РАСЧЁТ строительных конструкций

1. Общие сведения

Расчёт строительных конструкций делается для: 1) обеспечения безопасных, нормальных условий их работы в процессе строительства и эксплуатации; 2) выбора наиболее экономичных размеров и формы их поперечных сечений и длины; 3) обеспечения надёжности работы при изготовлении и транспортировке.

Расчёт строительных конструкций выполняется в два этапа:

1) статический и динамический расчёт, заключающийся в составлении расчётных схем, определении внутренних усилий (M, Q, N) в плоских сечениях проектируемых конструкций. Этот расчёт выполняется по общим правилам строительной механики;

2) конструктивный расчёт, заключающийся: а) в выборе материала конструкции, установлении рациональной формы и размеров поперечного сечения каждого её элемента; б) выборе класса бетона и/или стали; в) вида, количества и схемы размещения арматуры в железобетонных конструкциях и др.

2. Предельные состояния строительных конструкций

С 1955 г. расчёты строительных конструкций выполняются по методу предельных состояний. Предельными называют состояния, при которых конструкция, здание или сооружение перестаёт удовлетворять заданным требованиям в процессе возведения и/или эксплуатации.

Различают две группы предельных состояний.

Первая группа характеризуется потерей устойчивости и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации. Этот расчёт позволяет предотвратить: 1) хрупкое, вязкое, усталостное или иное разрушение (расчёт по прочности); 2) потерю устойчивости положения конструкции (расчёт на опрокидывание или скольжение); 3) потерю устойчивости формы (расчёт на общую или местную устойчивость тонкостенных элементов) и др.

Вторая группа предельных состояний характеризуется наличием признаков, при которых эксплуатация конструкции или сооружения хотя и затруднена, но полностью не исключается, т. е. она непригодна к нормальной эксплуатации. Расчёты по этой группе предельных состояний должны предотвратить чрезмерные перемещения (прогибы, осадки, углы поворотов, амплитуды колебаний), а также образование или чрезмерное раскрытие трещин в железобетонных конструкциях.

Наступление того или иного предельного состояния зависит от величины внешних нагрузок и воздействий, физико-механических характеристик материалов, условий работы конструкций и их элементов. Но все эти факторы обладают определённой изменчивостью и могут отличаться от установленных строительными нормами и правилами. Поэтому в расчётах по методу предельных состояний разработана и применяется система поправочных коэффициентов.

3. Нагрузки и воздействия

При расчёте строительных конструкций нагрузки и воздействия принимают по СНиП 2.01.07–85 «Нагрузки и воздействия»; М., 1986.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные.

Постоянные нагрузки – собственный вес конструкции и/или сооружения, давление грунтов, воздействие предварительного напряжения.

Временные нагрузки делятся на длительные, кратковременные и особые.

Временные длительные – вес перегородок и стационарного оборудования; нагрузки от людей, животных и снега; от мостовых и подвижных кранов; температурные воздействия и др.

Кратковременные – нагрузки от подвижного подъёмно-транспортного оборудования; снеговые и гололёдные; ветровые; нагрузки при изготовлении, транспортировке и монтаже и др.

Особые нагрузки – сейсмические и взрывного воздействия; вызываемые резким нарушением технологического процесса, неисправностью или поломкой оборудования; из-за неравномерной осадки основания здания или сооружения и др.

Величины нагрузок, устанавливаемые нормами, называются нормативными (gn). Для постоянных нагрузок они принимаются исходя из геометрических размеров с учётом нормативных значений удельного веса материалов. Для атмосферных нагрузок (снеговой, ветровой и др.) – по результатам средних ежегодных наблюдений для данного региона.

Расчётная нагрузка (g) вычисляется по формуле:

g = gn · γ f ;

где γ f – коэффициент надёжности по нагрузке.

При расчётах по первой группе предельных состояний γ f обычно больше 1. Так, при определении нагрузок от веса конструкций заводского изготовления:

γ f = 1, 05 (для металлических конструкций);

γ f = 1, 1 (для бетонных (при удельной массе ≥ 1600 кг/ м³), железобетонных, каменных и деревянных конструкций; грунтов в природном залегании);

γ f = 1, 2 (для бетонных (при удельной массе < 1600 кг/ м³) и изоляционных конструкций; выравнивающих и отделочных слоёв, выполненных в заводских условиях;

γ f = 1, 3 (для тех же конструкций на строительной площадке);

γ f = 1, 15 (для насыпных грунтов);

γ f = 1, 4 или 1, 6 (для снеговой нагрузки);

γ f = 1, 4 (для ветровой нагрузки).

Расчёт всех конструкций по деформациям и перемещениям, а железобетонных по раскрытию и закрытию трещин (вторая группа предельных состояний) производят с γ f = 1. При расчёте по образованию трещин γ f > 1 или γ f = 1 (в зависимости от требований, предъявляемых к железобетонной конструкции).

При эксплуатации все нагрузки и силовые воздействия могут быть в различных сочетаниях. Расчёт конструкций должен производиться для наиболее неблагоприятного реально возможного их сочетания.

Различают два вида сочетаний нагрузок.

1. Основные сочетания, состоящие из постоянных, временных длительных и возможных кратковременных нагрузок.

2. Особые сочетания – то же плюс одна из особых нагрузок.

Вероятность одновременного появления наибольших значений нагрузок или усилий учитывается коэффициентом сочетания γ lc.Так, при расчёте на основные сочетания и учёте только одной временной нагрузки коэффициент сочетания γ l c = 1. При учёте двух и более временных нагрузок длительные нагрузки умножаются на γ l c = 0, 95, а кратковременные – на γ l c = 0, 9.

4. Нормативные и расчётные сопротивления материалов

Нормативные сопротивления (Rn) устанавливаются нормами проектирования и характеризуют сопротивление материала основным воздействиям.

Расчётное сопротивление (R) вычисляется по формуле:

R = Rn · γ m ;

где γ m – коэффициент надёжности по материалу, учитывающий возможность отклонения сопротивлений материалов от нормативных значений в неблагоприятную сторону.

При расчёте по первой группе предельных состояний:

γ m = 1, 025–1, 15 (для стального проката);

γ b c = 1, 3 (для бетона при сжатии);

γ b t = 1, 5 (для бетона при растяжении);

γ s = 1, 05–1, 2 (для арматуры);

γ t = 1, 7 – 5, 5 (для древесины);

Для железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний коэффициент надёжности γ m = 1.

5. Коэффициенты условий работы и коэффициенты

Надёжности по назначению

Наступление того или иного предельного состояния зависит не только от величины нагрузок и прочностных свойств материалов, но и от целого ряда иных факторов (температура, влажность, уровень агрессивности среды, несовершенство расчёта и др.)

Особенности действительной работы конструкций учитывают коэффициентом условий работы γ . Согласно СНиП при благоприятных условиях работы γ > 1, а при неблагоприятных – γ < 1.

Степень ответственности и капитальности зданий и сооружений, а также степень опасности последствий наступления тех или иных предельных состояний учитывается коэффициентом надёжности по назначению γ n.

γ n = 1 – для особо важных народнохозяйственных объектов;

γ n = 0, 95 – для важных народнохозяйственных объектов;

γ n = 0, 9 – для ограниченного народнохозяйственного значения;

γ n = 0, 8 – для временных сооружений.

6. Структура расчётных формул

При расчёте конструкций по первой группе предельных состояний (по несущей способности) условие прочности с учётом рассмотренных расчётных коэффициентов можно представить в следующем виде:

Σ Nn · γ f · γ l c < Ф (S; Rn /γ m; γ / γ n).

где (Σ Nn · γ f · γ l c) – внешнее расчётное усилие, полученное от различных нагрузок (со своими коэффициентами надёжности по нагрузкам) и различных сочетаний нагрузок;

Ф – функция несущей способности;

S – геометрические характеристики сечения расчётного элемента.

Приведенная формула показывает, что наибольшее внешнее расчётное усилие не должно превышать наименьшую несущую способность элемента конструкции.

При расчёте конструкций по второй группе предельных состояний (по перемещениям) основное условие нормальной работы конструкции можно записать в виде:

∆ < f (1 / γ n).

где ∆ – перемещение от расчётных нагрузок с коэффициентом надёжности по нагрузке γ f = 1;

f – предельная нормативная величина перемещений.

При расчёте по образованию трещин: T < Tcrc (1 / γ n).

При расчёте по раскрытию трещин: acrc < [acrc] (1 / γ n).

Здесь: T – наибольшее расчётное или нормативное усилие, действующее на конструкцию;

Tcrc – предельное значение усилия, которое может быть воспринято конструкцией перед образованием трещин;

acrc – наибольшая возможная ширина раскрытия трещин;

[acrc] – предельная ширина раскрытия трещин, установленные нормами.

Архитектура – это искусство проектировать и строить здания и сооружения, а также их комплексы, селения и города, т. е. создавать для человека материально организованную пространственную среду, в которой протекает его жизнедеятельность.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 1011