Часть I. Проектирование и расчёт строительных конструкций по российским и европейским нормам

Лекция 1. Основы расчёта строительных конструкций по отечественным нормам. Концепция методов расчёта деревянных конструкций. Полувероятностный подход к оценке предельных состояний конструкций. Система коэффициентов надёжности

 

Существующая в настоящее время в России и применяемая на практике нормативно-техническая база проектирования в строительной отрасли была создана в дореформенный период. Она действовала как инструмент единой государственной политики реализации научно-технического прогресса в строительстве. СНиП разрабатывались ведущими научно-исследовательскими институтами страны с широким привлечением проектных и производственных организаций. Появляющиеся в процессе создания документов идеи проходили экспериментальную проверку путём проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Работы по созданию действующих на данный момент СНиП были выполнены на протяжении примерно сорока последних лет. Из разработанных в тот период документов самый ранний датирован 1975 годом, а самый новый – 2003 годом.

В 2002 году в России был принят Федеральный закон «О техническом регулировании». После его принятия в сфере нормирования и стандартизации осталось три вида нормативных документов, действующих в народном хозяйстве: технический регламент, национальный стандарт и стандарт организации. При этом основные документы технического регулирования в строительстве – строительные нормы проектирования (СНиП) остались за рамками установленной системы документов. Однако обязательность исполнения требований СНиП в части обеспечения безопасности строительных работ подтверждалась положением статьи 46 этого же закона.

В 2007 году были приняты поправки в ФЗ «О техническом регулировании», вступление в действие которых добавило к упомянутым трём документам своды правил, разработка и утверждение которых поручалась отраслевым органам исполнительной власти. Введение сводов правил не означало официального восстановления легитимности СНиП как документов в области стандартизации. В 2008 году вышло Постановление Правительства Российской Федерации от 19.11.2008 № 858 «О порядке разработки и утверждения сводов правил». Это Постановление закрепило за сводами правил статус независимых документов не связанных со СНиП или ГОСТ. И только принятый в конце 2009 года Закон Российской Федерации №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»придал СНиП статус свода правил в новом понимании, что означало включение их в общенациональную систему стандартизации. Тогда же появилась возможность утверждения сводов правил в новом статусе и рамках нового законодательства на уровне Министерства регионального развития Российской Федерации.

Существующая нормативная база России доказала свою надёжность и получила международное признание. Она обеспечивает надёжность и безопасность строящихся и эксплуатируемых строительных объектов. Все строительные конструкции в нашей стране рассчитываются и проектируются по российской системе нормативных документов (СНиП), а применяемые в строительстве материалы соответствуют требованиями государственных или отраслевых стандартов.

Деревянные конструкции рассчитываются и проектируются в соответствие с требованиями свода правил СП.64.13330.2011 «Деревянные конструкции. Актуализованная редакция СНиП II-25–80». Эта актуализированная редакция СНиП разработанного в 80-е годы прошлого века Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК им. В. А.Кучеренко). Все деревянные строительные конструкции, как из массивной, так и клеёной древесины, эксплуатируемые в нашей стране, спроектированы в соответствии с требованиями указанных строительных норм.

В основу этого свода правил, как и другой нормативно-технической документации проектирования применяемой в строительстве, положен метод расчёта конструкций по предельным состояниям. Метод расчёта по предельным состояниям разработан в нашей стране в 50-е годы профессором Н. С. Стрелецким и введён в строительные нормы в 80-х годах прошлого века, до того как он был принят в Еврокодах. Целью метода является не допускать с определённой обеспеченностью наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего заданного срока службы конструкции здания или сооружения, а также при производстве работ. Целью расчёта строительных конструкций с использованием этого метода является обеспечение заданных условий эксплуатации и необходимой прочности при минимальном расходе материалов и затратах труда на изготовление и монтаж.

Нормами на проектирование деревянных конструкций рассматриваются две группы предельного состояния. Первая группа– по потере несущей способности и полной непригодности к эксплуатации конструкции. Вторая группа – по затруднению нормальной эксплуатации сооружений. К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; разрушение любого характера; переход конструкции в изменяемую систему; качественное изменение конфигурации; сдвигов в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений или чрезмерного открытия трещин. К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. п.).

Работы российских исследователей Н. С. Стрелецкого, А. Р. Ржаницына, В. В. Болотина позволили внедрить в нашей стране впервые в мировой практике полувероятностный метод расчёта инженерных конструкций по предельным состояниям. Расчёт базируется на неравенстве:

А £ В,

где А – возможное наибольшее усилие элемента; В – возможная наименьшая прочность элемента.

Согласно этому методу, расчёт ведётся путём сравнения максимального (с заданной вероятностью) усилия в конструкции с минимальным (с заданной вероятностью) значением её несущей способности. Принятая методика с некоторыми изменениями используется до настоящего времени и позволяет оценить раздельно влияние случайного характера прочностных свойств материала и нагрузки. Аналогичные полувероятностные методы расчёта введены в большинстве стан мира.

Закон Российской Федерации №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» ввёл понятие механической безопасности здания и сооружения, а именно недопущение «угрозы причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений». Одной из мер обеспечения механической безопасности зданий и сооружений является использование в проектировании несущих зданий и сооружений системы коэффициентов надёжности.

Система коэффициентов надёжности состоит из трёх составляющих:

Коэффициент надёжности по нагрузке (коэффициент перегрузки) – учитывает возможные отклонения фактической нагрузки от нагрузки предусмотренной нормами – нормативной.

Коэффициент надёжности по материалу (коэффициент однородности материала) – учитывает возможные отклонения механических свойств и прочности материала от таких же предназначенных нормами – нормативных.

Коэффициент условий работы – учитывает возможные неблагоприятные (или благоприятные) факторы, влияющие на несущую способность конструкции: неполное соответствие расчётной схемы действительным условиям работы конструкции, влияние условий изготовления конструкций.

В современный период предпринимаются попытки «расширить» систему коэффициентов надёжности. Введены дополнительные коэффициенты условий работы в зависимости от расчётного срока эксплуатации сооружения (для большепролётных зданий). Кроме того, в нормативные документы по расчёту зданий и сооружений вводится понятие неидентифицированных воздействий.

С начала 90-х годов XX века при проектировании строительных конструкций стали широко стали применяться численные методы расчёта с применением ЭВМ. Несмотря на высокую точность компьютерных расчётов уменьшающих «запас конструкций» это приводит к снижению надёжности зданий и сооружений. Вызвано это тем, что проверить расчёт, выполненный на ЭВМ, практически не возможно, что приводит к увеличению числа проектных ошибок. Чтобы избежать этого некоторые исследователи предлагают при практических расчётах применять систему коэффициентов ответственности элемента за переход здания в предельное состояние (по другому – коэффициентов запаса) дополнительно к требуемым по действующим СНиП.

Таким образом, анализ развития системы расчётов строительных конструкций показывает, что все основные принципы, применяемые в международной нормативной базе проектирования, были впервые применены внормативно-технической документации разработанной нашей стране. Однако, на сегодняшний день средний «возраст» строительных норм и правил составляет 20-25 лет, поэтому их совершенствование является весьма актуальной задачей.

Лекция 2