Расчет по предельным условиям

Главная / Проектирование стальных конструкций / Основы проектирования / Методика расчета стальных конструкций / Метод расчета по предельным состояниям

16 ноября 2011

При расчете по этому методу конструкция рассматривается в своем расчетном предельном состоянии. За расчетное предельное состояние принимается такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, т. е. либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.

Для стальных конструкций установлено два расчетных предельных состояния:

  1. первое расчетное предельное состояние, определяемое несущей способностью (прочностью, устойчивостью или выносливостью); этому предельному состоянию должны удовлетворять все стальные конструкции;
  2. второе расчетное предельное состояние, определяемое развитием чрезмерных деформаций (прогибов и перемещений); этому предельному состоянию должны удовлетворять конструкции, в которых величина деформаций может ограничить возможность их эксплуатации.
  • Первое расчетное предельное состояние выражается неравенством
  • где N — расчетное усилие в конструкции от суммы воздействий расчетных нагрузок Р в наиболее невыгодной комбинации;
  • Ф — несущая способность конструкции, являющаяся функцией геометрических размеров конструкции, расчетного сопротивления материала R и коэффициента условий работы m.
  • Установленные нормами (СНиП) наибольшие величины нагрузок, допускаемые при нормальной эксплуатации конструкций, называются нормативными нагрузками Рн (смотрите приложение I, Нагрузки и коэффициенты прегрузки).
  • Расчетные нагрузки Р, на которые рассчитывается конструкция (по предельному состоянию), принимаются несколько больше нормативные. Расчетная нагрузка определяется, как произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки n (больший единицы), учитывающий опасность превышения нагрузки по сравнению с ее нормативным значением вследствие возможной изменчивости нагрузки:
  • Значения коэффициентов п приведены в таблице Нормативные и расчетные нагрузки, коэффициенты перегрузки.

Таким образом, конструкции рассматривают под воздействием не эксплуатационных (нормативных), а расчетных нагрузок. От воздействия расчетных нагрузок в конструкции определяют расчетные усилия (осевое усилие N или момент М), которые находят по общим правилам сопротивления материалов и строительной механики.

Правая часть основного уравнения (1.I) — несущая способность конструкции Ф — зависит от предельного сопротивления материала силовым воздействиям, характеризуемого механическими свойствами материала и называемого нормативным сопротивлением Rн, а также от геометрических характеристик сечения (площади сечения F, момента сопротивления W и т. п.).

Для строительной стали нормативное сопротивление принято равным пределу текучести,

(для наиболее распространенной строительной стали марки Ст. 3 σт = 2 400 кг/см2).

  1. За расчетное сопротивление стали R принимают напряжение, равное нормативному сопротивлению, умноженному на коэффициент однородности k (меньший единицы), учитывающий опасность снижения сопротивления материала по сравнению с нормативным его значением вследствие изменчивости механических свойств материала
  2. Для обычных малоуглеродистых сталей k = 0,9, а для сталей повышенного качества (низколегированные) k = 0,85.
  3. Таким образом, расчетное сопротивление R — это напряжение, равное наименьшему возможному значению предела текучести материала, которое и принимается для конструкции как предельное.

Кроме того, для безопасности сооружения должны быть учтены все возможные отклонения от нормальных условий, вызванные особенностями работы конструкции (например, условия, способствующие появлению повышенной коррозии и т. п.). Для этого вводится коэффициент условий работы m, который для большинства конструкций и соединений принимается равным единице (смотрите Коэффициенты условий работы m приложение).

Таким образом, основное расчетное уравнение (1.I) будет иметь следующий вид:

  • при проверке конструкции на прочность при действии осевых сил или моментов

где N и M — расчетные осевые силы или моменты от расчетных нагрузок (с учетом коэффициентов перегрузки); Fнт — площадь сечения нетто (за вычетом отверстий); Wнт — момент сопротивления сечения нетто (за вычетом, отверстий);

  • при проверке конструкции на устойчивость

где Fбр и Wбр — площадь и момент сопротивления сечения брутто (без вычета отверстий); φ и φб — коэффициенты, уменьшающие расчетное сопротивление до значений, обеспечивающих устойчивое равновесие.

Обычно при расчете намеченной конструкции сначала подбирают сечение элемента и потом проверяют напряжение от расчетных усилий, которое не должно превышать расчетного сопротивления, умноженного на кoэффициeнт условий работы.

Поэтому наряду с формулами вида (4.I) и (5.I) будем записывать эти формулы в рабочем виде через расчетные напряжения, например:

  • при проверке на прочность

или

  • при проверке на устойчивость

или

где σ — расчетное напряжение в конструкции (от расчетных нагрузок).

Коэффициенты φ и φб в формулах (8.I) и (9.I) правильнее записывать в правой части неравенства, как коэффициенты, снижающие расчетные сопротивления до критических напряжений. И только в целях удобства ведения расчета и сравнения результатов они записываются в знаменателе левой части этих формул.

* Значения нормативных сопротивлений и коэффициентов однородности приведены в «Строительных нормах и правилах» (СНиП), а также в «Нормах и технических условиях проектирования стальных конструкций» (НиТУ 121-55).

«Проектирование стальных конструкций»,К.К.Муханов

Метод расчета по предельным состояниям (напряжения) Расчет по предельным условиям

Различают несколько категорий напряжений: основные, местные, дополнительные и внутренние. Основные напряжения — это напряжения, которые развиваются внутри тела в результате уравновешивания воздействий внешних нагрузок; они учитываются расчетом.

При неравномерном распределении силового потока по сечению, вызванном, например, резким изменением сечения или наличием отверстия, возникает местная концентрация напряжений.

Однако в пластических материалах, к которым относится строительная сталь,…

Метод расчета по допускаемым напряжениям Расчет по предельным условиям

При расчете то допускаемым напряжениям конструкция рассматривается в ее рабочем состоянии под действием нагрузок, допускаемых при нормальной эксплуатации сооружения, т. е. нормативных нагрузок.

Условие прочности конструкции заключается в том, чтобы напряжения в конструкции от нормативных нагрузок не превышали установленных нормами допускаемых напряжений, которые представляют собой некоторую часть от предельного напряжения материала, принимаемого для строительной стали…

Источник: https://www.ktovdome.ru/58/368_2/97/11142.html

Основы расчета по предельным состояниям строительных конструкций

В настоящее время все конструкции рассчитывают по предельным состояниям. Предельные состояния конструкций это состояние после, которого их нормальная эксплуатация невозможна.

Расчет по предельным условиям

Различают три вида предельных состояния строительных конструкций:

  • первое предельное состояние – по прочности и устойчивости (несущей способности), по достижении этого предельного состояния конструкции теряют способности к сопротивлениям внешним нагрузкам;
  • второе состояние – по прогибам и перемещениям, то есть по деформациям, по достижении этого предельного состояния в конструкции, не потерявшей способности к сопротивлению внешним нагрузкам (условие первого предельного состояния), могут появиться такие деформации или колебания, которые исключают дальнейшую эксплуатацию этих конструкций;
  • третье же предельное состояние – состояние образования или раскрытия трещин, по достижению которого в конструкциях сохранивших прочность и устойчивость, происходит процесс образования трещин до величины, когда дальнейшая эксплуатация конструкций становится опасной. Так как такие конструкции становятся водопроницаемые, есть опасность появления коррозии, повреждения защитно-отделочного слоя, повреждение конструктивных элементов и покрытий.

Цель расчета по предельным состояниям строительных конструкций – исключить появление того или иного состояния для конструкций в целом и отдельных их частей в период эксплуатации.

При расчете необходимо учитывать:

  1. изменчивость внешних нагрузок и других воздействий;
  2. возможные отклонения механических свойств материала от средней нормативной величины (неоднородность материалов);
  3. общие условия эксплуатации конструкции, условия их изготовления, агрессивность сред и другие особенности, влияющие на работу конструкции. Эти факторы в расчетных формулах отражены соответствующими коэффициентами: перегрузки, однородности, условий работы.

Для конструкций из любого материала при расчете по первому предельному состоянию строительных конструкций внешнее расчетное усилие N или М не должно превосходить расчетную несущую способность конструкции.

Коэффициенты перегрузки обычно принимаются больше единицы: для собственного веса конструкций – 1,1, для засыпок – 1,2, для временных нагрузок – 1,2-1,4, но могут быть и меньше единицы (0,8-0,9) в тех случаях, когда в расчете самое невыгодное положение получается при недогрузке конструкции (например, при расчете элементов на опрокидывание или при дополнительных и особых сочетаниях нагрузок).

Расчетное сопротивление получают путем умножения нормативного сопротивления материала на коэффициент условия работы и коэффициент однородности, т.е. практически вероятное нижнее значение пределов.

Расчет по предельным условиям

Нормативные сопротивления материала R назначаются с учетом изменчивости показателей их прочности с обработкой данных по формулам математической статистики. При некоторых специфических условиях к значениям R необходимо вводить дополнительные коэффициенты условий работы, специально обосновываемые в каждом конкретном случае либо на основе указаний норм, либо результатами экспериментов.

По первому предельному состоянию строительных конструкций обязательно рассчитываются все конструкции. Расчет по второму предельному состоянию производится только для изгибаемых конструкций, а по третьему – только для железобетонных и каменных конструкций.

При расчете конструкций по второму предельному состоянию должно соблюдаться условие: чтобы расчетный относительный эксцентрицитет, вычисленный при действии нормативных нагрузок (без коэффициентов перегрузки), не превышал относительного эксцентрицитета, установленного СНиП в зависимости от вида конструкций.

Для конструкций, рассчитываемых по третьему предельному состоянию, должны соблюдаться условия:

а) при недопустимости образования трещин, т. е. действующие усилия (N или М) не должны превышать расчетных значений, после которых появляются трещины; б) при раскрытии трещин, т. е. подсчитанная от действия нормативных нагрузок величина раскрытия трещин не должна превышать ее предельного значения установленного СНиП.

Источник: http://kosour.ru/osnovy-rascheta-po-predelnym-sostoyaniyam-stroitelnyh-konstrukcij.html

Группы предельных состояний – что это?

Приветствуем вас уважаемые читатели и посетители нашего сайта. В данной статье мы рассмотрим один из фундаментальных вопросов проектирования строительных конструкций. Речь пойдет о группах предельных состояний. Для кого-то эта информация конечно же давно известна, а кто-то наоборот откроет для себя много интересного. Итак, приступим.

Проектирование строительных конструкций – это очень ответственная задача, потому как от принятых решений зависит надежность работы как здания или сооружения в целом, так и отдельных его частей. Строительные нормы и правила, действующие на данный момент на территории Российской Федерации обязывают при проектировании строительных конструкций использовать метод предельных состояний.

Далеко не всегда, при проектировании строительных конструкций, пользовались методом предельных состояний.

До определенного момента времени проектирование по большому счету основывалось на интуиции, соблюдении геометрических пропорций и подражанию природе и никто ни малейшего представления не имел о каких-то сложных методиках расчета.

Читайте также:  Установка маяков для штукатурки стен

Однако, развитие различных конструктивных форм, таких как фермы, арки, своды и использование в качестве строительных конструкций железобетона, стали, чугуна требовали внедрения каких-то методик определения прочности, усилий и напряжений в тех или иных конструктивных элементах.

Условно, в истории развития методов расчета можно выделить три принципиальных этапа. Не будем подробно рассматривать каждый из них и ограничимся лишь банальным перечислением и краткой характеристикой различных методик расчета:

  1. Метод расчета строительных конструкций по допускаемым напряжениям;
  2. Метод расчета строительных конструкций по разрушающим усилиям;
  3. Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям;

Если вкратце, то в результате данного расчета определялись напряжения от эксплуатационных нагрузок. Конструкция рассматривалась непосредственно в рабочем (не в предельном) состоянии.

Величина допускаемых напряжений определялась как некоторая доля от предела прочности умноженная на обобщенный коэффициент запаса и полученные напряжения не должны были превышать допустимые значения.

Стоит отметить, что при расчетах железобетонных конструкций по данному методу, никак не учитывалась так называемая стадия пластичных деформаций железобетона и использование метода приводило к завышенному и не всегда оправданному запасу прочности и. как следствие, к перерасходу материала.

Данный метод применялся до 1938 г. в расчете железобетонных конструкций и до 1955 г. в расчете металлических и деревянных конструкций.

Да, данный метод морально устарел и приводит к повышенному запасу прочности, но многие люди, особенно люди старой закалки, считают что данный метод можно и нужно применять, особенно если речь идёт о каком-то малоэтажном объекте, где из исходных данных только планировка от руки на тетрадном листочке и работы по проектированию выполняет инженер не самой высокой квалификации. И мы в свою очередь согласны с этим! Конкретно в этом случае пусть лучше будет запас, возможно неоправданный, чем опасность для жизни или ненормальная эксплуатация здания.

Как было сказано выше, метод расчета по допускаемым напряжениям имел некоторые недостатки, которые требовали поиска новых методик расчета строительных конструкций.

И вот в 1938 году, после длительных исследований, на смену расчета по допускаемым напряжениям, пришел новый метод, который назывался расчет по разрушающим нагрузкам.

Данный метод, в отличие от метода расчета по допускаемым напряжениям, уже учитывал работу железобетонной конструкции в пластической стадии, предполагая что напряжения в сечении достигают предельных значений.

Кроме того, в данном методе учитывались именно внутренние напряжения в сечении, а не внешнее усилие как в методе расчета по допускаемым напряжениям. По внутренним напряжениям экспериментально определялась разрушающая нагрузка, а нагрузка, допускаемая в процессе эксплуатации равнялась разрушающей нагрузке с учетом опять таки единого обобщенного коэффициента.

Без сомнений данный метод являлся прорывом и стал огромным шагом на пути развития методов расчета строительных конструкций. Основное достоинство новой методики – это учет более правильной действительной работы железобетонной конструкции под нагрузкой. Но не смотря на этот безусловный плюс, все таки не обошлось и без недостатков.

Новая методика, как и предшествующая, основывалась на применении одного единственного коэффициента запаса, который не мог корректно учитывать весь спектр факторов влияющих на ту или иную конструкцию в период изготовления, монтажа и эксплуатации.

В дополнение к вышеизложенному минусу данного метода можно отнести и то, что метод расчета по разрушающей нагрузке не давал никакого понимания о состоянии и работе той или иной конструкции в стадии, непосредственно за которой следовало разрушение.

Это говорит о том что, никто не обращал внимания на трещины и прогибы…Но стоит отметить, что во времена использования стали и бетона сравнительно малой прочности, конструкции имели настолько массивные сечения, что практически не возникало недопустимых деформаций, мешающих нормальной эксплуатации зданий и сооружений.

Но развитие шло семимильными шагами и люди научились создавать более прочные материалы, в частности сталь и бетон повышенной прочности в сравнении с предыдущими аналогами, а это в свою очередь уже привело к оптимизации сечений строительных конструкций, уменьшению их геометрических параметров.

Именно в этот момент появилась проблемы недопустимых деформаций строительных конструкций. Появились чрезмерные прогибы мешающие нормальной работе конструкции в период эксплуатации и трещины в бетоне, которые ввиду чрезмерного раскрытия, оголяли арматуру и как следствие она подвергалась коррозии.

Таким образом, совокупность всего вышеизложенного привела к необходимости поиска путей совершенствования существующей методики расчета. И эти пути были найдены. В 50-ых годах XX века была создана единая методика расчета строительных конструкций, которая легла в основу строительных норм и правил и используется в настоящее время. Эта методика носила название расчет по предельным состояниям.

Вот мы и подошли с вами, уважаемые читатели, к рассмотрению методики расчета строительных конструкций по предельным состояниям. Итак, друзья, давайте несколько глубже погрузимся в этот вопрос и рассмотрим основные идеи расчета и ознакомимся с несколькими фундаментальными терминами.

Предельным, называют такое состояние строительной конструкции, основания, здания или сооружения при котором они в полной мере перестают удовлетворять заложенным требованиям их эксплуатации. Т.е.

либо теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам, что влечет за собой частичное или полное разрушение, либо приобретают недопустимы деформации, в результате которых дальнейшая эксплуатация невозможна.

Производя расчет строительных конструкций по предельным состояниям, проектировщик прежде всего ставит перед собой задачу недопущения наступления никаких предельных состояний на протяжении всего срока эксплуатации строительной конструкции, а так же при ее изготовлении, транспортировке и монтаже.

Решение данной задачи достигается путем сравнения найденных величин прочностных и деформационных характеристик конструкции с предельно допустимыми значениями указанными в нормах на проектирование. Разумеется, найденные значения не должны превышать значения фигурирующие в нормах на проектирование.

Таким образом, предельное состояние никогда не будет достигнуто. Это и есть общая суть расчета.

Стоит отметить еще одну важную особенность данной методики. Заместо единого коэффициента запаса, который применялся ранее, была введена целая система коэффициентов, разделенных по групам предельных состояний и учитывающих обширное разнообразие факторов, влияющих на работу строительной конструкции.

А для того, чтобы еще более максимально учесть реалии состояния конструкций в процессе эксплуатации, в соответствии с нормами на проектирование, при расчете нужно учитывать сочетания действия разнообразных нагрузок… Но, с вашего позволения, уважаемые читатели, мы не будем подробно останавливаться на этих тонкостях и вернемся к группам предельных состояний, а вопросы, касающиеся коэффициентов и сочетаний нагрузок постараемся рассмотреть в следующих статьях.

Итак, из всего вышесказанного делаем вывод, что предельные состояния делятся на 2 фундаментальные группы:

  • 1-ая группа предельных состояний (по потере несущей способности);
  • 2-ая группа предельных состояний (по непригодности к нормальной эксплуатации);

Давайте же попробуем разобраться в группах предельных состояний немного подробнее.

Расчет по предельным условиям

Рис.1. Разделение предельных состояний строительных конструкций, оснований, зданий и сооружений на группы.

Как было сказано ранее 1-ая группа предельных состояний, характеризуется потерей несущей способности. Т.е.

в эту группу включены все предельные состояния, при наступлении которых, строительная конструкция теряет устойчивость, крайне близка к разрушению, или разрушена.

Последствия наступления предельных состояний 1-ой группы, как правило, очень часто приводят к трагическим последствиям.

Статистика утверждает, что ошибки проектирования, которые привели к обрушению конструкций зданий и сооружений составляют лишь 9…10% от общего числа совокупности остальных причин.

Единственной высшей целью расчета по 1-ой группе предельных состояний является полное исключение возникновения любого предельного состояния, которое относится к 1-ой группе. Таким образом, правильный расчет по 1-ой группе предельных состояний обеспечивает надежную несущую способность той или иной конструкции.

  • В общем случае, несущая способность является обеспеченной, если выполняется условие:
  • N ≤ Ф
  • Где:
  • Nмаксимально возможная нагрузка. Данная величина так же носит названия: “расчетная нагрузка” или “расчетное усилие”. Это всевозможные продольные и поперечные силы, изгибающие моменты, для некоторых случаев различные напряжения и т.д. Данная величина зависит от многих условий и факторов таких как: расчетная схема, типы креплений и соединений, место расположения проектируемой конструкции и т.д. Определяется расчетным путем по законам и правилам строительной механики;
  • Фминимальная несущая способность. Это величина, которая на 99.9% зависит от материала конструкции и геометрических характеристик сечения таких как: площадь сечения, момент инерции, осевой момент сопротивления и т.д.;

К предельным состояниям 2-ой группы относятся все возможные недопустимые прогибы, деформации, осадки, трещины и т.д., с появлением и развитием которых, эксплуатация строительных конструкций, зданий и сооружений становится затруднительной или невозможной.

Иначе говоря несущая способность у конструкции еще есть и может быть довольно приличная, она не разрушилась и не потеряла устойчивость, но дальнейшая её эксплуатация попадает под сомнение.

Например конструкции стропил прогнулись настолько, что это привело к повреждению кровельного покрытия и нарушению гидроизоляционного слоя.

Еще один например, прогибы монолитного перекрытия оказались настолько большими, что перекрытие оказывает давление на ненесущие стены и имеется риск их разрушения. Примеры можно приводить до бесконечности, но давайте попробуем рассмотреть основы расчета по предельным состояниям 2-ой группы.

  1. Целью расчета по 2-ой группе предельных состояний по аналогии с расчетом по 1-ой группе предельных состояний, является полное исключение возникновения любого предельного состояния, которое относится к 2-ой группе.
  2. Опять же, в общем случае, предельные состояния относящиеся ко 2-ой группе не наступят, если выполняется условие:
  3. f ≤ fu
  4. Где:
  • fФактическая деформация строительной конструкции. Данная величина зависит главным образом от действующей нагрузки на конструкцию, расчетной схемы, вида материала, геометрических характеристик сечения и т.д. Определение искомой величины деформации так же проводят путем расчета, опираясь на фундаментальные законы и правила строительной механики.;
  • fuМаксимально возможная или предельная деформация строительной конструкции.
Читайте также:  Бетонный пол в бане

Источник: https://pgsnik.ru/pgs-blog/gruppy-predelnyh-sostoyanij/

Расчет железобетонных элементов по предельным состояниям первой группы

12 мая 2016 г.

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует про­изводить по методу предельных состояний, включающему: 

  • предельные состояния первой группы, приводящие к полной непригодности эксплуатации конструкций; 
  • предельные состояния второй группы, затрудняющие нормаль­ную эксплуатацию конструкций или уменьшающие долговеч­ность зданий и сооружений по сравнению с предусматривае­мым сроком службы. 

Расчеты должны обеспечивать надежность зданий или соору­жений в течение всего срока их службы, а также при производстве работ в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним.

Расчеты по предельным состояниям первой группы включают:

  • расчет по прочности;
  • расчет по устойчивости формы (для тонкостенных конструкций); 
  • расчет по устойчивости положения (опрокидывание, скольже­ние, всплывание). 
  • Расчеты по прочности бетонных и железобетонных конструкций следует производить из условия, по которому усилия, напряжения и деформации в конструкциях от различных воздействий с учетом на­чального напряженного состояния (преднапряжение, температурные и другие воздействия) не должны превышать соответствующих значений, установленных нормами. 
  • Расчеты по устойчивости формы конструкции, а также по устой­чивости положения (с учетом совместной работы конструкции и основания, их деформационных свойств, сопротивления сдвигу по контакту с основанием и других особенностей) следует произво­дить согласно указаниям нормативных документов на отдельные виды конструкций. 
  • В необходимых случаях в зависимости от вида и назначения конструкции должны быть произведены расчеты по предельным состояниям, связанным с явлениями, при которых возникает необ­ходимость прекращения эксплуатации (чрезмерные деформации, сдвиги в соединениях и другие явления). 

Расчет железобетонных элементов по первой группе предель­ных состояний является основным и используется при подборе раз­меров поперечных сечений элементов и арматуры. Расчет по проч­ности проводится для сечений, нормальных к продольной оси эле­мента, а также для наклонных к этой оси сечений наиболее опасного направления. 

Условие прочности в общем виде получается из условия равно­весия внутренних и внешних сил в сечениях элементов. Неравен­ство имеет следующий вид: 

Расчет по предельным условиям

где Fin — внешнее усилие от нормативных нагрузок (продольная сила Nin, изгибающий момент Min, поперечная сила Qin; ψi — коэф­фициент сочетания нагрузок (усилий); γfi— коэффициент надеж­ности по нагрузке; Ф — функция суммы геометрических характе­ристик сечения S и нормативных сопротивлений материалов и Rbnи Rsn; γb, γs — соответственно коэффициенты надежности по бетону и арматуре; γbi, γsi — коэффициенты условий работы бетона и армату­ры; γn — коэффициент надежности по назначению; γm — коэффи­циент надежности по материалу; γс — коэффициент условий рабо­ты гидротехнического сооружения.

Физический смысл уравнения выше заключается в том, что мак­симально возможное усилие (изгибающий момент, поперечная или продольная сила) в сечении элемента должно быть меньше или в крайнем случае равно минимально возможной несущей способно­сти сечения. 

Нагрузки, действующие на сооружение, в зависимости от про­должительности действия, подразделяются на постоянные (вес ча­стей сооружения, ограждающих конструкций, давление грунта и др.) и временные. 

Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратков­ременные и особые нагрузки. 

К длительным нагрузкам на гидротехнических объектах от­носятся: 

  • вес стационарного оборудования (емкости, трубопроводы с арматурой и опорными частями, постоянных подъемных ма­шин с их тросами и направляющими, вес жидкости на гидротехническом сооружении);  
  • нагрузки от людей и оборудования на перекрытия зданий;  
  • температурные климатические воздействия;
  • снеговые нагрузки и др.

Кратковременными считаются: 

  • нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановоч­ном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене (механизмы для маневрирования зат­ворами гидротехнических сооружений, лебедки, подвесные краны и т. д.); 
  • вес людей, ремонтных материалов и инструментов в зонах об­служивания и ремонта оборудования;
  • вес людей, животных, транспорта и прочего на проезжих мо­стах и т. д.;
  • снеговые нагрузки с полным расчетным значением;
  • ветровые, гололедные нагрузки и т. д.

К особым нагрузкам можно отнести:

  • сейсмические, взрывные воздействия;
  • деформации основания под сооружением, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых; 
  • динамические воздействия от падающей струи водного по­тока. 

Сочетания нагрузок, действующих на гидротехнические соору­жения, в зависимости от учитываемого состава нагрузок подразде­ляют на основные и особые нагрузки.

  • основные сочетания состоят из постоянных, длительных и крат­ковременных нагрузок;
  • в особые сочетания входят постоянные, длительные, кратков­ременные и одна из особых нагрузок.
  1. Временные нагрузки с двумя нормативными значениями вклю­чаются в сочетания как длительные — при учете пониженного нор­мативного значения и как кратковременные — при учете полного нормативного значения.
  2. В особых сочетаниях нагрузок, включающих взрывные воздей­ствия или нагрузки, вызываемые столкновением транспортных средств с элементами сооружений, допускается не учитывать крат­ковременные нагрузки, указанные выше. 
  3. При учете в расчетах сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок или соответствующих им усилий умножаются на коэффи­циенты сочетаний, имеющие следующие значения: 
  • в основных сочетаниях для длительных нагрузок ψ1 = 0,95; для кратковременных ψ2 = 0,9;
  • в особых сочетаниях для длительных нагрузок ψ1 = 0,95; для кратковременных ψ2 = 0,8;
  • При учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения в основных сочетаниях следует умножать на коэффициент сочетания ψ2, принимаемый для первой по степени влияния кратков­ременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,8, для остальных — 0,6.
  • Кэффициент надежности по нагрузке γfi для веса строительных конструкций, оборудования и фунтов следует принимать по таблице ниже.
  • При расчете железобетонных конструкций по первой группе предельных расчетные сопротивления бетона Rb и Rbt умножают на коэффициенты условий работы γbt:
  • γb1 = 0,5÷1,0 — учитывает многократно повторяющуюся на­грузку;
  • γb2 = 0,9÷1,1 — учитывает длительность действия нагрузки на гидротехнические сооружения и условия нарастания прочнос­ти бетона во времени;
  • γb3 = 0,85 — учитывает снижение прочности верхних слоев бе­тона при укладке его за один прием на высоту более 1,5 м.

Значения коэффициента надежности по нагрузке γf

Конструкции сооружений, вид оборудования и грунтов Коэффициент надежности по нагрузке γf
Конструкции:
металлические 1,05
бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м3), железобетонные, каменные, армокаменные, дере­вянные
1,1
бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м3 и ме­нее), изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.п.), выполняемые:
в заводских условиях 1,2
на строительной площадке 1,3
Оборудование:
стационарное 1,05
изоляция стационарного оборудования 1,2
заполнители оборудования (в том числе резервуа­ров и трубопроводов):
жидкостей  1,0
суспензий, шламов, сыпучих тел 1,1
погрузчики и электрокары (с грузом) 1,2
Грунты:
в природном залегании 1,1
насыпные 1,15

Примечания.

  1. При проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидывания, а также в других случаях, когда уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшить условия работы конструкций, следует произвести расчет, принимая для веса конструкции или ее части коэффициент надежности по нагрузке γf = 0,9.
  2. При определении нагрузок от грунта следует учитывать нагрузки от складируемых материалов; оборудования и транспортных средств, передаваемые на грунт.
  3. Для металлических конструкций, в которых усилия от собственного веса превышают 50% общих усилий, следует принимать γf = 1,1.

При расчете монолитных колонн с наибольшим размером по­перечного сечения менее 30 см вводят коэффициент γb5 = 0,85.

Расчетные сопротивления арматуры растяжению Rs для первой группы предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по арматуре γs, при­нимаемые в зависимости от класса арматуры.

При расчетах по предельным состояниям первой группы рас­четные сопротивления умножаются на коэффициенты условий ра­боты γsi:

  • γs3 = 0,3-1,0 — учитывает многократное действие нагрузки;
  • γs4 = 0,2-1,0— учитывает наличие сварных соединений при многократном повторении нагрузки.

Коэффициент надежности по назначению γn (по ответственно­сти гидротехнического сооружения) по предельным состояниям первой группы, в зависимости от класса сооружения, принимает следующие значения:

  1. I класс — γn = 1,25.
  2. II класс — γn = 1,20.
  3. III класс — γn = 1,15;
  4. IV класс — γn = 1,10.

Коэффициенты надежности по материалу γn и условиям рабо­ты γс применяются в качестве сомножителей с расчетным сопро­тивлением. При этом, в зависимости от вида материала, его физи­ко-механических свойств коэффициент γm, согласно нормативным документам, принимает значения от 1,05 до 1,15.

Коэффициент γс, учитывающий особенности действительной работы конструкций при эксплуатации, принимает значения от 0,7 до 1,4.

Источник: http://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/proektirovanie-zdaniy-i-sooruzheniy/raschet-zhelezobetonnykh-elementov-po-predelnym-so/

Часть 1 Раздел 1-3. Материалы. Расчет по предельному состоянию I группы – скачать бесплатно

Часть 1 Раздел 1-3. Материалы. Расчет по предельному состоянию I группы

Центральный

  • научно -исследовательский
  • и проектно -экспериментальный
  • институт промышленных зданий
  • и сооружений (ЦНИИпромзданий )
  • Госстроя СССР
  1. Ордена Трудового
  2. Красного Знамени
  3. научно -исследовательский
  4. Институт бетона
  5. и железобетона (НИИЖБ )
  6. Госстроя СССР
  • ПОСОБИЕ по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций
  • из тяжелых и легких бетонов

(к СНиП 2 .03 .01 -84 )

  1. ЧАСТЬ I
  2. Утверждено приказом ЦНИИпромзданий Госстроя СССР от 30 ноября 1984 г . 106а
  3. Москва
  4. Центральный институт типового проектирования
  5. 1988
  6. Рекомендовано к изданию решением секции несущих конструкций научно -технического совета ЦНИИпромзданий Госстроя СССР .

Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84 ). Ч . 1 / ЦНИИпромзданий Госстроя СССР , НИИЖБ Госстроя СССР . – М .: ЦИТП Госстроя СССР , 1988 .

Пособие состоит из двух частей , издаваемых отдельными книгами .

Часть I . Разд . 1 . Общие указания .

Разд . 2 . Материалы для железобетонных конструкций .

Разд . 3 . Расчет элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы .

Часть II . Разд . 4 . Расчет элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы .

Разд . 5 . Конструктивные требования .

Содержит требования СНиП 2.03.01-84, относящиеся к проектированию указанных конструкций , положения , детализирующие эти требования , приближенные способы расчета , дополнительные указания , необходимые для проектирования , а также примеры расчета .

При пользовании Пособием следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов , публикуемые в журнале «Бюллетень строительной техники », «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам » Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР » Госстандарта .

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Пособие (ч. I и II) содержит положения по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий и сооружений, выполняемых из тяжелых и легких бетонов.

В Пособии приведены требования СНиП 2.03.01-84, относящиеся к проектированию указанных конструкций , положения , детализирующие эти требования , приближенные способы расчета , а также дополнительные указания , необходимые для проектирования . Соответствующие номера пунктов и таблиц СНиП 2.03.01-84 указаны в скобках .

Каждый раздел Пособия сопровождается примерами расчета элементов наиболее типичных случаев , встречающихся в практике проектирования . Кроме того , в прил . 1 приведен комплексный пример расчета предварительно напряженной конструкции .

Пособие может быть использовано при проектировании как предварительно напряженных конструкций , так и конструкций без предварительного напряжения .

Однако ряд положений по расчету и конструированию , касающихся элементов или их частей , как правило выполняемых без предварительного напряжения , в Пособии не приведен (расчет и конструирование коротких консолей , подрезок , закладных деталей , воспринимающих внешнюю нагрузку , расчеты на продавливание и отрыв и т .п .).

Эти материалы приведены в «Пособии по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов , выполняемых без предварительного напряжения арматуры » (М ., ЦИТП Госстроя СССР , 1986 ).

В Пособии не приведены особенности проектирования статически неопределимых и сборно -монолитных конструкций , а также некоторых специальных сооружений (труб , силосов и др .), и в частности не рассмотрены вопросы , связанные с определением усилий в этих конструкциях . Эти вопросы освещаются в специальных пособиях и рекомендациях .

Все единицы физических величин в Пособии соответствуют «Перечню единиц физических величин , подлежащих применению в строительстве ».

При этом силы выражаются в ньютонах (Н ) или в килоньютонах (кН ); моменты сил – в кН ·м или Н ·мм ; линейные размеры – в мм (в основном для сечений элементов ) или в м (для длин элементов или их участков ); напряжения , сопротивления , модули упругости – в мегапаскалях (МПа ); распределенные нагрузки и усилия – в кН /м или Н /мм .

Поскольку МПа = Н /мм2 , при использовании в примерах расчета формул , включающих в себя величины в МПа (напряжения , сопротивления и т .п .), остальные величины приводятся только в Н и мм (мм2 ).

В таблицах нормативные и расчетные сопротивления и модули упругости материалов приведены в МПа и в кгс /см2 .

В Пособии использованы буквенные обозначения и индексы к ним в соответствии с СТ СЭВ 1565-79 (см . прил . 3 ).

Разработано ЦНИИпромзданий Госстроя СССР (Б .Ф . Васильев , И .К . Никитин , А .Г . Королькова , канд . техн . наук Л .Л . Лемыш ) и НИИЖБ Госстроя СССР (доктора техн . наук А .А . Гвоздев , Ю .П . Гуща , А .С . Залесов , Г .И . Бердичевский , проф . Ю .В . Чиненков , кандидаты техн . наук Р .Л . Серых , Е .

А . Чистяков , Л .К . Руллэ , А .В . Яшин , Т .И . Мамедов , С .А . Мадатян , Н .А . Маркаров , Н .М . Мулин , Н .А . Корнев , Т .А . Кузьмич ) с участием НИЛ ФХММ и ТП Главмоспромстройматериалов (д -р техн . наук С .Ю . Цейтлин , Е .З . Ерманок ), КТБ Мосоргстройматериалов (канд . техн . наук В .С . Щукин ).

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1 .1 . Настоящее Пособие распространяется на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых , мелкозернистых и легких бетонов , предназначенных для работы в условиях неагрессивной среды при систематическом воздействии температур не выше 50 °С и не ниже минус 70 °С .

Примечание : 1 . Настоящее Пособие не распространяется на проектирование железобетонных конструкций гидротехнических сооружений , мостов , транспортных тоннелей , труб под насыпями , покрытий автомобильных дорог и аэродромов , а также самонапряженных конструкций .

2 . Определение терминов «бетоны тяжелые », «бетоны мелкозернистые » и «бетоны легкие » см . ГОСТ 25192-82. В настоящем Пособии термин «легкие бетоны » включает в себя только бетоны плотной структуры .

1 .2 . Предварительное напряжение железобетонных конструкций применяется в целях :

  • снижения расхода стали путем использования арматуры высокой прочности ;
  • увеличения сопротивления конструкций образованию трещин в бетоне и ограничения их раскрытия ;
  • повышения жесткости и уменьшения деформаций конструкций ;
  • обжатия стыков элементов сборных конструкций ;
  • повышения выносливости конструкций , работающих под воздействием многократно повторяющейся нагрузки ;
  • уменьшения расхода бетона и снижения веса конструкций за счет применения бетона высоких классов .

1 .3 . Предварительное напряжение создается двумя основными способами :

  1. натяжением арматуры на упоры формы или стенда ;
  2. натяжением арматуры на затвердевший бетон .
  3. Натяжение арматуры на упоры производится механическим , электротермическим или электротермомеханическим способом , а натяжение арматуры на бетон , – как правило , механическим способом .

При натяжении на упоры применяются стержневая арматура , высокопрочная проволока в виде пакетов и арматурные канаты . При натяжении на бетон применяются высокопрочная проволока в виде пучков и арматурные канаты . Кроме того , проволока и арматурные канаты небольших диаметров могут натягиваться на упоры форм или бетон путем непрерывной намотки .

1 .4 (1 .4 ). Элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специализированных предприятиях .

Целесообразно укрупнять элементы сборных конструкций , насколько это позволяют грузоподъемность монтажных механизмов , условия изготовления и транспортирования .

1 .5 (1 .8 ).

Источник: http://www.gosthelp.ru/text/CHast1Razdel13MaterialyRa.html

Основные положения расчета оснований по предельным состояниям

В основе современного подхода к проектированию всех строительных конструкций лежит принцип расчетов по предельным состояниям. Согласно этому принципу, действующие на конструкцию усилия или возникающие в ней напряжения, перемещения и деформации не должны превышать соответ-ствующих предельных величин.

Этим достигается возможность нахождения оптимального, наиболее экономичного решения и обеспечение безаварийной работы конструкции.

Надежность расчетов конструкций по предельным состояниям достигается введением специальных расчетных коэффициентов, отражающих точность определения характеристик, свойств материалов, конструкций и их возможные изменения, изменчивость действующих нагрузок. Расчеты по предельным состояниям подразделяются на две группы.

Первая группа — расчеты по несущей способности, призванные не допустить потери устойчивости формы или положе-ния конструкции; хрупкое, вязкое или иного характера ее разруше-ние; возникновение резонансных колебаний при динамических воздействиях.

Вторая группа — расчеты по деформациям, обеспечивающие установление таких величин перемещений или деформаций конструкций (осадок, прогибов, углов поворота), амплитуд их колебаний, при которых еще не возникнут затруднения в нормальной эксплуатации сооружений и не произойдет снижение их долговечности.

Отсюда целью расчетов оснований по предельным состояниям является выбор такого технического решения фундаментов, которое обеспечит невозможность достижения сооружением предельного состояния. Невыполнение условий расчетов по первой группе, т. е.

потеря основанием несущей способности, приведет сооружение в предельное состояние вплоть до разрушения и сделает его полностью непригодным к эксплуатации. Невыполнение условий расчетов по второй группе в зависимости от превышения величин возникших перемещений фундаментов и деформаций может сделать его полностью непригодным к эксплуатации.

При сложных инженерно-геологических условиях в основании сооружения может оказаться, что относительная неравномерность осадок соседних фундаментов превысит ее предельную величину при еще меньших давлениях под подошвой этих фундаментов. В этом случае нормальная эксплуатация сооружения будет определяться более жесткими условиями расчетов по второй группе предельных состояний.

При этом условия расчетов по первой группе окажутся автоматически выполненными.С другой стороны, представим себе то же сооружение, расположенное на откосе или вблизи его бровки. Пусть фундаменты сооружения запроектированы исходя из условий расчетов по второй группе предельных состояний и в этом смысле полностью обеспечена его нормальная эксплуатация.

Однако если дополнительная нагрузка на основание от построенного сооружения приведет к потере устойчивости откоса, то и само сооружение окажется непригодным к эксплуатации. Здесь уже будет недостаточным расчет основа-ния сооружения по второй группе предельных состояний и потребуется оценка устойчивости откоса вместе с сооружением с помощью расчетов по первой группе предельных состояний. Учитывая разнообразные особенности взаимодействия сооружений и оснований СНиП предусматривает необходи-мость расчетов оснований по деформациям во всех случаях и по несущей способности в тех случаях, если: а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стенки); б)сооружение расположено на откосе или вблизи откоса; в) основание сложено скальными грунтами.

К первой группе предельных состояний относятся состояния, приводящие сооружение и основание к полной непригодности к эксплуатации (потеря устойчивости формы и положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; резонансные колебания; чрезмерные пластические деформации или деформации неустановившейся ползучести и т.п.).

Ко второй группе предельных состояний относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых перемещений (осадок, подъемов, прогибов, кренов, углов поворота, колебаний, трещин и т.п.).

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций  и т.п.), в том числе сейсмические;

  • б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;
  • в) основание сложено дисперсными грунтами
  • г) основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности в случаях, перечисленных в подпунктах «а» и «б», допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.

Если проектом предусматривается возможность возведения сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, следует производить проверку несущей способности основания, учитывая нагрузки, действующие в процессе строительства.

Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения с

основанием. Для совместного расчета сооружения и основания могут быть использованы аналитические, численные и другие методы.

Источник: https://students-library.com/library/read/88735-osnovnye-polozenia-rasceta-osnovanij-po-predelnym-sostoaniam

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector