БЛОК ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
расчета по предельным состояниям
Принципы расчета оснований по предельным состояниям (I и II).
1 предельное состояние – обеспечение условий невозможности потери несущей способности, устойчивости и формы.
2 предельное состояние – обеспечение пригодности к нормальной эксплуатации зданий и сооружений при недопущении деформаций сверх нормативных (потери устойчивости не происходит).
По 1 ПС расчет ведется всегда, по 2 (по трещиностойкости) – только для гибких фундаментов (ленточных, плитных).
По 1 ПС расчеты ведутся, если:
1) на основание передается значительная горизонтальная нагрузка.
2) фундамент расположен на откосе или вблизи, или основание сложено крупнопадающими пластинами грунта.
3) основание сложено медленноуплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами с показателем водонасыщения S r ≥ 0.8 и к-нтом консолидации с y ≤10 7 cм 2 /год – прочность скелета грунта при нейтральном давлении.
4) основание сложено скальным грунтом.
Расчетное условие для 1 ПС:
F u – сила предельного сопротивления основания,
γ с = 0,8..1,0 – к-нт условий работы грунтового основания,
γ n = 1,1..1,2 – к-нт надежности, зависит от назначения здания.
По 2 ПС – ведется всегда .
S ≤ Su – расчетное улови (при P ≤ R ), где P – давление под подошвой фундамента.
R – расчетное сопротивление грунта.
Сущность метода
Метод расчета конструкций по предельным состояниям является дальнейшим развитием метода расчета по разрушающим усилиям. При расчете по этому методу четко устанавливаются предельные состояния конструкций и вводится система расчетных коэффициентов, гарантирующих конструкцию от наступления этих состояний при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов.
Стадии разрушения, но безопасность работы конструкции под нагрузкой оценивается не одним синтезирующим коэффициентом запаса, а системой расчетных коэффициентов. Конструкции, запроектированные и рассчитанные по методу предельного состояния, получаются несколько экономичнее.
2. Две группы предельных состояний
Предельными считаются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т. е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или местные повреждения.
Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности - первая группа предельных состояний; по пригодности к нормальной эксплуатации - вторая группа предельных состояний.
Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить:
Хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением);
потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т. п.) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т. п.);
усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющейся нагрузки подвижной или пульсирующей: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т.п.);
разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (периодического или постоянного воздействия агрессивной среды, действия попеременного замораживания и оттаивания и т. п.).
Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить:
образование чрезмерного или продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации образование или продолжительное раскрытие трещин допустимо);
чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний).
Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов или частей производится для всех этапов: изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям и каждому из перечисленных этапов.
3. Расчетные факторы
Расчетные факторы - нагрузки и механические характеристики бетона и арматуры (временное сопротивление, предел текучести)-обладают статистической изменчивостью (разбросом значений). Нагрузки и воздействия могут отличаться от заданной вероятности превышения средних значений, а механические характеристики материалов могут отличаться от заданной вероятности снижения средних значений. В расчетах по предельным состояниям учитывают статистическую изменчивость нагрузок и механических характеристик материалов, факторы нестатистического характера и различные неблагоприятные или благоприятные физические, химические и механические условия работы бетона и арматуры, изготовления и эксплуатации элементов зданий и сооружений. Нагрузки, механические характеристики материалов и расчетные коэффициенты нормируют.
Значения нагрузок, сопротивления бетона и арматуры устанавливают по главам СНиП «Нагрузки и воздействия» и «Бетонные и железобетонные конструкции».
4. Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки
В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Временные нагрузки, в свою очередь, подразделяют на длительные, кратковременные, особые.
Постоянными являются нагрузки от веса несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, массы и давления грунтов, воздействия предварительного напряжения железобетонных конструкций.
Длительными являются нагрузки от веса стационарного оборудования на перекрытиях - станков, аппаратов, двигателей, емкостей и т. п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в емкостях; нагрузки в складских помещениях, холодильниках, архивах библиотеках и подобных зданиях и сооружениях; установленная нормами часть временной нагрузки в жилых домах, служебных и бытовых помещениях; длительные температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; нагрузки от одного подвесного или одного мостового крана, умноженные на коэффициенты: 0,5 для кранов среднего режима работы и на 0,7 для кранов тяжелого режима работы; снеговые нагрузки для III-IV климатических районов с коэффициентами 0,3- 0,6. Указанные значения крановых, некоторых временных и снеговых нагрузок составляют часть полного их значения и вводятся в расчет при учете длительности действия нагрузок этих видов на перемещения, деформации, образование трещин. Полные значения этих нагрузок относятся к кратковременным.
Кратковременными являются нагрузки от веса людей, деталей, материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования - проходах и других свободных от оборудования участках; часть нагрузки на перекрытиях жилых и общественных зданий; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций; нагрузки от подвесных и мостовых кранов, используемых при возведении или эксплуатации зданий и сооружений; снеговые и ветровые нагрузки; температурные климатические воздействия.
К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резким нарушением технологического процесса (например, при резком повышении или понижении температуры и т. п.); воздействия неравномерных деформаций основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта (например, деформации просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании), и др.
Нормативные нагрузки устанавливаются нормами по заранее заданной вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям. Нормативные постоянные нагрузки принимаются по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные временные технологические и монтажные нагрузки устанавливаются понаибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации; снеговые и ветровые - по средним из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным значениям, соответствующим определенному среднему периоду их повторений.
Расчетные нагрузки для расчета конструкций на прочность и устойчивость определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке Vf, обычно больший единицы, например g=gnyf. Коэффициент надежности от веса бетонных и железобетонных конструкций Yf = M; от веса конструкций из бетонов на легких заполнителях (со средней плотностью 1800 кг/м3 и менее) и различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполняемых в заводских условиях, Yf = l,2, на монтаже yf = \,3; от различных временных нагрузок в зависимости от их значения yf = it 2...1,4. Коэффициент перегрузки от веса конструкций при расчете на устойчивость положения против всплытия, опрокидывания н скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условня работы конструкции, принят 7f = 0,9. При расчете конструкций на стадии возведения расчетные кратковременные ьагрузки умножают на коэффициент 0,8. Расчетные нагрузки для расчета конструкций по деформациям и перемещениям (по второй группе предельных состояний) приримают равными нормативным значениям с коэффициентом Yf -1-
Сочетание нагрузок. Конструкции должны быть рассчитаны на различные сочетания нагрузок или соответствующие им усилия, если расчет ведется по неупругой схеме. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают: основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок илн усилий от ннх; особые сочетания, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок или усилий от них.
Рассматриваются ^ве группы основных сочетаний нагрузок. При расчете конструкций на основные сочетания первой группы учитываются нагрузки постоянные, длительные и одна кратковременная; прн расчете конструкций на основные сочетания второй группы учитываются нагрузки постоянные, длительные и две (или более) кратковременные; при этом значения кратковременных
нагрузок или соответствующих им усилий должны умножаться на коэффициент сочетаний, равный 0,9.
При расчете конструкций на особые сочетания значения кратковременных нагрузок или соответствующих им усилий должны умножаться на коэффициент сочетаний, равный 0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования зданий и сооружений в сейсмических районах.
Нормами также допускается снижать временные нагрузки при расчете балок и ригелей в зависимости от площади загружаемого перекрытия.
5. Степень ответственности зданий и сооружений
Степень ответственности здании и сооружений при достижении конструкциями предельных состояний определяется размером материального и социального ущерба. При проектировании конструкций следует учитывать коэффициент надежности по назначению уп, значение которого зависит от класса ответственности зданий или сооружений. На коэффициент надежности по назначению следует делить предельные значения несущей способности, расчетные значения сопротивлений, предельные значения деформаций, раскрытия трещин или умножать на этот коэффициент расчетные значения нагрузок, усилий или иных воздействий.
Опытные исследования, проведенные на заводах сборных железобетонных изделий, показали, что для тяжелых бетонов и бетонов на пористых заполнителях коэффициент вариации У~0,135, который и принят в нормах.
В математической статистике с помощью па или ни оценивается вероятность повторения значений временного сопротивления, меньших В. Если принять х=1,64, то вероятно повторение значений <В не более чем у 5 % (и значения В не менее чем у 95 %) испытанных образцов. При этом достигается нормированная обеспеченность не менее 0,95.
При контроле класса бетона по прочности на осевое растяжение нормативное еопротивление бетона осевому растяжению Rbtn принимают равным его гарантированной прочности (классу) на. осевое растяжение.
Расчетные сопротивления бетона для расчета по пер-% вой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по бетону при сжатии уьс=1,3 прн растяжении ^ = 1,5, а при контроле прочности на растяжение уы=\,3. Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
Расчетное сопротивление сжатию тяжелого бетона классов В50, В55, В60 умножают на коэффициенты, учитывающие особенность механических свойств высокопрочного бетона (снижение деформаций ползучести), соответственно равные 0,95; 0,925 и 0,9.
Значения расчетных сопротивлений бетона с округлением приведены в прил. I.
При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления бетона Rb и Rbt уменьшают, а в отдельных случаях увеличивают умножением на соответствующие коэффициенты условий работы бетона уьц учитывающие особенности свойств бетонов: длительность действия нагрузки и ее многократную повторяемость; условия, характер и стадию работы конструкции; способ ее изготовления, размеры сечения и т. п.
Расчетные сопротивления арматуры сжатию Rsc, используемые в расчете конструкций по первой группе предельных состояний, при сцеплении арматуры, с бетоном принимают равными соответствующим расчетным сопротивлениям арматуры растяжению Rs, но не более 400 МПа (исходя из предельной сжимаемости бетона tub). При расчете конструкций, для которых расчетное сопротивление бетона принято при длительном действии нагрузки с учетом коэффициента условий работы y&2 При расчете элем-ентов конструкций расчетные сопротивления арматуры снижаются или в отдельных случаях повышаются умножением на соответствующие коэффициенты условий работы ySi, учитывающие возможность неполного использования ее прочностных характеристик в связи с неравномерным распределением напряжений в сечении, низкой прочностью бетона, условиями анкеров-ки, наличием загибов, характером диаграммы растяжения стали, изменением ее свойств в зависимости от условий работы конструкции и т. п.. При расчете элементов на действие поперечной силы расчетные сопротивления поперечной арматуры снижают введением коэффициента условий работы -ум^ОД учитывающего неравномерность распределения напряжений в арматуре по длине наклонного сечения. Кроме того, для сварной поперечной арматуры из проволоки классов Вр-I и стержневой арматуры класса A-III введен коэффициент Vs2=0,9, учитывающий возможность хрупкого разрушения сварного соединения хомутов. Значения расчетных сопротивлений поперечной арматуры при расчете на поперечную силу Rsw с учетом коэффициентов yst приведены в табл. 1 и 2 прил. V. Кроме того, расчетные сопротивления Rs, Rsc и Rsw следует умножать на коэффициенты условий работы: Ys3, 7*4 - при многократном приложении нагрузки (см. гл. VIII); ysb^lx/lp или узъ~1х/1ап - в зоне передачи напряжений и в зоне анкеровки ненапрягаемой арматуры без анкеров; 7^6 - при работе" высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести (7о,2. Расчетные сопротивления арматуры для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по арматуре 7s = 1, т.е. принимают равными нормативным значениям Rs,ser=Rsn и вводят в расчет с коэффициентом условий работы арматуры Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния. К трещиностойкости железобетонной конструкции или ее частей предъявляются при расчете различные требования в зависимости от вида применяемой арматуры. Эти требования относятся к нормальным и наклонным к продольной оси элемента трещинам и подразделяются на три категории: Непродолжительным считается раскрытие трещин при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; продолжительным считается раскрытие трещин при действии только постоянных и длительных нагрузок. Предельная ширина раскрытия трещин (йсгс\ - непродолжительная и асгс2 продолжительная), при которой обеспечиваются нормальная эксплуатация зданий, коррозионная стойкость арматуры и долговечность конструкции, в зависимости от категории требований по трещиностойкости не должна превышать 0,05- 0,4 мм (табл. II.2). Предварительно напряженные элементы, находящиеся под давлением жидкости или газов (резервуары, напорные трубы и т.п.), при полностью растянутом сечении со стержневой или проволочной арматурой, а также при частично сжатом сечении с проволочной арматурой диаметром 3 мм и менее должны отвечать требованиям Первой категории. Другие предварительно напряженные элементы в зависимости от условий раббты конструкции и вида арматуры должны отвечать требованиям второй или третьей категории. Порядок учета нагрузок при расчете по трещиностойкости зависит от категории требований по трещииостой-кости: при требованиях первой категории расчет ведут по расчетным нагрузкам с коэффициентом надежности по нагрузке yf>l (как при расчете на прочность); при требованиях второй и третьей категорий расчет ведут на действие нагрузок с коэффициентом V/=b Расчет по образованию трещин для выяснения необходимости проверки по кратковременному раскрытию трещин при требованиях второй категории выполняют на действие расчетных нагрузок с коэффициентом yf>U расчет по образованию трещин для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин при требованиях третьей категории выполняют иа действие нагрузок с коэффициентом Y/-1. В расчете по трещиностойкости учитывают совместное действие всех нагрузок, кроме особых. Особые нагрузки учитывают в расчете по образованию трещин в тех случаях» когда трещины приводят к катастрофическому положению. Расчет по закрытию трещин при требованиях второй категории производят на действие постоянных и длительных нагрузок с коэффициентом у/-1- Порядок учета нагрузок приведен в табл. П.З. На концевых участках предварительно напряженных элементов в пределах длины зоны передачи напряжений с арматуры на бетон 1Р не допускается образование трещин при совместном действии всех нагрузок (кроме особых), вводимых в расчет с коэффициентом Y/=L ЭТО требование вызвано тем, что преждевременное образование трещин в бетоне на концевых участках элементов - может привести к выдергиванию арматуры из бетона под нагрузкой и внезапному разрушению. увеличению прогибов. Влияние этих трещин учитывается в расчетах конструкций. Для элементов, работающих S& условиях действия многократно повторных нагрузок и рассчитываемых на выносливость, образование таких трещин не допускается. Предельные состояния первой группы. В расчетах на прочность исходят из III стадии напряженно-деформированного состояния. Сечение конструкции обладает необходимой прочностью, если усилия от расчетных нагрузок не превышают усилий, воспринимаемых сечением при расчетных сопротивлениях материалов с учетом коэффициента условий работы. Усилие от расчетных нагрузок Т (например, изгибающий момент или продольная сила) является функцией нормативных нагрузок, коэффициентов надежности и других факторов С (расчетной схемы, коэффициента динамичности и др.). Предельные состояния второй группы. Расчет по образованию трещин, нормальных и наклонных к продольной оси элемента, производят для проверки трещино- стойкости элементов, к которым предъявляют требования первой категории, а также чтобы установить, появляются ли трещины в элементах, к трещиностойкости которых предъявляют требования второй и третьей категории. Считается, что трещины, нормальные к продольной оси, не появляются, если усилие Т (изгибающий момент или продольная сила) от действия нагрузок не будет превосходить усилия ТСгс, которое может быть воспринято сечением элемента Считается, что трещины, наклонные к продольной оси элемента, не появляются, если главные растягивающие напряжения в бетоне не превосходят расчетных значений, Расчет по раскрытию трещин, нормальных и наклонных к продольной оси, заключается в определении ширины раскрытия трещин на уровне растянутой арматуры и сравнении ее с предельной шириной раскрытия. Данные о предельной ширине раскрытия трещин приведены в табл. II.3. Расчет по перемещениям заключается в определении прогиба элемента от нагрузок с учетом длительности их действия и сравнении его с предельным прогибом. Предельные прогибы устанавливаются различными требованиями: технологическими, обусловленными нормальной работой кранов, технологических установок, машин и т. п.; конструктивными, обусловленными влиянием соседних элементов, ограничивающих деформации, необходимостью выдерживать заданные уклоны и т. п.; эстетическими. Предельные прогибы предварительно напряженных элементов могут быть увеличены на высоту выгиба, если это не ограничивается технологическими или конструктивными требованиями. Порядок учета нагрузок при расчете прогибов установлен следующий: при ограничении технологическими или конструктивными требованиями - на действие постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; при ограничении эстетическими требованиями - на действие постоянных и длительных нагрузок. При этом коэффициент надежности по нагрузке принимается Yf Предельные прогибы, установленные нормами для различных железобетонных элементов, приведены в табл, II.4. Предельные прогибы консолей, отнесенные к вылету консоли, принимаются вдвое большими. Кроме того, должен выполняться дополнительный расчет по зыбкости для не связанных с соседними элементами железобетонных плит перекрытий, лестничных маршей, площадок и т. п.: добавочный прогиб от кратковременно действующей сосредоточенной нагрузки 1000 Н при наиболее невыгодной схеме ее приложения не должен превышать 0,7 мм. Предельным
называется такое состояние, при котором
сооружение
(конструкция)
перестает
удовлетворять
эксплуатационным
требованиям, т.е. теряет способность
сопротивляться внешним воздействиям
и нагрузкам, получает недопустимые
перемещения или ширину раскрытия трещин
и т.д. По степени опасности
нормы устанавливают две группы предельных
состояний: первая группа - по несущей
способности; вторая группа -
по к нормальной эксплуатации. К предельным
состояниям первой группы относят
хрупкое, вязкое, усталостное или иное
разрушение, а также потерю устойчивости
формы, потерю устойчивости положения,
разрушение от совместного действия
силовых факторов и неблагоприятных
условий окружающей среды. Предельные состояния
второй группы характеризуются образованием
и чрезмерным раскрытием трещин,
чрезмерными прогибами, углами поворота,
амплитудами колебаний. Расчет по первой
группе предельных состояний является
основным и обязательным во всех случаях. Расчет по второй
группе предельных состояний производится
для тех конструкций, которые теряют
свои эксплуатационные качества вследствие
наступления вышеперечисленных причин. Задачей расчета
по предельным состояниям является
обеспечение требуемой гарантии того,
что за время эксплуатации сооружения
или конструкции не наступит ни одно из
предельных состояний. Переход конструкции
в то или иное предельное состояние
зависит от многих факторов, наиболее
важными из которых являются: 1. внешние нагрузки
и воздействия; 2. механические
характеристики бетона и арматуры; 3. условия работы
материалов и конструкции. Каждый
фактор характеризуется изменчивостью
в процессе эксплуатации, причем
изменчивость каждого фактора в отдельности
не зависит от остальных и является
процессом случайным. Так нагрузки и
воздействия могут отличаться от заданной
вероятности
превышения
средних значений, а механические
характеристики материалов - от заданной
вероятности снижения средних значений. В расчетах по
предельным состояниям учитывают
статистическую изменчивость нагрузок
и прочностных характеристик материалов,
а также различные неблагоприятные или
благоприятные условия работы. Нагрузки
делятся на постоянные и временные.
Временные, в зависимости от продолжительности
действия, подразделяются на длительные,
кратковременные и особые. К постоянным
нагрузкам относятся вес несущих и
ограждающих конструкций, вес и давление
грунта, усилие предварительного обжатия. К
длительным временным нагрузкам относят
вес стационарного оборудования на
перекрытиях; давление газов, жидкостей,
сыпучих тел в емкостях; нагрузки в
складских помещениях; длительные
температурные технологические
воздействия, часть полезной нагрузки
жилых и общественных зданий, от 30 до 60%
веса снега, часть нагрузок мостовых
кранов и т.д. Кратковременными
нагрузками или временными нагрузками
непродолжительного действия считаются:
вес людей, материалов в зонах обслуживания
и ремонта; часть нагрузки на перекрытиях
жилых и общественных зданий; нагрузки,
возникающие при изготовлении, перевозке
и монтаже; нагрузки от подвесных и
мостовых кранов; снеговые и ветровые
нагрузки. Особые нагрузки
возникают при сейсмических, взрывных
и аварийных воздействиях. Различают две
группы нагрузок - нормативные и расчетные. Нормативными
называют такие нагрузки, которые не
могут быть превышены при нормальной
эксплуатации. Нормативные
нагрузки устанавливаются на основе
опыта проектирования, строительства и
эксплуатации зданий и сооружений. Принимаются они
по нормам с учетом заданной вероятности
превышения средних значений. Величины
постоянных нагрузок определяют по
проектным значениям геометрических
параметров и средним величинам плотности
материалов. Нормативные
временные нагрузки устанавливаются по
наибольшим значениям, например, ветровые
и снеговые нагрузки -по средним из
ежегодных значений для неблагоприятного
периода их действия. Расчетные нагрузки. Изменчивость
нагрузок, в результате которой возникает
вероятность превышения их величин, а в
отдельных случаях и снижения, по сравнению
с нормативными, оценивается введением
коэффициента надежности
. Расчетные нагрузки
определяются умножением нормативной
нагрузки на коэффициент надежности,
т.е. где
q
При
расчете конструкций по первой группе
предельных состояний
Расчет
конструкции по второй группе предельных
состояний производится на расчетные
нагрузки с коэффициентом
Сочетание
нагрузок
На сооружение
действует одновременно несколько
нагрузок. Одновременное достижение их
максимальных значений маловероятно.
Поэтому расчет производится на различные
неблагоприятные сочетания их, с введением
коэффициента сочетаний. Различают два вида
сочетаний: основные сочетания, состоящие
из постоянных, длительных и кратковременных
нагрузок; особые сочетания, состоящие
из постоянных, длительных, возможных
кратковременных и одной из особых
нагрузок. Если
в основное сочетание входит только одна
кратковременная нагрузка, коэффициент
сочетаний принимается равным единице,
при учете двух и более кратковременных
нагрузок последние умножаются на 0,9. При
проектировании следует учитывать
степень ответственности и капитальности
зданий и сооружений. Учёт
осуществляется введением коэффициента
надёжности по назначению Расчет элементов конструкций цельного сечения
В соответствии с действующими в России нормами деревянные конструкции должны рассчитываться по методу предельных состояний. Предельными являются такие состояния конструкций, при которых они перестают удовлетворять требованиям эксплуатации. Внешней причиной, которая приводит к предельному состоянию является силовое воздействие (внешние нагрузки, реактивные силы). Предельные состояния могут наступать под влиянием условий работы деревянных конструкций, а также качества, размеров и свойств материалов. Различают две группы предельных состояний: Первая группа предельных состояний характеризуется потерей несущей способности и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации. Является наиболее ответственной. В деревянных конструкциях могут возникать следующие предельные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости, опрокидывание, недопустимая ползучесть. Эти предельные состояния не наступают, если выполняются условия: ф? R
ск
(или R
ср
),
т.е. когда нормальные напряжения (у
) и касательные напряжения (ф
) не превышают некоторой предельной величины R,
называемой расчетным сопротивлением. Вторая группа предельных состояний характеризуется такими признаками, при которых эксплуатация конструкций или сооружений хотя и затруднена, однако, полностью не исключается, т.е. конструкция становится непригодной только к нормальной эксплуатации. Пригодность конструкции к нормальной эксплуатации обычно определяется по прогибам f ? [f], или
f/l ? .
Это означает, что изгибаемые элементы или конструкции пригодны к нормальной эксплуатации, когда наибольшая величина отношения прогиба к пролету меньше предельно допустимого относительного прогиба
(по СНиП II-25-80). конструкция сечение древесина изгиб Цель расчета конструкций - не допустить наступления ни одного из возможных предельных состояний, как при транспортировке и монтаже, так и при эксплуатации конструкций. Расчет по первому предельному состоянию производится по расчетным значениям нагрузок, а по второму - по нормативным. Нормативные значения внешних нагрузок приведены в СНиП «Нагрузки и воздействия». Расчетные значения получают с учетом коэффициента безопасности по нагрузке г
n
. Конструкции рассчитывают на неблагоприятное сочетание нагрузок (собственный вес, снег, ветер) вероятность которых учитывается коэффициентами сочетаний (по СНиП «Нагрузки и воздействия»). Основной характеристикой материалов, по которой оценивается их способность сопротивляться силовым воздействиям, является нормативное сопротивление R
н
. Нормативное сопротивление древесины вычисляется по результатам многочисленных испытаний малых образцов чистой (без включения пороков) древесины одной породы, влажностью 12%: R
н
=
Где - среднее арифметическое значение предела прочности, V
- вариационный коэффициент, t
- показатель достоверности. Нормативное сопротивление R
н
является минимальным вероятностным пределом прочности чистой древесины, получаемым при статической обработке результатов испытаний стандартных образцов малого размера на кратковременную нагрузку. Расчетное сопротивление R
- это максимальное напряжение, которое может выдержать материал в конструкции не разрушаясь при учете всех неблагоприятных факторов в условиях эксплуатации, снижающих его прочность. При переходе от нормативного сопротивления R
н
к расчетному R
необходимо учесть влияние на прочность древесины длительного действия нагрузки, пороков (сучков, косослоя и пр.), перехода от малых стандартных образцов к элементам строительных размеров. Совместное влияние всех этих факторов учитывается коэффициентом безопасности по материалу (к
). Расчетное сопротивление получают делением R
н
на коэффициент безопасности по материалу: R= R
н
/к,
к
дл
=0,67 - коэффициент длительности при совместном действии постоянных и временных нагрузок; к
одн
=
0,27ч0,67 - коэффициент однородности, зависящий от вида напряженного состояния, учитывающий влияние пороков на прочность древесины. Минимальное значение к
одн
принимается при растяжении, когда влияние пороков особенно велико. Расчетные сопротивления к
приведены в табл. 3 СНиП II-25-80 (для древесины хвойных пород). R
древесины других пород получают с помощью переходных коэффициентов, также приведенных в СНиПе. Сохранность и прочность древесины и деревянных конструкций зависят от температурно-влажностных условий. Увлажнение способствует загниванию древесины, а повышенная температура (за известным пределом) снижает ее прочность. Учет этих факторов требует введения коэффициентов условия работы: m
в
?1, m
Т
?1. Кроме этого СНиП предполагает учет коэффициента слойности для клееных элементов: m
сл
=
0,95ч1,1; балочный коэффициент для высоких балок, высотой более 50 см.: m
б
?1; коэффициент антисептирования: m
а
?0,9; коэффициент гнутья для гнутоклееных элементов: m
гн
?1 и др. Модуль упругости древесины независимо от породы принимается равным: Е
=10000 МПа; Е
90
=400 МПа. Расчетные характеристики строительной фанеры также приведены в СНиПе, причем, при проверке напряжений в элементах из фанеры, как и для древесины, вводят коэффициенты условия работы m
. Кроме этого для расчетного сопротивления древесины и фанеры вводится коэффициент m
дл
=0,8 в случае, если суммарное расчетное усилие от постоянных и временных нагрузок превышает 80% полного расчетного усилия. Этот коэффициент вводится в дополнение к тому снижению, которое включено в коэффициент безопасности по материалу. Элементами деревянных конструкций называют доски, бруски, брусья и бревна цельного сечения с размерами, указанными в сортаментах пилёных и круглых материалов. Они могут являться самостоятельными конструкциями, например, балками или стойками, а также стержнями более сложных конструкций. Усилия в элементах определяют общими методами строительной механики. Проверка прочности и прогибов элемента заключается в определении напряжений в сечениях, которые не должны превышать расчетных сопротивлений древесины, а также его прогибов, которые не должны превосходить предельных, установленных нормами проектирования. Деревянные элементы рассчитывают в соответствии со СНиП II-25-80. Растянутые элементы На растяжение работают нижние пояса и отдельные раскосы ферм, затяжки арок и других сквозных конструкций. Растягивающее усилие N
действует вдоль оси элемента и во всех точках его поперечного сечения возникают растягивающие напряжения у
, которые с достаточной точностью считаются одинаковыми по величине. Древесина на растяжение работает почти упруго и показывает высокую прочность. Разрушение происходит хрупко в виде почти мгновенного разрыва. Стандартные образцы при испытаниях на растяжение имеют вид «восьмерки». Как видно из диаграммы растяжения древесины без пороков, зависимость деформаций от напряжений близка к линейной, а прочность достигает 100 МПа. Однако прочность реальной древесины при растяжении, учитывая ее значительные колебания, большое влияние пороков и длительности нагружения значительно ниже: для неклееной древесины I сорта R
р
=10 МПа, для клееной древесины влияние пороков уменьшается, поэтому R
р
=12 МПа. Прочность растянутых элементов в тех местах, где есть ослабления снижается в результате концентрации напряжений у их краев, т.е. вводится коэффициент условия работы m
0
=0,8. Тогда получается расчетное сопротивление R
р
=8 МПа. Проверочный расчет растянутых элементов производится по формуле: Площадь рассматриваемого поперечного сечения, причем ослабления, расположенные на участке длиной 20 см. считаются совмещенными в одном сечении. Для подбора сечений пользуются этой же формулой, но относительно искомой (требуемой) площади. Сжатые элементы На сжатие работают стойки, подкосы, верхние пояса и отдельные стержни ферм. В сечениях элемента от сжимающего усилия N,
действующего вдоль его оси, возникают почти одинаковые по величине сжимающие напряжения у
(эпюра прямоуголная). Стандартные образцы при испытании на сжатие имеют вид прямоугольной призмы с размерами, указанными на рис. 2. Древесина работает на сжатие надежно, но не вполне упруго. Примерно до половины предела прочности рост деформаций происходит по закону близкому к линейному, и древесина работает почти упруго. При росте нагрузки увеличение деформаций все более опережает рост напряжений, указывая на упруго-пластический характер работы древесины. Разрушение образцов без пороков происходит при напряжениях, достигающих 44 МПа, пластично, в результате потери устойчивости ряда волокон, о чем свидетельствует характерная складка. Пороки меньше снижают прочность древесины, чем при растяжении, поэтому расчетное сопротивление реальной древесины при сжатии выше и составляет для древесины 1 сорта R
с
=
14ч16 МПа, а для 2 и 3 сортов эта величина немного ниже. Расчет на прочность сжатых элементов производится по формуле: где R
с
- расчетное сопротивление сжатию. Аналогичным образом рассчитываются и сминаемые по всей поверхности элементы. Сжатые стержни, имеющие большую длину и не закрепленные в поперечном направлении должны быть, помимо расчета на прочность, рассчитаны на продольный изгиб. Явление продольного изгиба заключается в том, что гибкий центрально-сжатый прямой стержень теряет свою прямолинейную форму (теряет устойчивость) и начинает выпучиваться при напряжениях, значительно меньших предела прочности. Проверку сжатого элемента с учетом его устойчивости производят по формуле: где - расчетная площадь поперечного сечения, ц -
коэффициент продольного изгиба. принимается равной: При симметричных ослаблениях, выходящих на кромки =, При несимметричном ослаблении, выходящем на кромки, элементы рассчитывают как внецентренно сжатые. Коэффициент продольного изгиба ц
всегда меньше 1, учитывает влияние устойчивости на снижение несущей способности сжатого элемента в зависимости от его расчетной максимальной гибкости л
. Гибкость элемента равна отношению расчетной длины l
0
к радиусу инерции сечения элемента: Расчетную длину элемента l
0
следует определять умножением его свободной длины l
на коэффициент м
0
:
l
0
=l м
0
,
где коэффициент м
0
принимается в зависимости от типа закрепления концов элемента: Гибкость сжатых элементов ограничивается с тем, чтобы они не получились недопустимо гибкими и недостаточно надежными. Отдельные элементы конструкций (отдельные стойки, пояса, опорные раскосы ферм и т.п.) должны иметь гибкость не более 120. Прочие сжатые элементы основных конструкций - не более 150, элементы связей - 200. При гибкости более 70 (л
>70) сжатый элемент теряет устойчивость, когда напряжения сжатия в древесине еще невелики и она работает упруго. Коэффициент продольного изгиба (или коэффициент устойчивости), равный отношению напряжения в момент потери устойчивости у
кр
к пределу прочности при сжатии R
пр
, определяют по формуле Эйлера с учетом постоянного отношения модуля упругости древесины к пределу прочности: А
=3000 - для древесины, А
=2500 - для фанеры. При гибкостях, равных и меньших 70 (л
?70) элемент теряет устойчивость, когда напряжения сжатия достигают упругопластической стадии и модуль упругости древесины понижается. Коэффициент продольного изгиба при этом определяют с учетом переменного модуля упругости по упрощенной теоретической формуле: Где =0,8 - коэффициент для древесины; 1 - коэффициент для фанеры. При подборе сечения используют формулу расчета на устойчивость, предварительно задаваясь величиной л
и ц
. Изгибаемые элементы В изгибаемых элементах от нагрузок, действующих поперек продольной оси, возникают изгибающие моменты М
и поперечные силы Q
, определяемые методами строительной механики. Например, в однопролетной балке пролетом l
от равномерно-распределенной нагрузки q
возникают изгибающие моменты и поперечные силы. От изгибающего момента в сечениях элемента возникают деформации и напряжения изгиба у
, которые состоят из сжатия в одной части сечения и растяжения в другой, в результате элемент изгибается. Диаграмма как и для сжатия, примерно до половины, имеет линейное очертание, затем изгибается, показывая ускоренный рост прогибов. 80 МПа - предел прочности чистой древесины на изгиб при кратковременных испытаниях. Разрушение образца начинается с появления складок в крайних сжатых волокнах и завершается разрывом крайних растянутых. Расчетное сопротивление изгибу по СНиП II-25-80 рекомендуется принимать таким же, как и при сжатии, т.е. для 1 сорта R
и
=14 МПа - для элементов прямоугольного сечения высотой до 50 см. Брусья с размерами сечения 11 - 13 см. при высоте сечения 11 - 50 см. имеют меньше перерезанных волокон при распиловке, чем доски, поэтому их прочность повышается до R
и
=15 МПа. Бревна шириной свыше13 см. при высоте сечения 13 - 50 см. совсем не имеют перерезанных волокон, поэтому R
и
=16 МПа. 1. Расчет изгибаемых элементов на прочность
Производится по формуле: у=
, где М
- максимальный изгибающий момент, W
расч
- расчетный момент сопротивления поперечного сечения. Для наиболее распространенного прямоугольного сечения Подбор сечения изгибаемых элементов производится по этой же формуле, определяя, затем, задавая один из размеров сечения (b
или h
), находят другой размер. 2. Расчет на устойчивость плоской формы деформирования элементов прямоугольного постоянного сечения
Производят по формуле: у=
, где М
- максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке l
p
, W
бр
- максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваемом участке l
p
, ц
м
- коэффициент устойчивости. Коэффициент ц
м
для изгибаемых элементов прямоугольного постоянного поперечного сечения шарнирно-закрепленных от смещения из плоскости изгиба, следует определять по формуле: Где l
p
- расстояние между опорными сечениями элемента (расстояние между точками закрепления сжатого пояса), b
- ширина поперечного сечения, h
- максимальная высота поперечного сечения на участке l
p
, k
ф
- коэффициент, зависящий от формы эпюры на участке l
p
(определяется по таблице СНиП II-25-80). При расчете элементов переменной высоты сечения значение коэффициента ц
м
следует умножать на коэффициент k
жм
, а при подкреплении из плоскости изгиба в промежуточных точках растянутой кромки - на коэффициент k
пм
.
Оба эти коэффициента определяются по СНиП. При наличии точек закрепления растянутых зон n?
4, k
жм
=1. Проверку устойчивости плоской формы изгиба элементов постоянного двутаврового или коробчатого сечения следует производить в тех случаях, когда l
p
?
7b
, где b
- ширина сжатого пояса поперечного сечения. Расчет следует производить по формуле: Где ц
- коэффициент продольного изгиба сжатого пояса, R
c
- расчетное сопротивление сжатию, W
бр
- момент сопротивления брутто, в случае фанерных стенок - приведенный момент сопротивления в плоскости изгиба элемента. 3. Проверка на скалывание при изгибе
Выполняется по формуле Журавского: Где Q
- расчетная поперечная сила; I
бр
- момент инерции брутто рассматриваемого сечения; S
бр
- статический момент брутто сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси; b
- ширина сечения; R
ск
- расчетное сопротивление скалыванию при изгибе (для древесины I сорта R
ск
=1,8 МПа для неклееных элементов, R
ск
=1,6 МПа - для клееных элементов вдоль волокон). В балках прямоугольного сечения при l/h?
5 скалывания не происходит, однако оно может быть в элементах других форм сечения, например, в двутавровых балках с тонкой стенкой. 4. Проверка изгибаемых элементов по прогибам
Определяется относительный прогиб, значение которого не должно превышать предельного значения, регламентированного СНиПом: Наибольший прогиб f
шарнирно-опертых и консольных изгибаемых элементов постоянного и переменного сечения следует определять по формуле: Где f
0
- прогиб балки постоянного сечения без учета деформаций сдвига (например, для однопролетной балки; h
- наибольшая высота сечения; k
- коэффициент, учитывающий переменность высоты сечения, для балки постоянного сечения k
=1; с
- коэффициент, учитывающий деформации сдвига от поперечной силы. Значения коэффициентов k
и с
приведены в СНиП. Клееные криволинейные элементы, изгибаемые моментом М
, уменьшающим их кривизну, следует проверять дополнительно на радиальные растягивающие напряжения по формуле: у
r
=
где у
0
- нормальные напряжения в крайнем волокне растянутой зоны. у
i
- нормальные напряжения в промежуточном волокне сечения для которого определяются радиальные растягивающие напряжения; h
i
- расстояние между крайними и рассматриваемыми волокнами; r
i
- радиус кривизны линии, проходящей через центр тяжетси эпюры нормальных растягивающих напряжений, заключенной между крайними и рассматриваемыми волокнами. Косой изгиб Возникает в элементах, оси сечений которых расположены наклонно к направлению нагрузок, как например, в брусчатых прогонах скатных покрытий. q
x
=qsinб;
q
y
=qcosб;
M
x
=Msinб;
M
y
=Mcosб.
2.2.3. Нагрузки
(2.38)
принимается, как правило, больше единицы
и только в том случае, когда уменьшение
нагрузки ухудшает условия работы
конструкции, принимают
<
1 .
=1,
учитывая меньшую опасность их наступления.
,
который
принимается в зависимости от класса
сооружений.Для сооружений 1 класса
(объекты уникальные и монументальные)
,
дляобъектов
II
класса (многоэтажные жилые, общественные,
производственные)
.
Для сооружений III
класса
Проверку прочности при косом изгибе производят по формуле:
Подбор сечений косоизгибаемых элементов производят методом попыток. Расчет по прогибам производят с учетом геометрической суммы прогибов относительно каждой из осей сечения:
Растянуто-изгибаемые элементы
Работают одновременно на растяжение и изгиб. Так работают, например, растянутый нижний пояс фермы с межузловой нагрузкой; стержни, в которых растягивающие усилия действуют с эксцентриситетом относительно оси (такие элементы называют внецентренно-растянутыми). В сечениях растянуто-изгибаемого элемента от продольной растягивающей силы N возникают равномерные растягивающие напряжения, а от изгибающего момента М - напряжения изгиба. Эти напряжения суммируются, благодаря чему растягивающие напряжения увеличиваются, а сжимающие уменьшаются. Расчет растянуто-изгибаемых элементов производится по прочности с учетом всех ослаблений:
Отношение R p /R u позволяет привести напряжения растяжения и изгиба к единому значению для сравнения их с расчетным сопротивлением растяжению.
Сжато-изгибаемые элементы
Работают одновременно на сжатие и изгиб. Так работают, например, верхние сжатые пояса ферм, нагруженные дополнительно межузловой поперечной нагрузкой, а также при эксцентричном приложении сжимающей силы (внецентренно-сжатые элементы).
В сечениях сжато-изгибаемого элемента возникают равномерные напряжения сжатия от продольных сил N и напряжения сжатия и растяжения от изгибающего момента М , которые суммируются.
Искривление сжато-изгибаемого элемента поперечной нагрузкой приводит к появлению дополнительного изгибающего момента с с максимальным значением:
М N =N·f ,
Где f - прогиб элемента.
Расчет на прочность сжато-изгибаемых элементов выполняют по формуле:
Где М д - изгибающий момент по деформированной схеме от действия поперечных и продольных нагрузок.
Для шарнирно-опертых элементов при симметричных эпюрах изгибающих моментов синусоидального, параболического и близких к ним очертаний:
Где М - изгибающий момент в расчетном сечении без учета дополнительного момента от продольной силы;
о - коэффициент, изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле:
Где ц - коэффициент продольного изгиба (коэффициент устойчивости) для сжатых элементов.
Кроме проверки на прочность, сжато-изогнутые элементы проверяются на устойчивость по формуле:
Где F бр - площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке l p ;
W бр - максимальный момент сопротивления на рассматриваемом участке l p ;
n =2 - для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования,
n =1 - для элементов, имеющих закрепления в растянутой зоне из плоскости деформирования;
ц - коэффициент устойчивости для сжатия, определяемый по формуле:
Где А =3000 - для древесины,
А =2500 - для фанеры;
ц м - коэффициент устойчивости для изгиба, формула для определения этого коэффициента была дана раньше.
Физический смысл предельных состояний.
И работе по предельным состояниям
Тема 4.2.1. Понятие о предельных состояниях строительных конструкций
1. Предельными называются состояния здания, сооружения, основания или конструкций, при которых они:
А) перестают удовлетворять эксплуатационным требованиям
Б) а также требованиям, заданным при их возведении.
2. Группы предельных состояний конструкций (зданий):
а) первая группа
- по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации. Состояния этой группы считаются предельными, если в К наступило опасное напряженно-деформированное состояние или она разрушилась;
Б) вторая группа - по непригодности к нормальной эксплуатации. Нормальная - это эксплуатация здания (К) в соответствии с нормами: технологическими или бытовыми условиями.
Пример. Конструкция не потеряла несущей способности, т.е. удовлетворяет требованиям первой группы п.с., но ее деформации (прогибы или трещины) нарушают технологический процесс или нормальные условия нахождения людей в помещении.
Примеры предельных состояний 1 й и 2 й группы.
1. К предельным состояниям первой группы относятся:
а) общая потеря устойчивости формы (рис. 2.1, а, б – с.26);
б) потеря устойчивости положения (рис. 2.1, в, г);
в) хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (рис. 2.1, д);
г) разрушение под совместным воздействием силовых факторов и внешней среды и др.
2. К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию К (З) или снижающие их долговечность от недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний и трещин.
Пример 1. Прочная надёжная подкрановая балка прогнулась больше норматива. Мостовой кран с грузом «выезжает из ямы» от прогиба балки, что создает лишние нагрузки на узлы и ухудшает условия нормальной эксплуатации.
Пример 2. При прогибе деревянного оштукатуренного потолка > чем на 1/300 длины пролета отпадает штукатурка. Прочность балки не исчерпывается, но нарушаются бытовые условия и возникает опасность здоровью людей.
Пример 3. Чрезмерное раскрытие трещин, которые допустимы в ЖБ и КК, но ограничиваются нормами.
1. Цель метода расчета СК по предельным состояниям: не допустить ни одного из предельных состояний в К (З) при их эксплуатации в течение срока службы и при возведении.
2. Суть расчёта по предельным состояниям - величины усилий, напряжений, деформаций, раскрытия трещин или других воздействий не должны превышали предельных значений по нормам проектирования.
А) т.е. предельное состояние не наступит, если перечисленные факторы не превышают значений, установленных нормами.
Б) сложность расчета в определении напряжений, деформаций и т.д., в конструкциях от нагрузок. Сравнить их с предельными не сложно.
по предельным состояниям 1 й группы
1. Расчет по предельным состояниям первой группы - расчет по несущей способности (непригодности к эксплуатации).
2. Цель расчета - предотвратить наступление любого предельного состояния первой группы, т.е. обеспечить несущую способность как К, и всего З в целом.
3. Несущая способность конструкции обеспечена , если
N ≤ Ф (2.1)
N - расчетные, т.е. наибольшие возможные усилия, могущие возникнуть в сечении элемента (для сжатых и растянутых элементов - это продольная сила, для изгибаемых - изгибающий момент и т.д.).
Ф - наименьшая возможная несущая способность сечения элемента, подвергающегося сжатию, растяжению или изгибу, зависит от прочности материала К, геометрии (формы и размеров) сечения и выражена:
Ф ={R; А } (2.2)
R - расчетное сопротивление материала - одна из основных прочностных характеристик материала
А - геометрический фактор (площадь поперечного сечения - при растяжении и сжатии, момент сопротивления - при изгибе и т.д.).
4. Для некоторых конструкций несущая способность обеспечена, если
σ ≤ R (2.3)
где σ - нормальные напряжения в сечении К (иногда касательные, главные и др.).
Структура и содержание основных расчетных формул при расчете
по предельным состояниям 2 й группы (п.с )
1. Цель расчета - не допустить предельных состояний второй группы, т.е. обеспечить нормальную эксплуатацию СК или здания. П.С. второй группы не наступят при условии:
f - деформация конструкции (перемещение, угол поворота сечения и т. д.).
Прим. Деформации: при изгибе – прогиб СК, стержни - укорочение или удлинение, основания - величина осадки
2. К п.с. 2 группы - образование чрезмерных трещин. Они допустимы для ЖБК и КК. Ширина их раскрытия, как и прогибы, ограничивается нормами.
Строительные конструкции должны, прежде всего, обладать доста-точной надёжностью — т. е. способностью выполнять определённые функции в соответствующих условиях в течение определённого сро-ка. Прекращение выполнения строительной конструкцией хотя бы одной из предусмотренных для неё функций называется отказом.
Таким образом, под отказом понимают возможность наступле-ния такого случайного события, результатом которого являются со-циальные или экономические потери. Считается, что конструкция в момент, предшествующий отказу, переходит в предельное состояние.
Предельными называются такие состояния, при наступлении ко-торых конструкция перестаёт удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, т. е. она теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам или получает недопустимые перемещения либо местные повреждения.
Причинами наступления в строительных конструкциях предель-ных состояний могут быть перегрузки, невысокое качество матери-алов, из которых они изготовлены, и другое.
Основное отличие рассматриваемого метода от прежних методов расчёта (расчет по допускаемым напряжениям) в том, что здесь чётко устанавливаются предельные состоя-ния конструкций и вместо единого коэффициента запаса прочности k в расчёт вводится система расчётных коэффициентов, гарантиру-ющих конструкцию с определённой обеспеченностью от наступления этих состояний при самых неблагоприяных (но реально возможных) условиях. В настоящее время этот метод расчета принят в качестве основного официального.
Железобетонные конструкции могут потерять необходимые эксплуатационные качества по одной из двух причин:
1. В результате исчерпания несущей способности (разрушение материала в наиболее нагруженных сечениях, потери устойчивости отдельных элементов или всей конструкцией в целом);
2. В следствии чрезмерных деформаций (прогибов, колебаний, осадок), а также из-за образования трещин или чрезмерного их раскрытия.
В соответствии с указанными двумя причинами, которые могут вызвать потерю эксплуатационных качеств конструкций, нормами установлены две группы их предельных состояний:
По несущей способности (первая группа);
По пригодности к нормальней эксплуатации (вторая группа).
Задачей расчёта является предотвращение наступления в рас-сматриваемой конструкции любого предельного состояния в период изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации.
Расчёты по предельным состояниям первой группы должны обеспечивать в период эксплуатации конструкции и для других ста-дий работы её прочность, устойчивость формы, устойчивость по-ложения, выносливость и др.
Расчёты по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить в период эксплуатации конструкции и на дру-гих стадиях её работы чрезмерное по ширине раскрытие трещин, приводящее к преждевременной коррозии арматуры , или их образованиие, а также чрезмерные перемещения.
Расчётные факторы
Это нагрузки и механические характеристики материалов (бетона и арматуры). Они обладают статистической изменчивостью или раз-бросом значений. В расчётах по предельным состояниям учитывают (в неявной форме) изменчивость нагрузок и механических характе-ристик материалов, а также различные неблагоприятные или благо-приятные условия работы бетона и арматуры , условия изготовления и эксплуатации элементов зданий и сооружений.
Нагрузки, механические характеристики материалов и расчёт-ные коэффициенты нормированы. При проектировании железобе-тонных конструкций значения нагрузок, сопротивлений бетона и ар-матуры устанавливают по главам СНиП 2.01.07-85* и СП 52-101-2003.
Классификация нагрузок. Нормативные и расчёт-ные нагрузки
Нагрузки и воздействия на здания и сооружения в зависимости от продолжительности их действия делят на постоянные и временные. Последние, в свою очередь, подразделяются на длительные, крат-ковременные и особые.
являются вес несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздей-ствие предварительного напряжения железобетонных конструкций. относятся: вес стационар-ного оборудования на перекрытиях — станков, аппаратов, двига-телей, ёмкостей и т. п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в ёмкостях; нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильни-ках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных по-мещениях; температурные технологические воздействия от стацио-нарного оборудования; вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях и др.Относятся: вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудова-ния, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветро-вые нагрузки, нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций и некоторые др.
относятся: сейсмические и взрывные воз-действия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологи-ческого процесса, временной неисправностью или поломкой обору-дования и т. п.Нагрузки в соответствии со СНиП 2.01.07-85* делятся также на нормативные и расчётные.
Нормативными называются нагрузки или воздействия близкие по величине к наибольшим возможным при нормальной эксплуата-ции зданий и сооружений. Их значения приводятся в нормах.
Изменчивость нагрузок в неблагоприятную сторону оценивают коэффициентом надёжности по нагрузке γ f .
Расчётное значение нагрузки gдля расчёта конструкции на проч-ность или устойчивость определяется путём умножения её норма-тивного значения g п на коэффициент γ f , обычно больший 1
Значения дифференцированы в зависимости от характера на-грузок и их величины. Так, например, при учёте собственного веса бетонных и железобетонных конструкций = 1,1; при учёте соб-ственного веса различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполня-емых в заводских условиях, = 1,2, а на строительной площадке = 1,3. Коэффициенты надёжности по нагрузке для равномер-но распределённых нагрузок следует принимать:
1,3 — при полном нормативном значении менее 2 кПа (2 кН/м 2);
1,2 — при полном нормативном значении 2 кПа (2 кН/м 2) и бо-лее. Коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса при расчёте конструкции на устойчивость положения против всплы-тия, опрокидывания и скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, прини-мают равным 0,9.
Расчёты по предельным состояниям второй группы ведут по нор-мативным нагрузкам или по расчётным, взятым с γ f = 1.
Здания и сооружения подвергаются одновременному действию различных нагрузок. Поэтому расчёт здания или сооружения в це-лом, либо отдельных его элементов, должен выполняться с учётом наиболее неблагоприятных сочетаний этих нагрузок или усилий, вы-званных ими. Неблагоприятные, но реально возможные сочетания нагрузок при проектировании выбираются в соответствии с реко-мендациями СНиП 2.01.07-85*.
В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают сочетания:
- основные , включающие постоянные, длительные и кратковременные нагрузки
Т = ΣТ пост + ψ 1 ΣТ длит + ψ 2 ΣТ крат,
где Т = М, Т, Q;
ψ - коэффициент сочетаний (если учитывается 1 кратковременная нагрузка, то ψ 1 = ψ 2 =1,0, если в сочетание входят 2 и более кратковременных нагрузок, то ψ 1 = 0,95, ψ 2 = 0,9);
- особые , включающие дополнительно к постоянным, длительным и кратковременным нагрузкам особую нагрузку (ψ 1 = 0,95, ψ 2 = 0,80).