Методы расчёта железобетонных конструкций

 

Методами расчета здесь называются методы подбора сечений бетонных и железобе­тонных элементов, а не методы определения усилий. Они менялись за время существования железобетона с течением времени по мере накопления опытных данных. По существу менялся способ введения в расчёт коэффициента запаса прочности

(2.1)

В настоящее время для большинства массовых конструкций k = 2...2, 5, а то и ниже.

За время существования железобетона в практике проектирова­ния применялись следующие методы подбора сечений:

- по допускаемым напряжениям;

- по разрушающим усилиям – введен в СССР с 1938 г.;

- по предельным состояниям для строительных конструкций из любых материалов – введён в СССР с 1.01.55 г.; с некоторыми из­менениями этот метод используется и в настоящее время.

 

Метод расчёта железобетонных конструкций по предельным состояниям

 

Сущность метода

 

Строительные конструкции прежде всего должны обладать доста­точной надёжностью – т.е. способностью выполнять определённые функции в соответствующих условиях в течение определённого сро­ка. Прекращение выполнения строительной конструкцией хотя бы одной из предусмотренных для неё функций называется отказом.

Таким образом, под отказом понимают возможность наступле­ния такого случайного события, результатом которого являются со­циальные или экономические потери. Считается, что конструкция в момент, предшествующий отказу, переходит в предельное состояние.

Предельными называются такие состояния, при наступлении ко­торых конструкция перестаёт удовлетворять предъявляемые к ней требования, т.е. теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам или получает недопустимые перемещения либо местные повреждения.

Причинами наступления в строительных конструкциях предель­ных состояний могут быть перегрузки, неудовлетворительное качество матери­алов, из которых они изготовлены, и другое.

Основное отличие рассматриваемого метода от прежних методов расчёта в том, что здесь чётко устанавливаются предельные состоя­ния конструкций и вместо единого коэффициента запаса прочности k в расчёт вводится система расчётных коэффициентов, гарантиру­ющих конструкцию с определённой обеспеченностью от наступления этих состояний при самых неблагоприятных (но реально возможных) условиях.

 

Две группы предельных состояний

 

По степени опасности наступления и уровню обеспеченности пре­дельные состояния подразделяются на две группы.

Железобетонные конструкции должны удовлетворять требова­ниям расчёта по следующим двум группам предельных состояний:

- по несущей способности (первая группа);

- по пригодности к нормальней эксплуатации (вторая группа). Задачей расчёта является предотвращение наступления в рас­сматриваемой конструкции любого предельного состояния в периоды изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации.

Расчёты по предельным состояниям первой группы должны обеспечивать прочность, устойчивость формы, устойчивость по­ложения, выносливость конструкции в период эксплуатации и других ста­дий.

Расчёты по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить в период эксплуатации конструкции и на дру­гих стадиях её работы чрезмерное по ширине раскрытие трещин, приводящее к преждевременной коррозии арматуры, или их образованиие, а также чрезмерные перемещения.

 

Расчётные факторы

 

Расчетными факторами являются нагрузки и механические характеристики материалов (бетона и арматуры). Они обладают статистической изменчивостью или раз­бросом значений. В расчётах по предельным состояниям учитывают (в неявной форме) изменчивость нагрузок и механических характе­ристик материалов, а также различные неблагоприятные или благо­приятные условия работы бетона и арматуры, условия изготовления и эксплуатации элементов зданий и сооружений.

Нагрузки, механические характеристики материалов и расчёт­ные коэффициенты нормированы. При проектировании железобе­тонных конструкций значения нагрузок, сопротивлений бетона и ар­матуры устанавливают по главам СНиП 2.01.07-85* и СП 52-101-2003.

2.4.4. Классификация нагрузок. Нормативные и расчёт­ные 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, крат­ковременные и особые.

Постоянными нагрузками являются вес несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздей­ствие предварительного напряжения железобетонных конструкций.

К временным длительным нагрузкам относятся: вес стационар­ного оборудования на перекрытиях – станков, аппаратов, двига­телей, ёмкостей и т. п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в ёмкостях; нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильни­ках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных по­мещениях; температурные технологические воздействия от стацио­нарного оборудования; вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях и др.

К временным кратковременным нагрузкам относятся: вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудова­ния, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветро­вые нагрузки, нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций и некоторые др.

К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воз­действия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологи­ческого процесса, временной неисправностью или поломкой обору­дования 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 эксплуата­ции зданий и сооружений. Их значения приводятся в нормах.

Изменчивость нагрузок в неблагоприятную сторону оценивают коэффициентом надёжности по нагрузке .

Расчётное значение нагрузки g для расчёта конструкции на проч­ность или устойчивость определяется путём умножения её норма­тивного значения g^п на коэффициент , обычно больший 1:

(2.2)

Значения дифференцированы в зависимости от характера на­грузок и их величины. Так, например, при учёте собственного веса бетонных и железобетонных конструкций = 1,1; при учёте соб­ственного веса различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполня­емых в заводских условиях, = 1,2, а на строительной площадке =1,3. Коэффициенты надёжности по нагрузке для равномер­но распределённых нагрузок следует принимать:

1,3 – при полном нормативном значении менее 2 кПа (2 кН/м²);

1,2 – при полном нормативном значении 2 кПа (2 кН/м²) и бо­лее. Коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса при расчёте конструкции на устойчивость положения против всплы­тия, опрокидывания и скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, прини­мают равным 0,9.

Расчёты по предельным состояниям второй группы ведут по нор­мативным нагрузкам или по расчётным, взятым с = 1.

Здания и сооружения подвергаются одновременному действию различных нагрузок. Поэтому расчёт здания или сооружения в це­лом, либо отдельных его элементов, должен выполняться с учётом наиболее неблагоприятных сочетаний этих нагрузок или усилий, вы­званных ими. Неблагоприятные, но реально возможные сочетания нагрузок при проектировании выбираются в соответствии с реко­мендациями СНиП 2.01.07-85*.