Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования Свердловской области

НИЖНЕТАГИЛЬСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ

Отделение: заочное

Специальность: 270802 "Строительство и эксплуатация зданий и сооружений"

Контрольная работа

По дисциплине "Расчет и подбор строительных конструкций"

Выполнил: Татаринов Г.А.

Проверил: Меньшенина Р.С.

2012

Основы проектирования и расчета строительных конструкций.

План.

1. Требования к строительным конструкциям и общие принципы их проектирования.

2. Основы расчета конструкций и оснований по предельным состояниям.

2.1. Понятие о расчете по первой группе предельных состояний

2.2. Понятие о расчете по второй группе предельных состояний

3. Нормативные и расчетные значения сопротивлений материалов и нагрузок.

4. Нагрузки и воздействия.

1. Требования к строительным конструкциям и общие принципы их проектирова-

ния.

Требования к строительным конструкциям:

1) Прочность

2) Устойчивость

3) Жесткость

4) Долговечность

5) Необходимая степень теплоизоляции наружных ограждений

6) Морозостойкость

7) Экономичность изготовления и эксплуатации

8) Индустриальность изготовления и монтажа

Прочность можно определить как неразрушаемость конструкции все время эксплуатации.

Под устойчивостью понимают сохранение формы конструкции.

Жесткость – это сопротивление конструкции деформациям.

Цель расчета строительных конструкций :

1) проверка прочности, устойчивости и жесткости конструкций при известных размерах;

2) уточнение размеров и обеспечение надежности конструкций при минимальном расхо-

де материалов.

Порядок расчета строительных конструкций

1) Составление расчетной схемы

2) Определение внутренних усилий методами сопротивления материалов

3) Подбор размеров сечений или проверка несущей способности заданных сечений

4) Конструирование закреплений.

2. Основы расчета конструкций и оснований по предельным состояниям

Строительные конструкции рассчитывают для того, чтобы обеспечить безопасность, на-

дежность и долговечность их эксплуатации под нагрузкой при наиболее экономичных разме-

рах сечения.

Существующие строительные нормы предписывают вести расчет строительных конструк-

ций на силовые воздействия по методу предельных состояний.

Предельное состояние – это такое состояние строительной конструкции, по достижении

которого она перестаёт удовлетворять предъявленным к ней эксплутационным требованиям,

а так же требованиям, заданным при возведении.

Цель расчета строительной конструкции – не допустить наступления предельного состоя-

ния в процессе её возведения и эксплуатации.

В соответствии с нормами при расчете учитывают две группы предельных состояний. Первая группа – по потере несущей способности (потере прочности или устойчивости),

т.е. непригодности к эксплуатации.

Вторая группа – по непригодности к нормальной эксплуатации. К этой группе относятся

состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкции, или снижающие её долго-

вечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов пово-

рота), колебаний и трещин.

2.1. Понятие о расчете по первой группе предельных состояний

Расчет по предельным состояниям первой группы называют расчетом по несущей способ-

ности (по прочности и устойчивости). Цель такого расчета состоит в том, чтобы предотвра-

тить наступление любого из предельных состояний первой группы, т.е. обеспечить несущую

способность как отдельной конструкции, так и всего здания в целом.

Несущая способность конструкции считается обеспеченной, если выполняется неравенст-

во типа

N  ФR, A,

где N - расчетное внутреннее усилие от внешних расчетных нагрузок. Расчетное усилие зави-

сит от вида нагружения (для сжатых и растянутых элементов – это продольная сила, для из-

гибаемых – изгибающий момент ит.д.). Расчетные усилия определяются по правилам строи-

тельной механики в зависимости от конструктивной схемы, способов соединений конструк-

ций и т.д.;

Ф - наименьшая возможная несущая способность сечения элемента конструкции, подвер-

гающегося сжатию, растяжению, изгибу и т .д. она зависит от прочностных свойств материа-

ла конструкции (R – расчетное сопротивление материала) и геометрических характеристик

сечения (А – площадь поперечного сечения при растяжении или сжатии, момент сопротивле-

ния сечения при изгибе и т.д.).

2.2. Понятие о расчете по второй группе предельных состояний

Цель этого расчета – не допустить ни одного из предельных состояний второй группы.

Считается, что предельное состояние второй группы не наступит, если будет удовлетворено

условие

f  f ,

где f - определенная из расчета деформация (перемещение, угол поворота, ширина раскры-

тия трещины и т.д.) от внешних нормативных нагрузок.

f  - нормативная (предельная допустимая) деформация конструкции (перемещение, угол

поворота, ширина раскрытия трещины и т.д.), которая определяется в соответствии с требо-

ваниями СНиП.

3. Нормативные и расчетные значения сопротивлений материалов и нагрузок.

При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп в качестве главного проч-

ностного показателя материала устанавливается его сопротивление, которое может прини-

мать нормативное и расчетное значения:

Rn — нормативное сопротивление материала, представляет собой основной параметр со-

противления материалов внешним воздействиям и устанавливается соответствующими гла-

вами строительных норм. Физический смысл нормативного сопротивления Rn — это кон-

трольная или браковочная характеристика сопротивления материала с обеспеченностью не

менее 0,95%;

R —расчетное сопротивление материала, определяется по формуле

m

Rn R



 ,

1. Типы подпорных стен и их назначение

По конструктивному решению подпорные стены подразделяются на массивные и тонкостенные.

В массивных подпорных стенах их устойчивость на сдвиг и опрокидывание при воздействии горизонтального давления грунта обеспечивается в основном собственным весом стены.

В тонкостенных подпорных стенах их устойчивость обеспечивается собственным весом стены и весом грунта, вовлекаемого конструкцией стены в работу.

Как правило, массивные подпорные стены более материалоемкие и более трудоемкие при возведении, чем тонкостенные, и могут применяться при соответствующем, технико-экономическом обосновании (например, при возведении их из местных материалов, отсутствии сборного железобетона и т.д.).

Массивные подпорные стены отличаются друг от друга формой поперечного профиля и материалом (бетон, бутобетон и т.д.) (рис.1).

Рис.1. Массивные подпорные стены а - в - монолитные; г - е - блочные

Рис.2. Тонкостенные подпорные стены

а - уголковые консольные; б - уголковые анкерные; в - контрфорсные

Рис.3. Сопряжение сборных лицевых и фундаментных плит

а - с помощью щелевого паза; б - с помощью петлевого стыка; 1 - лицевая плита; 2 - фундаментная плита; 3 - цементно-песчаный растворы; 4 - бетон замоноличивания

Рис.4. Конструкция подпорной стены с использованием универсальной стеновой панели

1 - универсальная панель стеновая (УПС); 2 - монолитная часть подошвы

В промышленном и гражданском строительстве, как правило, находят применение тонкостенные подпорные стены уголкового типа, приведенные на рис.2.

Примечание. Другие типы подпорных стен (ячеистые, шпунтовые, из оболочек и пр.) в настоящем Пособии не рассматриваются.

По способу изготовления тонкостенные подпорные стены могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными.

Тонкостенные консольные стены уголкового типа состоят из лицевых и фундаментных плит, жестко сопряженных между собой.

строительная конструкция металлическая стена

В полносборных конструкциях лицевые и фундаментные плиты выполняются из готовых элементов. В сборно-монолитных конструкциях лицевая плита сборная, а фундаментная - монолитная.

В монолитных подпорных стенах жесткость узлового сопряжения лицевых и фундаментных плит обеспечивается соответствующим расположением арматуры, а жесткость соединения в сборных подпорных стенах - устройством щелевого паза (рис.3, а) или петлевого стыка (рис.3,6).

Тонкостенные подпорные стены с анкерными тягами состоят из лицевых и фундаментных плит, соединенных анкерными тягами (связями), которые создают в плитах дополнительные опоры, облегчающие их работу.

Сопряжение лицевых и фундаментных плит может быть шарнирным или жестким.

Контрфорсные подпорные стены состоят из ограждающей лицевой плиты, контрфорса и фундаментной плиты. При этом грунтовая нагрузка от лицевой плиты частично или полностью передается на контрфорс.

При проектировании подпорных стен из унифицированных панелей стеновых (УПС), часть фундаментной плиты выполняется из монолитного бетона с использованием сварного соединения для верхней арматуры и стыковки внахлестку для нижней арматуры (рис.4).

В зависимости от принятого конструктивного решения подпорные стены могут возводиться из железобетона, бетона, бутобетона и каменной кладки.

2. Опишите расчет строительных конструкций по группам предельных состояний

Общая характеристика предельных состояний.

Цель расчета строительных конструкций - обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность при минимальном расходе материалов и минимальной затрате труда на изготовление и монтаж.

Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по предельным состояниям.

Метод расчета по предельным состояниям впервые был разработан в Советском Союзе в 50-е годы. Целью метода является не допускать с определенной обеспеченностью наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего заданного срока службы конструкции здания или сооружения, а также при производстве работ.

Под предельными состояниями подразумевают такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ.

В расчетах конструкций на действие статических и динамических нагрузок и воздействий, которым они могут подвергаться в течение строительства и заданного срока службы, учитываются следующие предельные состояния:

первой группы - по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций;

второй группы - 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; состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений или чрезмерного раскрытия трещин.

Первая группа по характеру предельных состояний разделяется на две подгруппы: по потере несущей способности (первые пять состояний) и по непригодности к эксплуатации (шестое состояние) вследствие развития недопустимых по величине остаточных перемещений (деформаций).

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.).

Предельные состояния первой группы проверяются расчетом на максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при нарушении нормальной эксплуатации, предельные состояния второй группы - на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие нормальной эксплуатации конструкций.

Надежность и гарантия от возникновения предельных состояний конструкции обеспечиваются надлежащим учетом возможных наиболее неблагоприятных характеристик материалов; перегрузок и наиболее невыгодного (но реально возможного) сочетания нагрузок и воздействий; условий и особенностей действительной работы конструкций и оснований; надлежащим выбором расчетных схем и предпосылок расчета, учетом в необходимых случаях пластических и реологических свойств материалов.

Это условие для первой группы предельных состояний по несущей способности может быть записано в общем виде

N≤Ф, (3.2)

где N - усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкции (функция нагрузок и других воздействий); Ф - предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

Предельные состояния первой группы, ведущие к полному прекращению эксплуатации и (или) обрушению конструкций, не должны быть нарушены ни разу за весь срок службы сооружения, т.е. усилие N следует рассматривать как максимальное за весь период эксплуатации, а несущую способность элемента Ф - как минимально возможную.

Для второй группы предельных состояний, связанных, как правило, с перемещениями, также можно записать предельное неравенство:

ƒ ≤ [ƒ], (3.3)

где ƒ - перемещение конструкции (функция нагрузок): [ƒ] - предельное перемещение, допустимое по условиям эксплуатации (функция конструкции и ее назначения).

Предельные состояния второй группы, ведущие к нарушению нормальной эксплуатации, можно рассматривать как более мягкие. Поэтому расчет по второй группе предельных состояний следует выполнять на нагрузки, возникающие в процессе нормальной эксплуатации, без учета экстремальных ситуаций, приводящих к превышению этих нагрузок.

В общем случае работа конструкций и переход их в предельное состояние зависят от нагрузок, свойств материала и условий работы. Рассмотрим раздельно учет этих факторов при расчете конструкции по предельным состояниям.