Строительные конструкции

Размещено на http: //www. allbest. ru/

1. Основные сведения и классификация строительных конструкций

Классификация зданий и сооружений

По назначению здания классифицируют на гражданские (жилые и общественные), промышленные (производственные, административно-бытовые и вспомогательные) и сельскохозяйственные.

Гражданские здания классифицируют по назначению, этажности, основному материалу несущих конструкций, способу возведения, огнестойкости, долговечности, классам.

По назначению гражданские здания делят на жилые, общественные и специального назначения. К жилым зданиям относят как предназначенные для длительного проживания (индивидуальные жилые дома, многоквартирные дома, дома-интернаты.

Для инвалидов и престарелых), так и для кратковременного проживания (общежития, гостиницы, мобильные жилые дома).

Общественные здания предназначены для всех видов социальной и бытовой жизнедеятельности людей. Условно общественные здания можно разделить на две группы: для обслуживания повседневных нужд людей (детские ясли-сады, школы, магазины, административные здания и др.) и для эпизодического посещения (театры, музеи, библиотеки, цирки, дворцы спорта, вокзалы и т. д.).

Специальные здания -- для обслуживания населения специальными услугами (теле - и радиоцентры, крематории и колумбарии).

По этажности (в зависимости от количества надземных этажей) различают гражданские здания

· малоэтажные -- высотой до двух этажей,

· средней этажности -- высотой от трех до пяти этажей,

· Повышенной этажности -- высотой шесть--десять этажей,

· Многоэтажные -- от десяти до 29 этажей

· Высотные -- Высотой свыше 30 этажей, или свыше 100 м.

Эвакуация из всех видов зданий, кроме высотных, может производиться только по лестницам различных типов. Из высотных зданий эвакуация организуется дополнительно по специально предназначенным для этой цели лифтам или другим устройствам. Действующие в России нормы проектирования зданий по высоте подразделяют на здания высотой до 75 м и высотой свыше 75 м.

Кроме специально оговоренных случаев, высота здания определяется высотой расположения верхнего этажа, не считая верхнего технического этажа. Высота расположения этажа определяется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижней границы открывающегося проема окна в наружной стене.

По материалу основных несущих конструкций здания классифицируют на:

· каменные (из кирпича, естественных или искусственных камней),

· бетонные (в том числе из легкого бетона, железобетона),

· металлические,

· деревянные,

· смешанного типа.

По способу возведения различают здания

· Традиционного типа (основные вертикальные несущие конструкции из кирпича, мелких естественных или искусственных камней, перекрытия сборные или монолитные),

· Сборные из мелко - или крупноразмерных элементов (изготовленные предварительно на заводе сборные детали и изделия, крупные блоки, панели, объемные элементы полной заводской готовности),

· Монолитные (из тяжелого или легкого бетона, в том числе армированного непосредственно на строительной площадке в специальных формах -- опалубке),

· Сборно-монолитные (комбинируются сборные детали с элементами из монолитного бетона или железобетона.

По огнестойкости здания подразделяются по степеням огнестойкости, классам конструктивной и функциональной пожарной опасности.

Степень огнестойкости здания определяется в соответствии со СНиП 21-01-97* огнестойкостью его строительных конструкций. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости -- по времени (в минутах) наступления одного или нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний:

§ потери несущей способности;

§ потери целостности;

§ потери теплоизолирующей способности.

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливаются по ГОСТ 30247.

По степени огнестойкости Различают здания 1--IV степеней огнестойкости, при этом для зданий IV степени огнестойкости пределы огнестойкости строительных конструкций не нормируются.

По конструктивной пожарной опасности здания подразделяются на классы СО, CI, C2 и СЗ. В соответствии с этим устанавливается минимально требуемый класс пожарной опасности строительных конструкций:

§ СО -- непожароопасные;

§ С1 -- малопожароопасные;

§ С2 -- умереннопожароопасные;

§ СЗ -- пожароопасные.

Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливается по ГОСТ 30403.

По функциональной пожарной опасности гражданские здания и части зданий -- помещения или группы помещений, функционально связанных между собой,-- подразделяются на классы в зависимости от способа их использования и от того, в какой мере в случае возникновения пожара находится под угрозой безопасность присутствующих в них людей (с учетом их возраста, физического состояния, возможности пребывания в состоянии сна и других факторов):

§ Ф1. Для постоянного и временного (в том числе круглосуточного) пребывания, для этих зданий характерно наличие спальных помещений:

§ Ф1.1. Детские дошкольные учреждения, дома престарелых и инвалидов, больницы, спальные корпуса школ-интернатов и детских учреждений;

§ Ф1.2. Гостиницы, общежития, спальные корпуса санаториев и домов отдыха общего типа, кемпингов, мотелей и пансионатов;

§ Ф1.3. Многоквартирные жилые дома;

§ Ф1.4. Одноквартирные, в том числе блокированные, жилые дома;

§ Ф2. Зрелищные и культурно-просветительные учреждения (основные помещения в этих зданиях характерны массовым пребыванием посетителей в определенные периоды времени):

§ ФЗ. Предприятия по обслуживанию населения (помещения этих предприятий характерны большей численностью посетителей, чем обслуживающего персонала):

§ Ф4. Учебные заведения, научные и проектные организации, учреждения управления (помещения в этих зданиях используются в течение суток некоторое время, в них находится, как правило, постоянный, привыкший к местным условиям контингент людей определенного возраста и физического состояния):

По долговечности (продолжительность службы здания, по истечении которой его эксплуатация невозможна) здания делятся на три степени:

І Степень -- срок службы свыше 100 лет;

ІІ Степень -- срок службы свыше 50 до 100 лет;

ІІІ Степень -- срок службы от 20 до 50 лет.

Здания с предполагаемым сроком службы менее 20 лет считаются временными.

По Классам для выбора экономически целесообразных решений в зависимости от степени капитальности здания подразделяют:

I класс -- крупные общественные здания, жилые здания вы

сотой более девяти этажей;

II класс -- общественные здания массового строительства, жилые здания высотой от шести до девяти этажей;

III Класс -- небольшие общественные здания, жилые здания высотой 3--5 этажей;

IV класс -- малоэтажные жилые здания, временные здания.

По капитальности в зависимости от градостроительных требований и назначения здания делят на четыре класса (определяются степенью долговечности, огнестойкости, благоустроенности, качеством отделки и инженерным оборудованием). В зависимости от класса установлена максимальная этажность зданий:

1 класс -- этажность не ограничивается;

2 класс -- до девяти этажей;

3 класс -- до пяти этажей;

4 класс -- до двух этажей.

2. Основные конструктивные элементы зданий

Конструктивные элементы, или строительные конструкции зданий, представляют собой материальную основу зданий, обеспечивающую их эксплуатационные качества в течение всего срока службы.

Строительные конструкции предназначены для восприятия без разрушения и заметных деформаций всех действующих на здание нагрузок (собственный вес конструкций, мебели, оборудования; нагрузки от находящихся в нем людей, ветра, снега, сейсмических колебаний и др.) и воздействий (от солнечной радиации, атмосферной влаги и т. д.), а также защиты помещений от воздействия внешней среды (холода, жары, шума, ветра и других неблагоприятных несиловых воздействий).

По расположению в объеме здания конструктивные элементы подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

По функциональному назначению конструктивные элементы делят на несущие и ограждающие. При этом один элемент может выполнять и несущие, и ограждающие функции, например наружная стена. Такие строительные конструкции называются Конструкциями совмещенного типа. Вертикальные несущие элементы в гражданских зданиях, как правило, дифференцируют на несущие и ограждающие.

Несущие конструкции предназначены для восприятия нагрузок в месте их приложения и для передачи нагрузок на другие элементы. С геометрической точки зрения мы различаем:

§ точечные элементы (узлы, опоры, шарниры);

§ линейные элементы (балки, стержни ферм, тросы);

§ плоскостные элементы (плиты, диски);

§ корпусные (пространственные) элементы.

Несущие конструкции должны отвечать требованиям прочности, геометрической неизменяемости, устойчивости и долговечности.

Несущие конструктивные элементы характеризуют тремя признаками (по одному из каждой пары):

§ плоскостные -- пространственные;

§ сплошные (сплошностенчатые) -- решетчатые (сквозные, сетчатые);

§ безраспорные -- распорные.

Ограждающие конструкции защищают помещения от внешних воздействий или выгораживают отдельные помещения в объеме здания. По восприятию нагрузок и передаче их на другие конструкции различают самонесущие, навесные и комбинированные ограждающие конструкции.

Самонесущие ограждающие конструкции, кроме собственного веса (иногда еще и ветра), не воспринимают никаких других нагрузок. Они, как правило, опираются на собственные фундаменты или на фундаментные балки, которые, в свою очередь, опираются на фундаменты.

В комбинированных строительных конструкциях одни элементы выполняют несущие, а другие -- ограждающие функции.

Навесные ограждающие конструкции опираются на несущие конструктивные элементы в уровне каждого этажа и из всех видов нагрузок воспринимают лишь собственную массу, например крыши (покрытия). Они состоят из несущей конструкции в виде плоскостных, пространственных или линейных элементов и ограждающей (защищающей здание от атмосферных осадков).

Основные строительные конструкции гражданских зданий -- фундаменты, стены и отдельные опоры, перегородки, каркас, перекрытия и покрытия, полы, лестницы.

§ Фундаменты -- подземные конструкции, воспринимающие и перераспределяющие нагрузки от всех вышерасположенных элементов здания на грунты, называемые основанием. Фундаменты располагают под всеми вертикальными несущими конструкциями здания.

§ Стены -- вертикальные, а иногда наклонные поверхности, защищающие помещения от внешних воздействий (наружные стены) Или выделяющие в объеме здания отдельные помещения или группы помещений (внутренние стены). Стены делятся также на несущие (они, как правило, являются конструкциями смешанного типа и выполняют одновременно ограждающие функции) и ненесущие (выполняют только ограждающие функции). Разделение стен на несущие и ненесущие зависит от того, опираются или не опираются перекрытия и крыши на стены. Несущими могут быть как наружные, так и внутренние стены. Несущие стены обычно называют капитальными. В стенах предусматривают оконные и дверные проемы, размеры которых в несущих стенах ограничены требованиями прочности стены, в ненесущих стенах таких ограничений нет. Отдельные опоры выполняют в виде вертикальных линейных (столбы) или пространственных (стволы) элементов.

§ Перегородки -- внутренние (ненесущие) стены, имеющие только ограждающие функции. Перегородки разделяют внутреннее пространство здания на отдельные помещения, не имеют фундаментов и опираются непосредственно на горизонтальные конструкции.

§ Каркас -- несущая конструкция из вертикальных (стойки или колонны) и горизонтальных несущих элементов. По типу горизонтальных конструкций каркасы подразделяют на ригельные и без ригельные. В каркасах ригельного типа горизонтальными несущими конструкциями служат главные балки -- ригели, в без ригельных -- плиты перекрытий. При необходимости в конструкцию каркаса включают связи, или диафрагмы жесткости. Специфический вид без ригельного каркаса положен в основу несущих конструкций зданий, возводимых методом подъема перекрытий или этажей. В них перекрытия представляют собой монолитные железобетонные сплошные плиты, бетонируемые на уровне земли. Затем по колоннам каркаса с помощью подъемников плиты поднимают в проектное положение и оформляют стыки плит с колоннами. При ригельных каркасах могут быть применены главные и второстепенные балки. Главные балки каркаса называют ригелями. При без ригельных каркасах плиты опираются непосредственно на колонны каркаса.

§ Перекрытия -- горизонтальные несущие и ограждающие конструкции, разделяющие объем здания по вертикали на отдельные этажи. По конструктивному решению различают балочные и плиточные перекрытия. Все воспринимаемые перекрытиями нагрузки передаются на стены или каркас (в без ригельных каркасах плита перекрытия является одновременно элементом каркаса). Нижняя видимая часть перекрытия называется потолком, сверху может располагаться конструкция пола. В зависимости от месторасположения различают перекрытия междуэтажные, цокольные, над проездами и проходами, чердачные.

o Междуэтажные Перекрытия разделяют объемы смежных этажей, их основные функции -- ограждение и звукоизоляция.

o Цокольные Перекрытия отделяют объем первого этажа от технического подполья или подвала, могут выполнять тепло- или звукоизоляционные функции (при эксплуатируемых подвальных помещениях).

o Перекрытия над проездами и проходами, а также чердачные перекрытия являются одновременно наружными ограждающими конструкциями и должны включать теплоизоляционный слой.

§ Лестницы служат для сообщения между этажами и для эвакуации людей в экстремальных ситуациях.

§ Покрытие -- верхняя часть здания, защищающая его от атмосферных осадков. Состоит из несущей и ограждающей (основание под кровлю, кровля) частей. При наличии в объеме покрытия проходного или полупроходного пространства крыша называется чердачной, при наличии жилых помещений в объеме крыши -- мансардной. Если в объеме чердака размещают инженерное оборудование, применяют термин технический этаж. Видимые плоскости крыши называют скатами, им придают уклон для стока дождевых и талых вод. Атмосферную влагу с покрытий или сбрасывают по всей линии фасада (неорганизованный водосток), или удаляют через систему водосточных труб (организованный водосток). В последнем случае различают наружный и внутренний водоотвод.

3. Классификация строительных конструкций

Разделение строительных конструкций по функциональному назначению на несущие и ограждающие в значительной мере условно. Если такие конструкции, как арки, фермы или рамы, являются только несущими, то панели стен и покрытий, оболочки, своды, складки и т. п. обычно совмещают ограждающие и несущие функции, что отвечает одной из важнейших тенденций развития современных строительных конструкций. В зависимости от расчетной схемы несущие строительные конструкции подразделяют на плоские (например, балки, фермы, рамы) и пространственные (оболочки, своды, купола и т. п.). Пространственные конструкции характеризуются более выгодным (по сравнению с плоскими) распределением усилий и, соответственно, меньшим расходом материалов. Однако их изготовление и монтаж во многих случаях оказываются весьма трудоемкими. Новые типы пространственных конструкций, например структурные конструкции из прокатных профилей на болтовых соединениях, отличаются как экономичностью, так и сравнительной простотой изготовления и монтажа. По виду материала различают следующие основные типы строительных конструкций: бетонные и железобетонные, стальные, каменные, деревянные.

Бетонные и железобетонные конструкции -- наиболее распространенные как по объему, так и по областям применения. Для современного строительства особенно характерно применение железобетона в виде сборных конструкций индустриального изготовления, используемых при возведении жилых, общественных и производственных зданий и многих инженерных сооружений. Рациональные области применения монолитного железобетона: гидротехнические сооружения, дорожные и аэродромные покрытия, фундаменты под промышленное оборудование, резервуары, башни, элеваторы и т.п. Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения черной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Применение высокопрочных бетонов и арматуры, рост производства предварительно напряженных конструкций, расширение областей использования легких и ячеистых бетонов способствуют уменьшению массы, снижению стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролетных зданий и сооружений, для цехов с тяжелым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой емкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области использования стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. При этом выбор типа конструкций производится с учетом соотношения их стоимостей, а также в зависимости от района строительства и местонахождения предприятий строительной индустрии. Существенное преимущество стальных конструкций по сравнению с железобетонными -- их меньшая масса. Этим определяется целесообразность их применения в районах с высокой сейсмичностью, труднодоступных областях Крайнего Севера, пустынных и высокогорных районах. Расширение объемов использования сталей высокой прочности и экономичных профилей проката, а также создание эффективных пространственных конструкций, в том числе из тонколистовой стали, позволят значительно снизить вес зданий и сооружений.

Основная область применения Каменных конструкций -- стены и перегородки. Здания из кирпича, природного камня, мелких блоков и т. п. в меньшей степени удовлетворяют требованиям индустриального строительства, чем крупнопанельные здания. Поэтому их доля в общем объеме строительства постепенно снижается. Однако использование высокопрочного кирпича, армокаменных и комплексных конструкций (каменных конструкций, усиленных стальной арматурой или железобетонными элементами) позволяет значительно увеличить несущую способность зданий с каменными стенами, а переход от ручной кладки к применению кирпичных и керамических панелей заводского изготовления -- существенно повысить степень индустриализации строительства и снизить трудоемкость возведения зданий из каменных материалов.

Основное направление в развитии современных деревянных конструкций -- переход к конструкциям из клееной древесины. Возможность индустриального изготовления и получения конструктивных элементов необходимых размеров посредством склеивания определяет их преимущества по сравнению с деревянными конструкциями других видов. Несущие и ограждающие клееные конструкции находят широкое применение в сельском строительстве.

В современном строительстве значительное распространение получают новые типы индустриальных конструкций -- асбестоцементные изделия и конструкции, пневматические строительные конструкции, Конструкции из легких сплавов и с применением пластических масс. Их основные достоинства -- низкая удельная масса и возможность заводского изготовления на механизированных поточных линиях. Легкие трехслойные панели (с обшивками из профилированной стали, алюминия, асбестоцемента и с пластмассовыми утеплителями) применяют в качестве ограждающих конструкций вместо тяжелых железобетонных и керамзитобетонных панелей.

С точки зрения эксплуатационных требований строительные конструкции должны отвечать своему назначению, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасными, удобными и экономичными в эксплуатации. Масштабы и темпы массового строительства предъявляют к строительным конструкциям требования индустриальное их изготовления (в заводских условиях), экономичности, удобства транспортировки и быстроты монтажа на строительном объекте. Особое значение имеет снижение трудоемкости как при изготовлении строительных конструкций, так и в процессе возведения зданий и сооружений. Одна из важнейших задач современного строительства -- снижение массы строительных конструкций на основе широкого применения легких эффективных материалов и совершенствования конструктивных решений.

При проектировании того или иного здания (сооружения) оптимальные типы строительных конструкций и материалы для них выбираются в соответствии с конкретными условиями строительства и эксплуатации здания, с учетом необходимости использования местных материалов и сокращения транспортных расходов. При проектировании объектов массового строительства, как правило, применяются типовые строительные конструкции и унифицированные габаритные схемы сооружений.

4. Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям

Предельные состояния, ограничивающие нормальную эксплуатацию конструкций или делающие ее вообще невозможной, делятся на две группы.

1-я группа - по непригодности к дальнейшей эксплуатации.

В нее входят:

- вязкое, хрупкое или усталостное разрушение;

- потеря устойчивости формы (общая или местная);

- потеря устойчивости положения (например, подпорные стенки, резервуары);

- качественное изменение конструкции, превращение ее в геометрически изменяемую систему;

- чрезвычайно большие деформации, связанные с текучестью материала, резонансом, недопустимые остаточные деформации и др.

- одновременное действие силовых факторов и окружающей среды.

Переход за предельное состояние первой группы - это всегда большие потери, часто сопровождающиеся утратой ценного оборудования и даже гибелью людей. Поэтому переход за предельные состояния этой группы недопустим ни в коем случае за весь срок эксплуатации конструкций. Тем более, что неизвестно, когда произойдет этот переход за предельное состояние: во время возведения сооружения или после многих лет его эксплуатации.

Основное уравнение предельных состояний 1-й группы:

.

Здесь N - самое опасное, вероятное при заданных условиях за весь срок эксплуатации усилие в конструкции, ее элементе, соединении, при самом невыгодном сочетании нагрузок и воздействий. Определяется по самым опасным, вероятным за весь срок эксплуатации нагрузкам;

Ф - самая малая, вероятная при заданных условиях (качество материалов, размеры сечений и условия эксплуатации) несущая способность той же конструкции, ее элемента, соединения.

2-я группа - по непригодности к нормальной эксплуатации или снижению долговечности конструкций. Это появление недопустимых перемещений в широком смысле (линейные, углы поворота, колебания, появление или чрезмерное раскрытие трещин и т. п.). Основное уравнение предельных состояний 2-й группы имеет вид

.

После перехода за предельные состояния этой группы возможна эксплуатация конструкций с ограничениями (по грузоподъемности, скорости перемещения грузов и т. п.). Подразумевается, что если устранена причина, вызвавшая переход за предельное состояние 2-й группы, и при этом конструкция не перешла за предельное состояние 1-й группы, конструкцию снова можно эксплуатировать без ограничений. Предельные состояния 2-й группы менее опасны, чем 1-й, переход за предельные состояния 2-й группы не приводит к крупным потерям и часто допускает эксплуатацию конструкций с ограничениями, даже во время нахождения за этим предельным состоянием. Поэтому расчет по предельным состояниям 2-й группы ведется по нагрузкам при нормальных условиях эксплуатации.

5. Нагрузки. Усилия от расчетных сочетаний нагрузок

По продолжительности действия различают следующие нагрузки [2].

1. Постоянные (вес частей сооружений, в том числе несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов, сохраняющиеся усилия предварительного напряжения).

2. Длительные временные - вес перегородок, стационарного оборудования, трубопроводов и транспортеров с жидкостями и твердыми телами, заполняющими их, давление газов, жидкостей и сыпучих тел, нагрузки на перекрытия в складских помещениях, пониженные значения нормативных нагрузок в жилых, общественных и сельскохозяйственных зданиях, нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, книгохранилищах, зернохранилищах и тому подобных помещениях, пониженные значения нормативных нагрузок от подземно-транспортного оборудования и снега с пониженным расчетным значением, определяемым умножением полного расчетного значения на коэффициент 0,5.

3. Кратковременные - нагрузки от оборудования в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, полные значения нормативных нагрузок в жилых, общественных и сельскохозяйственных зданиях, полные значения нормативных нагрузок от подъемно-транспортного оборудования и снега, ветровая нагрузка и др.

4. Особые - сейсмические, аварийные, взрывные, от деформаций основания и т. п.

Вес конструкций и узлов определяется по проектным размерам и плотности материалов.

Нормативные значения нагрузок от кранов, оборудования, материалов в нем определяются на основе государственных общероссийских стандартов на это оборудование, технических условий (ТУ) заводов-изготовителей. Длительные вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов (с пониженным нормативным значением) составляют 0,5ё0,7 от полных и определяются по [19, п. 1.7, и].

Нормативные значения нагрузок на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий (полные и пониженные значения) определяются на основе анализа нагрузок в них и приводятся в [2, табл. 3].

Расчетные значения веса снегового покрова на поверхности земли определяются на основе метеорологических наблюдений за его толщиной и приводятся в [2, табл. 4*] в зависимости от снегового района. Полное расчётное значение снеговой нагрузки S на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяется по формуле

.

Районирование территории РФ по весу снегового покрова дается в [2, карта 1*]; m - коэффициент перехода от веса снегового покрова на горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с [2, прил. 3*]. Нормативное значение снеговых нагрузок следует получать умножением расчётных на коэффициент 0,7.

Районирование территории СССР по давлению ветра приводится в [2, карта 1].

Ветровую нагрузку на сооружение следует рассматривать как совокупность:

а) нормального давления , приложенного к внешней поверхности сооружения;

б) сил трения , направленных но касательной к внешней поверхности и отнесенной к площади её шедовых или волнистых покрытий;

в) нормального давления , приложенного к внутренним поверхностям зданий с проницаемыми ограждениями (отсос) либо как нормальные давления и , общим сопротивлением сооружения в направлении осей х и у его плана.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z определяются по формуле

,

где - нормативное значение ветрового давления определяется на основе метеорологических наблюдений за скоростями ветра по формуле

,

приводится в [2, табл. 5]; - численно равно скорости ветра, м/с, на высоте 10 м над поверхностью земли; k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и типа местности, приводится в [2, табл. 6]; с - аэродинамический коэффициент. При определении компонентов ветровой нагрузки следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов, приводимых в [2, прил. 4].

Ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационных составляющих. При определении внутреннего давления , а также при расчете многоэтажных зданий высотой свыше 40 м, одноэтажных производственных зданий высотой свыше 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5, размещаемых в местностях типа А и типа В, пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.

Особые нагрузки определяются специальными нормативными документами [3] и др.

Расчетные сочетания нагрузок (расчетные ситуации) для предельных состояний 1-й и 2-й групп устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок. При этом отыскиваются наиболее неблагоприятные, самые опасные сочетания, нагрузок или воздействий.

Различают [2] два сочетания:

А) основное сочетание нагрузок, состоящее из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

Б) особое сочетание нагрузок, состоящее из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

Временные нагрузки с двумя нормативными значениями следует включать в сочетание как длительные с пониженным нормативным значением или как кратковременные с полным нормативным значением.

При учете в сочетании постоянных и не менее двух временных нагрузок усилия от временных нагрузок следует умножать на коэффициенты сочетания . В основном сочетании для длительных нагрузок , для кратковременных - . В особых сочетаниях для длительных нагрузок , для кратковременных . Коэффициенты сочетания вводятся при учете в расчетном сочетании нагрузок от двух кранов, при сборе нагрузок на балки, колонны, стены, фундаменты с больших площадей, с двух и более перекрытий. В целом коэффициенты сочетания учитывают малую вероятность действия временных нагрузок на большой площади, на нескольких перекрытиях или от нескольких временных воздействий в полной мере [2, п. 3.8, 3.9].

Для предельных состояний 1-й группы необходимо учитывать наибольшие (максимальные) значения нагрузок, вероятные за весь срок эксплуатации конструкций (до 50ё100 лет). Эти максимальные значения нагрузок могут быть заметно больше их нормативных значений (при нормальных условиях эксплуатации). Изменчивость нагрузок разная, учитывается она умножением нормативных значений нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке , зависящий от вида нагрузки ( сила).

Для нагрузок от собственного веса конструкций из металла , из дерева, железобетона, бетона, камня , для изолирующих материалов, выравнивающих и отделочных слоев заводского изготовления , для выполненных на стройплощадке - , для грунтов в природном залегании , для насыпных .

При проверке конструкций на устойчивость положения (подпорные стенки, проверка резервуаров и тому подобных конструкций на всплытие) уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшить условия работы конструкции. В этих условиях следует принимать .

Для нагрузок в жилых, общественных и сельскохозяйственных зданиях при р і 2 кПа = 1,2, при .

Для нагрузок от мостовых и подвесных кранов Для ветровых нагрузок

При проектировании зданий и сооружений следует учитывать степень их ответственности. По этому признаку все здания и сооружения разделены на три уровня: повышенный (I), нормальный (II) и пониженный (III). Повышенный уровень ответственности применяется для зданий и сооружений, отказы в которых могут привести к тяжёлым последствиям (резервуары для нефти объемом 10000 м3 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролётами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более). Для них установлен - коэффициент надежности по назначению 1,2ё0,95), вводимый как множитель к нагрузкам или усилиям [2] (n - nomination - назначение) по усмотрению заказчика. Нормальный уровень ответственности принимается для жилых и общественных зданий массового строительства, для них .

Пониженный уровень ответственности следует принимать для здания сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения): - также по усмотрению заказчика.

Для предельных состояний 1-й группы формула для определения расчетного (самого опасного) усилия имеет вид

.

Для предельных состояний 2-й группы

.

Здесь - усилие в элементе, соединении от i-й нормативной нагрузки; и - коэффициенты надежности по нагрузке и сочетания для той же нагрузки. Для постоянных нагрузок, а также при учете в сочетании одной временной нагрузки с одного перекрытия или с малой площади .

6. Несущая способность

Несущая способность элемента зависит от его геометрических размеров (геометрический фактор), прочностных характеристик материала и условий эксплуатации.

Геометрический фактор метода расчета по предельным состояниям берем часто из метода расчета по допускаемым напряжениям. Это и т. п. (n - netto), S - обобщенный геометрический фактор.

За нормативную характеристику прочности - нормативное сопротивление (сопротивление, норма) принимается браковочный минимум опасного напряжения для конкретного материала при нормальных условиях работы, определенный с надежностью 95 %.Определение нормативных сопротивлений делается на основе испытаний большого числа (тысяч!) стандартных образцов, результат которого - nзначений - опасное напряжение -го образца. Среднее опасное напряжение ( середина)

Среднеквадратичное отклонение опасного напряжения

Коэффициент вариации опасных напряжений

Нормативное значение опасного напряжения

Коэффициент 1,66 обеспечивает надежность 95 %. Для повышения надежности прочностных характеристик (практически до 100 %) к нормативным характеристикам в знаменателе вводится коэффициент надежности по материалу, который всегда больше единицы ( материал).

Коэффициенты условий работы условие) учитывают отличие условий работы материала в конструкциях от стандартных условий испытания образцов. Они приводятся в нормах на проектирование конструкций из разных материалов.

Самая малая несущая способность элементов определяется выражением

,

где S - геометрический фактор, характеризующий размеры и форму сечения, часто берется из сопротивления материалов.

Условия неперехода за предельные состояния 1-й группы можно записать по-разному. Для стальных и деревянных конструкций они в действующих в настоящее время нормах пишутся в форме

.

Для бетонных и железобетонных, каменных и армокаменных конструкций выделить геометрический фактор трудно, привести условие к сравнению действующих напряжений с расчетными сопротивлениями не всегда просто, поэтому форма записи иная:

.

7. Предельные состояния 2-й группы

Основное уравнение имеет вид . При этом под D понимаются, как правило, перемещения от нагрузок в нормальных условиях эксплуатации (при ), а под их предельные значения, не ограничивающие нормальной эксплуатации конструкций.

Под перемещениями могут пониматься деформации, образование или раскрытие трещин. Деформации для элементов из стали, алюминиевых сплавов определяются по формулам строительной механики, например при изгибе балки на двух шарнирных опорах и равномерно распределенной нагрузке:

.

Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций определяются технологическими, физиологическими, конструктивными и эстетико-психологическими требованиями, а учитываемые при этом нагрузки, в зависимости от назначения, приводятся в [2, табл. 19].

Ограничения по образованию и раскрытию трещин существенны для железобетонных, каменных и армокаменных конструкций. Способ расчета по образованию и раскрытию трещин, а также ограничения по этим предельным состояниям приводятся в нормах на проектирование этих конструкций [4, табл. 1 и 2]. Там же приводятся и способы определения деформаций для них.

Достоинства методики расчета конструкций по предельным состояниям: строительный конструкция сооружение

1) открытость методики для введения новых предельных состояний и коэффициентов надежности. Структура методики расчета при этом не меняется, но дополняется;

2) раздельный учет факторов, влияющих на пригодность конструкций к эксплуатации, что дает возможность обработки коэффициентов надежности методами теории вероятностей;

3) учет неупругой работы материала позволяет наиболее полно использовать его несущую способность.

Размещено на Аllbest.ru

...