При размещении оконечных средств оповещения на кровле одним из основных способов установки громкоговорителей являются мачты. Последнее время получили распространение мачты с пригрузом, основным достоинством которых считается их установка без использования закладных. То есть, мачта никак не закреплена к силовым элементам кровли, на телом мачты, ни оттяжками. В таких случаях, помимо вопроса устойчивости мачты на опрокидывание, возникает вопрос: «А насколько мачта подвержена скольжению?». Очевидно, что вибрации, создаваемые ветровой нагрузкой на тело мачты и установленные на ней громкоговорители будут стремиться сместить мачту с первоначального места установки. Опасность такого смещения состоит в том, что при смещении мачты меняются начальные параметры акустического расчета, что влечет за собой изменение показателей эффективности топологии оконечных устройств оповещения. Кроме того, не стоит забывать о том, что при значительном скольжении возникает опасность опрокидывания мачты, причем в худшем случае за пределы кровли, что может повлечь за собой не только разрушение оборудования, но и создать реальную угрозу людям, находящимся вблизи места установки конструкции.

В данной статье я рассмотрю вопросы: почему в ситуациях, со свободно стоящим оборудованием важно рассчитывать скольжение, что это, и причины по которой возникает данное явление?

Итак, скольжение представляет собой движение одного тела относительно другого или их взаимное движение соприкасающимися поверхностями под действием внешних сил. В концепции установки инженерных сооружений данное определение можно рассмотреть, как свободно стоящий блок оборудования на основании, либо мачта с опорой некой формы установленная на кровельном ковре. На возводимые конструкции вне помещений влияют такие внешние воздействия как ветер, вибрации, атмосферные осадки, переменная температура, сейсмические нагрузки и др. В случае рассмотрения такого явления, как скольжения, играют роль внешние воздействия, имеющие горизонтальный вектор действия.

Для объяснения базовых понятий представьте следующую конструктивную модель: Бетонный блок с определенной площадью поверхности расположен на кровельном ковре. При приложения горизонтально направленного усилия на площади соприкосновения блока с основанием возникает реакция, направленная в противоположную сторону — сила трения покоя. Причиной ее возникновения является характеристика поверхности материалов, в данном случае — бетона и кровельного ковра. У каждого материала имеется коэффициент трения, который характеризует насколько сильно показатель отличает данную поверхность от абсолютно гладкой, в которой не возникает силы трения. Другими словами, у поверхностей отличных от абсолютно гладкой, существуют неровности, которые при соприкосновении двух тел деформируются и при приложении внешней силы, и по мере ее увеличения, возникает и растет сила трения покоя, которая позволяет, за счет роста деформаций, не допускать смещения объекта относительно его первоначальному расположению. Но, как только внешнее воздействие превышает максимальную силу трения покоя, возникает движение, при котором действует сила трения скольжения. Очевидно, что одним из условий, при котором можно с уверенностью сказать, что конструкция сохраняет свои эксплуатационные качества, является сохранение конструкции в состоянии покоя.

На примере модели бетонного блока, расположенного на кровельном ковре, рассмотрим от чего зависит устойчивость конструкции к скольжению. Показателей в данном случае не так много.

• Масса конструкции;
• Материал базы конструкции;
• Материал основания.

Говоря о силе трения необходимо обозначить, что возникающая реакционная сила является произведение силы нормальной реакции опоры и коэффициента трения материала базы конструкции, но данная сила не зависит от площади соприкосновения конструкции с поверхностью основания. Сила реакции опоры, в свою очередь, заставляет обратиться к третьему закону Ньютона или закону равенства действия и противодействия. В данном случае становится очевидно, что масса конструкции напрямую задает величину возникающей силы трения.

Как говорилось ранее у каждого материала существует свой коэффициент трения. Если быть точнее нас интересует не коэффициент одного конкретного материала, как коэффициенты, приводимые в таблицах показателей по грунтам, а коэффициент трения одного материала об другой. В нормативных документах приводятся коэффициенты трения пар материалов, такие как металл по металлу 0,15−0,20, дерево по металлу 0,20−0,50 и иные. Данные показатели найдены опытным путем. Однако, зачастую требуются значения пар, отличных от указанных в нормативной документации. Основным источником получения данных коэффициентов служат сведения, указанные в технической документации заводов-изготовителей кровельных материалов. В большинстве случаев в такой документации указываются основные пары: материал — металл, материал-бетон, материал-материал, а у отдельных производителей — менее распространенные пары.

Расчет скольжения не всегда является тривиальной задачей ввиду множества факторов и зачастую производится с использованием программных комплексов или онлайн-калькуляторов. Осложняющим фактором при проведении расчетов является то, что коэффициент трения изменяется при начале движения тела, относительно начального положения, как правило динамический коэффициент меньше статического, следовательно, и сила трения уменьшается, что увеличивает последствия от внешнего воздействия, и повышает опасность увеличения смещения.

Кроме того, при свободной установке оборудования без закрепления в условиях эксплуатации вне помещений, необходимо помнить о характере изменения состояния воды в окружающей среде. При установке инженерных сооружений или оборудования стоит учитывать, что при изменении температур, оттаивания снега или обледенение, возможно заполнение пространства между поверхностью основания и конструкцией. В результате чего, показания силы трения изменяются в негативную сторону.

Расчет скольжения прежде всего необходим в связи с тем, что при первичной установке нельзя достоверно определить произойдет скольжение или нет. Так как в данной ситуации, велика вероятность стечения обстоятельств таким образом, что внешние воздействия именно в этот момент не показывают своих нормативных параметров. Имея временный и динамических характер действия, такие внешние нагрузки, как ветер, показывают разные значения в разные периоды времени. Характер работы данных нагрузок рассчитывается отдельно, учитывая месторасположение и особенности конкретных проектируемых объектов.

Действия, которые необходимо выполнять как проектировщику, так и лицу, осуществляющему у него приемку работ — это проведение и проверка расчетов скольжения конструкций, устанавливаемых на кровле. Для проектировщика — это способ не ошибиться с выбором величины пригруза, а для принимающего работу — подтверждение, что конструкция на кровле не только не опрокинется, но и не будет подвержена перемещению.