Узловые соединения элементов конструкций

Соединение базовых несущих элементов в конструкции, а конструкций – в конструктивные системы происходит в узлах. Через узловые соединения происходит передача нагрузки от одного элемента к другому, поэтому узлы являются чрезвычайно ответственной частью конструктивной системы.

Основная классификация узловых соединений основана на характере их работы при передаче нагрузки. В зависимости от своей конструкции узловое соединение может передавать силы и моменты или только силы. Узел, передающий силы и моменты, называется жестким узлом. При повороте жесткого узла угол между входящими в него элементами остается постоянным (элементы поворачиваются совместно па один и тот же угол). Если конструкция соединяется при помощи жесткого узла с фундаментом, не допускающим поворотов, то такое соединение называется жесткой заделкой.

Узел, передающий только силы и допускающий независимые повороты элементов, называется шарнирным узлом. Шарнирный узел также может быть межэлементным или опорным. Межэлементный шарнирный узел может перемещаться вместе с конструкцией. Опорный узел прикрепляет конструкцию к фундаменту и может быть неподвижным или подвижным. Если опорный шарнирный узел передает силы во всех направлениях (т.е. ограничивает линейные перемещения во всех направлениях), то он называется неподвижным шарниром. Если же опорный шарнирный узел допускает линейное перемещение в одном из направлений координатных осей, то он называется подвижным шарниром.

В табл. 1.2 приведены некоторые примеры узлов со схемами передачи нагрузки. Из приведенных рисунков очевидно, что главным

Примеры узловых соединений и схемы передачи усилий

Шарнирные узлы	Жесткие узлы

отличительным признаком шарнирного узла является возможность независимого поворота его элементов. При этом следует помнить, что речь всегда идет об очень малых значениях углов поворота.

Работа конструктивных систем под действием нагрузок

Прочность – это способность сооружения выполнять свое назначение, не разрушаясь в течение заданного времени при разных видах нагрузок и воздействий. Прочность конструктивной системы здания обеспечивается прочностью отдельных ее конструкций, узлов и деталей. Жесткостью конструкции называется ее способность сопротивляться деформациям под действием внешних нагрузок. Чрезмерные деформации в конструкциях недопустимы, так как они могут серьезно затруднить ее эксплуатацию, вызвать появление трещин в железобетонных конструкциях и даже изменить распределение усилий в элементах конструктивной системы, что в свою очередь может привести к потере прочности и устойчивости отдельных элементов. Поэтому деформации конструкций и их узловых соединений ограничиваются нормами. Устойчивостью называется способность сооружений противодействовать нагрузкам, стремящимся вывести их из исходного состояния равновесия. При определенном уровне нагрузок конструкция или вся конструктивная система теряет равновесие и скачкообразно переходит в качественно повое деформированное состояние. Процесс потери устойчивости происходит очень быстро и обычно ведет к разрушению конструкции и всего сооружения. Устойчивостью должны обладать как несущая система в целом, так и ее отдельные конструкции и элементы конструкций. Устойчивость несущей системы в целом называется общей устойчивостью, в которой можно выделить устойчивость положения и устойчивость формы (рис. 1.12). Устойчивость положения сооружения обеспечивается правильным устройством фундаментов и низким расположением его центра тяжести.

Устойчивость формы конструктивной системы обеспечивается правильным взаимным расположением ее элементов и правильно выбранной конструкцией узловых соединений. Если устойчивость формы не обеспечена, то конструктивная система иод действием нагрузок может мгновенно деформироваться и разрушиться. Существует несколько основных способов придания устойчивости формы пространственной конструктивной системе (см. рис. 1.10): установка связей, установка вертикальных и горизонтальных диафрагм жесткости, использование рам с жесткими узлами. Эти конструктивные решения могут использоваться в разных сочетаниях.

Рис. 1.12. Потеря общей устойчивости конструктивной системы здания

Устойчивость отдельных конструкций и их элементов должна обеспечиваться правильным проектированием их сечений. Потеря устойчивости отдельного элемента чаще всего приводит к его разрушению. Выход из строя отдельного элемента чаще всего влечет за собой перенапряжение и последовательное разрушение соседних элементов и, как результат, – конструкции в целом. Такое явление называется прогрессирующим или лавинообразным обрушением.