Кип

Формальное определение

Кип (обозначение: kip или klbf) — единица силы американской системы мер, равная 1 000 фунт-сил (1 000 lbf). Название — сокращение от «kilo-pound», гибрид греческой приставки «кило-» (тысяча) и английского «pound». Один кип равен приблизительно 4 448,22 ньютона или 4,44822 кН. Кип не входит в международную систему единиц, но является доминирующей единицей силы в строительной инженерии США.

Кип служит в американской системе той же цели, что килоньютон в СИ: позволяет выражать силы в диапазоне тысяч фунтов без громоздких чисел. Колонна, несущая 250 000 lbf, удобнее описывается как 250 кипов.

Связанные единицы

Кип на квадратный дюйм (ksi = kip/in²) — стандартная единица прочности материалов в инженерии США. Предел текучести конструкционной стали — 36–65 ksi. Кип-фут (kip·ft) используется для изгибающих моментов.

Происхождение названия

Слово «кип» (kip) — сокращение от «kilo-pound», объединяющее греческую приставку «кило-» (от χίλιοι — тысяча) и английское «pound». Смешение метрической и имперской терминологии отражает практическое происхождение единицы — американским инженерам нужна была единица в тысячу фунтов. Сокращение «kip» появилось в инженерной литературе в начале XX века.

Использование строго американское — британские, канадские и австралийские инженеры не применяют кип, предпочитая кН или тонна-силу.

Истоки в американской инженерии

Кип появился в начале XX века с развитием строительной инженерии США. По мере роста зданий и мостов силы в отдельных фунтах стали непрактичными. Типичная стальная колонна многоэтажного здания несёт 200 000–500 000 фунтов — числа громоздки для записи и расчётов.

Американский институт стальных конструкций (AISC), основанный в 1921 году, принял кип как стандартную единицу. ACI и ASCE последовали. К середине века кип прочно утвердился как язык американской строительной инженерии.

Сопротивление метрикации

Закон о метрической конвертации США (1975) рекомендовал, но не обязывал переход на СИ. Строительная инженерия осталась в системе кипов. Огромная база стандартов, таблиц, ПО и профессиональных знаний делала конвертацию непрактичной.

Современный стандарт

Кип присутствует во всех текущих редакциях AISC 360 (сталь), ACI 318 (бетон), NDS (дерево) и ASCE 7 (нагрузки). Американские инженеры мыслят и считают в кипах так же естественно, как СИ-инженеры используют кН.

Проектирование стальных конструкций

В US-проектировании по AISC 360 все силовые величины используют кипы. Осевые нагрузки колонн, поперечные силы балок, несущая способность соединений выражаются в кипах. Прочность: A36 — 36 ksi, A572 Grade 50 — 50 ksi, A992 — 50 ksi текучесть, 65 ksi растяжение.

Бетонные конструкции

ACI 318 выражает прочность бетона (f'c) в psi (3 000–8 000 psi), но расчётные силы — в кипах, моменты — в kip·ft. Арматура Grade 60 — текучесть 60 ksi.

Мостостроение

Стандарты AASHTO используют кипы. Проектный грузовик HL-93: осевые нагрузки 8 кипов, 32 кипа, 32 кипа. Полосовая нагрузка — 0,64 кипа на погонный фут.

Геотехника

Несущая способность свай — в кипах или тоннах (1 тонна = 2 кипа). Типичная забивная стальная свая: 150–400 кипов.

Понимание нагрузок зданий

Большинство людей не используют кипы напрямую, но эта единица определяет безопасность каждого здания. Типичная офисная нагрузка — ~2,5 кипа на 50 кв. футов. Колонна парковки несёт 500–1 000 кипов.

Инженерные отчёты

Владельцы зданий, изучающие строительные отчёты, встретят кипы. Инженер может указать, что балка имеет несущую способность 15 кипов или фундамент должен выдержать 8 кипов боковой сейсмической силы.

Строительная отрасль

Строители, крановщики и такелажники сталкиваются с рейтингами в кипах на оборудовании. Грузовые диаграммы кранов, такелажная оснастка могут быть рассчитаны в кипах.

Академический контекст

Студенты-инженеры в США встречают кипы на протяжении всех курсов строительной инженерии. Задачи в учебниках используют кипы. Экзамены FE и PE требуют свободного владения расчётами в кипах.

Программы структурного анализа

Американское ПО (SAP2000, ETABS, RISA, RAM) по умолчанию использует кипы. Входные нагрузки — в кипах, усилия — в кипах и kip·ft, проверки — по ksi.

Исследования и испытания

Американские лаборатории измеряют и отчитываются в кипах. Типичное крупномасштабное испытание — 100–1 000 кипов гидравлическими актуаторами.

Сейсмическая инженерия

Сейсмическая база среза — суммарная горизонтальная сила от землетрясения — рассчитывается в кипах по ASCE 7. Типичное среднеэтажное здание в сейсмозоне: 500–2 000 кипов.

Ветровая инженерия

Ветровые нагрузки по ASCE 7 дают силы в фунтах или кипах. Суммарная ветровая нагрузка на высотное здание — 1 000–10 000 кипов.