Суть понятия «несущая способность» и когда необходимы ее показатели
Перекрытие – это фактически комплекс нескольких элементов конструкции. К которым относятся сама плита перекрытия, диски перекрытия, балки. Балка, как один из элементов, – это то, на что опирается непосредственно перекрытие, а перекрытие в общем смысле – то, что находится между этажами. Несущая способность любой конструкций здания закладывается при его проектировании и в соответствие с назначением. Определяется прежде всего способность того или иного элемента нести определенные нагрузки. Именно заложенные в строительном проекте цифры и называются несущей способностью.
В дальнейшем, при строительстве здания и его использовании, владелец или эксплуатирующая объект компания в первую очередь должны руководствоваться этими проектными данными. Кроме того, любое строение подвергается эксплуатационным нагрузкам, которые могут изменить уровень несущей способности как всей конструкции здания, так и отдельных его элементов. С течением времени могут проявиться видимые и образоваться невидимые повреждения. Поэтому определить несущую способность балки будет необходимо при наличии визуальных дефектов на ней, проблемах эксплуатации всего сооружения, а также при наступлении срока обследования (по регламенту).
Как проходит процедура определения несущей способности балок?
Для определения данного свойства специалист должен сделать внешний осмотр здания на наличие дефектов и осмотр балки, на которые опирается перекрытие. В конструкции здания входят как вертикально, так и горизонтально несущие конструкции. К вертикальным относят стены строения, колонны, столбы. К горизонтальным — балки, плиты, диски, которые несут наибольшую нагрузку. В более-менее современных зданиях основной материал изготовления балок — бетон.
В старых постройках балки могут представлять из себя компановку из железных профилей, деревянных лагов и бетона. В такой ситуации главной целью эксперта по обследованию строения становится изучение состава перекрытий и балок для определения того, в состоянии ли «пожившие» конструкции нести нагрузку в необходимых объемах, или со времени их несущая способность изменилась. Проектная нагрузка на несущие конструкции в зданиях разного типа эксплуатации обычно имеет значение с запасом, что предотвращает серьезные ситуации и разрушения при перезагрузках. Однако это не значит, что можно игнорировать необходимость регулярного обследования несущих элементов строений.
Непосредственно расчет несущей способности балки включает несколько этапов:
- Определение нагрузок — выяснение всех возможных нагрузок, действующих на балку, включая постоянные (собственный вес балки и постоянные нагрузки) и временные (например, снег, ветер, полезная нагрузка).
- Условия опирания — определение типа опирания балки (шарнирное, жесткое, консольное и т.д.) и соответствующие реакции опор.
- Расчет внутренних усилий — включает определение моментов изгиба, поперечных сил и осевых сил в различных сечениях балки. Это делается с использованием методов статического анализа, таких как метод сечений или метод перемещений.
- Подбор сечения балки — форма и размер сечения балки (например, прямоугольное, двутавровое и т.д.) в зависимости от условий эксплуатации и материалов балки.
- Расчет прочности и жесткости – проверка того, что максимальные напряжения в балке (в том числе изгибные и сдвиговые) не превышают допустимые значения для выбранного материала. Для этого используются формулы прочности материалов и теории изгиба.
- Проверка на устойчивость – нужно убедиться, что балка не потеряет устойчивость при действующих нагрузках (например, не произойдет бокового изгиба).
Все расчеты выполняются с использованием нормативных документов, таких как СНиП и другие стандарты, которые содержат дополнительные коэффициенты и поправки для различных условий эксплуатации.
Как материал изготовления влияет на расчеты свойств балки?
Балки могут быть изготовлены из разных материалов, таких как сталь, железобетон, дерево, или композитные составы. Проектирование балок включает в себя расчеты, учитывающие вес конструкции и факторы, такие как ветровая нагрузка, снегопады и другие внешние, иногда разрушающие воздействия природного или техногенного характера. Уровни нагрузки, которые способны выдержать балки, зависят от материала изготовления конструкции, формы ее поперечного сечения и длины балки.
Несущая способность стальных балок наиболее предпочтительна в современном строительстве. Стальной металлопрокат обладает высокой прочностью и устойчивостью к различным воздействиям, может выдерживать большие нагрузки. При этом стальные балки могут быть более тонкими и легкими относительно балок из других материалов, а это дает возможность более эффективно использовать пространство в постройке. Например, стальная двутавровая балка с высотой сечения 200 мм и шириной 100 мм может выдерживать нагрузку до 50 тонн. Металлические балки активно используются для возведения крупных, многоэтажных строений и частных одноэтажных домов. При этом ключевая характеристика конструкций – несущая способность, возможность выдерживать нагрузку, не деформируясь и не теряя эксплуатационных свойств, сохраняется дольше всего (в сравнении с другими материалами).
Дерево является давним традиционным и частно используемым материалом для изготовления балок. Несущая способность деревянной балки вполне применимая и сегодня. Древесина обладает естественной прочностью и приносит в архитектуру теплоту и эстетику. Балка из бруса с сечением 100×100 мм может выдерживать нагрузку до 20 тонн. Однако расчет несущей способности деревянной балки должен учитывать, породу древесины, ее качества, возможность дополнительной обработки, так как дерево может подвергаться воздействию насекомых, гниению и требует регулярного ухода. Также балки из древесины имеют высокий риск возгорания.
Железобетонные балки имеют высокую прочность, могут выдерживать значительные нагрузки, но они имеют довольно крупный вес. Несущая способность ЖБ балки обеспечивает стабильность здания, и такая балка может применяться в сочетании с другими материалами для оптимальной прочности и долговечности конструкции. Так балка из железобетона с сечением 200×200 мм может выдерживать нагрузку до 60 тонн.
С развитием технологий и появлением новых строительных материалов на строительстве можно встретить балки из композитных материалов. Уникальное сочетание легкости и достаточной прочности открывает новые возможности для инженеров, проектантов и дизайнеров помещений.
Отметим, что процесс выбора и расчета свойств балок — это непростая инженерная наука, требующая практических знаний. Конкретное значение несущей способности и нагрузки, которую выдерживают балки, рассчитывается с учетом всех факторов, влияющих на прочность конструкции. Для таких расчетов существуют специальные программы, но, когда речь идет о расчетах характеристик балок, уже эксплуатируемых долгий период времени, без зорких глаз и опыта в строительной экспертной сфере не обойтись.
