Загальні відомості про інженерні конструкції (ІК)

Інженерні конструкції – це будівлі або споруди, а також їх окремі частини, які сприймають зовнішні навантаження та впливи, при цьому їх розміри визначаються розрахунком (на міцність, стійкість, деформативність, тощо).

Цим інженерні конструкції відрізняються від архітектурних, розміри перерізів яких призначені згідно архітектурних, теплотехнічних або і інших спеціальним вимог.

Конструкції та споруди, які постійно або періодично знаходяться під впливом водного середовища називаються гідротехнічними (ГТС).

ІК виконують несучі, огороджувальні чи суміщені функції.

Несучі конструкції сприймають навантаження та впливи, а також забезпечують міцність, жорсткість та стійкість будівлі або споруди.

Огороджуючі конструкції призначені для ізоляції внутрішніх об’ємів між собою та від зовнішнього середовища. До таких конструкцію висуваються вимого міцності, теплоізоляції, повітропроникності, гідроізоляції.

ІК виготовляються із сталі, дерева, кам’яних матеріалів, пластмас, тканини, бетону та залізобетону.

Переваги металевих конструкцій: надійність, висока відносна міцність, індустріальність виготовлення і монтажу, простота реконструкції та демонтажу будівель.Недоліки МК: схильність до корозії, невелика вогнестійкість. МК використовують у каркасах і покриттях великопролітних будівель, у механічному устаткуванні ГТС (затвори, ґрати), у напірних трубопроводах, резервуарах, у висотних спорудах (щогли, опори ЛЕП), водонапірних баштах, мостах і переходах, тощо.

Переваги дерев’яних конструкцій: відносна невелика власна вага при досить значній міцності, легкість добування та обробки, і саме головне, відновлюваність. Проте деревині притаманне усихання та набрякання, залежність фізико-механічних характеристик від вологості, вона піддається гниттю, ураженням різного роду комахами та дії вогню. Дуже перспективним є використання клеєної деревини та її поєднання з іншими матеріалами при створенні комбінованих конструкцій. Дерев'яні конструкції застосовують для виготовлення несучих елементів різних споруд невеликого прольоту, у тимчасових спорудах, в якості риштування та опалубки. Крім того, дерев’яні деталі використовують у затворах, шандорах, деформаційних швах і т.д.

Бетонні і залізобетонні конструкції займають провідне місце в гідротехнічному та гідромеліоративному будівництві, тому що вони менш дефіцитні, мають високу міцність, довговічність, вогнестійкість, водонепроникність, сейсмостійкість, допускають виготовлення елементів різної форми і не вимагають значних експлуатаційних витрат (див. п. 2).

Перспективними у водогосподарському будівництві є конструкції із пластмас у вигляді гребель і регуляторів витрат з м'яких синтетичних тканин, протифільтраційних екранів, трубопроводів в осушувальних і зрошувальних системах, захисних покриттів для залізобетонних конструкцій.

Основні вимоги, яким повинні відповідати інженерні конструкції.

1. Забезпечення функціонального призначення будівель і споруд, нормальних умов їх експлуатації.

2. Надійність і довговічність.

3. Економічність і мінімальна матеріаломісткість.

4. Технологічність.

5. Транспортабельність.

Останнім часом конструкції розраховують на силові та інші впливи за граничними станами.

 

Поняття граничних станів

Граничними називають такі стани конструкцій, з настанням яких вони перестають задовольняти вимогам, що пред’являються до них в процесі експлуатації, а також під час виготовлення, транспортування і монтажу.

Граничні стани об'єднують у дві групи:

граничні стани першої групи (1 гр. г. с.) призводять до вичерпання несучої здатності конструкцій, зумовлюють їх непридатність до подальшої експлуатації;

граничні стани другої групи (2 гр. г. с.) зумовлюють непридатність конструкцій до нормальної експлуатації чи знижують їх довговічність внаслідок значного деформування.

Нормальною вважають експлуатацію, яка здійснюється відповідно до технологічних або побутових умов без обмежень, передбачених у нормах чи завданні на проектування, тобто це процес безперервної роботи конструкції.

При граничних станах другої групи експлуатація конструкцій можлива тільки при встановленні відповідних обмежень.

Найпоширенішими граничними станами першої групи є в'язке, крихке, втомне чи іншого характеру руйнування, спричинене силовими впливами; руйнування від одночасної дії силових факторів та несприятливих впливів зовнішнього середовища; загальна втрата стійкості форми; втрата стійкості положення; якісна зміна конфігурації; резонансні коливання; стани, при яких виникає необхідність припинити експлуатацію через текучість матеріалу, зсуви у з'єднаннях, повзучість, наявність тріщин у металевих конструкціях тощо.

До граничних станів другої групи належать надмірні деформації (переміщення, осідання, кути поворотів, коливання), утворення тріщин та їх надмірного розкриття у залізобетонних конструкціях.

Розрахунок інженерних конструкцій здійснюються у два етапи:

1. Статичний розрахунок – складання розрахункової схеми конструкції, тобто перехід від реальних умов роботи конструкції до ідеалізованої схеми; збір навантажень та визначення внутрішніх зусиль. Виконується на підставі загальних правил будівельної механіки та опору матеріалів.

2. Конструктивний розрахунок – вибір матеріалу конструкції, раціональної форми та розмірів перерізу. Виконується на підставі нормативних документів (ДБН, СНиП) відповідності до типу матеріалу конструкції (метал, дерево, залізобетон).

Надійність конструкцій забезпечується розрахунком, який повинен враховувати невигідні значення навантажень та їх поєднання, можливі відхилення у механічних характеристиках матеріалів, а також умови експлуатації й особливості роботи конструкції.

Розрахунок виконують на основі ідеалізованих припущень та розрахункових схем, які мають відображати дійсні передумови роботи конструкції, та системи розрахункових коефіцієнтів, які враховують можливі відхилення (у несприятливий бік) різних факторів, що впливають на роботу конструкції, а саме:

- коефіцієнти надійності за навантаженням γ_f;

- коефіцієнти надійності за матеріалом γ_m >1;

- коефіцієнти надійності за призначенням будівлі γ_n, які враховують ступінь відповідальності та капітальності будівлі або споруди (згідно ДБН В.1.2-14-2009 Загальні принципи забезпечення надійності);

- коефіцієнти умов роботи γ_с.

Розрахункові коефіцієнти встановлюють на основі вірогідно-статистичних методів. Вони забезпечують потрібну надійність роботи конструкції для всіх стадій виготовлення, транспортування, зведення та експлуатації.