Ауыр жүктемелердің құрылыс құрылымдарына әсері
Құрылыс инженериясында ғимарат тек бетон мен болаттан жасалған берік үйіндіден артық нәрсе. Оның қарапайым түрінің артында ондаған, тіпті жүздеген жылдар бойы әртүрлі күштер мен жүктемелерге төтеп беруге арналған құрылымдық жүйе жатыр. Ғимараттың қауіпсіздігі мен қызмет ету мерзімінің ең маңызды факторларының бірі - оның салмақ жүктемесі - ғимарат элементтерінен де, адам мен қоршаған ортаның әрекеттерінен де. Бұл мақалада салмақ жүктемелерінің ғимарат құрылымдарына қалай әсер ететіні, олар әсер ететін жүктеме түрлері, олардың салдары мен жоспарлау стратегиялары талқыланады.
Ғимараттарға түсетін жүктемелер ұғымын түсіну
Жалпы алғанда, ғимаратқа түсетін жүктеме - бұл құрылымдық элементтерге әсер ететін барлық күштер. Бұл жүктемелер белгілі бір жолдар арқылы беріледі - еден плиталарынан арқалықтарға, арқалықтардан бағандарға, содан кейін іргетастарға және ақырында жерге. Жүктеме артқан сайын, осы жолдардағы әрбір элементтің бұзылуын болдырмау үшін жеткілікті сыйымдылығы болуы керек.
Ауыр жүктемелер әрқашан көзге «ауыр» дегенді білдіре бермейді. Өнеркәсіптік жабдықтар, құжаттарға толы архив шкафтары, шатырдағы су ыдыстары, адамдардың көптігі немесе тіпті бір жерде материалдардың жиналуы жүктемені айтарлықтай арттыруы мүмкін. Егер жобалау кезеңінен бастап ескерілмесе, бұл өсім жарықшақтарға, шамадан тыс ауытқуға, іргетастың шөгуіне және тіпті құлауға әкелуі мүмкін.
Құрылымдарға әсер ететін жүктеме түрлері
Ғимарат құрылымын жоспарлауда жүктемелер әдетте бірнеше негізгі санаттарға топтастырылады:
1. Өлі жүктеме
Өлі жүктеме - ғимараттың еден плиталары, арқалықтар, бағандар, қабырғалар, шатырлар, әрлеу, төбелер және бекітілген қондырғылар сияқты компоненттерінің тұрақты салмағы. Тұрақты сипатына байланысты өлі жүктеме ғимараттың қызмет ету мерзімі ішінде болады. Егер ауыр материалдар таңдалса (мысалы, жеңіл қабырғалардың орнына қатты кірпіш қабырғаларды пайдалану), өлі жүктеме артады, бұл бағандар мен іргетастарға қосымша талаптар қояды.
2. Тікелей жүктеме
Тірі жүктемелер адам әрекетінен және кеңістікті пайдаланудан туындайды: тұрғындар, жиһаз, жабдық, көлік құралдары (көп қабатты тұрақта) және сақталған тауарлар. Тірі жүктемелер әртүрлі болуы мүмкін және белгілі бір жағдайларда айтарлықтай болуы мүмкін, мысалы, көп адам жиналған зал немесе ауыр жүктер салынған қойма. Кеңістіктің функциясын анықтаудағы қателіктер қауіпті болуы мүмкін; классикалық мысал - кеңсені құрылымдық бағалаусыз қоймаға айналдыру.
3. Қоршаған ортаға түсетін ауыртпалық
Қоршаған ортаға түсетін жүктемелерге жел жүктемелері, жер сілкінісі жүктемелері, жауын-шашын жүктемелері және кейбір аймақтарда қар жүктемелері (Индонезия контекстінен тыс) жатады. Массасы жағынан әрқашан «ауыр» болмаса да, жел мен жер сілкіністерінің көлденең күштері құрылымдық тұрақтылыққа әсері жағынан тік жүктемелерге тең немесе тіпті одан да асып түсуі мүмкін.
4. Арнайы жүктер
Арнайы жүктемелерге дірілдейтін машиналардан, крандардан, сұйықтық бактарынан, соққы жүктемелерінен және құрылыс кезіндегі уақытша жүктемелерден түсетін жүктемелер жатады. Өнеркәсіптік ғимараттарда машина жүктемелері материалдың шаршауын жеделдететін және жайлылықты төмендететін діріл тудыруы мүмкін.
Салмақ жүктемелері құрылымдық элементтерге қалай әсер етеді
1. Еден плиталары мен арқалықтары: ауытқулар мен жарықтар
Ауыр жүктемелер еденге әсер еткенде, плиталар мен арқалықтар иілу күштеріне қарсы тұрады. Егер жүктеме сыйымдылықтан асып кетсе, бетонның созылу аймағында шамадан тыс ауытқу (еден салбырап тұрғандай сезіледі) және жарықтар пайда болады. Кішкентай жарықтар қолайлы болуы мүмкін, бірақ үлкен жарықтар функцияны бұзуы, әрлеуді зақымдауы, арматураның коррозиясын жеделдетуі және құрылымның сыйымдылығын төмендетуі мүмкін.
Ұзындығы жоғары ғимараттарда арқалық пен плитаны жобалау кезінде тек беріктікті ғана емес, сонымен қатар қаттылықты да ескеру қажет. Қайталанатын ауыр жүктемелер бетонның жылжуына байланысты ұзақ мерзімді ауытқуды арттыруы мүмкін.
2. Бағандар: бүгілу және қысу ақаулығы
Бағандар - тік жүктемелерді іргетасқа өткізетін негізгі элементтер. Салмақ жүктемелерінің артуы бағандардың қысу қабілетінің шегіне жақын жұмыс істеуіне әкелуі мүмкін. Жіңішке бағандарда майысу қаупі де артады. Бағанның істен шығуы көбінесе өте маңызды, себебі ол бір элементтің құлауы басқа элементтер тізбегінің құлауына әкелетін прогрессивті құлауды тудыруы мүмкін.
3. Құрылымдық қабырғалар мен өзектер: бүйірлік күштерге төзімділік
Көп қабатты ғимараттарда жер сілкінісі мен жел жүктемелері басым факторлар болып табылады. Өзек және ығысу қабырғалары шамадан тыс тербелісті болдырмау үшін бүйірлік күштерге қарсы тұруға көмектеседі. Жеке қабаттардың ауыр салмағы жер сілкінісі кезінде ғимараттың динамикалық реакциясына да әсер етеді, себебі үлкен масса үлкен инерциялық күштерді тудырады.
4. Іргетас: Шөгу және топырақтың көтергіштік қабілеті
Іргетас ғимараттың бүкіл жинақталған салмағын көтереді. Жүктеменің салмағы топырақтың көтергіштік қабілетіне сәйкес келмеген кезде шөгу орын алады. Біркелкі шөгуге жол берілуі мүмкін, бірақ әр түрлі (біркелкі емес) шөгу қауіпті, себебі ол құрылым мен қабырғаларда жарықтардың пайда болуына, есіктер мен терезелердің кептелуіне және тіпті коммуналдық қызметтердің зақымдалуына әкелуі мүмкін.
Жұмсақ топырақ немесе үйінді ауыр жүктемелерге өте сезімтал. Сондықтан, белгілі бір жағдайларда терең іргетастарды, мысалы, бұрғыланған қадаларды немесе топырақты жақсартуды қажет етеді.
Ауыр жүктемелердің ғимараттың өнімділігі мен қызмет ету мерзіміне әсері
Ауыр жүктемелер құрылымдарға тек «құлау немесе құламау» тұрғысынан ғана емес, сонымен қатар ұзақ мерзімді пайдалану тұрғысынан да әсер етуі мүмкін:
1. Тұрақ едендері сияқты қайталанатын жүктемелерді қабылдайтын элементтердегі материалдың шаршауы.
2. Су мен ауаның енуіне жолдар ашатын жарықтарға байланысты арматураның коррозиясының жеделдеуі.
3. Құрылымдық емес зақымданулар, мысалы, жарылған төбелер, сынған плиткалар немесе жылжытылған қабырғалар.
4. Ыңғайлылықтың төмендеуі, мысалы, белсенділік немесе техникаға байланысты едендегі шамадан тыс діріл.
Басқаша айтқанда, ауыр жүктемелер дұрыс басқарылмаса, «әлі тұрған» ғимарат міндетті түрде қауіпсіз және жайлы бола бермейді.
Ауыр жүктемелерге төтеп беруді жоспарлау стратегиялары
Құрылымның ауыр жүктемелерге төтеп беруін қамтамасыз ету үшін келесі қадамдар жиі қолданылады:
1. Стандарттарға негізделген жүктемені есептеу
Инженерлер кеңістіктің функциясына негізделген жобалық жүктеме шамасын анықтау үшін жоспарлау стандарттарын (мысалы, SNI) пайдаланады: тұрғын үй, кеңсе, мектеп, қойма, тұрақ және т.б. Қауіпсіздік факторлары жүктеме ауытқулары мен материалдық белгісіздіктерді болжау үшін де қолданылады.
2. Дұрыс құрылымдық жүйені таңдау
Ауыр жүктемесі және үлкен ауқымы бар ғимараттар көбінесе алдын ала кернелген арқалықтар, болат жақтаулар немесе бетон мен болаттың (композиттік) үйлесімі сияқты берік құрылымдық жүйелерді қажет етеді. Биік ғимараттар үшін бетон өзектері мен момент жақтауларының үйлесімі жер сілкінісі мен желге төзімділікті арттыра алады.
3. Элемент сыйымдылығының артуы
Егер ауыр жүктемелерден аулақ болу мүмкін болмаса, мысалы, қоймада немесе зауытта, құрылымдық элементтерді үлкейтуге, бетонның сапасын жақсартуға, арматураны арттыруға немесе жоғары сыйымдылығы бар болат профильдерін пайдалануға болады. Дегенмен, бұл сыйымдылықтың артуы өлі жүктемені де арттырады, сондықтан оңтайландыру өте маңызды.
4. Ауытқуды және дірілді басқару
Дизайн тек беріктікке ғана емес, сонымен қатар қаттылыққа да басымдық береді. Еденнің салбырап, құрылымдық емес элементтердің зақымдалуына жол бермеу үшін ауытқулар шектеулі. Динамикалық жүктемелер үшін құрылымның табиғи жиіліктері техникамен немесе басқа әрекеттермен резонанс тудырмайтынына көз жеткізу үшін діріл талдауы қажет.
5. Функция өзгерістері кезінде тексеру және бағалау
Ғимараттың функциясы өзгерген кезде көптеген мәселелер туындайды: үй бизнеске айналады, кеңсе қоймаға айналады немесе шатырға үлкен резервуар орнатылады. Жүктемені арттыратын кез келген өзгерістер сарапшының құрылымдық бағалауымен қатар жүруі керек. Қажет болған жағдайда, арқалықтарды қосу, бағаналарды қаптау немесе болат/FRP плиталарын орнату сияқты қайта жабдықтау жұмыстарын жүргізуге болады.
Қорытынды
Ауыр жүктемелердің ғимарат құрылымдарына әсері кең ауқымды: едендердегі жарықтар мен ауытқулардан бастап, бағандардағы майысу қаупінің артуына, топырақтың көтеру қабілетінің жеткіліксіздігіне байланысты іргетастың шөгуіне дейін. Ауыр жүктемелер жер сілкінісіне реакцияны да арттырады, себебі массаның артуы инерциялық күштерді көбірек тудырады. Сондықтан құрылымдық жоспарлау стандарттарға сәйкес келуі, ғимараттың функциясын түсінуі, тиісті құрылымдық жүйені таңдауы және беріктік пен қаттылықты ескеруі керек.
Түптеп келгенде, қауіпсіз ғимарат тек берік көрінетін ғимарат қана емес, сонымен қатар бүгін және алдағы жылдарда көтеретін жүктемені мұқият түсіну негізінде жобаланған ғимарат болып табылады.
