Нормативные и расчетные сопротивления материалов и нагрузок

При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп в качестве главного прочностного показателя материала устанавливается его сопротивление, которое может принимать нормативные и расчетные значения:

R^н – нормативное сопротивление материала (по СНиП);

R - расчетное сопротивление материала, определяется по формуле

R=R^н/γ_m (1.5)

где γ_m – коэффициент надежности по материалу, учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативных значений, γ_m>1. (Фактическая работа материала в конструкциях не всегда соответствует его работе при испытании в образцах, или в конструкции попадает материал со свойствами ниже установленных ГОСТ).

Расчетные сопротивления в расчетах следует принимать с коэффициентом условий работы γ_с, который 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).

Нормативные и расчетные значения устанавливаются и для нагрузок, учитывая изменчивость их величин или невозможность точного определения.

N^н – нормативная нагрузка(по СНиП);

N – расчетная нагрузка, определяемая по формуле

N=N^нγ_f (1.6)

где γ_f – коэффициент надежности по нагрузкам, учитывающий возможные отклонения в неблагоприятную сторону от нормативных значений (γ_f>1).

При выполнении расчетов необходимо уметь правильно определять нормативные и расчетные сопротивления конкретных материалов, модуль упругости и коэффициенты условий работы.

Стальные конструкции: нормативные и расчетные сопротивления стали принимаются по таблице 51 СНиП II-23-81* в зависимости от стали, вида проката (фасонный или листовой) и толщины проката.

R_уп – нормативное сопротивление стали, принятое по пределу текучести;

R_у – расчетное сопротивление стали, принятое по пределу текучести;

R_ип – нормативное сопротивление стали, принятое по временному сопротивлению.

Расчетные сопротивления должны умножаться на коэффициенты условий работы.

К сталям могут предъявляться требования по ударной вязкости (способность противостоять разрушению при воздействии ударной нагрузки), которые определяются категорией стали. Для ряда расчетов необходимо знать модуль упругости (Е=2,06*10⁵ МПа). Все данные приводятся в СНиП II-23-81*.

Деревянные конструкции: расчетные сопротивления древесины сосны, ели приведены в таблице 3 СНиП II-25-80. Расчетные сопротивления вдоль волокон на изгиб, сжатие, смятие принимают с учетом размеров сечения элементов, т.к. чем меньше элемент, тем больше повреждены волокна при распиле. Также приводятся значения расчетных сопротивлений древесины при работе поперек волокон и под произвольным углом α. В случае применения древесины других пород необходимо использовать переходной коэффициент т_п.

Условия эксплуатации, отличающиеся от стандартных, учитываются умножением расчетных сопротивлений на соответствующие коэффициенты условий работы т_i. К ним относятся: т_в –учитывает условия эксплуатации конструкций; т_т –учитывает влияние повышенных температур; т_д –учитывает влияние длительных нагрузок; т_о –учитывает наличие ослаблений и т.д. При совместном действии нескольких факторов перемножаются соответствующие им коэффициенты условий работы.

Модуль упругости древесины (Е=10000 МПа) также необходимо умножать на соответствующие коэффициенты условий работы.

Железобетонные конструкции: это комплексный строительный материал, в котором совместно работают бетон и стальная арматура. Рассмотрим каждый из входящих в его состав материалов.

Нормативные (R_bn, R_btn) и расчетные (R_b, R_bt) сопротивления бетона определяются по таблицам 12, 13 СНиП 2.03.01-84* в зависимости от класса прочности бетона на сжатие. Расчетные сопротивления бетона R_b, R_bt снижаются (или повышаются ) путем умножения их значений на коэффициенты условий работы бетона γ_bi, учитывающие особенности свойств бетона, длительность действия нагрузки, многократную повторяемость нагрузки, условия и стадию работы конструкции, способ ее изготовления, размеры сечения и т.д.

Модуль упругости бетона Е_b=tgα, он зависит от класса прочности бетона на сжатие и способа твердения бетона.

Арматурав ЖБК принимается в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного напряжения, а также условий эксплуатации зданий и сооружений.

Расчетные сопротивления арматуры, установленные для продольной арматуры при работе на растяжение – R_s, при работе на сжатие – R_sc. Для арматуры поперечных стержней – R_sw. Модуль упругости Е_s. Все данные приводятся в СНиП 2.03.01-84*.

Каменные конструкции: прочность каменной кладки зависит в основном от прочности кирпича и раствора.

Расчетные сопротивления сжатию каменной кладки приводятся в таблицах 2-9 СНиП II-22-81. Они зависят от состава каменной кладки: марок кирпича, камней, блоков, раствора, от высоты ряда кладки и др.

Зависимость между модулем упругости каменной кладки Е_о и временным сопротивлением R_и принимается по уравнению

Е_о=α R_и (1.7)

где α – упругая характеристика каменной кладки.

В каменных конструкциях кроме работы на сжатие возможны случаи работы кладки на растяжение, изгиб или срез. Более подробно смотри СНиП II-22-81.

2ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Область применения

Железобетонные конструкции широко используют в капитальном строительстве при воздействии температур не выше 50 ºС и не ниже 70 ºС.

Во многих случаях конструкции из железобетона (особенно предварительно напряженного) целесообразнее каменных или стальных.

Их применяют:

· в атомных реакторах, мощных прессовых устройствах, морских сооружениях, мостах, аэродромах, дорогах, фабрично-заводских , складских и общественных зданиях и сооружениях;

· в тонкостенных пространственных конструкциях, силосах, бункерах и резервуарах;

· напорных трубопроводах;

· фундаментах под прокатные станы и машины с динамическими нагрузками, башнях, высоких дымовых трубах, сваях, подпорных стенах и многих других массивных сооружениях;

· устройство набережных, тепло- и гидроэлектростанций, плотин, шлюзов и других гидротехнических сооружений;

· в санитарно-техническом и подземном строительстве, горных разработках.

ЖБК имеют широкую перспективу для дальнейшего развития. Основными направлениями в совершенствовании ЖБК (снижение стоимости при повышении качества) являются:

· применение конструктивных решений, снижающих массу конструкций; использование местных строительных материалов, легких бетонов;

· повышение долговечности, надежности и технологичности конструкций, снижение их приведенных затрат, материалоемкости, энергоемкости, трудоемкости изготовления и монтажа;

· разработка новых, уточнение существующих методов расчета конструкций;

· развитие методов расчета с использованием ЭВМ;

· повышение сейсмической и динамической стойкости конструкций;

· увеличение долговечности конструкций в зданиях с агрессивными средами, а также при эксплуатации в низких и высоких температурах.