Основи розрахунку будівельних конструкцій за граничними станами

Загальні відомості про основні навантаження і впливи на будівлю.

Л Е К Ц І Я №9.

Тема: ″Основні положення розрахунку

будівельних конструкцій.″

План уроку:

1. Загальні відомості про основні навантаження і впливи на будівлю.

У процесі будівництва та під час експлуатації будівель та інженерних споруд на них діють різноманітні навантаження і впливи, опір яким чинять матеріали конструкцій. Загальне навантаження складається з дії зовнішніх впливів і ваги конструкцій будівлі чи споруди та їхнього інженерного обладнання. У будівельних конструкціях під впливом навантажень виникають внутрішні напруги. Поведінка конструктивних елементів будівель у напруженому стані вивчається ди­сципліною «Будівельна механіка».

Навантаження та впливи на будівлю
1 - вага конструкцій та обладнання; 2 - тиск ґрунту; 3 - снігові та ожеледні навантаження; 4 - вітрові навантаження; 5 - температурні впливи;	6 - сонячна радіація; 7 - впливи дефор­мацій ґрунтових основ; 8 - особливі навантаження (сейсмічні, вибухові тощо); 9 - впливи ґрунтової вологи; 10- впливи шуму

Основою для визначення навантажень і впливів на будівлі та споруди є ар­хітектурно-конструктивний проект, у якому розробляються об'ємно-планувальні та конструктивні рішення, а також визначаються будівельні матеріали і розміри конструктивних елементів.

Під час експлуатації будівель, зусилля, що діють в її елементах, постійно змі­нюються внаслідок змін навантажень. Для забезпечення надійної роботи будівель необхідно виконувати розрахунок основних конструктивних елементів на такі спо­лучення навантажень, які викликають найбільші зусилля у цих елементах за весь період експлуатації. Задача визначення внутрішніх зусиль у конструкціях від зада­них навантажень вирішується за правилами будівельної механіки. Складність роз­рахунків конструкцій полягає в тому, що величину їх майбутніх навантажень, не­обхідно визначити із найбільшим ступенем вірогідності на основі розробленого архітектурно-конструктивного проекту.

Навантаження - це силові впливи, які викликають зміну напруженого стану і деформації в конструкціях будівель і споруд та їх ґрунтових основах.

Вплив - це будь-яка причина, в результаті якої в конструкції змінюються внутрішні напруження, деформації або інші параметри стану.

Силовий вплив - це вплив, під яким розуміються як безпосередні впливи від навантажень, так і впливи від зміщення опор, зміни температури, усадки та інших подібних явищ, що викликають реактивні сили.

Навантаження та впливи поділяють на механічні та немеханічної природи.

Механічні навантаження або силові впливи (навантаження), які безпосере­дньо враховують у розрахунках, розглядають як сукупність навантажень силових впливів, прикладених до конструкцій, або як вимушені переміщення та деформації елементів конструкції.

Залежно від причин виникнення навантаження і впливи поділяють на основні та епізодичні.

Основне навантаження - це навантаження, яке з'являється у результаті людської діяльності або впливу природних явищ.

Залежно від змінюваності у часі, навантаження і впливи поділяють на по­стійні та змінні.

Постійне навантаження - це навантаження, що діє практично не змінюю­чись протягом терміну служби будівлі або споруди, і для якого можна нехтувати зміною його значення у часі порівняно з середнім.

Змінне навантаження - це навантаження, для якого не можна нехтувати зміною його значення у часі щодо середнього.

Залежно від тривалості неперервної дії, змінні навантаження і впливи поді­ляють на тривалі, короткочасні та епізодичні.

Тривале навантаження - це змінне навантаження, тривалість дії якого може наближатися до встановленого терміну експлуатації конструкції.

Короткочасне навантаження - це змінне навантаження, яке реалізується багато разів протягом терміну служби споруди і у якого тривалість дії набагато ме­нша від встановленого терміну експлуатації.

Епізодичне навантаження — це навантаження, що реалізується надзвичайно рідко (один або декілька разів протягом терміну служби будівлі або споруди) і три­валість дії якого обмежується в часі коротким терміном. Як правило, епізодичними є сейсмічні та вибухові впливи, аварійні навантаження та впливи, обумовлені де­формаціями Ґрунтових основ (просідаючих, підроблених, карстових).

До постійних навантажень відносяться:

- вага споруд, у тому числі, вага несучих та огороджувальних конс­трукцій;

- вага та тиск ґрунтів (насипів, засипок), гірничий тиск;

- зусилля від попереднього напруження, що зберігається у конструкції чи в основі.

До змінних тривалих навантажень відносяться:

- вага тимчасових перегородок, підливок та підбетонок під обладнання;

- вага стаціонарного обладнання: верстатів, апаратів, моторів, місткостей, трубопроводів, стрічкових конвеєрів, постійних підйомних машин, а також вага рі­дких і твердих речовин, що заповнюють обладнання;

- тиск газів, рідин та сипучих тіл у місткостях і трубопроводах, надлишковий тиск та розріджене повітря, що виникає при вентиляції шахт;

- навантаження на перекриття від складованих матеріалів і стелажного обла­днання у складських приміщеннях, холодильниках, зерносховищах, книгосхови­щах, архівах та подібних приміщеннях;

- температурні технологічні впливи від стаціонарного обладнання;

- вага шару води на водонаповнених плоских покриттях;

- вага відкладень промислового пилу;

- навантаження від людей, худоби та обладнання на перекриття будівель із квазіпостійними розрахунковими значеннями;

- вертикальні навантаження від мостових та підвісних кранів із квазіпостій­ними розрахунковими значеннями;

- снігові навантаження із квазіпостійними розрахунковими значеннями;

- температурні кліматичні виливи із квазіпостійними розрахунковими зна­ченнями;

- виливи, обумовлені деформаціями основи, які не супроводжуються доко­рінною зміною структури ґрунту;

- впливи, обумовлені зміною вологості, компонентів агресивного середови­ща, усадкою і повзучістю матеріалів.

До змінних короткочасних навантажень відносяться:

- навантаження від устаткування, що виникають у пусковому, зупинному, пе­рехідному та випробувальному режимах, а також під час його перестановки чи за­міни з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями;

- вага людей, ремонтних матеріалів у зонах обслуговування та ремонту уста­ткування з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями;

навантаження від людей, худоби, устаткування на перекриття будівель з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями;

- навантаження від рухомого підйомно-транспортного устаткування (наван­тажувачів, електрокарів, кранів - штабелерів, тельферів), а також від мостових і під­вісних кранів з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями;

- снігові навантаження з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями;

- температурні кліматичні впливи з граничними чи експлуатаційними розра­хунковими значеннями;

- вітрові навантаження з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями;

- ожеледні навантаження з граничними чи експлуатаційними розрахунковими значеннями.

Основою для призначення величини навантаження є характеристичні зна­чення навантажень, які надають замовники, технологи, нормативні документи тощо. Для розрахунків конструкцій будівель використовують розрахункові наван­таження, які у залежності від мети розрахунку приймають із відповідними коефі­цієнтами та називають: граничними, експлуатаційними, циклічними або квазіпо­стійними. Величина таких коефіцієнтів часто визначається у залежності від термі­ну експлуатації будівлі або споруди.

Граничне розрахункове значення навантаження - це значення навантажен­ня, що відповідає екстремальній ситуації, яка може виникнути не більш як один раз протягом терміну експлуатації конструкції, та використовується для перевірки гра­ничних станів першої групи, вихід за межі яких еквівалентний повній втраті праце­здатності конструкції (розрахунки на міцність, стійкість тощо).

Експлуатаційне розрахункове значення навантаження - це значення наван­таження, що характеризує умови нормальної експлуатації конструкції. Як правило, експлуатаційне розрахункове значення використовується для перевірки граничних станів другої групи, пов'язаних із труднощами нормальної експлуатації, наприклад, виникнення неприпустимих переміщень конструкції, неприпустима вібрація та не­припустимо велике розкриття тріщин у залізобетонних конструкціях тощо.

Циклічне розрахункове значення навантаження — це значення навантажен­ня, яке використовується для розрахунків конструкцій на витривалість і визнача­ється, як гармонійний процес, еквівалентний за результуючою дією на конструкцію реальному випадковому процесу змінного навантаження.

Квазіпостійне розрахункове значення - це нормативне навантаження з по­ниженим коефіцієнтом, яке використовують для врахування реологічних (деформативних) процесів, що відбуваються під дією змінних навантажень, і визначають як рівень такого постійного впливу, що еквівалентний за результуючою дією фактич­ному випадковому процесу навантаження.

При визначенні граничних, експлуатаційних або квазіпостійних розрахунко­вих значень навантажень на конструкції будівель від вітрового тиску, снігу та оже­ледиці за каргами районування території України (рис. 2.6...2.9) або таблицею до­датку 2.3 знаходяться характеристичні значення для конкретного населеного пункту, та множаться на відповідні граничні, експлуатаційні або квазіпостійні коефіцієнти.

До епізодичних навантажень належать:

- сейсмічні впливи;

- вибухові впливи;

- навантаження, викликані різкими порушеннями технологічного процесу, тимчасовою несправністю чи руйнуванням обладнання;

- впливи, обумовлені деформаціями основи, які супроводжуються докорін­ною зміною структури грунту (при замочуванні просідаючих грунтів) або його осі­данням у районах гірничих виробок і у карстових районах.

У деяких випадках, які встановлюють у залежності від умов зведення та екс­плуатації будівель, враховують інші навантаження, наприклад, спеціальні техно­логічні, впливи зволоження та усадки, впливи агресивного середовища тощо.

До навантажень і впливів немеханічної природи навколишнього середо­вища на будівлі та їх конструктивні елементи, які здатні викликати зміну їх техніч­ного стану, належать:

- зміна температури зовнішнього повітря, що викликає зміни лінійних ро­змірів конструкцій будівлі та призводить до появи силових впливів при жорстких закріпленнях конструкцій;

- атмосферна і ґрунтова волога, а також пароподібна волога, що знаходить­ся у повітрі атмосфери та приміщень і викликає зміни властивостей матеріалів, з яких виготовлені конструкції будівель;

- рух повітря, що викликає вітрові та ожеледно - вітрові навантаження, а та­кож зміну теплового і вологісного режиму при проникненні через шпарини та пори матеріалів конструкцій всередину приміщень;

- променева енергія сонця або сонячна радіація, що викликає зміни фізико-технічних властивостей матеріалів огороджувальних конструкцій (старіння пласт­мас, плавлення бітуму тощо), а також зміни теплового та світлового режимів при­міщень;

- агресивні водорозчинні домішки та кисень у повітряному середовищі й ат­мосферних опадах, що призводять до руйнування матеріалу конструкцій будівель у результаті хімічної корозії;

- біологічні впливи від мікроорганізмів, грибків і комах, які руйнують конс­трукції з органічних матеріалів, переважно деревину;

- звукова енергія від джерел, що знаходяться поза або всередині будівель, та порушує нормальний акустичний режим у приміщеннях;

- блукаючі струми, що руйнують підземні сталеві конструкції будівель й ін­женерні мережі та прискорюють корозію електрозварних з'єднань.

Впливи немеханічної природи або несилові, як правило, враховуються у роз­рахунках опосередковано.

Розрахунок конструкцій будівель та основ фундаментів виконують за грани­чними станами першої та другої груп з урахуванням найбільш несприятливих сполучень навантажень або зусиль, які їм відповідають.

Сполучення навантажень формують, як набір їх розрахункових значень або відповідних їм зусиль і/або переміщень, що використовуються для перевірки конс­трукції або основи у певному граничному стані та в певній розрахунковій ситуації. Припускається, що всі навантаження в обраному сполученні одночасно впливають на об'єкт розрахунку.

До сполучення повинні входити навантаження, які найбільш несприятливо впливають на конструкції або ґрунтові основи з точки зору граничного стану, що розглядається. Впливи, які взаємно виключають один одного, не можуть входити до одного сполучення.

При розрахунках конструкцій будівель можуть бути використані сполучення двох типів - основні та аварійні.

Основні сполучення навантажень - це сполучення навантажень або відпо­відних їм зусиль і/або переміщень для перевірки конструкцій будівель та споруд у стабільних і у перехідних розрахункових ситуаціях.

Аварійні сполучення навантажень - це сполучення навантажень або відпо­відних їм зусиль і/або переміщень для перевірки конструкцій в аварійних розраху­нкових ситуаціях.

Для перевірки граничних станів першої групи використовують основні спо­лучення, які включають постійні навантаження з граничними розрахунковими зна­ченнями, граничні розрахункові, циклічні або квазіпостійні значення змінних нава­нтажень.

Для перевірки граничних станів другої групи використовують основні сполу­чення, які включають постійні навантаження з експлуатаційними розрахунковими значеннями, а також експлуатаційні розрахункові, циклічні або квазіпостійні зна­чення змінних навантажень.

До аварійного сполучення, крім постійних і змінних, навантажень може вхо­дити тільки один епізодичний вплив.

Мала ймовірність одночасної реалізації розрахункових значень декількох на­вантажень розраховується множенням розрахункових значень навантажень, що ввійшли у сполучення, на коефіцієнт сполучення Ψ₁ ≤ 1.

Для основних сполучень, які включають постійні та не менш ніж два змінні навантаження, останні приймаються з коефіцієнтом сполучень: для тривалих нава­нтажень Ψ₁= 0,95, а для короткочасних навантажень Ψ₂ = 0,90.

Для аварійних сполучень, які включають постійні та не менш як два змінні навантаження, останні приймаються з коефіцієнтом сполучень: для тривалих нава­нтажень Ψ₁=0,95, а для короткочасних навантажень Ψ₂ =0,80. Аварійне наван­таження приймається з коефіцієнтом сполучень Ψ₁ = 1,00.

Дата добавления: 2014-01-07