Работа материалов для несущих конструкций под нагрузкой и их расчетные характеристики.

Классификация конструкций

по геометрическому признаку:

• массив — конструкция, в которой все размеры одного порядка;

• брус — элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего;

• плита — элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других;

• стержневые системы представляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балочные или консольные)

с точки зрения статики:

• статически определимые – конструкции, усилия или напряжения в которых могут быть определены только из уравнений равновесия;

• статически неопределимые – конструкции, для которых одних уравнений статики недостаточно;

по используемым материалам: стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);

с точки зрения напряженно-деформированного состояния (т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки): простейшие, простые, сложные.

2. Требования к несущим конструкциям:

Надежность – способность конструкции сохранять свои эксплуатационные качества в течение всего срока службы сооружения, а также в период ее транспортирования с заводов на строительную площадку и в момент монтажа.

Долговечность - предельный срок службы зданий и сооружений, в течение которого они сохраняют требуемые эксплуатационные качества.

Индустриальность –

Унификация - ограничение количества типоразмеров параметров зданий и типовых изделий с учетом их взаимозаменяемости.

Физический смысл предельных состояний конструкций. Примеры предельных состояний первой и второй групп. Суть расчета по предельным состояниям.

Предельными называются такие состояния для здания, сооружения, а также основания или отдельных конструкций, при которых они перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении. Предельные состояния конструкций (зданий) подразделяются на две группы:

1. К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды и др.

2. К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (зданий) или снижающие их долговечность вследствие появлений недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний и трещин;

Суть расчета: метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям имеет своей целью не допустить наступления ни одного из предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции (здании).

4. Структура и содержание основных расчетных формул при расчете по предельным состояниям первой и второй групп.

При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп в качестве главного прочностного показателя материала, как уже отмечалось, устанавливается его сопротивление, которое (наряду с другими характеристиками) может принимать нормативные и расчетные значения:

 

R_n — нормативное сопротивление материала, представляет собой основной параметр сопротивления материалов внешним воздействиям и устанавливается соответствующими главами строительных норм (с учетом условий контроля и статистической изменчивости сопротивлений). Физический смысл нормативного сопротивления R_n — это контрольная или браковочная характеристика сопротивления материала с обеспеченностью не менее 0,95%;

R — расчетное сопротивление материала, определяется по формуле:

γ_m - коэффициент надежности по материалу, учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативных значений, γ_m > 1.

γ_c — коэффициент условий работы, учитывает особенности работы материалов, элементов и соединений конструкций, а также зданий и сооружений в целом, если эти особенности имеют систематический характер, но не отражаются в расчетах прямым путем (учет температуры, влажности, агрессивности среды, приближенности расчетных схем и др.);

N_n – нормативная нагрузка; N – расчетная нагрузка; γ_{f –} коэффициент надежности по нагрузкам, учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений; γ_n - коэффициент надежности по ответственности, учитывает экономические, социальные и экологические последствия, которые могут возникать в результате аварий.

Соответственно, сервисная нагрузка N_sег и сервисное сопротивление R_ser считаются расчетными для расчетов по предельным состояниям второй группы.

При расчетах по первой группе предельных состояний, которые связаны с обеспечением несущей способности конструкций (здания), принимают расчетные значения: расчетные нагрузки N и расчетные сопротивления материала R.

Общий порядок расчета.

N— расчетная продольная сила;

φ — коэффициент продольного изгиба, принимается в зависимости от гибкости;

R_c - расчетное сопротивление древесины на сжатие для сосны и ели;

F_нт – площадь поперечного сечения нетто;

Расчет:

1. Определяют нагрузку, приходящуюся на стойку;

2. Устанавливают расчетную схему стойки;

3. Определяют расчетную длину стойки: L_o =μ L

4. Принимают породу древесины и ее сорт (обычно принимается сосна или ель)

5. Определяют расчетное сопротивление древесины на сжатие (R_c):

6. Задаются коэффициентом продольного изгиба в пределах φ = 0,6-0,7.

7. Определяют требуемую площадь поперечного сечения стойки: F_расч ≥ N / R_{с *} φ

8.. По найденной площади назначают размеры поперечного сечения:

· требуемые размеры сторон для квадратного сечения: а =

· требуемый диаметр для элемента круглого сечения (бревна): d =

 

9. Определяют радиусы инерции i_y и проверяют условие, ограничивающее гибкость:

10. Проверяют устойчивость принятого сечения, для этого определяют фактические значения расчетной площади F_раси и коэффициента продольного изгиба: φ = 1- 0,8(λ / 100)²

11. Проверяют прочность деревянной стойки: σ = N / А _* φ ≤ R_y*γ_с, кн/см²

12. Если устойчивость или прочность стойки не обеспечена, то размеры сечения увеличивают и снова проводят проверку сечения на устойчивость или прочность.

Классификация конструкций

по геометрическому признаку:

• массив — конструкция, в которой все размеры одного порядка;

• брус — элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего;

• плита — элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других;

• стержневые системы представляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балочные или консольные)

с точки зрения статики:

• статически определимые – конструкции, усилия или напряжения в которых могут быть определены только из уравнений равновесия;

• статически неопределимые – конструкции, для которых одних уравнений статики недостаточно;

по используемым материалам: стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);

с точки зрения напряженно-деформированного состояния (т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки): простейшие, простые, сложные.

2. Требования к несущим конструкциям:

Надежность – способность конструкции сохранять свои эксплуатационные качества в течение всего срока службы сооружения, а также в период ее транспортирования с заводов на строительную площадку и в момент монтажа.

Долговечность - предельный срок службы зданий и сооружений, в течение которого они сохраняют требуемые эксплуатационные качества.

Индустриальность –

Унификация - ограничение количества типоразмеров параметров зданий и типовых изделий с учетом их взаимозаменяемости.

Физический смысл предельных состояний конструкций. Примеры предельных состояний первой и второй групп. Суть расчета по предельным состояниям.

Предельными называются такие состояния для здания, сооружения, а также основания или отдельных конструкций, при которых они перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении. Предельные состояния конструкций (зданий) подразделяются на две группы:

1. К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды и др.

2. К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (зданий) или снижающие их долговечность вследствие появлений недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний и трещин;

Суть расчета: метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям имеет своей целью не допустить наступления ни одного из предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции (здании).

4. Структура и содержание основных расчетных формул при расчете по предельным состояниям первой и второй групп.

При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп в качестве главного прочностного показателя материала, как уже отмечалось, устанавливается его сопротивление, которое (наряду с другими характеристиками) может принимать нормативные и расчетные значения:

 

R_n — нормативное сопротивление материала, представляет собой основной параметр сопротивления материалов внешним воздействиям и устанавливается соответствующими главами строительных норм (с учетом условий контроля и статистической изменчивости сопротивлений). Физический смысл нормативного сопротивления R_n — это контрольная или браковочная характеристика сопротивления материала с обеспеченностью не менее 0,95%;

R — расчетное сопротивление материала, определяется по формуле:

γ_m - коэффициент надежности по материалу, учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативных значений, γ_m > 1.

γ_c — коэффициент условий работы, учитывает особенности работы материалов, элементов и соединений конструкций, а также зданий и сооружений в целом, если эти особенности имеют систематический характер, но не отражаются в расчетах прямым путем (учет температуры, влажности, агрессивности среды, приближенности расчетных схем и др.);

N_n – нормативная нагрузка; N – расчетная нагрузка; γ_{f –} коэффициент надежности по нагрузкам, учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений; γ_n - коэффициент надежности по ответственности, учитывает экономические, социальные и экологические последствия, которые могут возникать в результате аварий.

Соответственно, сервисная нагрузка N_sег и сервисное сопротивление R_ser считаются расчетными для расчетов по предельным состояниям второй группы.

При расчетах по первой группе предельных состояний, которые связаны с обеспечением несущей способности конструкций (здания), принимают расчетные значения: расчетные нагрузки N и расчетные сопротивления материала R.

Работа материалов для несущих конструкций под нагрузкой и их расчетные характеристики.

1. Сталь.

три участка работы стали: 1 — участок упругой работы; 2 — участок пластической работы; 3 — участок упругопластической работы.

нормативные и расчетные сопротивления, необходимые для расчета конструкций, принимаются по пределу текучести

R_уп— нормативное сопротивление стали, принятое по пределу текучести; R_y — расчетное сопротивление стали, принятое по пределу текучести;

R_ип - нормативное сопротивление стали, принятое по временному сопротивлению; R_и — расчетное сопротивление стали, принятое по временному сопротивлению;

2. Древесина

Деревянные конструкции выполняются из лесоматериалов хвойных и лиственных пород, которые делятся на круглые — бревна, пиленые — пиломатериалы и строительную фанеру.

 

Работа древесины зависит от вида загружения (растяжение, сжатие, изгиб, смятие, скалывание), направления действия усилия по отношению к направлению волокон древесины, длительности приложения нагрузки, породы древесины и других факторов. Наличие пороков древесины (косослоя, сучков, трещин и т.п.) оказывает существенное влияние на ее прочность. Древесина подразделяется на три сорта, наиболее качественная древесина отнесена к первому сорту.

Диаграмма работы древесины вдоль волокон: 1 — на растяжение; 2 — на сжатие; Я^р — временное сопротивление чистой древесины; с — нормальные напряжения; е — относительные деформации

 

3. Железобетон. Железобетон является комплексным строительным материалом, в котором совместно работают бетон и стальная арматура. Для понимания работы железобетона и определения характеристик, необходимых для расчета, рассмотрим каждый из входящих в его состав материалов.

Основным показателем качества бетона является класс прочности на сжатие, который устанавливается на основании испытаний бетонных кубов в возрасте 28 суток.

Диаграмма напряжений и деформаций бетона: 1 — зона упругих деформаций; 2— зона пластических деформаций; σ_bu— временное сопротивление бетона сжатию; σ_btu — временное сопротивление бетона растяжению; Еb — модуль упругости бетона;

 

4. Арматура. Арматура в железобетонных конструкциях принимается в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного напряжения, а также условий эксплуатации зданий и сооружений

По характеру работы арматуры, отраженной на диаграмме, различают три вида арматурных сталей: 1. Сталь с выраженной площадкой текучести (мягкая арматурная сталь). Предел текучести таких сталей —σ_у 2 - Арматурная сталь с условным пределом текучести — σ_0.2. Предел текучести таких сталей принимается равным напряжению, при котором остаточные деформации образца составляют 0,2%. 3 - Арматурная сталь с линейной зависимостью σ_0.2 — почти до разрыва. Для таких сталей предел текучести устанавливается как для сталей второго вида.

Диаграммы растяжения арматурных сталей:

.

5. Каменная кладка. Прочность каменной кладки зависит в основном от прочности камня (кирпича) и раствора.

Диаграмма деформаций каменной кладки при сжатии: 1 — зона упругих деформаций; 2— зона пластических деформаций; R_и — временное сопротивление (средний предел прочности сжатию кладки); tg_φ0 = E₀ — модуль упругости (начальный модуль деформации)