Глава 1. Вступление🏗️

Расчет несущей способности на срез — это задача, которая стоит перед экспертом в самых различных ситуациях: от оценки прочности болтовых соединений до проверки устойчивости стенок балок и прочности железобетонных конструкций на поперечную силу. Мы в АНО «Центр строительных экспертиз» выполняем такие расчеты профессионально, опираясь на актуальные нормативные документы и научные методы. В настоящей статье я покажу, как мы подходим к этой задаче — от теоретических основ до судебных кейсов. ⚖️

Глава 2. Что такое срез и почему он представляет опасность

Срез — это вид деформации, при котором внешние силы вызывают смещение одной части конструкции относительно другой по некоторой плоскости. В этой плоскости возникают касательные напряжения, которые стремятся «срезать» материал или соединение.

В строительных конструкциях срез может проявляться в различных формах:

• Срез в соединениях. Болты, заклепки, сварные швы — все они работают на срез, когда соединяемые элементы стремятся сместиться друг относительно друга;
• Срез в элементах конструкций. Стенки балок, особенно при большой высоте и малой толщине, могут терять устойчивость и «срезаться» под действием поперечных сил;
• Срез в железобетонных конструкциях. Бетон без поперечного армирования может разрушиться от среза по наклонной трещине;
• Срез в деревянных конструкциях. Врубки, шиповые соединения, нагельные соединения — все они имеют свои критические плоскости среза.

Расчет несущей способности на срез — это всегда поиск наиболее слабой плоскости и определение нагрузки, при которой эта плоскость разрушается.

Глава 3. Нормативная база: где закреплены расчетные правила

Расчет несущей способности на срез выполняется по строгой нормативной документации. Основные нормативные документы:

• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» — содержит требования к расчету на срез стальных элементов и соединений;
• СП 63.13330 «Бетонные и железобетонные конструкции» — для расчета железобетонных элементов на поперечную силу;
• СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» — содержит таблицы для расчета нагельных соединений в деревянных конструкциях;
• EN 1993-1-5 (Еврокод) — для расчета несущей способности на срез стальных стенок с учетом потери устойчивости;
• ГОСТ 31937-2024 — для категорирования технического состояния конструкций.

В судебной экспертизе мы всегда указываем актуальную редакцию документа, по которой выполнен расчет.

Глава 4. Расчет несущей способности на срез стальной стенки

Рассмотрим классическую задачу — расчет несущей способности на срез стенки стальной балки. Этот расчет особенно важен для балок большой высоты, где потеря устойчивости стенки от среза может произойти при нагрузках, значительно меньших, чем прочность материала.

Условие, при котором требуется расчет на срез, определяется по формуле:

hw / t > 72 / η × ε

где:

• hw — высота стенки;
• t — толщина стенки;
• η — коэффициент (для стали до S460 η = 1,2);
• ε — коэффициент, зависящий от марки стали (ε = √(235/fy)).

Если это условие выполняется, проверка несущей способности на срез обязательна.

Расчетная несущая способность на срез Vb,Rd определяется по формуле:

Vb,Rd = Vbw,Rd + Vbf,Rd ≤ (η × fyw × d × t) / (√3 × γM1)

где:

• Vbw,Rd — составляющая несущей способности стенки;
• Vbf,Rd — составляющая несущей способности полки;
• fyw — предел текучести стали стенки;
• d — высота стенки с учетом сварных швов;
• γM1 — коэффициент безопасности.

Составляющая Vbw,Rd определяется с учетом потери устойчивости стенки:

Vbw,Rd = (χw × fyw × hw × t) / (√3 × γM1)

где χw — коэффициент, учитывающий потерю устойчивости стенки при работе на срез, зависящий от условной гибкости стенки λ̄w.

Условная гибкость стенки определяется по формуле:

λ̄w = hw / (86.4 × t × ε)

В практическом примере для балки с hw = 1388 мм, t = 10 мм и стали S355 (ε = 0,81), условная гибкость составила λ̄w = 1,975, что дало χw = 0,42. Расчетная несущая способность на срез составила 1100 кН при расчетной поперечной силе 761 кН — условие прочности выполнено с запасом.

Этот пример показывает, как именно выполняется расчет несущей способности на срез для стальных конструкций. В судебной экспертизе такой расчет позволяет проверить, была ли балка запроектирована правильно и является ли причиной разрушения перегрузка или ошибка проектирования.

Глава 5. Кейс №1: Обрушение мостовой балки — потеря устойчивости стенки

В одном из регионов произошло обрушение стальной балки мостового пролетного строения. Расследование установило, что балка разрушилась по наклонной плоскости, характерной для среза стенки. Владелец инфраструктуры обвинил проектировщиков в ошибке расчета. Проектировщики утверждали, что балка была перегружена тяжелым транспортом.

Наше исследование: мы выполнили поверочный расчет несущей способности на срез стенки балки по методике EN 1993-1-5. Оказалось, что проектировщик не учел потерю устойчивости стенки — коэффициент χw был принят равным 1,0 вместо фактического 0,42 для данной гибкости. Расчетная несущая способность на срез была завышена на 58%. При фактической нагрузке, которая была на 15% выше проектной, разрушение было неизбежным.

Суд признал проектировщика виновным в ошибке расчета. Расчет несущей способности на срез стал основным доказательством, показывающим, что даже без перегрузки балка не соответствовала нормам прочности.

Глава 6. Кейс №2: Разрушение железобетонной плиты от среза

В торговом центре обрушилась плита перекрытия в зоне опирания на колонну. Характер разрушения — вырыв бетонного конуса, типичный для продавливания (среза по наклонной поверхности). Заказчик обвинил подрядчика в недостаточном армировании.

Наше исследование: мы провели вскрытие защитного слоя и замерили фактическое армирование. Оказалось, что поперечная арматура в зоне опирания отсутствует, хотя проектом была предусмотрена. Расчет несущей способности на срез для железобетонной плиты без поперечного армирования выполнялся по формуле prEN 1992-1-1:

VRd,c = k × (100 × ρl × fc × ddg)^(1/3) × b × d

где:

• ρl — коэффициент продольного армирования;
• fc — прочность бетона на сжатие;
• ddg — параметр, зависящий от крупности заполнителя;
• d — эффективная высота сечения.

Расчет показал, что несущая способность на срез плиты без поперечной арматуры на 40% ниже проектной. Суд обязал подрядчика провести усиление всех плит в зонах опирания.

Глава 7. Кейс №3: Срез болтового соединения

В рамках спора о качестве строительства стального каркаса требовалось оценить прочность болтовых соединений. Заказчик утверждал, что болты были установлены с нарушением технологии. Подрядчик настаивал на соответствии проекту.

Наше исследование: мы провели визуальный осмотр, замерили диаметры болтов, проверили качество затяжки. Для расчета несущей способности на срез одного болта использовалась формула СП 16.13330:

Nb,s = Rbs × Ab × ns × γb

где:

• Rbs — расчетное сопротивление болта срезу;
• Ab — площадь сечения болта;
• ns — число срезов;
• γb — коэффициент условий работы.

Выяснилось, что для части соединений использованы болты меньшего диаметра, чем предусмотрено проектом. Расчет несущей способности на срез показал снижение на 25% от проектной. Суд признал подрядчика виновным в использовании несоответствующих материалов.

Глава 8. Кейс №4: Деревянные нагельные соединения

При реконструкции здания старой постройки встал вопрос о надежности деревянных нагельных соединений. Проект предусматривал использование стальных нагелей, однако были сомнения в их несущей способности после длительной эксплуатации.

Наше исследование: мы использовали методику расчета из СНиП 2.05.03-84*. Для стального нагеля в соединении с деревянными элементами расчетная несущая способность на срез определяется по табличным значениям. Для симметричного соединения:

• На смятие в средних элементах: 0,441 × d × cкН;
• На смятие в крайних элементах: 0,685 × d × aкН;
• На изгиб нагеля: 1,618 × d² + 0,019 × c²кН, но не более 2,256 × d².

Рабочая несущая способность на срез принимается равной наименьшему из полученных значений. Расчет показал, что фактическая несущая способность соединений снижена на 30% из-за коррозии нагелей. Суд рекомендовал замену соединений.

Глава 9. Современные научные подходы к расчету среза в железобетоне

В современной науке большое внимание уделяется расчету сопротивления срезу элементов без поперечного армирования. Это особенно актуально для плит и балок, где поперечная арматура отсутствует или ее недостаточно.

Согласно исследованиям, основанным на теории критической трещины среза (CSCT), сопротивление срезу определяется с учетом механических и геометрических параметров: прочности бетона на сжатие fc, коэффициента продольного армирования ρl, эффективной высоты сечения d и крупности заполнителя ddg.

В проекте prEN 1992-1-1 расчетное значение сопротивления срезу определяется по формуле:

τRd,c = (0,6 / γc) × (100 × ρl × fck × ddg)^(1/3) ≥ τRd,c,min

где γc — частный коэффициент для бетона.

Эта формула является результатом многолетних исследований, включая анализ 635 испытаний железобетонных балок без поперечного армирования. Она показывает, что расчет несущей способности на срез — это не эмпирика, а наука с четкими математическими зависимостями.

Глава 10. Процессуальные аспекты: как назначается экспертиза

Судебная строительно-техническая экспертиза по вопросам прочности конструкций назначается по определению суда. Эксперт предупреждается об уголовной ответственности за дачу заведомо ложного заключения (ст. 307 УК РФ).

Суд ставит вопросы, требующие специальных познаний:

1. Какова фактическая несущая способность на срез соединений/элементов?
2. Соответствует ли она проектной и нормативной?
3. Являются ли дефекты следствием нарушения строительных норм?
4. Возможна ли безопасная эксплуатация при условии усиления?

Экспертное заключение должно содержать четкие ответы на эти вопросы, подкрепленные расчетом несущей способности на срез по актуальным нормативным документам.

Глава 11. Категории технического состояния

По ГОСТ 31937-2024 присваиваем категорию технического состояния:

Глава 12. Ответственность эксперта

Эксперт, выполняющий расчет несущей способности на срез, несет серьезную ответственность. Ошибка в определении коэффициента устойчивости χw или в выборе расчетной модели может привести к неправильной оценке безопасности конструкции. Мы даем подписку об уголовной ответственности за дачу заведомо ложного заключения.

Глава 13. Как заказать экспертизу

Если у вас есть сомнения в надежности конструкций по срезу — не откладывайте. Профессиональный расчет несущей способности на срез поможет предотвратить аварию и защитить ваши права.

АНО «Центр строительных экспертиз» предлагает полный спектр услуг: выездное обследование, лабораторные испытания, поверочные расчеты, подготовку заключения и защиту в суде.

Узнать подробнее о методологии и заказать экспертизу вы можете на нашем сайте: https://krimexpert.ru/kak-rasschitat-nesushhuyu-sposobnost/