Нормативное и расчетное сопротивление материалов и грунтов. Учет возможных отклонений от нормативного значения. Понятие о коэффициентах надежности по материалу.

Билет 1

Задачи расчета строительных конструкций. Предельные состояния строительных конструкций и оснований.

Предельными называются такие состояния, при которых здания, сооружения, основания или отдельные конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении.

Строительные конструкции рассчитывают по двум группам состояний.

Расчет строительных конструкций и оснований по предельным состояниям.

Предельными называются такие состояния, при которых здания, сооружения, основания или отдельные конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении.

Строительные конструкции рассчитывают по двум группам состояний.

Расчет строительных конструкций по предельным состояниям первой группы

Суть расчета конструкций по первому предельному состоянию: максимально возможное расчетное усилие Nот внешних нагрузок или воздействий в сечении элемента не должно превышать его расчетную несущую способность:

N<Ф,                                                   (1)

где N- расчетное усилие в сечении при самой невыгодной комбинации расчетных нагрузок или воздействий; Ф - наименьшая несущая способность сечения элемента, подвергающегося сжатию, растяжению или изгибу.

Суммарное расчетное усилие Nможно выразить через нормативные усилия Nи коэффициенты надежности по нагрузке y_f:

N=N_n,y_f1+N_n2y_f2+...,

где N_n—нормативная нагрузка, рассчитывается по проектным размерам конструкций или принимается в соответствии со СНиП 2.01.07-85*.

Строительные нормы учитывают также возможные последствия от аварий; этот учет ведется с помощью коэффициента надежности по ответственности,

Для учета ответственности зданий и сооружений, характеризуемой экономическими, социальными и экологическими последствиями их отказов, устанавливаются три уровня: I - повышенный, II - нормальный, III - пониженный.

Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям

Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства

Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения

Наименьшая возможная несущая способность сечения элемента, подвергающегося сжатию, растяжению или изгибу, Ф зависит от прочностных свойств материала конструкции, формы и размеров сечения

Расчетное сопротивление материала определяется делением нормативного сопротивления R_nна коэффициент надежности у_nи умножением на коэффициент условий работы материала у_с:

R = R_n∙ у_с/ у_n

Расчет строительных конструкций по предельным состояниям второй группы

Цель этого расчета - не допустить ни одного из предельных состояний второй группы, т.е. обеспечить нормальную эксплуатацию строительных конструкций или здания в целом.

Учитывая, что второе предельное состояние обусловливает возможность нормальной эксплуатации конструкций, а также меньшую опасность его возникновения, деформации определяются от действия нормативных нагрузок.

Считается, что предельные состояния второй группы не наступят, если будет соблюдено условие

f≤f_n

где f(в общем случае) — определенная расчетом деформация конструкции; f_n- предельная деформация конструкции

К этой же группе предельных состояний железобетонных конструкций относят расчет по образованию трещин, согласно которому должно соблюдаться условие M_crc<М(где М_сгс- момент внутренних сил перед образованием трещин; М-момент от расчетных значений внешних сил.

Сравнение расчетных и нормативных значений показывает что расчетные нагрузки обычно больше нормативных, а расчетные сопротивления меньше нормативных сопротивлений.

Преимущество методики расчета конструкций по предельным состояниям состоит в том, что введение системы коэффициентов (надежности по нагрузке, условий работы материалов) вместо единого коэффициента запаса дает возможность более точного и обоснованного раздельного учета изменчивости нагрузок, прочностных свойств материалов и др.

3. Задача. Центрально-растянутая подвеска сечением 25х40мм имеет ослабление в центре диаметром 12мм. Проверить выполняется ли условие прочности, если растягивающая сила N=150кН, материал подвески – сталь марки ВСт3Гпс5.

Экзаменационный билет № 2

Классификация и характеристика нагрузок, действующих на здания и сооружения. Виды нагрузок, их сочетание, коэффициенты.

Классификация нагрузок.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые)

Постоянными являются нагрузки, которые при строительстве и эксплуатации сооружений действуют постоянно.

К постоянным нагрузкам относятся:

-нагрузка от постоянных частей зданий и сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

-вес и давление грунтов (насыпей и засыпок), горное давление;

-воздействие предварительного напряжения конструкций.

Временные длительные нагрузки и воздействия:

-нагрузка от частей зданий и сооружений, положение которых при эксплуатации может меняться (временные перегородки);

-вес стационарного оборудования;

-нагрузки на перекрытия в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, архивах, библиотеках, подсобных зданиях и помещениях;

-нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с пониженными нормативными значениями (табл. 1);

-снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением, определяемым умножением полного расчетного значения на коэффициент 0,5.

К кратковременным нагрузкам относятся:

-нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с полными нормативными значениями;

-снеговые нагрузки с полным расчетным значением;

-нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (мостовых и подвесных кранов, тельферов и т.п.);

-нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении конструкций, при монтаже и перестановке оборудования, а также нагрузки от веса временно складируемых на строительстве изделий и материалов (за исключением нагрузок в местах, специально предназначенных для складирования и хранения материалов), кратковременные нагрузки от веса насыпного грунта и др.;

-нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режиме;

- ветровые нагрузки;

-температурные и климатические воздействия.

К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки и воздействия, вызываемые резким нарушением технологического процесса, неисправностью оборудования (обрыв канатов, удар о преграду, удар кранов и тупиковый упор); неравномерные деформации основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта (оттаивание вечномерзлых грунтов, замачивание просадочных грунтов); воздействия деформаций земной поверхности под влиянием разработок, в карстовых районах и др.

Нормативные нагрузки.

В расчетах нормативные нагрузки обозначаются индексом «n», который записывается снизу или сверху буквенного обозначения нагрузки. Сосредоточенные нормативные нагрузки (силы): М_п, F_n—нормативные сосредоточенные нагрузки (кН). Нагрузки, распределенные по площади или по длине (погонные нагрузки): g_n,р_п, q_n—нормативные распределенные нагрузки (кПа, Н/м).

Нормативные постоянные нагрузки

Нормативные нагрузки от веса конструкций должны определяться по данным стандартов и заводов-изготовителей или по проектным размерам и плотностям материалов с учетом их массовой влажности .Для сбора нагрузок необходимо знать размеры конструкций или частей здания

Нормативные временные нагрузки

Нормативные временные нагрузки, необходимые для расчета конструкций, установлены СНиП 2.01.07-85*.

Чтобы предотвратить локальное разрушение (продавливание) элементов покрытий, перекрытий лестниц и балконов, их проверяют на нормативную сосредоточенную вертикальную нагрузку, принимаемую равной: для перекрытий и лестниц - 1,5 кН; для чердачных перекрытий, покрытий, балконов - 1 кН. При этом коэффициент перегрузки = 1,2.

Ветровые нагрузки (средняя составляющая) определяются по формуле

w_n = w₍₎kc,

где w₀ - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от района строительства по скоростному напору ветра (карта № 3 Приложения 5 и табл. 6 СНиП 2.01.07-85*); к- коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора w₀по высоте в зависимости от типа местности, принимается по п. 6.5 табл. 6 СНиП 2.01.07-85*; с - аэродинамический коэффициент (коэффициент обтекания), для вертикальных поверхностей принимают: с наветренной стороны с = +0,8; с заветренной стороны в общем случае с = -0,6.

Расчетные нагрузки.

Расчетные нагрузки определяются как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузкам y_f, который учитывает возможность отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений:

-расчетная сосредоточенная нагрузка (сила) N= N_n∙y_f;

-расчетная нагрузка, распределенная нагрузка по площади или по длине элемента (погонная нагрузка) q = q_ny_f.

Расчетные постоянные нагрузки                                                          

Для определения расчетных значений нагрузок устанавливаются соответствующие коэффициенты надежности по нагрузкам y_f . Для постоянных нагрузок от веса конструкций коэффициенты у, определяются по табл. 1 СНиП 2.01.07-85*. Например, для бетонных и деревянных конструкций коэффициент надежности по нагрузке равен 1,15 (т.е. учитывается возможность увеличения нормативного значения нагрузки на 10%); для стяжек, засыпок, теплоизоляционных и выравнивающих слоев коэффициент y_fпринимается: если слой выполнен в заводских условиях, y_f= 1,2; если на строительной площадке - y_f= 1,35.

Расчетные временные нагрузки

Для временных нагрузок на перекрытия и лестницы коэффициентнадежности по нагрузкам y_f принимается равным 1,3 или 1,2 и определяется по СНиП 2.01.07-85*: при нормативном значении нагрузок р_пменьше 2 кПа y_f = 1,3; при р_п> 2 кПа y_f = 1,2.

Снеговые нагрузки в основном зависят от высоты снегового покрова в данной местности и конфигурации кровли. Для каждого района статистическим путем определена нормативная снеговая нагрузка:

S=S₀∙μ,

где S₀-нагрузка от снега на 1 м² горизонтальной поверхности земли ; μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии, принимаемый по СНиП. На крутых кровлях (при α > 60°) снег практически не задерживается, и тогда коэффициент μ = 0. При уклонах кровли α < 25° μ = 1, т.е. считается, что весь снег остается на крыше. При промежуточных значениях наклона кровли коэффициент μ принимается по интерполяции.

При определении снеговой нагрузки учитывают вероятность того, что снег может распределяться по кровле неравномерно Для ветровых нагрузок коэффициент надежности по нагрузкам принимается y_f= 1,4.

Нормативное и расчетное сопротивление материалов и грунтов. Учет возможных отклонений от нормативного значения. Понятие о коэффициентах надежности по материалу.

3. Задача. Определить несущую способность стальной колонны, поддерживающей трубопровод, выполненой из прокатного двутавра №20, сталь марки ВСт3кп2, длина колонны l=3м (закрепление концов: нижний – жесткое защемление, верхний – шарнирно-подвижная опора), коэффициент условий работы γ_с=0,95.

Экзаменационный билет № 3