверхность в будущем будет служить потолком, поэтому она изготавливается гладкой. Такое различие вызвано тем, что процесс изготовления происходит в формах. Застывание поверхности на дне формы дает гладкую строну. Верхняя часть, контактирующая с воздухом, получается шероховатой.
Для проведения работ понадобится три-четыре человека. Один из рабочих производит закрепление плиты к крюку крана. Для монтажа перекрытия применяется специальный четырехветвевой строп, который закрепляют к предусмотренным в плите монтажным петлям. Двое рабочих укладывают плиту в проектное положение и открепляют от стропа. Еще один человек может понадобиться для подачи команд крановщику, если зрительный контакт его с рабочими невозможен.
Монтировать плиты нужно плотно друг к другу. Если размеры помещения не позволяют полностью перекрыть его по ширине стандартными изделиями, предусматривают монолитную заделку небольшого участка, который не позволяет вписать железобетонный элемент по ширине.
Заканчивается монтаж на фундамент анкеровкой плит между собой и со стенами. Это позволит создать жесткий диск перекрытий и обеспечит повышение устойчивости здания. Анкеры по длине стены располагаются через каждые 2-3 метра.

Установка железобетонных элементов на фундамент с соблюдением технологии позволит обеспечить долгий срок службы здания и безопасность жильцов.

Инструкция, как правильно осуществлять укладку плит перекрытия на фундамент

Такие работы осуществляются с обязательным выполнением требований СНиП и разделов проекта строительства дома.

Правильная организация работ начинается с подвоза готовых ЖБИ. Некорректная перевозка и пренебрежение требованиями изготовителей по транспортировки и разгрузки-выгрузки, становятся главными причинами появления трещин и других дефектов на поверхности ЖБИ.

Чтобы уменьшить затраты на строительно-монтажные работы, правильнее будет если организовать выполнение монтажных работ непосредственно с машины.

Требования к величине опирания

Этот показатель зависит от вида материала, который применялся при укладке основных стен и верхнего выпрямляющего пояса фундамента. Материал заводского изготовления выпускается с несколькими вариантами опирания: на 2-е либо 3-и стороны и по общему контуру.

Нормативная граница глубины опирания ПК для фундамента:

для металлоконструкций: 70-120 мм;
по ЖБ основанию: 75-90 мм;
на каменное или блочное основание: 90-160 мм.

Важно! Застройщик до того как приступить к укладке ПК должен позаботится о будущей жесткости здания. Для чего выполняют выравнивающий монолитный армопояс, применяя арматуру Д=16 мм.

Виды способов опирания

Выбор способов опирания происходит на стадии проектирования путем сопоставления нескольких вариантов и зависит от вида фундамента, плана застройки и выбранной модификации плит перекрытия, с учетом действующих нагрузок, на несущие компоненты дома:

Для низкоэтажного индивидуального жилого строительства, специалисты рекомендуют применять плиты перекрытия с круглыми и овалопустотными внутренними конструкциями, с опиранием по 2-м сторонам.

Подготовка основания для монтажа

Технология подготовки основания зависит от типа конструкции. Для заводских готовых плит перекрытия наиболее часто применяется ленточный или свайный фундамент. В последнем варианте ЖБ плиту нельзя устанавливать на колонны по 4-м точкам опоры.

Арматура способна в точности воспринять расчетное напряжение исключительно, когда ее концы будут заведены за опору. В противном случае армокаркас безопасно функционировать не сможет, плита увеличит предельный прогиб, как продольный, так и поперечный, что обеспечит аварийное разрушение всех конструкций объекта.

Поэтому чтобы этого не произошло, опоры связывают между собой единым монолитным защитным поясом.

Такой защитный пояс также создается при применении фундаментных блоков. Поскольку они выполняются без армирования, то проявляют слабость при изгибающих нагрузках, возникающих, при укладке плит, из-за того, что опорой выступает не весь блок, а только его небольшая внутренняя часть.

Защитный армированный пояс должен иметь минимальные размеры по толщине 200 мм, а заливаться бетоном В20. Арматурный каркас выполняют из четырех прутьев Д= 10-14 мм, расположенных вдоль периметра фундамента, соединенных вертикально арматурой Д= 6-8 мм.

Перед заливкой армопояса выполняется отсечная гидроизоляция, чтобы влага из грунта не переходила на несущие стены.

Также защитный пояс должен иметь внешнее утепление, для защиты конструкции от потерь тепла.

При устройстве армопояса, нагрузка от железобетонных плит распределится равномерно, фундамент приобретет дополнительную прочность на изгиб, поверхность получается более ровной, что даст возможность точнее установить конструкцию перекрытия.

Начинают строительно-монтажные работы по установке ПК с правильного определения места расположения автокрана, в противном случае грунт может сместиться под тяжестью автотехники и выдавить стенку фундамента.

Независимо от типа конструкции в обязательном порядке проводится подготовка и выравнивание внешней поверхности основания:

Проверяют верхнюю плоскость основания с применением нивелира.
Определяют самую высокую точку армированного защитного пояса.
Размещают маяки по периметру дома.
Если будет обнаружен перепад высот свыше 5 см, выполняют общую выравнивающую стяжку или только на отдельных участках.
До изготовления стяжки на конструкциях из блоков ФБС, необходимо выполнить анкеровку соседних блоков с помощью проволочной скруткой с Д= 4 мм.
Если перепадов по высоте несколько, стяжку армируют 2-мя параллельными стальными стержнями Д= 14 мм по общему периметру. Для этого устраивается съемная опалубка из досок.

Важно! Торцы плит перекрытия утепляют, чтобы не создавать «мостики холода», которые способствуют росту тепловых потерь и образованию конденсата. На гигроскопичный утеплитель, например, минвата, для влагозащиты нужно положить пленку, при применении экструдированного пенополистирола, гидрозащита не применяется.

Технология монтажа: как уложить материал?

Перед укладкой плит выполняют гидрозащиту верхней поверхности фундамента несколькими сплошными слоями рубероида. Далее готовится бетонный раствор, потребуется примерно. 3-5 ведер на одну плиту, что будет зависеть от ее размера.

Рабочей поверхностью плит является их низ, поэтому для точного размещения плиты по фундаменту, ее контролирует монтажник, чтобы обеспечить правильное опирание по горизонтали. Класть материал необходимо по проектным схемам и чертежам, а также специально разработанной технологической карте.

Общие этапы технологии монтажа ПК на фундаментные конструкции:

Монтаж перекрытия начинают с угла, наиболее близкого к месторасположению крана, либо к проектируемой стене, имеющей вентканал.
Подают плиту непосредственно с машины, строповка выполняется 2-мя монтажниками.
Строповка должна выполняться за монтажные петли плиты, с применением проверенных крюков и специализированных приспособлений для грузозахвата.
В момент перемещения конструкции, рабочие находятся на безопасном расстоянии от нее, разворачивая ее в проектное положение баграми на весу.
При необходимости ЖБ перекрытие корректируют по оси стеновой конструкции.
После чего стропы ослабляют, внизу проверяется точность горизонтальной установки в 2-х направлениях.
Выполняют крепления к основанию стальными связями или применяют анкера, фиксирующие плиты.
Выполняют герметизацию межпанельных швов, чтобы уменьшить тепловые потери и увеличить шумозащиту перекрытий. Если принятой толщины плиты будет недостаточно чтобы обеспечить санитарные нормы по этим показателям, выполняю многослойную защитную конструкцию.

Ленточное основание

Перед укладкой плит внимательно изучают схему монтажа и маркировку изделий, чтобы обеспечить расположение плит на несущих конструкциях короткими сторонами. Работа проводится бригадой опытных и аттестованных монтажников, минимальное число 3 человека.

Основные этапы укладки плит ПК на ленточный фундамент:

Заделывают торцевые отверстия плит особыми бетонными вкладышами или самостоятельно приготовленным легким бетоном М200. Такая защита пустых отверстий, делает плиту прочнее в местах защемления и будет препятствовать поступлению влаги.
На подготовленную постель наносят строительный раствор М150 или выше с толщиной слоя 20 мм
Плиту укладывают нужным расположением, по проекту и маркировке конструкции, поскольку в нижней части плит перекрытия армирующий каркас усиленный, для обеспечения нужного сопротивления растяжению.

Свайное

По плитам выполняют рулонную либо проникающую гидроизоляцию. Сверху по гидроизоляции и устанавливают теплоизолятор. После этого укладка плит перекрытий выполняется аналогично, как на ленточном фундаменте.

Ошибки и проблемы при нарушении правил установки

Нарушение общепринятых правил транспортировки и погрузки-выгрузки плит, что способно привести их к повреждению.
Использование плит с испорченной поверхностью.
Неправильное расположение плит, когда перепутан верх и низ.
Неправильная установка на опорные стены, плит с допустимой установкой на 2 опоры, фактически установлены на трех.
Недостаточная глубина опирания для конкретного фундамента.

Заключение

Установкой плит перекрытия фундамента завершается этап постройки основания, от которого будет зависеть устойчивость всего дома. Эту ответственную работу должны проводить только по проекту и индивидуально разработанной технологической карте.

На стадии проектирования выполняют тщательный выбор марки плит, чтобы не оставались пустоты или не требовалось отрезать лишние участки плит.

Работы по монтажу плит перекрытия должны выполнять аттестованные монтажники с составом бригады не менее 3 человек, стропы и другие приспособления должны быть предварительно проверены на исправность и прочность.

Если выполнить все предписанные требования СНиП, в точности реализовать проект постройки в части монтажа плит перекрытия, то фундамент станет надежной и долговечной основой всего дома.

Каким должно быть опирание плиты перекрытия на стену: нормы, требования и виды

Ещё одна функция, которая возлагается на данные конструктивные элементы – обеспечение общей геометрической неизменяемости пространственной рамы каркаса.

Это достигается за счёт объединения несущих вертикальных элементов горизонтальным диском, в пределах каждого этажа. Для обеспечения совместной работы стен, колонн или пилонов с плитами перекрытий, необходимо задать шарнирные или жёсткие узлы для их сопряжения, что, в свою очередь, зависит от характера опирания перекрытий на стены.

Что означает понятие?

Перекрытия всегда работают в здании в пределах одного этажа, воспринимая постоянные и временные нагрузки от собственного веса, массы полов, оборудования, предметов мебели и людей, эксплуатирующих помещение.

При приложении внешних сил, в элементе возникают внутренние усилия, которые определяют геометрическое сечение и позволяют рассчитать пролётное сооружение по 2 группам предельных состояний.

В то же время, в плите перекрытия, вместе с приложенными к ней нагрузками, возникают опорные реакции, которые концентрируются в местах опирания элементов на стены или точечные вертикальные конструкции. Эти реакции распределяются по площадке опирания и, чем больше её площадь, тем меньше величина нагрузки на каждый см 2 вертикального элемента.

Таким образом, глубина заделки перекрытия в стену – важный параметр, влияющий как значение приопорного поперечного усилия Q в плите, так и осевого усилия N, возникающего в стене или колонне. Также величина заделки влияет на возможность местного смятия или скалывания ЖБ изделия при передаче нагрузки.

Требования СНиП

Глубина заделки плиты перекрытия в стену нормируется, исходя из требований СНиП 2.08.01-85 («Жилые здания»), а также СП 335.1325800.2017 («Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования»).

Согласно информации, содержащейся в справочных таблицах данных документов, разработанных на основании статических расчётов по 2 группам предельных состояний, минимальная и максимальная требуемая величина опирания перекрытия составляет:

40 мм при опирании по 4 сторонам. То же условие при опирании по 3 сторонам (если контактная поверхность проходит вдоль обеих длинных стен).
50 мм – в случае укладки плиты на две опоры в пролёте до 4200 мм. Та же величина требуется при опирании перекрытия по 3 сторонам, если линия контакта проходит лишь через одну из двух длинных стен.
70 мм – при опирании на 2 стены при пролёте от 4200 до 6000 мм.
90 мм – при наличии двух опор и длине перекрытия более 6000 мм.

Если речь идёт о монолитном каркасе здания, то жёсткая заделка горизонтальных и вертикальных железобетонных элементов достигается при полном опирании перекрытия на стену. При увеличении площади контакта поверхности стены и перекрытия, равномерно распределённая нагрузка снижается, что позволяет уменьшить глубину заделки.

Важно! Как правило, при монтаже сборных плит типа ПК или ПБ, строители перестраховываются и обеспечивают стандартную величину заделки 120 мм, что кратно ½ линейного размера стандартного глиняного кирпича.

Способы установки

Существует 3 основных способа опирания пролётных конструкций на стены, каждый из которых имеет как преимущества, так и недостатки:

По двум коротким и одной длинной стороне.
По двум длинным и одной короткой стороне.

Плюсы: в обоих случаях площадь контакта увеличивается, по сравнению с опиранием по 2 сторонам. Соответственно, давление от веса плиты на 1 см2 снижается, и глубину заделки допускается уменьшить.

Минусы: перекрытие перестаёт подчиняться линейной зависимости при расчёте по 2 группам предельных состояний.

Плюсы: минимальное давление на опоры исключает локальное смятие. Допускается уменьшение площади контакта перекрытия со стеной.

На практике чаще всего используются сборные железобетонные плиты с опиранием по 2 сторонам, так как эта конструкция считается оптимальной с точки зрения монтажа и эксплуатации под нагрузкой.

Как составляется схема?

При оформлении рабочего проекта жилой комнаты или общественного здания, схема опирания плит перекрытий зависит как от расчётных, так и от конструктивных и функциональных параметров.

При создании чертежа с раскладкой ЖБИ плит, проектировщик принимает во внимание следующие факторы:

Однако, если конструктивная схема предусматривает опирание плит с обеих сторон стены, то суммарная глубина заделки составит 80 мм.

Схема должна отображать величину заделки для каждого элемента на этаже. Если проектировщик добился универсальности и обеспечил единую глубину заделки, следует указать этот факт в примечаниях к графическим материалам.

Правила проектирования узлов сопряжения

При выполнении рабочего проекта монтажа плит перекрытий, помимо основной схемы раскладки элементов, следует предусмотреть деталировку узлов с указанием всех нюансов при сопряжении горизонтальных и вертикальных элементов.

С наружными стенами

Рабочий чертёж узла сопряжения сборной железобетонной плиты перекрытия с ограждающей вертикальной конструкцией должен отображать следующие детали:

Плиту заданной толщины в разрезе.
Полный состав наружной стены с учётом облицовки, забутовки и утеплителя.
Глубину заделки конструкции в стену.
Элементы крепления для обеспечения связи (ц/п раствор, закладные детали).
При наличии ЖБ пояса – разрез по данному элементу.
Схема армирования узла сопряжения.
Наличие упругой вставки по торцу плиты.
Схема заполнения пространства между перекрытием и облицовкой стены.
Если предусматривается проектом – схема пирога чистого пола с узлом примыкания к внутренней части вертикальной ограждающей конструкции.
При деталировке узла на типовом этаже – изображение вышележащей наружной стены.

Если плита перекрытия одновременно ложится на участки стены, с разным конструктивным исполнением (например, в месте расположения перемычек над оконными проёмами) то узел необходимо продублировать для всех ситуаций.

С внутренними несущими

При деталировке опирания плиты на внутренние несущие стены, все элементы чертежа указываются аналогично описанному выше алгоритму. При наличии дополнительных деталей конструкции, они также указываются на узле:

Если плита расположена не в крайнем пролёте, проектировщик изображает 2 горизонтальные конструкции и описывает решения по их сопряжению.
Если сопряжение элементов предусматривает скрутки или сварку, то такие детали также указываются в проекте с назначением шага, длины шва и прочих особенностей.
Если в толще несущей внутренней стены расположены вентканалы, влияющие на монтажную схему, такие сечения выносятся отдельным чертежом.

Все дополнительные расходные материалы, заложенные в проекте, отображаются также в спецификации к чертежу, с указанием их марок и количества.

Технология монтажа

При монтаже сборных ЖБИ плит перекрытия в условиях строительной площадки, типовой узел сопряжения выполняется согласно следующему алгоритму:

Кладка несущих стен завершается за 2 – 3 ряда до проектной отметки высоты этажа.
По линиям опирания плит организуется армированный монолитный пояс, позволяющий равномерно распределить опорные реакции от перекрытия по всему объёму кладки. В некоторых случаях проект не предусматривает подобную конструкцию, и монтаж пролётных конструкций ведётся по подстилающему слою из жёсткой ц/п смеси.
Поверх пояса наносится подстилающий слой, разглаженный по всей предполагаемой площади опирания плиты.
К элементу перекрытия крепятся строповочный кронштейн, либо цепи через монтажные петли.
Грузоподъёмный механизм поднимает плиту на нужную отметку, а монтажники аккуратно подводят его к площадке опирания.
Автомобильный или башенный кран медленно опускает плиту на площадку опирания под контролем монтажников.
При незначительном отклонении положения конструкции, рабочие поправляют элемент ломами или кувалдой через деревянный брусок.
По аналогичному принципу укладываются следующие элементы перекрытия.
Когда монтаж сборных ЖБИ изделий окончен, рабочие производят зачеканку швов жёсткой цементно-песчаной смесью.
В монтажные петли плит устанавливаются арматурные анкера, которые впоследствии пересекаются «крест-накрест».
Анкера свариваются между собой, а петли прижимаются к горизонтальной поверхности кувалдами.

По завершении монтажных работ начинается устройство монолитных участков, если раскладка плит предусматривает такое конструктивное решение.

Ошибки в процессе работ

Если проектировщик допускает ошибки, отступает от нормативных требований или упускает важные детали при выполнении сопряжения, возможно наступление тяжёлых последствий:

При недостаточно глубокой заделке может произойти местное смятие кладки, что чревато потерей геометрической неизменяемости всего сооружения с последующим обрушением.
При глубокой заделке могут образоваться зоны промерзания конструкции, скопление конденсата от точки росы в помещении.
При похождении сквозь вентканалы может понадобиться частичная подрезка торца плиты.
Если фактически возведённые стены имеют незначительное отклонение от вертикальной оси, а проектировщик не предусмотрел запас при расчёте опирания, вся конструкция перекрытия перестанет удовлетворять требованиям СНиП.

Таким образом, при расчёте опирания плиты перекрытия на стены следует учесть все особенности монтажа конструкции – от рекомендованных нормативными документами значений до человеческого фактора и возможных отклонений конструкции от проектных габаритов.

Заключение

Опирание плит перекрытия на стену – это важный расчётный параметр, который должен учитывать множество факторов. Глубина заделки не может быть ниже значений, указанных в СНиП, удовлетворять результатам расчёта и не вызывать локальное смятие конструктивных элементов.

Монтаж и сопряжение горизонтальных конструкций с вертикальными должен проводиться в соответствии с проектными решениями, а в составе альбома должна присутствовать деталировка каждого узла.

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).

Читайте также: