Почему стела может опрокинуться при достаточном весе конструкции

При проектировании отдельно стоящей стелы часто возникает простой вопрос: если конструкция тяжёлая и имеет массивное основание, разве она может опрокинуться?

Может. Собственный вес конструкции — только один из факторов, который влияет на её устойчивость.

Для высокой стелы или пилона принципиальное значение имеют ветровая нагрузка, геометрия конструкции, положение центра тяжести, площадь парусности, схема опирания, фундамент и способ крепления.

Вес конструкции и устойчивость — не одно и то же

Устойчивость отдельно стоящей конструкции определяется не только величиной вертикальной нагрузки.

Представим стелу, установленную на основании. Её собственный вес направлен вертикально вниз и создаёт удерживающий момент относительно возможного ребра опрокидывания.

При этом ветер действует на конструкцию преимущественно горизонтально. Возникающая сила прикладывается на некоторой высоте и создаёт опрокидывающий момент.

Поэтому при расчёте необходимо сравнивать не просто «вес конструкции» и «силу ветра», а соответствующие расчётные воздействия и реакции конструкции.

Главный фактор для высокой стелы — ветер

Чем выше конструкция и чем больше её площадь, воспринимающая ветер, тем больше влияние ветрового воздействия.

Для расчёта необходимо учитывать не только площадь рекламной панели. Важны её расположение по высоте, аэродинамические характеристики, конструктивная схема и условия размещения объекта.

В результате ветер создаёт изгибающие моменты и горизонтальные усилия, которые передаются через металлический каркас на опоры, анкера и фундамент.

Почему одинаковый вес может давать разную устойчивость

Две конструкции могут иметь одинаковую массу, но совершенно разную устойчивость.

Например, у одной стелы значительная часть массы расположена непосредственно возле основания. У другой большая часть веса находится выше.

В первом случае положение центра тяжести может быть ниже, а во втором — выше.

Поэтому при инженерной оценке необходимо рассматривать не только общий вес, но и положение центра тяжести, геометрию конструкции и расчётную схему.

Высота стелы особенно важна

У высокой конструкции ветровая нагрузка действует на значительном плече относительно основания.

Даже если горизонтальная сила кажется небольшой, при большом расстоянии до точки приложения она может создавать существенный опрокидывающий момент.

Именно поэтому увеличение высоты стелы нельзя рассматривать только как изменение размеров рекламной панели. Оно меняет работу всей несущей системы.

Пригруз не всегда решает проблему

Иногда устойчивость пытаются обеспечить простым увеличением массы основания: устанавливают дополнительные бетонные блоки или металлический балласт.

Такой подход может быть частью конструктивного решения, но сам по себе дополнительный вес не гарантирует безопасность.

Необходимо определить:

• расчётную ветровую нагрузку;
• опрокидывающий момент;
• удерживающий момент;
• положение и площадь опирания;
• схему передачи усилий;
• прочность каркаса;
• работу анкеров и соединений;
• работу основания и грунта.

Что происходит с металлическим каркасом

До того как конструкция потеряет общую устойчивость, отдельные элементы каркаса могут получить недопустимые напряжения или перемещения.

Поэтому расчёт стелы должен включать проверку самой металлической конструкции, а не только основания.

Проверяются основные элементы каркаса, стойки, балки, связи, сварные и болтовые соединения, опорные узлы и другие элементы, участвующие в передаче нагрузки.

Фундамент является частью расчётной системы

Нельзя рассматривать металлическую стелу отдельно от основания.

Нагрузки от каркаса передаются на фундамент, а фундамент — на грунтовое основание.

Поэтому конструктивное решение должно учитывать не только прочность металлического каркаса, но и работу основания.

Для конкретного объекта состав решения зависит от размеров конструкции, нагрузок, грунтовых условий, способа установки и других исходных данных.

Что необходимо определить до изготовления стелы

До начала изготовления желательно иметь не только визуальный эскиз, но и инженерно обоснованную конструктивную схему.

Как минимум необходимо определить:

• габариты конструкции;
• место установки;
• высоту размещения;
• площадь и расположение информационных поверхностей;
• материалы и массу элементов;
• расчётные нагрузки;
• сечения элементов каркаса;
• схему опирания;
• конструкцию основания;
• способ крепления.

Почему расчёт нужно выполнять до изготовления

Если инженерные проблемы обнаруживаются уже после изготовления, исправление конструкции может потребовать усиления каркаса, изменения основания или повторного изготовления отдельных элементов.

На стадии проектирования изменить конструктивную схему значительно проще.

Поэтому задача проектировщика — не просто выпустить чертёж, а определить работоспособную конструктивную схему до начала производства.

Как мы проектируем стелы

В ГК «Д энд Д» проектирование стелы рассматривается как единая задача: внешний вид, металлический каркас, нагрузки, основание, документация, изготовление и монтаж должны быть согласованы между собой.

Подробнее о направлении: проектирование и изготовление стел и пилонов .

Что можно передать нам на вход

• эскиз стелы;
• техническое задание;
• 3D-модель;
• фотографии места установки;
• габаритные требования;
• готовый дизайн рекламного агентства;
• существующую конструкцию для обследования и реконструкции.

Вывод

Устойчивость стелы определяется не её массой как таковой, а всей системой: конструкция, нагрузки, геометрия, опоры, крепления и основание.

Поэтому вопрос «сколько должна весить стела?» сам по себе недостаточен для инженерного расчёта.

Правильный вопрос звучит иначе: как конструкция воспринимает расчётные нагрузки и каким образом эти нагрузки передаются на основание?