Существует класс конструкций, в которых в соответствии со статическим расчетом продольная сила действует по оси, проходящей через центр тяжести сечения. Но в процессе реальной работы в этих конструкциях присутствует эксцентриситет, возникающий по случайным причинам. Например, таким как:
- начальная кривизна оси элементов;
- неточность монтажа конструкции;
- отклонение элемента от вертикали;
- отклонение фактических размеров элемента от проектных;
- не учитываемые горизонтальные силы;
- из-за неоднородности свойств материалов (разная деформативность и прочность даже в пределах одного сечения). Напряжения в сечении становятся неодинаковыми.
По мнению российских исследователей В.М. Бондаренко, А.В. Боровских дополнительным фактором вызывающим случайный эксцентриситет является неточность расположения арматурных стержней.
Наличие вышеперечисленных факторов вызывает в конструкции дополнительный изгибающий момент, что значительно усугубляет ситуацию. Поэтому при расчете таких элементов необходимо учитывать случайный эксцентриситет еа, принимаемый не менее:
- 1/600 длины элемента или расстояния между его сечениями, закрепленными от смещения;
- 1/30 высоты сечения;
- 10 мм.
В зависимости от статической определимости конструкции величина расчетного эксцентриситета еоопределяется по-разному. Для статически определимых конструкций значение ео принимают равным сумме эксцентриситетов из статического расчета конструкций и случайного.
ео=е+еа
Для статически неопределимых конструкций, вследствие возможности перераспределения усилий, величина расчетного эксцентриситета принимается только из расчета, но не менее случайного.
Если рассматривать гибкие элементы (l0/i > 14), то под влиянием внешней нагрузки они деформируются (изгибаются), вследствие чего начальный случайный эксцентриситет увеличивается. Этот факт так же следует учитывать при проверке прочности и определении требуемого количества арматуры в элементе. Нормативные документы допускают проведение расчета по недеформированной схеме, но в таком случае для учета продольного изгиба конструкции начальный эксцентриситет умножается на дополнительный коэффициент. Формула для его вычисления представлена в п. 8.1.15 СП 63.13330.2012.
Сегодня большинство строительных конструкций рассчитывается с помощью программного обеспечения. Проектировщику достаточно только замоделировать работу конструкций и задать исходные данные для проведения расчета. И тут возникает вопрос: «В каком программном комплексе Вы рассчитываете строительные конструкции? Есть ли в нем возможность учета случайного эксцентриситета и продольного изгиба при расчете ЖБ колонн и стен?»
В ПК STARK ES реализован учет случайного эксцентриситета и продольного изгиба при расчете стержневых элементов (колонн), а так же при расчете пластинчатых элементов (стен).
Рассмотрим пример расчета диафрагмы жесткости монолитного каркаса многоэтажного здания и сравним результаты, полученные при одинаковых силовых факторах, но разных условиях расчета:
- без учета случайного эксцентриситета и продольного изгиба;
- с учетом случайного эксцентриситета;
- с учетом случайного эксцентриситета и продольного изгиба.
В случае учета случайного эксцентриситета и продольного изгиба для стен необходимо указывать значения расчетных длин Ls и Lr (Рисунок 1). При этом под длиной Ls следует понимать расчетную длину стенки при ее выпучивании в плоскости sot местной системы координат элементов, а под длиной Lr – расчетную длину стенки при ее выпучивании в плоскости rot (Рисунок 2). Согласно Рисунку 2 расчетную длину Ls можно определить путем умножения высоты стены на коэффициент соответствующий условиям закрепления конструкции (п. 8.1.17 СП 63.13330.2012). А вот расчетную длину Lr можно определить только в результате расчета на устойчивость, при условии получения формы потери устойчивости по этой стене (принимаем длину полуволны).
Рисунок 1 – Исходные данные для расчета армирования стен
Рисунок 2 – Расчетные длины для стены
Результат подобранного вертикального армирования диафрагмы жесткости при различных условиях расчета представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Результат расчета требуемого вертикального армирования диафрагмы жесткости на высоту трех этажей
Вывод: Случайный эксцентриситет, а также продольный изгиб конструкции оказывает значительное влияние на ее несущую способность. Отсутствие в расчетной программе учета данных факторов приводит к заниженному результату расчета, к недостатку армирования несущих элементов здания и как следствие, может привести к катастрофе.
Автор: Страхова А.А., ООО "БилдСофт"
