Москва +7(495)105-59-19
rumett.moscow@gmail.com

Расчёт конструкции по предельным состояниям


Просмотров: 64.
2013-09-18

При проектировании строительных конструкций их рассчитывают, чтобы обеспечить заданную прочность, надежность, долговечность в условиях изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. Задачи расчета: определение возникающих в элементах конст­рукций усилий от приложенных нагрузок, назначение необходимых экономичных размеров поперечного сече­ния и требуемого количества арматуры (в железобетон­ных конструкциях), размеров соединительных и заклад­ных деталей (в местах сопряжения элементов), а также получение других данных, необходимых для разработ­ки рабочих чертежей.
В нашей стране с 1955 г. расчет строительных кон­струкций, оснований и фундаментов производится по методу предельных состояний. Он основан на глубоком экспериментально-теоретическом изучении действитель­ной несущей способности строительных конструкций и более достоверно учитывает величину несущей способ­ности и степень надежности конструкций, чем метод до­пускаемых напряжений или разрушающих нагрузок. Будучи более обоснованным экспериментально и теоре­тически метод предельного состояния открыл широкие перспективы для снижения материалоемкости конструкций. Предельным состоянием называется такое состоя­ние работы конструкции, когда она перестает удовлет­ворять заданным требованиям эксплуатации. В соответ­ствии со СНиПом предусматриваются две группы предельных состояний:
первая — по потере несущей спо­собности или полной непригодности к эксплуатации;
вторая — по непригодности к нормальной эксплуата­ции.
Цель расчета по первой группе предельных состоя­ний: обеспечение безопасности конструкции от разруше­ния хрупкого, вязкого или усталостного (расчет на выносливость при динамических воздействиях), в том числе и при неблагоприятных воздействиях от внешней среды (химической агрессии, изменения температуры и т. д.) от потери устойчивости формы (продольный из­гиб) или положения в пространстве (опрокидывание, скольжение); от состояний, при которых требуется пре­кращение эксплуатации из-за текучести материала, сдви­га в соединениях, ползучести материалов или чрезмер­ного раскрытия трещин.
Физический смысл расчета по первой группе пре­дельных состояний заключается в том, что несущая спо­собность элемента должна быть не меньше максималь­но возможного усилия, действующего в нем. Цель рас­чета по предельным состояниям второй группы: не допустить возникновения чрезмерных деформаций и пе­ремещений в конструкциях (прогибов, углов поворота, амплитуд колебаний, осадок и т. д.), а также образова­ния и раскрытия трещин, затрудняющих нормальную эксплуатацию или снижающих долговечность (при со­хранении несущей способности конструкции).
Надежность строительных конструкций зависит от учета следующих факторов: действующих нагрузок и воздействий, прочностных и деформационных характе­ристик материалов и грунтов, а также условий эксплуа­тации и особенностей конструкций и оснований. Строи­тельные конструкции промышленных и сельскохозяйст­венных зданий в основном предназначены для воспри­ятия приложенных к ним эксплуатационных нагрузок. Нагрузки и воздействия разделяют на нормативные и расчетные. Нормативная нагрузка и воздействие — это установленное нормами наибольшее их значение, при котором обеспечивается нормальная эксплуатация зда­нии и сооружений. Однако в реальных условиях эксплу­атации конструкций в силу каких-либо случайных причин нагрузка может оказаться больше или меньше норма­тивной. Такую возможность изменчивости нагрузок учи­тывают, вводя коэффициент надежности по нагруз­ке Yf.
Расчетной нагрузкой называют нагрузку, равную произведению коэффициента надежности по нагрузке на нормативную нагрузку.
* Появление и раскрытие трещин проверяют только в железо­бетонных и каменных конструкциях. В металлических и деревянных конструкциях появление трещин недопустимо, так как это приводит к разрушению.
Значения нормативных равномерно распределенных нагрузок принимаются по табличным данным СНиП по нагрузкам и воздействиям. При расчетах балок и риге­лей, колонн, стен, фундаментов и оснований, восприни­мающих нагрузки от одного перекрытия с площадью за-гружения А (м2), табличные значения временных на­грузок на перекрытия разрешается снижать умножени­ем на коэффициент сочетаний.
При расчете колонн, стен и фундаментов, восприни­мающих нагрузки от двух и более перекрытий, значения временных нагрузок разрешается снижать умножением на коэффициент сочетаний:
а) для квартир жилых зданий, помещений детских дошкольных учреждений, домов отдыха, санаториев, служебных помещений научных и административных учреждений 0,4
б) для залов читальных, столовых, собраний и сове­щаний; выставочных, участков обслуживания и ремон­та оборудования 0,5
Значения коэффициентов надежности по нагрузкепринимают по табличным данным из строительных норм в зависимости от вида нагрузок. Для собственного веса несущих конструкций 1,05—1,3, иногда при благоприятном воздействии собственного веса (расчеты на опрокидывание, скольжение или всплыванке) допус­кается принимать 0,9. Для временных нагрузок зна­чения yf находятся в пределах 1,0—1,4, а для снеговых нагрузок 1,4—1,6. При расчетах по первой группе предельных состояний значение расчетной нагрузки по­лучают, умножая ее нормативное значение на коэффи­циент надежности по нагрузке. При расчетах по второй группе предельных состояний значение коэффициента надежности по нагрузке принимают расчет­ные нагрузки в данном случае равны нормативным.
Особенно важно учитывать при кровельных работах, строительстве высотных зданий и других опасных объектов.
На конструкцию, как правило, одновременно действу­ет несколько нагрузок, поэтому при расчете конструкций и оснований следует учитывать наиболее неблагоприят­ные их сочетания. В зависимости от состава учитывае­мых нагрузок сочетания разделяют на два вида: основ­ные и особые. В основном сочетании, если учитываются все постоянные и только одна временная нагрузка, ее вводят в расчет без снижения. При действии двух и бо­лее временных нагрузок значения длительных нагрузок умножают на коэффициент сочетаний 0,95, для кратковременных 0,9. Если максимальное усилие дают постоянные, временные и особые нагрузки, то такое сочетание называют особым, и все временные дли­тельные нагрузки умножают на коэффициент сочетаний на 0,95, а кратковременные на 0,8. Коэффициенты сочетаний учитывают малую вероятность одновременно­го действия максимальных значений длительных и крат­ковременных нагрузок.
Основными характеристиками прочности материалов являются нормативные сопротивления, представляющие собой устанавливаемые нормами предельные значения напряжений, которые может воспринять данный мате­риал. Помимо нормативных сопротивлений принимаются и другие нормативные характеристики, которые необхо­димы для расчетов: это плотность, модуль упругости или деформаций, коэффициент трения, сцепления, ползу­честь, усадка, сопротивление сдвигу и т. д. Нормативные характеристики назначают на основании статистической обработки результатов испытаний стандартных образ­цов. Обеспеченность нормативных значений принимают не менее 0,95. Это значит, что число случайных отклоне­ний с пониженными значениями механических свойств при испытаниях не превышает 5 %. Для металлов нор­мативные сопротивления определяют по контрольной или браковочной характеристике в соответствии с дей­ствующими ГОСТами. Для грунтов оснований произво­дятся инженерно-геологические изыскания или лабора­торные исследования образцов с назначением норматив­ных характеристик с помощью статистической обработки результатов испытаний.
Возможность случайного отклонения характеристики в неблагоприятную сторону от нормативного значения учитывают с помощью коэффициентов надежности по ма­териалу Ym ИЛИ Грунту Yg.
Для обеспечения необходимой надежности норматив­ное сопротивление (характеристику) делят на коэффи­циент надежности по материалу (грунту)*, получая в ре­зультате расчетное сопротивление (характеристику) ма­териала
R=Rn/Ym
или грунт
R=Rn/Yg
*Значения коэффициентов надёжности по материалу и грунту обычно больше 1
Степень ответственности и капитальности зданий сооружений, а также значимость последствий наступ­ления предельных состояний учитывают с помощью коэффициентов надежности по назначению сооружения Yn, на которые следует умножать расчетные значения нагрузок и воздействий. Здания и сооружения по степе­ни ответственности и капитальности делятся на три:
1-й класс. Для зданий и сооружений, имеющих важ­ное обоснованное народнохозяйственное значение, таких как тепловые и атомные электростанции, телевизионные башни трубы высотой более 200 м, резервуары для неф­тепродуктов вместимостью более 10 тыс. м3, крытые спортивные и зрелищные сооружения, учебные заведе­ния. Коэффициент надежности по назначению равен: Yn=1,0.
2-й класс. К этому классу относятся промышленные и гражданские сооружения, не относящиеся к 1 и 3 клас­сам. Коэффициент Yn в этом случае равен 0,95.
3-й класс. Для складов без процессов упаковки и copтировки, одноэтажных жилых домов, временных зданий коэффициент уп принимается равным 0,9.
Учет влияния на работу конструкций вероятной дли­тельности или многократной повторяемости нагрузок, влажностных и температурных условий, агрессивности среды, размеров сечений конструкций, способов изготов­ления и т.д., а также других факторов, не отраженных в расчетах прямым путем, следует производить с по­мощью коэффициентов условий работы ус. Численные значения устанавливаются нормативными документами по проектированию конструкций и оснований на осно­вании опыта строительства, а также экспериментальных и теоретических исследований. В практике проектирова­ния коэффициенты условий работы умножают на рас­четные сопротивления материалов.
Значения всех коэффициентов прочностных характеристик нагрузок определяются нормами проектироваия (СНиПами), и учет их обязателен для проектиров­щиков. Как правило, на конструкцию действует несколь­ку нагрузок. Расчет конструкции на одновременное Действие всех расчетных нагрузок дает излишний запас прочности и перерасход материала. Вместе с тем одновременное действие всех нагрузок при их небольших величинах маловероятно. Например, многоэтажные здания не могут практически одновременно испытывать действие ураганного ветра, максимальную снеговую нагрузку по­крытия и наибольшую полезную нагрузку на всех пере­крытиях. Чтобы учесть этот фактор, вводят коэффициент сочетаний, учитывающий вероятность одновременного совпадения нагрузок. Коэффициенты сочетаний опреде­лены нормами СНиП 2.01.07—85 «Нагрузки и воздей­ствия».

Есть всё

Приглашаем партнёров к размещению товаров и услуг