ОСНОВЫ МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • виды внешних нагрузок;
• • расчетные сопротивления основных конструкционных строительных материалов;
• • основные понятия о статике и динамике, выносливости и усталости строительных конструкций;
• • основы методов расчета каменных, армокаменных, бетонных, железобетонных, металлических и деревянных конструкций;

уметь

• • находить нормальные и касательные напряжения, главные напряжения в сечениях строительных конструкций;
• • определять деформации и перемещения сечений строительных конструкций;
• • определять размеры поперечных сечений для безопасной эксплуатации конструкций;
• • определять частоты собственных колебаний стержней;
• • грамотно составлять расчетные схемы;
• • применять теоретические положения сопротивления материалов к расчету реальных строительных конструкций;

владеть

• • основами методов расчета элементов строительных конструкций на прочность, жесткость и устойчивость;
• • практическими методами расчета на сжатие, внецентренное сжатие, смятие, сдвиг, кручение, изгиб, устойчивость;
• • навыками оформления результатов расчета;
• • методикой теплотехнического и звукоизоляционного расчетов элементов зданий.

Каменные и армокаменные конструкции

Центрально-сжатые элементы

В центрально-сжатых стержневых элементах равнодействующая внешней нагрузки приложена в центре тяжести поперечного сечения вдоль оси элемента. Расчет неармированных элементов каменных конструкций при центральном сжатии производится по формуле

где N – расчетная продольная (нормальная) сила; R – расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое по табл. 2.9 из СНиП II-22–81; А – площадь сечения элемента; φ – коэффициент продольного изгиба, определяемый по табл. 18 из СНиП II-22–81 в зависимости от упругих характеристик кладки а и гибкости элемента

для элементов постоянного по длине сечения и в зависимости от отношения

для элементов прямоугольного сплошного сечения; – расчетная высота элемента; – коэффициент, учитывающий условия закрепления опор; i – минимальный радиус инерции сечения элемента; h – меньший размер прямоугольного сечения; mg – коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки:

где – расчетная продольная сила от длительных нагрузок; η – коэффициент, принимаемый по табл. 20 из СНиП II-22–81 в зависимости от гибкости и материала кладки.

Расчет элементов с сетчатым армированием при центральном сжатии проводят по формуле

где – расчегное сопротивление при центральном сжатии, определяемое по одной из трех формул, приведенных в СНиП П-22–81.

Внецентренно-сжатые элементы

Во внецентренно-сжатых стержневых элементах равнодействующая внешней нагрузки приложена не в центре тяжести поперечного сечения, а вдоль оси элемента. Расчет внецентренно-сжатых неармированных элементов каменных конструкций следует проводить по формуле

где – площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре напряжений

h – высота сечения в плоскости действия изгибающего момента; – эксцентриситет расчетной силы N относительно центра тяжести сечения, при условии что N приложена в центре тяжести сжатой части сечения;– коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения, определяемый по фактической высоте элемента Н по табл. 18 из СНиП П-22–81 при отношении или гибкости , где и – высота и радиус инерции части поперечного сеченияв плоскости действия изгибающего момента. Для прямоугольного сечения

Расчет внецентренно-сжатых элементов с сетчатым армированием с эксцентриситетом, не выходящим за пределы ядра сечения, проводится по формуле

где – расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии, определяемое по одной из двух формул, приведенных в СНиП II-22–81, в зависимости от марки раствора. Остальные параметры имеют те же значения, что и для внецентренно-сжатых неармированных элементов.

Местное сжатие (смятие)

Расчет сечений на смятие при распределении нагрузки на части площади сечения следует производить по формуле

где – продольная сжимающая сила; – площадь смятия; d = 1,5 – 0,5ψ для кирпичной кладки и кладки из сплошных камней или блоков из тяжелого и легкого бетона; d = 1 для кладки из пустотелых бетонных или сплошных камней из ячеистого бетона; ψ – коэффициент полноты эпюры давления от местной нагрузки (ψ = 1 при равномерном распределении давления; ψ = 0,5 при треугольной эпюре давления).

Расчетное сопротивление кладки на смятие следует определять по формуле

где определяется по табл. 21 из СНиП П-22–81 в зависимости от материала кладки и места приложения нагрузки; А – расчетная площадь сечения, определяемая из условий опирания элемента на сминаемую кладку (рис. 9 из СНиП П-22–81). На рис. 3.1 показан один из девяти возможных случаев опирания.

Расчет по образованию и раскрытию трещин

Помимо расчета элементов конструкций по предельным состояниям первой группы (по несущей способности), рассмотренного выше, необходимо провести расчет по предельным состояниям второй группы (по образованию и раскрытию трещин и по деформациям).

Рис. 3.1. Определение расчетных площадей при местном сжатии

Расчет по раскрытию трещин (швов кладки) внецентренно-сжатых неармированных каменных конструкций следует проводить по формуле

где l – осевой момент инерции сечения в плоскости действия изгибающего момента; у – расстояние от центра тяжести сечения до его сжатого края; – расчетное сопротивление кладки растяжению при изгибе; – коэффициент условий работы при расчете но раскрытию трещин, принимаемый по табл. 24 из СНиП 11-22–81. Остальные обозначения те же, что и для расчета по несущей способности внецентренно-сжатых неармированных элементов.

Расчет по деформациям

В СНиП II-22–81 приведены четыре формулы:

которые необходимо применять при осевом растяжении, изгибе, внецептренном сжатии, внецентренном растяжении соответственно. В этих формулах– предельные относительные деформации, принимаемые по табл. 25 из СНиП II-22–81. Остальные параметры уже использовались ранее.