Глава 1. Основные расчетные положения. Нагрузки

Нормативная база

 

СП 20.13330.2016, актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.

ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований.

 

Несущие строительные конструкции

Строительные конструкции, которые воспринимают нагрузки и передают их на нижележащие элементы здания или на грунты основания, называют несущими. В настоящем практикуме рассматриваются расчеты простых, в смысле их напряженного состояния, несущих конструкций. Материалами для изготовления несущих строительных конструкций служат: строительные стали; алюминиевые сплавы; древесина; бетон, железобетон и др.

В результате воздействия на конструкцию ее собственного веса и внешних нагрузок (сил) в ней возникают напряжения. Анализируя работу материала в конструкции, говорят о ее напряженно-деформированном состоянии (Н.Д.С). Каждый строительный материал обладает определенными, присущими только ему, прочностными и деформационными свойствами, т.е. по своему сопротивляется напряжениям, и по своему удлиняется или укорачивается.

Прочность материала (конструкции) определяется в результате сравнения, установленных расчетами напряжений (нормальных - σ, касательных – τ и др.), с теми напряжениями, которые материал может выдерживать до своего разрушения. Предельные напряжения материалов, установленные нормами проектирования (СНиП), называются сопротивлениями и обозначаются R.

Деформации материала зависят от внутренних напряжений и от модуля упругости материала Е.

 

 

Контрольные вопросы к параграфу 1.1

1. Какие конструкции относят к несущим конструкциям? Приведите примеры несущих конструкций.

2. Что понимается под напряженно-деформируемым состоянием элемента?

3. Что называется сопротивлением материала?

4. Для чего необходимо знать значение модуля упругости?

 

Предельные состояния

Под предельными понимаются состояния, при которых конструкция, здание, сооружение или основание перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям (см. ГОСТ 27751-88).

Все расчеты разделены по двум группам предельных состояний. Расчеты, гарантирующие прочность и общую устойчивость конструкции относятся к первой группе предельных состояний. Их необходимо проводить всегда, для всех несущих конструкций, т.к. нарушение прочности и общей устойчивости ведет к разрушению, полной непригодности конструкции к дальнейшей эксплуатации. После обеспечения прочности конструкций (расчетами, относящимися к первой группе) приступают к расчетам по второй группе предельных состояний. Расчеты, относящиеся ко второй группе предельных состояний, обеспечивают нормальную эксплуатацию конструкций,то есть такую, которая не затруднена деформациями или перемещениями, могущими возникать в ней при эксплуатации, например, чрезмерными прогибами, выгибом стенок балки и т.п. К расчетам второй группы относятся расчеты по ограничению прогибов изгибаемых элементов (балок, плит и т.п.), осадок фундаментов, расчеты обеспечивающие местную устойчивость отдельных элементов конструкций и др.

В расчетах первой группы предельных состояний применяют расчетные нагрузки и расчетные сопротивления материалов. Для расчетов второй группы, применяют нормативные нагрузки и нормативные сопротивления материалов.

Нормативные сопротивления обозначают R_n; Расчетные сопротивления обозначают без индекса «n» - R.

Сопротивления материалов (нормативные и расчетные) определяют по указаниям строительных норм и правил (СНиП), их нахождение будет рассмотрено в дальнейшем.

Нормативные нагрузки обозначают с индексом «n», например, N_n; q_n; p_n. Расчетные нагрузки обозначают без индекса (N; q; p).

 

Контрольные вопросы к параграфу 1.2

1. Что понимается под предельным состоянием?

2. Какие расчеты относятся к расчетам первой группы, а какие к расчетам второй группы предельных состояний?

3. К какой группе предельных состояний Вы отнесете расчет общей устойчивости конструкции? Какие при этом будете применять нагрузки (нормативные или расчетные)?

 

Нагрузки. Общие сведения

Все нагрузки независимо от длительности их действия и вызвавших их причин имеют два значения – нормативное и расчетное.

 Нагрузки от веса конструкций зданий относят к постоянным нагрузкам, так как они действуют все время пока происходит эксплуатация здания. Нагрузки на перекрытия от людей, оборудования, складируемых материалов, а также снеговые и ветровые нагрузки, нагрузки от мостовых кранов и некоторые другие, считаются временными, так они в какой-то момент времени могут полностью отсутствовать или изменять свои значения. Временные нагрузки разделяют по длительности их воздействия на конструкции: длительные и кратковременные.

Нормативные значенияпостоянных нагрузок от веса конструкций определяют используя проектные размеры конструкций и проектные плотности материалов. Нормативные значения временных нагрузок приводятся в СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.

Расчетные значения нагрузок определяют по нормативным нагрузкам с учетом их возможного отклонения. Отклонения в значениях нормативных нагрузок возможны из-за изменений размеров конструкций при их изготовлении, или несоответствия проектной и фактической плотности материала. Возможно также непредвиденное изменение временных нагрузок при строительстве или в процессе эксплуатации здания.

Расчетные значения нагрузок определяют по формулам:

                                                         N = N_n γ _f;                                       (1,1)

                                                       q = q_n γ _f,                                      (1.1, а)

где γ_f - коэффициент надежности по нагрузкам; значение коэффициента устанавливают в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85*. Для определения расчетных значений весов конструкций коэффициент γ _f назначается по табл. 1 СНиП (см. табл. 1.3 Приложение 1 Практикума).

Нагрузки могут прикладываться к относительно небольшой площади, и тогда они рассматриваться в виде сосредоточенных сил. Сосредоточенные силы обозначают заглавными буквами, например, N_n, P_n, F_n; N, P, F, соответственно, нормативные и расчетные значения нагрузок.

Если нагрузки приложены вдоль линейного элемента (балки, прогона, ленточного фундамента и т. д.), либо они распределены по площади, то обозначаются прописными буквами g_n, p_n, q_n, s_n; g, p, q, s, соответственно, нормативные и расчетные значения распределенных нагрузок.

В расчетах, относящихся к первой группе предельных состояний, используют расчетные значения нагрузок, которые дополнительно следует умножать на коэффициент надежности по ответственности γ _n. Коэффициент надежности по ответственности γ _n учитывает возможные последствия (социальные, экологические, экономические), которые могут наступить в результате разрушения конструкции см. Приложение 7* СНиП 2.01.07-85*. Для жилых домов значение коэффициента γ _n = 0,95.

 

Контрольные вопросы к параграфу 1.3

1. В чем различие между нормативным и расчетным значением нагрузки?

2. Приведите формулу для определения расчетного значения нагрузки по ее нормативному значению.

3. Что учитывают коэффициенты: γ _{f ,} γ _n?