Расчет строительных конструкций
В процессе проектирования размеры несущих и ограждающих конструкций определяются расчетом.
Строительство такая же точная наука, как и физика или математика. Размеры многотонных и многометровых конструкций определяются расчетами на стадии «Проект». Количество несущих конструкций, размер пролета оцениваются по рабочей схеме. Строительство одна из самых древних наук, которая в начале своего пути опиралась на интуитивное понимание работы элементов и практический опыт. Расчеты стали использоваться позже, когда была накоплена достаточная база примеров, как удачных, так и неудачных. Удивительно то как много смелых идеи было реализовано древними зодчими без точных расчетов, виртуального моделирования вариантного проектирования, без строительной техники, современных материалов.
Современное строительство ведется с использованием трех базовых материалов, а именно дерева, металла и железобетона, для которых используются следующие методы расчета:
- метод предельных состояний;
- метод допускаемых напряжений;
- метод разрушающих нагрузок.
С помощью расчетов мы находим сечение, которое будет удовлетворять требованиям прочности, жесткости и устойчивости и сможет выполнять свою функцию без разрушения и недопустимых деформаций в течение всего срока. Зная размер нагрузки, мы находим сечение, которое будет достаточным для выполнения этих условий.
Помимо расчетов на прочность, жесткость для ограждающих конструкций выполняют теплотехнический расчет, позволяющий определить толщину слоя утеплителя, достаточную для обеспечения комфортного микроклимата в помещениях в отопительный период.
Предельное состояние – это такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям.
Рисунок 1. Расчет строительных конструкций, предельные прогибы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Группы предельных состояний
В количественном отношении предельное состояние позволяет определить максимальную величину нагрузки, которая не вызовет разрушения, а в качественном отношении предельное состояние характеризует способность конструкции воспринимать нагрузки. При выполнении расчетов используются понятия первой и второй группы предельных состояний, которые описывают состояние конструкции, всего же выделяют три группы предельных состояний:
- первая группа предельных состояний характеризуется исчерпанием несущей способности, то есть элемент теряет прочность и устойчивость под воздействием нагрузки или сочетания нагрузок и разрушается. Такое состояние считается недопустимым. Для оценки используются расчетные нагрузки. Для мостов и подкрановых балок, испытывающих многократно повторяющиеся нагрузки выполняют расчеты на выносливость;
- вторая группа предельных состояний характеризуется появлением недопустимых деформаций, то есть конструкция может оставаться цельной, но ее эксплуатационные характеристики уже не будут отвечать нормативным требованиям. Для оценки используются нормативные нагрузки. К примеру, в железобетонных конструкциях образуются трещины, раскрытие которых превышает норму, металлические конструкции могут иметь прогибы, превышающие допустимые значения;
- третья группа предельных состояний называется авариной, она характеризуется разрушением конструкций из-за наступления аварии или ситуации с катастрофическими последствиями.
В ряде случаев для расчетов устанавливают специальные группы предельных состояний, если это требуется для выполнения функции объекта.
Самым распространенным сегодня является именно метод предельных состояний, он позволяет оценить нагрузки и найти то сечение, которое справиться с ними без перерасхода материала. Метод используется с 1955 года, сначала его применяли советские конструктора, а сегодня - российские.
В расчете учитываются не только отдельные нагрузки, но и их сочетания, особенно неблагоприятные. При этом оцениваются пластические свойства материала и особенности его работы с помощью поправочных коэффициентов. Расчет должен гарантировать, что предельное состояние конструкции не наступит, и она справиться с нагрузкой в течение всего срока своей службы.
