Полная версия

Главная arrow Строительство arrow СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА ДЛЯ АРХИТЕКТОРОВ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Основы расчета строительных конструкций на прочность и жесткость

В настоящее время все конструкции промышленных и гражданских зданий рассчитываются по методу предельного состояния, на основе которого разработаны все расчетные разделы СНиП и СП.

Предельным называется состояние конструкции или ее элемента, при котором перестают удовлетворяться эксплуатационные требования или требования, предъявляемые к конструкции в период ее возведения.

СНиП и СП различают две группы предельных состояний:

  • первая группа — непригодность к эксплуатации по причинам потери несущей способности;
  • вторая группа — непригодность к нормальной эксплуатации в соответствии с невыполнением требований технологического, эстетического или бытового характера.

Правильно спроектированное сооружение должно гарантировать, что предельное состояние не наступит, т.е. быть надежным.

Для предельных состояний первой группы это условие обеспечивается, если усилие, возникающее в элементе конструкции от внешних воздействий, не будет превышать предельного усилия, которое может выдержать элемент, т.е. при соблюдении неравенства

где S — усилие в элементе конструкции (функция нагрузок и воздействий); Ф — предельное усилие, которое может выдержать элемент без разрушения (функция свойств материала и размеров элемента).

Предельные состояния первой группы, ведущие к полному прекращению эксплуатации и разрушению конструкции, не должны быть нарушены ни разу за весь планируемый срок эксплуатации сооружения, т.е. усилие S должно рассматриваться как максимальное за весь этот период, а несущая способность Ф — как минимально возможная. Таким образом, условие (5.15) выражает требуемое условие прочности.

Для второй группы предельных состояний, связанных, как правило, с перемещениями и деформациями элементов конструкции, предельное неравенство можно записать в виде

где/— перемещение (деформация) конструкции (функция нагрузок и воздействий); [/] — предельное перемещение (деформация), допускаемое по условиям эксплуатации (функция конструкции и ее назначения).

Предельные состояния второй группы, ведущие к нарушению нормальной эксплуатации, являются, как правило, более мягкими, и расчет по этой группе производят от нагрузок, возникающих при нормальной эксплуатации, исключая экстремальные ситуации, приводящие к превышению этих нагрузок. Выражение (5.16) называется условием жесткости конструкции или ее элемента.

Факторы, от точного учета которых зависит уровень надежности конструкции или ее элемента, следующие: нагрузки и воздействия, механические свойства материалов, геометрические параметры конструктивных элементов, условия работы, степень ответственности сооружения и др.

Нагрузки, отвечающие условиям нормальной эксплуатации, называют нормативными. Нормативные значения нагрузок и воздействий на сооружения устанавливают СНиП и СП. Возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений как следствие естественной изменчивости нагрузок или отступлений от нормальной эксплуатации учитываются коэффициентами надежности по нагрузке уу. Значения этих коэффициентов зависят от характера нагрузки и степени ее изменчивости.

Умножая нормативные значения нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке, получают расчетные нагрузки

Расчетные нагрузки представляют собой наибольшие в вероятностном смысле нагрузки и воздействия за время эксплуатации сооружения.

На основании принципа независимости действия сил расчет любой конструкции обычно проводят от действия каждой нагрузки отдельно, а затем определяют наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок. Действительно, на сооружение, кроме постоянных, может действовать достаточно большое число временных нагрузок. Но временные нагрузки, как правило, не могут действовать все одновременно. Поэтому при действии двух и более временных нагрузок их умножают на коэффициент сочетания i, учитывающий малую вероятность их совместного действия.

Рассмотрев все нагрузки и воздействия на конструкцию или ее элемент, можно раскрыть левую часть предельного неравенства (5.15):

где 5,- — усилие при единичном значении нагрузки; Fnj — нормативные значения нагрузок.

Основной расчетной характеристикой материала конструкции при расчете по предельным состояниям является расчетное сопротивление (см. параграф 5.3).

Условия работы различных конструкций и степень их ответственности и капитальности весьма разнообразны.

Особенности действительной работы материалов, элементов конструкций и их соединений учитываются коэффициентом условия работы ус. По существу этот коэффициент учитывает степень идеализации расчетной схемы конструкции. Поскольку отклонение фактической работы конструкции от идеализированной расчетной схемы носит случайный характер, коэффициенты условия работы определяются с использованием вероятностных методов. Их величины в зависимости от вида конструкции и материала нормированы СНиП и СП.

Степень ответственности и капитальности сооружения, обеспечение требуемого уровня надежности учитывается коэффициентом надежности по назначению (коэффициентом ответственности) у„< 1. Так, очевидно, что уровень надежности сооружений, переход которых в предельное состояние может привести к катастрофическим последствиям, должен быть выше, чем у обычных и, тем более, временных сооружений. С этой целью существующими СНиП и СП все проектируемые и возводимые объекты разделены по классам в зависимости от их уровня капитальности.

Изучив все факторы, определяющие несущую способность конструкций, можно раскрыть правую часть предельного неравенства (5.15):

где Ам - геометрическая характеристика сечения с учетом действительных ослаблений (нетто).

В завершенном виде условие прочности по первой группе предельных состояний с учетом формул (5.18) и (5.19) будет иметь вид

Соответственно, для второй группы предельных состояний (условие жесткости) можно записать в виде:

где У) — перемещение (деформация) конструкции от единичного значения нагрузки.

Согласно действующим СНиП и СП условие жесткости (5.21) проверяется при нормативных значения нагрузок, т.е. без учета коэффициентов надежности по нагрузке уу.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>