Узнаем от чего зависит устойчивость конструкции. Расчет. Потеря устойчивости

Строительством объектов различного назначения человек занимается всегда. Возводимые сооружения должны быть прочными и долговечными. Для этого нужно обеспечить устойчивость конструкции. Об этом читайте в статье.

Что такое устойчивость?

Это способность конструкции или отдельных ее элементов сохранять одно из двух состояний: равновесие или движение во времени при воздействии небольших возмущений. Другими словами, способность, при которой сохраняется форма или первоначальное положение конструкции, называется устойчивостью.

Неустойчивость – способность конструкции, характеризующаяся получением больших перемещений при незначительных колебаниях.

Потеря устойчивости

Это явление очень опасно для конструкции в целом и для ее отдельных элементов в частности. Если конструкция из устойчивого состояния переходит в неустойчивое, такое явление называется потерей устойчивости. Бывает, что причину, по которой разрушаются конструкции и сооружения, нужно искать не в нарушении их прочности. Это случается тогда, когда происходит потеря устойчивости конструкции. Известны случаи, когда из-за этого разрушались целые сооружения. Причиной такой крупной катастрофы может быть потеря устойчивости отдельно взятых элементов.

Причины потери устойчивости

Устойчивость конструкций и сооружений свойственно терять листовым элементам, так как они обладают способностью сжиматься. Поэтому перед их использованием нужно обязательно определить, будет или нет теряться устойчивость элементов конструкции после сварки. Если этого не сделать, сжимающее напряжение, оставшееся после сварки, может быть причиной, по которой листовые сварные элементы конструкции потеряют устойчивость.

Элементы конструкций имеют первоначальную форму равновесия. Если устойчивость конструкций здания теряется, то и равновесие элементов нарушается, а это влечет за собой потерю их работоспособности и в дальнейшем приводит к аварии всей конструкции. В практике строительства таких случаев немало.

Вязкоупругим элементам, присутствующим в конструкции, свойственно деформироваться и прогибаться. Такие характеристики принято называть функциями времени. В этой связи устойчивость конструкции разделяется на мгновенную и длительную. Поэтому в требованиях, предъявляемых к элементам конструкции, кроме ее массы, нагрузки на нее, указывается срок эксплуатации.

Потеря устойчивости может произойти из-за сжимающего напряжения в элементах конструкции. Это актуально для авиационной техники со сверхзвуковой скоростью, так как обшивка летательного аппарата нагревается неодинаково. Это приводит к неравномерному распределению температур.

Устойчивость конструкции нарушается при воздействии на нее критической нагрузки. В большинстве случаев это приводит к ее разрушению. Поэтому очень важно при возведении сооружения делать расчет конструкций на устойчивость, а не только на прочность элементов и узлов.

Местная устойчивость

Это устойчивость элементов конструкции. Если происходит их выпучивание в результате воздействия на них напряжений сжимающего или касательного характера, о таком явлении говорят, что происходит потеря местной устойчивости.

Прочность конструкции снижается, когда теряется устойчивость стенки. Если она находится рядом с опорой, то на нее воздействует касательное напряжение. Под ее влиянием стенка перекашивается. По укороченным диагоналям она сжимается, а по удлиненным – вытягивается. Происходит вспучивание стенки, образование волн. Препятствовать этому явлению можно с помощью установки по вертикали ребер жесткости. Они будут пересекать вспученные места, выпрямляя стенку.

Устойчивость конструкции, а именно стенок и пояса может быть потеряна не только от касательных напряжений. Они в малой степени влияют на стенку середины балки, здесь на нее воздействуют нормальные напряжения, которые могут стать потерей устойчивости конструкции.

Расчет строительных конструкций

Целью расчета является обеспечение заданных условий эксплуатации конструкции с соблюдением ее прочности и минимальных затрат. При расчете учитывается воздействие силовых и других воздействий на элементы конструкции с учетом предельных состояний, которые делятся на две группы. Первая – когда потеряна несущая способность конструкции или она полностью непригодна к эксплуатации; вторая – когда нормальная эксплуатация сооружения затруднена.

Воздействия и нагрузки

Во время эксплуатации любая конструкция испытывает определенные нагрузки и воздействия на нее. На работу всей конструкции влияет природа, продолжительность и характер воздействий. От них зависит устойчивость конструкции.

Нагрузки бывают:

• От веса самой конструкции.
• От веса оборудования, людей, материалов, давления газов и жидкостей.
• Нагрузки атмосферные – ветер, снег, гололед.
• Температурные и сейсмические воздействия.
• Биологические (процесс гниения), химические (коррозийные явления), радиационные воздействия, в результате которых изменяются свойства материалов. Это влияет на срок эксплуатации конструкции.
• Нагрузки аварийные, которые возникают, если нарушается технологический процесс, поломка оборудования, линии электропередач и прочее.

Сооружения из железобетонных конструкций

Железобетон – комплексный материал для строительства, в состав которого входит бетон и сталь. Используя природные свойства веществ, получают материал, который способен воспринимать усилия сжимающего и растягивающего характера.

Железобетонные конструкции используются в строительстве как основные конструкции. Они обладают высокой прочностью, долговечностью, стойкостью. Для их производства можно использовать строительные материалы данной местности, они просты в образовании желаемых форм, не требуют больших расходов.

Железобетонные конструкции имеют ряд недостатков. Они обладают большой плотностью, высокой тепло- и звукопроводностью. При усадке конструкции и силовом воздействии со временем могут появиться трещины.

Сборные конструкции из железобетона

Конструкции и элементы из железобетона бывают монолитными и сборными. Монолитные производят прямо на строительной площадке, а сборные – на заводах с использованием специального оборудования. Особой группой выделяются конструкции с внешним армированием профилями из металла.

Конструкции из железобетона, изготовленные в заводских условиях, используются для строительства помещений различного назначения, благоустройства территорий, изготовления труб, свай, шпал, опор для линий электропередач и многого другого.

Монолитные железобетонные конструкции (сборные) используются для возведения гидротехнических сооружений, в транспортном и подземном строительстве, в малоэтажном и многоэтажном строительстве жилых домов и административных зданий.

Преимущества и недостатки

Сборные строительные конструкции имеют неоспоримое преимущество - их производство осуществляется на заводах, оснащенных специальным оборудованием. За счет этого уменьшаются сроки изготовления производимых конструкций, и увеличивается их качество. Изготовить предварительно напряженные конструкции из железобетона возможно только на заводе.

Строительные конструкции не так безупречны. Их недостатком является то, что выпускать их в широком ассортименте невозможно. Это касается, в первую очередь, разнообразия форм. На заводах же производят конструкции для массового использования. Поэтому в городах и других населенных пунктах появляется много однотипных сооружений: жилых и административных. Это приводит к тому, что архитектура региона застройки деградирует.

Изготовление железобетонных конструкций и их элементов осуществляется по следующим технологиям:

• Конвейерной, когда выполнение технологических процессов происходит последовательно.
• Поточно-агрегатной. Эта технология предусматривает осуществление технологических операций в отдельных помещениях, формы с конструкциями или элементами перемещаются кранами.
• Стендовой технологии. Здесь все происходит наоборот. Неподвижными остаются изделия, а перемещаются агрегаты.

Сооружения из монолитных конструкций

Строительство по такой технологии – трудоемкий процесс, но очень понятный. Монолитные конструкции можно сделать своими руками.

Этапы строительства:

• Устанавливается каркас из арматуры.
• Обустраивается опалубок, внутри него размещается арматура.
• Заливается смесь из бетона, который уплотняется специальными вибраторами. Это делается для того, чтобы в опалубке не образовались пустоты.
• Бетон зачищается.
• Опалубка снимается.

Монолитные постройки: преимущества

В последнее время все чаще при постройке жилого дома используют технологию, разработанную для возведения монолитных построек, которые имеют ряд преимуществ:

• Нет необходимости использовать тяжелую технику, в частности краны. Для работы нужны бетононасосы, при помощи которых бетон будет заливаться в формы и укладываться в нужное место. На участке, где строится дом, сохранится ландшафт.
• Методика монолитного строительства позволяет возводить сооружения любой формы и этажности. Потолки и стены уже готовы к отделке, сокращаются сроки строительства.
• Несущие стены монолитного дома в 2,5 раза тоньше кирпичных, хотя по теплопроводности не уступают им. На отопление расходы сокращаются в 4 раза. За счет уменьшения толщины стен увеличивается площадь внутреннего пространства.
• Монолитные постройки отличаются прочностью и жесткостью. На фундамент нагрузки снижаются за счет небольшой толщины стен.
• При монолитном строительстве допускается использовать несъемную опалубку и традиционные материалы. Это позволяет застройщикам реализовать проект в любом стиле.
• В таких домах нет стыков, на них не влияют осадки, возводить их можно в любое время года.
• Усадка фундамента осуществляется равномерно.
• На стенах и перекрытиях не образуются трещины.
• Дверные и оконные проемы не деформируются.
• Монолитные постройки звуконепроницаемы.

Монолитные постройки: недостатки

Обладая массой преимуществ, у таких сооружений имеются минусы:

• Для строительства дома требуется привлекать дополнительную рабочую силу.
• Создание проекта монолитного дома является дорогой услугой.
• Заливку бетона нужно производить непрерывно, иначе он загустеет.
• В процессе проживания в таком доме без инструмента отверстие в нужном месте стены сделать невозможно.