Требования к строительным конструкциям

Требования к строительным конструкциям Лекция 2. Основные требования Эксплуатационные требования – требования к обеспечению: длительной эксплуатации с минимальными отказами, быстрой возможности устранения неисправностей техническим обслуживанием и ремонтом, надлежащего санитарно-гигиенического состояния зданий и сооружений и огнестойкости. Технические требования – требования конструктивной безопасности: несущие конструкции должны успешно осуществлять восприятие и передачу нагрузок при сохранении своей прочности, жесткости и устойчивости, и соответственно, необходимой надежности и долговечности. Экономические – соответствие конструкций эксплуатационным достигаться при минимально необходимой стоимости. требованиям должно Эстетические – архитектурная выразительность (рациональная конструкция как правило обладает эстетической выразительностью) Основные требования ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТРОИТЕЛЬНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ Эксплуатационные Технические Надежность Долговечность Совершенствование существующих строительных конструкций Эстетически е Экономические Экономия материала Создание новых конструкций Повышение производительности труда при изготовлении Снижение трудоемкости и сроков монтажа Изучение действительной работы конструкций и совершенствования Надежность строительных конструкций Надежность – способность конструкции сохранять свои эксплуатационные качества в течение всего срока службы сооружения, а также в период ее транспортирования с завода на строительную площадку и в момент монтажа. Основным условием надежности строительных объектов являются выполнения требований (критериев) для всех учитываемых предельных состояний при действии наиболее неблагоприятных сочетаний расчетных нагрузок в течение расчетного срока службы. Надежность строительных конструкций и оснований следует обеспечивать на стадии разработки общей концепции сооружения, при его проектировании, изготовлении его конструктивных элементов, строительстве и эксплуатации. Для каждого сооружения необходимо установить его класс в зависимости от его назначения Класс сооружений КС-1: а) теплицы, парники, мобильные здания (сборно-разборные и контейнерного типа), склады временного содержания, в которых не предусматривается постоянного пребывания людей; б) сооружения с ограниченными сроками службы и пребыванием в них людей. Класс сооружений КС-2: а) здания и сооружения, не вошедшие в классы КС-1 и КС-3. Класс сооружений КС-3: а) здания и сооружения особо опасных и технически сложных объектов. Надежность строительных конструкций С понятиями надежности и безопасной работы конструкций тесно связаны такие более частные проявления этих свойств, как прочность, жесткость и устойчивость, которые относятся как к зданиям и сооружениям в целом, так и к отдельно взятым несущим конструкциям Надежность строительных конструкций Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих под воздействием внешних сил. Прочность строительных конструкций – свойство конструкции выполнять назначение, не разрушаясь в течение заданного времени. Устойчивость – способность конструкции сохранять равновесие при силовых нагрузках и воздействиях. Устойчивость – это сохранение формы конструкции. Надежность строительных конструкций Жесткость- способность конструкции осуществлять свои статические функции с малыми заранее заданными величинами деформации (прогибы, повороты сечения) Такие деформации происходят в направлении действия нагрузок. Если они превосходят какие-то значения, установленные нормами, то говорят о недостаточной жесткости. Долговечность Долговечность - предельный срок сохранения физических качеств конструкции здания в процессе эксплуатации. ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения Долговечность – способность строительного объекта сохранять прочностные, физические и другие свойства, устанавливаемые при проектировании и обеспечивающие его нормальную эксплуатацию в течение расчетного срока службы Для обеспечения требуемой долговечности строительного объекта необходимо учитывать: - условия эксплуатации по назначению; - расчетное влияние окружающей среды; - свойства применяемых материалов, возможные средства их защиты от негативных воздействий среды, а также возможность деградации их свойств. Долговечность оценивается экспериментальным или расчетным путем в годах начала эксплуатации в заданных условиях до момента достижения предельного состояния (критических уровней) Рекомендуемые сроки службы зданий и сооружений Долговечность Конструктивные элементы, инженерное оборудование, отделочные материалы Сроки службы (ППР) Минимальная продолжительность эксплуатации [ВСН 58-88(р)] Фундаменты: ленточные бутовые на сложном или цементном растворе, бетонные и железобетонные 150 50 бутовые или бетонные столбы 30 40 каменные (кирпичные при толщине 2,5-3,5 кирпича) и крупноблочные на сложном или цементном растворе 150 50 деревянные рубленые и брусчатые, сырцовые 50 30 деревянные сборно-щитовые, каркасные, глинобитные и саманные 30 30 железобетонные сборные и монолитные 150 80 деревянные, по деревянным балкам 60 60 Стены: Перекрытия: Несущие балки-консоли балконов: железобетонные (и плиты перекрытий): металлические с бетонным заполнением 100…150 80 60 Огнестойкость Огнестойкость конструкции - способность конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара. Характеризуется пределами огнестойкости и распространения огня. Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний. Наступление пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций в условиях стандартных испытаний или в результате расчетов устанавливается по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний: 1) потеря несущей способности (R); 2) потеря целостности (E); 3) потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I) или достижения предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W). Огнестойкость Пределы огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать принятой степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков Огнестойкость Предельные состояния Метод предельных состояний, разработанный в СССР и основанный на исследованиях под руководством профессора Н.С. Стрелецкого, введён строительными нормами и правилами в 1955 году и в Российской Федерации является основным методом при расчёте строительных конструкций. Метод предельных состояний — современный метод расчета строительных конструкций, относящийся к полувероятностным методам (другое название – метод частных коэффициентов надежности). В соответствии с методом расчёта по предельным состояниям вместо ранее применявшегося единого коэффициента запаса прочности (метод допускаемых напряжений) используется несколько, учитывающих особенности работы сооружения, независимых коэффициентов, каждый из которых имеет определённый вклад в обеспечение надёжности конструкции и гарантии от возникновения предельного состояния Этот метод характеризуется полнотой оценки несущей способности и надёжности конструкций благодаря учёту: • вероятностных свойств действующих на конструкции нагрузок и сопротивлений этим нагрузкам; • особенностей работы отдельных видов конструкций; • пластических свойств материалов. Предельные состояния Коэффициенты надежности, учитывающие возможные неблагоприятные отклонения значений нагрузок, характеристик материалов и расчетной схемы строительного объекта от реальных условий его эксплуатации, а также уровень ответственности строительных объектов: f – коэффициент надежности по нагрузке; m – коэффициент надежности по материалу; d – коэффициент надежности по условию работы; n – коэффициент надежности по ответственности сооружения Предельные состояния Предельное состояние строительного объекта – состояние строительного объекта, при превышении характерных параметров которого эксплуатация строительного объекта недопустима, затруднена или нецелесообразна (ГОСТ 27751-2014). Строительные объекты должны удовлетворять требованиям (критериям), соответствующим следующим предельным состояниям: первая группа предельных состояний - состояния строительных объектов, превышение которых ведет к потере несущей способности строительных конструкций и возникновению аварийной расчетной ситуации; вторая группа предельных состояний - состояния, при превышении которых нарушается нормальная эксплуатация строительных конструкций, исчерпывается ресурс их долговечности или нарушаются условия комфортности; особые предельные состояния - состояния, возникающие при особых воздействиях и ситуациях и превышение которых приводит к разрушению сооружений с катастрофическими последствиями. Предельные состояния Первая группа предельных состояний К первой группе предельных состояний следует относить: • разрушение любого характера (например, пластическое, хрупкое, усталостное); • потерю устойчивости отдельных конструктивных элементов или сооружения в целом. Первая группа наиболее опасна – она определяется непригодностью конструкции к эксплуатации, потерей несущей способности. Этого не происходит, пока нормальные 𝜎 или касательные 𝜏 напряжения в конструкциях не превосходят расчетных (минимальных) сопротивлений материалов, из которых они изготовлены. Это условие записывается общей формулой: 𝛔, 𝛕 ≤ 𝐑 Предельные состояния Прочность по нормальным и касательным напряжениям В зависимости от того, какое внутреннее усилие вызывает напряжения: нормальные напряжения могут определены одним из способов: • нормальное напряжение от действия продольной силы: 𝐍 𝛔= 𝐀 • нормальное напряжение от действия изгибающего момента: 𝐌 𝛔= 𝐖 касательные напряжения вызываются только поперечными силами, в общем виде определяются по формуле Журавского: 𝐐∙𝐒 𝛕= 𝐈∙𝐛 Предельные состояния Устойчивость элемента Если продольная сила вызывает в сечении элемента напряжение сжатия, то при достаточно большой длине элемента он может потерять несущую способность, не достигнув предельных значений сопротивления материала. 𝐍 𝛔= 𝛗𝐀 Здесь 𝝋 – коэффициент продольного изгиба. Предельные состояния Вторая группа предельных состояний К второй группе предельных состояний следует относить: • достижение предельных деформаций конструкций (например, предельных прогибов, углов поворота) или предельных деформаций оснований, устанавливаемых исходя из технологических, конструктивных или эстетико-психологических требований; • образование трещин, не нарушающих нормальную эксплуатацию строительного объекта; • достижение предельной ширины раскрытия трещин; • другие явления, при которых возникает необходимость ограничения во времени эксплуатации сооружения из-за нарушения неприемлемого снижения эксплуатационных качеств или расчетного срока службы сооружения. Предельные состояния Предельные деформации К предельным деформациям конструкции (перемещение, угол поворота) относятся: • прогиб – для изгибаемых элементов • укорочение или удлинение стержней – для стержневых систем • величина осадки – для оснований Величина деформации конструкции (в том числе, относительный прогиб) зависит от многих факторов: 𝐟 𝐟 ≤ 𝐥 𝐥 • действующей нагрузки (в ее нормативном значении, поскольку вторая группа ПС менее требовательна к конструкциям); • пролета конструкции (в значительной степени); • жесткости конструкции, которая включает в себя модуль упругости E как деформативную характеристику материала и осевой момент инерции сечения Y как геометрическую характеристику сечения. Предельные состояния Вторая группа предельных состояний Формула, выражающая зависимость относительного прогиба от перечисленных выше факторов, зависит от расчетной схемы конструкции. Например, для однопролетной балки на двух шарнирных опорах, загруженной равномерно распределенной нагрузкой, зависимость выглядит следующим образом: 𝐟 𝟓 𝐠 н 𝐥𝟑 = ∙ 𝐥 𝟑𝟖𝟒 𝐄𝐈 Значения предельных прогибов зависят от вида конструкции и ее пролета. Например, для балок, ригелей и прогонов покрытий и перекрытий, открытых для обзора, при пролете конструкций, равном 3 м, предельный прогиб определяется так: 𝐥 𝐟𝐮 = 𝟏𝟓𝟎 Для того, чтобы определить допустимое значение относительного прогиба, необходимо обе части равенства отнести к пролету: 𝐟 𝟏 = 𝐥 𝟏𝟓𝟎