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 · γf;

где γf – коэффициент надёжности по нагрузке.

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

γf = 1,05 (для металлических конструкций);

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

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

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

γf = 1,15 (для насыпных грунтов);

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

γf = 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 γf = 1. При расчёте по образованию трещин γf > 1 или γf = 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 γlc. Так, при расчёте на основные сочетания и учёте только одной временной нагрузки коэффициент сочетания γl c = 1. При учёте двух и более временных нагрузок длительные нагрузки умножаются на γl c = 0,95, а кратковременные – на γl 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 · γm;

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

При расчёте по первой группе предельных состояний:

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

γb c = 1,3 (для бетона при сжатии);

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

γs = 1,05–1,2 (для арматуры);

γ t = 1,7 – 5,5 (для древесины);

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

5. Коэффициенты условий работы и коэффициенты

Поиск по сайту: