Как обеспечивается пространственная жёсткость каркасных зданий?

Пространственная жесткость — это, прежде всего, геометрическая неизменяемость в трех плоскостях: горизонтальной и двух вертикальных. Обеспечивается она формированием геометрически неизменяемых фигур в каждой плоскости (рис. 1) — преимущественно треугольниками при шарнирном соединении стержней (а) и прямоугольниками при жестком (б) или смешанном (в) соединении. Хотя под воздействием нагрузки эти фигуры несколько и меняют свою форму, но меняют, во-первых, только на время действия нагрузки и, во-вторых, только за счет деформаций составляющих стержней.

В одноэтажных зданиях вертикальная жесткость обеспечивается, как правило, плоскими рамами с жесткой заделкой колонн в фундаментах (и с дополнительной установкой, при необходимости, стальных вертикальных связей, образующих треугольники), а горизонтальная — жестким диском покрытия.

В многоэтажных зданиях горизонтальная жесткость обеспечивается жесткими дисками перекрытий и покрытия, а вертикальная — жесткостью плоских рам (рамные каркасы), жесткостью вертикальных связей или диафрагм (связевые каркасы) или комбинацией того и другого (рамно-связевые каркасы).

Большинство обрушений зданий (если не считать катастроф, вызванных стихийными бедствиями и техногенными причинами) происходило и происходит из-за необеспеченности их пространственной жесткости. В частности, в одних зданиях не было создано достаточно жесткое защемление колонн в фундаментах, в других не была предусмотрена установка дополнительных вертикальных связей, в-третьих были некачественно приварены плиты покрытия, в четвертых "на потом" была отложена приварка верхних закладных деталей ригелей и т. д.

Что произойдет, если зазоры между сборной колонной и стаканным фундаментом некачественно заделать бетоном?

Расчетными схемами большинства типов каркасных зданий предусматривается жесткое защемление колонн в фундаментах (рис. 2, а). При использовании сборных железобетонных элементов такое защемление обеспечивается за счет тщательной заделки бетоном зазоров между колонной и стаканом фундамента, причем класс монолитного бетона должен быть не ниже класса бетона фундамента.

В практике строительства, увы, нередки случаи, когда после рихтовки и временного закрепления колонн бетонирование зазоров осуществляется не сразу. За это время в зазоры попадает мусор и грязь, которые сверху лишь замазывают бетоном. При этом проверить качество работ по одному внешнему виду не представляется возможным. Такое соединение становится податливым, т. е. занимает промежуточное положение между жестким и шарнирным соединениями (его условная схема показана на рис. 2, б). Оно приводит к большим изменениям в работе каркаса по сравнению с тем, что предусмотрено в проекте: резкому увеличению горизонтальных перемещений А и усилий в колоннах, снижению устойчивости колонн, а в худшем случае — к обрушению здания. Этот дефект является одной из причин появления трещин в стенах и колоннах, разрушения узлов сопряжения стеновых панелей с колоннами и одной из главных причин систематического выхода из строя ("разбалтывания") путей мостовых и подвесных кранов. Поэтому качество и своевременность заделки зазоров должны подвергаться особо тщательному контролю.