- •Строительные конструкции.
- •Нагрузки и воздействия.
- •Предельные сопротивления материалов конструкций. Коэффициенты надежности.
- •Основы расчета прочности изгибаемых элементов.
- •Нормальные напряжения при изгибе
- •Касательные напряжения при изгибе
- •Главные напряжения при изгибе.
- •Подбор сечений и проверка прочности при изгибе Расчет по допускаемым напряжениям
- •Основы расчета сжимаемых элементов.
- •Трещиностойкость и деформативность железобетонных элементов.
- •Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента.
- •Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси элемента.
- •Расчет по раскрытию и закрытию трещин нормальных к продольной оси элемента
- •Предельные состояния и особенности расчета каменных и армокаменных конструкций.
- •Расчет элементов, работающих на центральное и местное сжатие
- •Внецентренно сжатые элементы
- •Основы расчета и подбора стержней стальной стропильной фермы.
- •Особенности проектирования деревянных конструкций.
Нагрузки и воздействия.
Под предельным понимают такое состояние конструкции, после достижения которого дальнейшая эксплуатация становится невозможной вследствие потери несущей способности (предельные состояния первой группы) и местных повреждений (предельные состояния второй группы) - непригодность к нормальной эксплуатации. Расчеты должны гарантировать с необходимой надежностью от наступления предельных состояний конструкций в соответствии с предъявляемым к ним требованиям. По предельным состояниям первой группы конструкции рассчитывают - по прочности, выносливости (при действии многократно повторяющейся нагрузки),устойчивости формы, устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплывание и т.д.).
Нагрузки и воздействия на здания и сооружения можно разделить на две основные группы в зависимости от их происхождения: природные и искусственные. По продолжительности действия нагрузки и воздействия подразделяют на постоянные и временные. Временные нагрузки делят на длительные, кратковременные и особые. Постоянные нагрузки могут быть природными — собственный вес несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, масса и давление грунта—или иметь искусственное происхождение — воздействие на конструкции усилий предварительного напряжения. Природные постоянные нагрузки являются в определенном смысле балластом для здания или сооружения, поэтому уменьшить их—важная задача проектировщиков.
К временным длительным нагрузкам относят: вес временных перегородок, стационарного оборудования (станков, аппаратов, двигателей, емкостей, трубопроводов, конвейеров, подъемных машин), а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование в процессе его эксплуатации; нагрузку на перекрытия в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, архивах, библиотеках и подобных зданиях и помещениях; нагрузку на перекрытия в помещениях жилых и общественных зданий, где преобладает вес оборудования (технические этажи, помещения вычислительных центров и т. п.); температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; воздействия неравномерных деформаций основания; воздействия усадки и ползучести; вес снегового покрова с особенностями, отраженными в СНиП 2.01.07—85, и др. К кратковременным нагрузкам относят: вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования; нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (мостовых и подвесных кранов, погрузчиков и т. п.), используемого при возведении и эксплуатации зданий и сооружений; полную снеговую нагрузку; ветровые нагрузки; гололед; полные климатические температурные воздействия и др.
Особыми нагрузками являются: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологических процессов, поломкой или временной неисправностью оборудования; воздействия неравномерных деформаций оснований, сопровождающиеся изменениями структуры грунта (например, деформации просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании), воздействия деформации земной поверхности в районах горных выработок и в карстовых районах.
Существенно влияют на работу конструкций снеговые нагрузки. Величина снегового покрова зависит от района строительства и от характера кровли. В сложных по форме кровлях в пазах скапливаются «снеговые мешки», приводящие к неравномерному нагружению конструкций. Кроме того, долго лежащие «снеговые мешки» уплотняются, что также увеличивает нагрузку от снега. В СССР снеговые нагрузки регламентированы нормами СНиП 2.01.01—85. Вес снегового покрова в малоизученных и горных районах, в местах со сложным рельефом нужно устанавливать на основании данных гидрометеорологической службы. Перечень этих районов приводится в нормах. Иногда источниками аварий зданий служат ветровые нагрузки инженерных сооружений и коммуникаций. Особенность ветровых нагрузок их горизонтальная направленность. Переход к новым более прочным материалам привел к уменьшению массы зданий и сооружений, а это выдвинуло на передний план проблему воспринятия ветровых нагрузок. Особенно опасны ветровые воздействия на высотные здания, башни, мачты. Чем выше они над уровнем земли, тем больше скорости ветра.
Здания и сооружения представляют собой тела сложной геометрической формы и поэтому вызывают ряд аэродинамических эффектов. Так, здание в виде параллелепипеда воздушный поток обтекает с пяти сторон. Около 80 % напора ветра приходится на лобовую, наветренную сторону и 60 % нагрузки испытывает противоположная и подветренная сторона в виде так называемого отсоса. При двускатной кровле наветренный скат испытывает значительный ветровой напор, а подветренный — отсос, возникающий в силу разрежения, поэтому подветренный скат кровли стремится как бы взлететь. У легких конструкций и кровель крыша может оказаться в положении подъемного крыла — благодаря ее форме возникает подъемная сила, иногда превышающая ее вес.
Сейсмические нагрузки вызываются колебаниями земной коры в результате землетрясений. Упругие колебания земной коры, распространяющиеся от источника землетрясения, передаются на фундаменты и несущие конструкции. Сейсмические нагрузки вызывают массу повреждений в конструкциях и их разрушение. В связи с этим в районах, подверженных землетрясениям, необходимо применять специальные меры, повышающие устойчивость фундаментов и каркасов несущих конструкций от сейсмических воздействий. Общее число землетрясений огромно (до 100 тыс. в год), однако разрушительные составляют не более 0,1%. Степень интенсивности землетрясений зависит от величины ускорения колебательного движения, которое называется сейсмическим ускорением и оценивается в баллах от 1 до 12
Существует карта сейсмического районирования территории нашей страны. Например, Ашхабад, Алма-Ата характеризуются сейсмичностью в 9 баллов, а Самарканд и Севастополь—в 7 баллов. Сейсмические силы инерционны. Они обусловлены весом колеблющегося здания и ускорением отдельных его частей. Уменьшением веса здания можно уменьшить сейсмические нагрузки. Поэтому стремятся облегчить массу конструкций в сейсмоактивных районах, применяя более легкие строительные материалы.
Направления действия сейсмических сил произвольны, однако здания и сооружения имеют достаточный резерв устойчивости по отношению к вертикальным нагрузкам, поэтому расчет на сейсмику учитывает лишь горизонтальные нагрузки, возникающие при землетрясении. Строительные конструкции предназначены, как правило, для восприятия вертикальных нагрузок (собственного веса, веса людей, оборудования, снега) и в этом отношении обладают известными резервами, т. е. могут выдерживать определенные толчки. Горизонтальная их устойчивость зачастую недостаточна. Расчетным будет такой момент, когда сейсмические силы достигают своего экстремального значения. Далее полученные силы выступают как статическая нагрузка, при этом динамичность явления учтена при определении самих сейсмических сил. При расчетах исходят из предположения, что массы зданий и сооружений сконцентрированы в определенных точках. При этом конструктивная схема сооружения часто бывает внешне очень не похожа на расчетную, однако динамические характеристики, распределение масс и жесткостей хорошо соотносятся между собой.
Температурные воздействия в некоторых случаях представляют собой весьма значительные нагрузки. Они возникают вследствие ограниченной свободной температурной деформации строительных конструкций—балок, колонн, рам, т. е. взаимосвязанных элементов зданий и сооружений. Из-за существенных колебаний температур конструкции стремятся к удлинению. Невозможность свободного удлинения конструкций приводит к возникновению в них сжимающих напряжений. И, наоборот, при понижении температуры элементы стремятся укоротиться, но так как не имеют такой возможности, в них возникают растягивающие напряжения. В строительной практике наблюдались повреждения строительных конструкций из-за температурных воздействии. В частности, в стальных каркасах обнаруживали разрывы креплений в вертикальных связях между колоннами. Следует принимать специальные меры, чтобы температурные воздействия проявляли себя как можно слабее. Проще всего это сделать, обеспечив конструкциям возможность свободно удлиняться и укорачиваться.
Мостовые балки, например, устанавливают на специальные опоры — катки, которые обеспечивают их подвижность. Здания «рассекаются» деформационными швами, ширина которых (обычно около 2 см), как правило, достаточна для температурного расширения отдельных блоков. Опасно и неравномерное температурное воздействие. Так, при проектировании мостов иногда учитывается дополнительная нагрузка, обусловленная разностью температур между нижней (теневой) и верхней (нагреваемой солнцем) поверхностями пролетного строения.
№ 3