20.12.2018
Calculul structurilor pe baza stărilor limită se bazează pe două grupe clar stabilite de stări limită ale structurilor, care trebuie prevenite folosind un sistem de coeficienți de proiectare; introducerea lor garantează că nu vor apărea stări limită sub combinații nefavorabile de sarcini și la cele mai mici valori ale caracteristicilor de rezistență ale materialelor. Când apar stări limită, structurile nu mai îndeplinesc cerințele operaționale - se prăbușesc sau își pierd stabilitatea sub influența sarcini externeși în ele se dezvoltă impacturi sau mișcări sau fisuri inacceptabile. În scopul unui calcul mai adecvat și mai economic, stările limită sunt împărțite în două grupuri fundamental diferite - primul mai responsabil (structurile sunt distruse atunci când apar condițiile acestui grup) și al doilea mai puțin responsabil (structurile nu mai îndeplinesc cerințele normale). funcționare, dar nu sunt distruse, pot fi reparate). Această abordare a făcut posibilă diferențierea sarcinilor și caracteristicilor de rezistență ale materialelor: pentru a proteja împotriva apariției stărilor limită, în calculele pentru primul grup, se presupune că sarcinile sunt oarecum supraestimate, iar caracteristicile de rezistență ale materialelor sunt presupuse a fi subestimat în comparație cu calculele pentru al doilea grup. Acest lucru ne permite să evităm apariția stărilor limită ale grupului I.
Primul grup mai important include stările limită în ceea ce privește capacitatea portantă, al doilea - în ceea ce privește adecvarea pentru funcționarea normală. Stările limită ale primului grup includ fragilitate, ductilă sau alte tipuri de rupere; pierderea stabilității formei sau poziției structurii; eșec la oboseală; distrugerea din influența combinată a factorilor de forță și a influențelor nefavorabile Mediul extern(agresivitate a mediului, alternarea înghețului și dezghețului etc.). Efectuați calcule de rezistență ținând cont cazurile necesare deformarea structurii înainte de distrugere; calcul pentru răsturnarea și alunecarea pereților de sprijin încărcați excentric fundații înalte; calcul pentru urcarea rezervoarelor îngropate sau subterane; calcule de rezistență pentru structurile supuse sarcinilor repetate în mișcare sau pulsatorie; calcule de stabilitate pentru structuri cu pereți subțiri etc. Recent, la calculele pentru primul grup a fost adăugat un nou calcul pentru colapsul progresiv cladiri inalte sub influenţe neprevăzute de condiţiile normale de funcţionare.
Stările limită ale celui de-al doilea grup includ lățimea inacceptabilă și deschiderea prelungită a fisurilor (dacă sunt acceptabile în condiții de funcționare), mișcările inacceptabile ale structurilor (deformații, unghiuri de rotație, unghiuri de deformare și amplitudini de vibrație). Calculele pentru stările limită ale structurilor și elementelor acestora sunt efectuate pentru etapele de fabricație, transport, instalare și exploatare. Astfel, pentru un element de încovoiere obișnuit, stările limită ale grupului I vor fi epuizarea rezistenței (fractura) de-a lungul secțiunilor normale și înclinate; stări limită ale grupei II - formarea și deschiderea fisurilor, deformare (Fig. 3.12). În acest caz, lățimea admisibilă a deschiderii fisurilor sub sarcină pe termen lung este de 0,3 mm, deoarece la această lățime fisurile se autovindecă prin creșterea intercreșterii cristaline în piatra de ciment. Deoarece fiecare zecime de milimetru de deschidere admisă a fisurilor afectează în mod semnificativ consumul de armătură în structurile cu armătură convențională, o creștere a lățimii admisibile a deschiderii fisurii chiar și cu 0,1 mm joacă un rol foarte important în economisirea armăturii.
Factorii incluși în calculul stărilor limită (factorii de proiectare) sunt sarcinile asupra structurilor, dimensiunile acestora și caracteristicile mecanice ale betonului și armăturii. Nu sunt constante și se caracterizează prin împrăștiere a valorilor (variabilitate statistică). Calculele iau în considerare variabilitatea sarcinilor și caracteristicile mecanice ale materialelor, precum și factorii de natură nestatistică, precum și diversele condiții de funcționare a betonului și armăturii, fabricarea și exploatarea elementelor clădirilor și structurilor. Toți factorii calculați și coeficienții calculați sunt normalizați în SP relevant.
Stările limită necesită un studiu mai aprofundat: astfel, în calcule, secțiunile normale și înclinate dintr-un element sunt separate (o abordare unificată este de dorit), se ia în considerare un mecanism nerealist de distrugere într-o secțiune înclinată, efecte secundare într-o fisură înclinată nu sunt luate în considerare (efectul de diblure al armăturii de lucru și forțele de interblocare într-o fisură înclinată (vezi Fig. 3.12 etc.)).
Primul factor de proiectare sunt sarcinile, care sunt împărțite în standard și proiectare, iar în funcție de durata de acțiune - în permanente și temporare; acesta din urmă poate fi pe termen scurt sau pe termen lung. Sarcinile speciale care apar mai rar sunt luate în considerare separat. Sarcinile constante includ greutatea proprie a structurilor, greutatea și presiunea solului și forțele de pretensionare ale armăturii. Sarcinile pe termen lung sunt greutatea echipamentelor staționare pe podele, presiunea gazelor, lichidelor, solidelor în vrac din containere, greutatea conținutului din depozite, biblioteci etc.; partea de sarcină sub tensiune stabilită prin standarde în Cladiri rezidentiale, în oficial și spații casnice; efectele tehnologice ale temperaturii pe termen lung ale echipamentelor; încărcările de zăpadă pentru regiunile climatice III...VI cu coeficienți de 0,3...0,6. Aceste valori de încărcare fac parte din acestea sens deplin, acestea sunt introduse în calcul ținând cont de influența duratei sarcinilor asupra deplasărilor, deformațiilor și formării fisurilor. Încărcăturile pe termen scurt includ o parte din sarcina de pe etajele rezidențiale și clădiri publice; greutatea persoanelor, pieselor, materialelor din zonele de întreținere și reparare a echipamentelor; sarcinile apărute în timpul fabricării, transportului și instalării elementelor structurale; încărcături de zăpadă și vânt; influențele climatice ale temperaturii.
Sarcinile speciale includ impacturi seismice și explozive; sarcini cauzate de funcționarea defectuoasă și încălcarea echipamentului proces tehnologic; deformari neuniforme ale bazei. Sarcinile standard sunt stabilite prin standarde pe baza unei probabilități predeterminate de depășire a valorilor medii sau pe baza valorilor nominale. Sarcinile constante standard sunt luate pe baza valorilor de proiectare ale parametrilor geometrici și structurali ai elementelor și a valorilor medii ale densității materialului. Sarcinile standard temporare tehnologice și de instalare sunt stabilite în conformitate cu cele mai mari valori destinat utilizării normale; zăpadă și vânt - în funcție de media valorilor anuale nefavorabile sau în funcție de valorile nefavorabile corespunzătoare unei anumite perioade medii a repetărilor acestora. Mărimea sarcinilor de proiectare la calcularea structurilor pentru grupa I de stări limită este determinată prin înmulțirea sarcinii standard cu factorul de fiabilitate a sarcinii уf, de regulă, уf > 1 (acesta este unul dintre factorii care împiedică apariția unei stări limită). ). Coeficientul уf = 1,1 pentru greutatea proprie a structurilor din beton armat; уf = 1,2 pentru greutatea proprie a structurilor din beton cu agregate usoare; уf = 1,3 pentru diferite sarcini temporare; dar уf = 0,9 pentru greutatea structurilor în cazurile în care o scădere a masei înrăutățește condițiile de funcționare ale structurii - în calcularea stabilității împotriva plutirii, răsturnării și alunecării. Când se calculează conform grupei II mai puțin periculoase de stări limită, уf = 1.
Deoarece acțiunea simultană a tuturor sarcinilor cu valori maxime este aproape imposibilă, pentru o mai mare fiabilitate și eficiență, structurile se bazează pe diferite combinații sarcini: pot fi de bază (inclusiv sarcini constante, pe termen lung și pe termen scurt) și speciale (inclusiv sarcini constante, pe termen lung, posibil pe termen scurt și una dintre sarcinile speciale). În combinațiile principale, atunci când se iau în considerare cel puțin două sarcini temporare, valorile lor calculate (sau eforturile corespunzătoare) sunt înmulțite cu coeficienții de combinație: pentru sarcini pe termen lung w1 = 0,95; pe termen scurt w2 = 0,9; cu o sarcină temporară w1 = w2 = 1. Pentru trei sau mai multe sarcini de scurtă durată, valorile lor calculate sunt înmulțite cu coeficienții de combinație: w2 = 1 pentru prima sarcină pe termen scurt din punct de vedere al importanței; w2 = 0,8 pentru al doilea; w2 = 0,6 pentru al treilea și pentru toate celelalte. În combinații speciale de încărcări, w2 = 0,95 pentru sarcini de lungă durată, w2 = 0,8 pentru sarcini de scurtă durată, cu excepția cazurilor de proiectare a structurilor în zone seismice. În scopul proiectării economice, ținând cont de gradul de probabilitate a sarcinilor simultane, atunci când se calculează stâlpi, pereți, fundații clădiri cu mai multe etaje sarcinile temporare pe podele pot fi reduse prin înmulțirea cu coeficienți: pt Cladiri rezidentiale, cămine, birouri etc. cu suprafata de marfa A > 9 m2
Pentru săli de lectură, întâlniri, cumpărături și alte zone de întreținere și reparare a echipamentelor din spațiile de producție cu suprafata de marfa A > 36 m2
unde n este numărul total de etaje, sarcinile temporare din care se iau în considerare la calcularea secțiunii în cauză.
Calculele țin cont de gradul de responsabilitate al clădirilor și structurilor; depinde de gradul de deteriorare materială și socială când structurile ating stări limită. Prin urmare, la proiectare, se ia în considerare coeficientul de fiabilitate pentru scopul propus уn, care depinde de clasa de responsabilitate a clădirilor sau structurilor. Valorile maxime ale capacității portante, valorile calculate ale rezistenței, valorile maxime ale deformațiilor, deschiderea fisurilor sunt împărțite la coeficientul de fiabilitate pentru scopul propus, iar valorile calculate ale sarcinilor, forțelor și altor influențele sunt multiplicate prin aceasta. Pe baza gradului de responsabilitate, clădirile și structurile sunt împărțite în trei clase: Clasa I. уn = 1 - clădiri și structuri cu economie națională ridicată sau semnificație socială; clădirile principale ale centralelor termice, centralelor nucleare; turnuri de televiziune; facilităţi sportive acoperite cu tribune; clădiri de teatre, cinematografe etc.; Clasa II yn = 0,95 - clădiri și structuri mai puțin semnificative neincluse în clasele I și III; Clasa III yn = 0,9 - depozite, clădiri rezidențiale cu un etaj, clădiri și structuri temporare.
Pentru o proiectare mai economică și mai rezonabilă a structurilor din beton armat au fost stabilite trei categorii de cerințe pentru rezistența la fisuri (rezistența la formarea fisurilor în stadiul I sau rezistența la deschiderea fisurilor în stadiul II a stării de efort-deformare). Cerințele pentru formarea și deschiderea fisurilor normale și înclinate față de axa longitudinală a elementului depind de tipul de armătură utilizat și de condițiile de funcționare. În prima categorie nu este permisă formarea de fisuri; în a doua categorie, sunt permise deschideri de fisuri de scurtă durată limitate în lățime, sub rezerva închiderii lor ulterioare fiabile; în a treia categorie, sunt permise deschideri de fisuri pe termen scurt și lung limitate în lățime. Deschiderea pe termen scurt se referă la deschiderea fisurilor sub acțiunea unor sarcini constante, pe termen lung și pe termen scurt; pe termen lung - deschiderea fisurilor sub acțiunea doar a sarcinilor constante și pe termen lung.
Lățimea maximă de deschidere a fisurilor аcrc, care asigură funcționarea normală a clădirilor, rezistența la coroziune a armăturii și durabilitatea structurii, în funcție de categoria cerințelor de rezistență la fisuri, nu trebuie să depășească 0,1...0,4 mm (vezi Tabelul 3.1).
Elementele precomprimate sub presiune lichidă sau gazoasă (rezervoare, conducte de presiune etc.) cu secțiune complet întinsă cu armătură din tijă sau sârmă, precum și cu o secțiune parțial comprimată cu armătură din sârmă cu diametrul de 3 mm sau mai puțin, trebuie să îndeplinească cerinţele primelor categorii. Alte elemente precomprimate, în funcție de condițiile de funcționare ale structurii și de tipul de armătură, trebuie să îndeplinească cerințele categoriei a doua sau a treia. Structurile fără pretensionare cu armătură din tijă din clasa A400, A500 trebuie să îndeplinească cerințele celei de-a treia categorii (vezi Tabelul 3.1).
Procedura de luare în considerare a sarcinilor la calcularea structurilor pentru rezistența la fisurare depinde de categoria de cerințe (Tabelul 3.2). Pentru a preveni smulgerea armăturii de precomprimare din beton sub sarcină și distrugerea bruscă a structurilor, formarea de fisuri la capetele elementelor în lungimea zonei de transfer a tensiunilor de la armătură la beton nu este permisă sub acțiunea combinată a toate sarcinile (cu excepția celor speciale) introduse în calcul cu coeficientul уf = 1 Fisurile care apar în timpul fabricației, transportului și instalării într-o zonă care va fi ulterior comprimată sub sarcină duc la scăderea forțelor de formare a fisurilor în zona întinsă. în timpul funcționării, o creștere a lățimii deschiderii și o creștere a deformațiilor. Influența acestor fisuri este luată în considerare în calcule. Cele mai importante calcule de rezistență pentru o structură sau clădire se bazează pe etapa a III-a a stării de tensiune-deformare.
Structurile au rezistența necesară dacă forțele de la sarcinile de proiectare (moment încovoietor, longitudinal sau forta bruta, etc.) nu depășesc forțele percepute de secțiune la rezistența calculată a materialelor, ținând cont de coeficienții condițiilor de funcționare. Mărimea forțelor de la sarcinile de proiectare este influențată de sarcinile standard, factorii de siguranță, schemele de proiectare etc. Mărimea forței percepute de secțiunea elementului calculat depinde de forma acestuia, dimensiunile secțiunii, rezistența betonului Rbn, armătura Rsn, fiabilitate. factorii pentru materiale ys și уb și coeficienții condițiilor de funcționare pentru beton și armături уbi și уsi. Condițiile de rezistență sunt întotdeauna exprimate prin inegalități, iar partea stângă ( influență externă) nu poate depăși semnificativ partea dreaptă (forțe interne); Se recomandă să se permită un exces de cel mult 5%, altfel proiectul va deveni neeconomic.
Stări limită ale celui de-al doilea grup. Calculul formării fisurilor, normale și înclinate față de axa longitudinală a elementului, se efectuează pentru a verifica rezistența la fisurare a elementelor care sunt supuse cerințelor primei categorii (dacă formarea fisurilor este inacceptabilă). Acest calcul se efectuează și pentru elementele a căror rezistență la fisurare este supusă cerințelor din a doua și a treia categorie pentru a stabili dacă apar fisuri, iar dacă apar, se trece la calculul deschiderii lor.
Fisurile normale pe axa longitudinală nu apar dacă momentul încovoietor de la sarcinile externe nu depășește momentul forțelor interne
Fisurile înclinate pe axa longitudinală a elementului (în zona de sprijin) nu apar dacă tensiunile principale de întindere din beton nu depășesc valorile calculate. La calcularea deschiderii fisurilor, normală și înclinată față de axa longitudinală, determinați lățimea deschiderii fisurilor la nivelul armăturii de tracțiune astfel încât să nu depășească lățimea maximă de deschidere stabilită de standarde.
La calcularea deplasărilor (deformațiilor) se determină deformarea elementelor datorată sarcinilor, ținând cont de durata acțiunii lor fссs, astfel încât să nu depășească deformarea admisă fcrc,ult. Deviațiile maxime sunt limitate de cerințe estetice și psihologice (astfel încât să nu fie vizibile vizual), cerințe tehnologice (pentru a asigura operatie normala diverse instalații tehnologice etc.), cerințe de design(ținând cont de influența elementelor învecinate care limitează deformațiile), cerințele fiziologice etc. (Tabelul 3.3). Se recomanda cresterea deformarilor maxime ale elementelor precomprimate, stabilite de cerinte estetice si psihologice, cu inaltimea deformarii datorate precomprimarii (cota de constructie), daca aceasta nu este limitata de cerintele tehnologice sau de proiectare. La calcularea deformațiilor, dacă acestea sunt limitate de cerințe tehnologice sau de proiectare, calculul se efectuează sub acțiunea unor sarcini constante, de lungă durată și de scurtă durată; atunci când sunt limitate de cerințele estetice, structurile sunt proiectate pentru a rezista la sarcini constante și pe termen lung. Deflexiunile maxime ale consolelor, legate de surplombarea consolei, sunt marite de 2 ori. Standardele stabilesc deviații maxime în funcție de cerințele fiziologice. De asemenea, trebuie efectuat un calcul de volatilitate pentru rampe de scări, platforme etc., astfel încât deformarea suplimentară de la o sarcină concentrată pe termen scurt de 1000 N în schema cea mai nefavorabilă a aplicării sale să nu depășească 0,7 mm.
În etapa a III-a a stării de efort-deformare, în secțiuni normale pe axa longitudinală a elementelor îndoite și comprimate excentric cu excentricități relativ mari, cu o diagramă de tensiuni cu două cifre, se observă aceeași stare de încovoiere-deformare (Fig. 3.13). Forțele percepute de secțiunea normală pe axa longitudinală a elementului se determină din rezistențele calculate ale materialelor, ținând cont de coeficienții condițiilor de funcționare. În acest caz, se presupune că betonul zonei întinse nu funcționează (obt = O); tensiunile din beton ale zonei comprimate sunt egale cu Rb cu diagrama de tensiuni dreptunghiulare; tensiunile în armătura de întindere longitudinală sunt egale cu Rs; Armatura longitudinala in zona comprimata a sectiunii sufera solicitari Rsc.
În ceea ce privește momentul de forță forțe externe Nu trebuie să existe mai mult de un moment perceput de forțele interne în betonul comprimat și în armăturile de tracțiune. Condiție de rezistență față de axa care trece prin centrul de greutate al armăturii de tracțiune
unde M este momentul forțelor externe de la sarcinile de proiectare (în elementele comprimate excentric - momentul forței longitudinale exterioare față de aceeași axă), M = Ne (e este distanța de la forța N la centrul de greutate al secțiunii de armătură de întindere); Sb este momentul static al ariei secțiunii transversale a betonului în zona comprimată în raport cu aceeași axă; zs este distanța dintre centrele de greutate ale armăturii de tracțiune și comprimate.
Tensiunea în armătura precomprimată situată într-o zonă comprimată de sarcini, osc, este determinată de lucru. În elementele fără pretensionare osc = Rsc. Înălțimea zonei comprimate x pentru secțiunile care funcționează în cazul 1, când rezistența finală este atinsă în armătura de tracțiune și betonul comprimat, se determină din ecuația de echilibru a forțelor ultime.
unde Ab este aria secțiunii transversale a betonului din zona comprimată; pentru N au semnul minus pentru compresia excentrică, un semn + pentru tensiune, N = 0 pentru încovoiere.
Înălțimea zonei comprimate x pentru secțiunile care funcționează în cazul 2, când ruptura are loc fragil în betonul comprimat, iar tensiunile în armăturile de întindere nu ating valoarea limită, se determină și din ecuația (3.12). Ho în acest caz, rezistența calculată Rs este înlocuită cu tensiunea os< Rs. Опытами установлено, что напряжение os зависит от относительной высоты сжатой зоны e = x/ho. Его можно определить по эмпирической формуле
unde co = xo/ho este înălțimea relativă a zonei comprimate sub efort în armătură os = osp (os = O în elementele fără pretensionare).
Când os = osp (sau când os = 0), înălțimea relativă reală a zonei comprimate este e = 1, iar co poate fi considerat ca coeficientul de completitudine al diagramei de tensiuni efective din beton atunci când se înlocuiește cu o diagramă dreptunghiulară convențională. ; în acest caz, forţa concretă a zonei comprimate este Nb = w*ho*Rb (vezi Fig. 3.13). Valoarea lui co se numește o caracteristică a proprietăților deformative ale betonului în zona comprimată. Înălțimea relativă limită a zonei comprimate joacă un rol important în calculele rezistenței, deoarece limitează cazul optim de defecțiune atunci când zonele de tracțiune și comprimate își epuizează simultan rezistența. Înălțimea relativă limită a zonei comprimate eR = xR/h0, la care tensiunile de întindere în armătură încep să atingă valorile limită Rs, se găsește din dependența eR = 0,8/(1 + Rs/700), sau din Masa. 3.2. În cazul general, rezistența unei secțiuni normale pe axa longitudinală se calculează în funcție de valoarea înălțimii relative a zonei comprimate. Dacă e< eR, высоту сжатой зоны определяют из уравнения (3.12), если же e >eR, puterea este calculată. Tensiunile armăturii de înaltă rezistență în stare limită pot depăși limita de curgere nominală. Conform datelor experimentale, acest lucru se poate întâmpla dacă e< eR. Превышение оказывается тем большим, чем меньше значение e, Опытная зависимость имеет вид
La calcularea rezistenței secțiunilor, rezistența de proiectare a armăturii Rs este înmulțită cu coeficientul de condiții de funcționare a armăturii.
unde n este coeficientul luat egal cu: pentru fitinguri din clasele A600 - 1,2; A800, Vr1200, Vr1500, K1400, K1500 - 1,15; A1000 - 1.1. 4 este determinat la ys6 = 1.
Standardele stabilesc procentul maxim de armătură: aria secțiunii transversale a armăturii de întindere longitudinală, precum și armătura comprimată, dacă este necesar prin calcul, ca procent din aria secțiunii transversale a betonului, us = As/ bh0 este considerat a fi nu mai mic de: 0,1% - pentru încovoiere, elemente de tracțiune excentric și excentrice elemente comprimate cu flexibilitate l0/i< 17 (для прямоугольных сечений l0/h < 5); 0,25 % - для внецентренно сжатых элементов при гибкости l0/i >87 (pentru secțiuni dreptunghiulare l0/h > 25); pentru valorile intermediare ale flexibilității elementului, valoarea us este determinată prin interpolare. Procentul maxim de armătură pentru elementele de îndoire cu armătură simplă (în zona de tracțiune) se determină din ecuația de echilibru a forțelor ultime la o înălțime a zonei comprimate egală cu cea de limită. Pentru secțiune dreptunghiulară
Limitarea procentului de armătură ținând cont de valoarea eR, pentru elementele precomprimate
Pentru elemente fără pretensionare
Procentul maxim de armătură scade odată cu creșterea clasei de armătură. Secțiunile elementelor de îndoire sunt considerate supraarmate dacă procentul lor de armătură este mai mare decât limita. Este necesar un procent minim de armătură pentru a absorbi contracția, temperatura și alte forțe care nu sunt luate în considerare la calcul. De obicei umin = 0,05% pentru armarea la tracțiune longitudinală a elementelor de îndoire cu secțiune transversală dreptunghiulară. Structurile din piatră și din piatră armată sunt calculate în același mod structuri din beton armat după două grupe de stări limită. Calculul conform grupei I ar trebui să prevină distrugerea structurii (calcul pe baza capacității portante), pierderea stabilității formei sau poziției, defectarea la oboseală, distrugerea datorată acțiunii combinate a factorilor de forță și influenței mediului extern ( îngheț, agresivitate etc.). Calculul conform grupei II are ca scop prevenirea structurii de deformări inacceptabile, deschiderea excesivă a fisurilor și decojirea căptușelii de zidărie. Acest calcul se efectuează atunci când fisurile nu sunt permise în structuri sau deschiderea acestora este limitată (căptușeli de rezervor, pereți comprimați excentric și stâlpi la excentricități mari etc.), sau este limitată dezvoltarea deformărilor din cauza condițiilor de lucru în îmbinări (umplutură perete, cadru). , etc.) .d.).
Stări limită- sunt conditii in care structura nu mai poate fi folosita ca urmare a incarcarilor externe si a tensiunilor interne. În structurile din lemn și materiale plastice, pot apărea două grupuri de stări limită - prima și a doua.
Calculul stărilor limită ale structurilor în ansamblu și ale elementelor sale trebuie efectuat pentru toate etapele: transport, instalare și exploatare - și trebuie să ia în considerare toate combinațiile posibile de sarcini. Scopul calculului este de a preveni fie prima, fie a doua stări limită în timpul proceselor de transport, asamblare și exploatare a structurii. Acest lucru se face pe baza luării în considerare a sarcinilor standard și de proiectare și rezistențelor materialelor.
Metoda stării limită este primul pas în asigurarea fiabilității structuri de constructii. Fiabilitatea este capacitatea unui obiect de a menține calitatea inerentă designului în timpul funcționării. Specificul teoriei fiabilității structurilor clădirilor este necesitatea de a lua în considerare valorile aleatorii ale sarcinilor pe sistemele cu indicatori aleatori de rezistență. Trăsătură caracteristică Metoda stărilor limită este că toate valorile inițiale operate în calcul, de natură aleatorie, sunt reprezentate în standarde prin valori normative deterministe, bazate științific, iar influența variabilității lor asupra fiabilității structurilor este luată în considerare. prin coeficienții corespunzători. Fiecare dintre coeficienții de fiabilitate ia în considerare variabilitatea unei singure valori inițiale, adică. este de natură privată. Prin urmare, metoda stării limită este uneori numită metoda coeficientului parțial. Factorii a căror variabilitate afectează nivelul de fiabilitate al structurilor pot fi clasificați în cinci categorii principale: sarcini și impacturi; dimensiunile geometrice ale elementelor structurale; gradul de responsabilitate al structurilor; proprietățile mecanice ale materialelor; conditiile de functionare ale structurii. Să luăm în considerare factorii enumerați. Posibila abatere sarcinile standard în sus sau în jos sunt luate în considerare de factorul de siguranță la sarcină 2, care, în funcție de tipul de sarcină, are o valoare diferită mai mare sau mai mică decât unu. Acești coeficienți, împreună cu valorile standard, sunt prezentați în capitolul SNiP 2.01.07-85 Standarde de proiectare. „Încărcări și impacturi”. Probabilitatea acțiunii combinate a mai multor sarcini este luată în considerare prin înmulțirea sarcinilor cu factorul de combinare, care este prezentat în același capitol al standardelor. Posibilă abatere adversă dimensiuni geometrice elementele structurale sunt luate în considerare de coeficientul de precizie. Cu toate acestea, acest coeficient este formă pură inacceptabil. Acest factor este utilizat la calcularea caracteristicilor geometrice, luând parametrii calculați ai secțiunilor cu o toleranță în minus. Pentru a echilibra în mod rezonabil costurile clădirilor și structurilor pentru diverse scopuri, se introduce un coeficient de fiabilitate pentru scopul propus.< 1. Степень капитальности и ответственности зданий и сооружений разбивается на три класса ответственности. Этот коэффициент (равный 0,9; 0,95; 1) вводится в качестве делителя к значению расчетного сопротивления или в качестве множителя к значению расчетных нагрузок и воздействий.
Parametrul principal al rezistenței unui material la influențele forței este setul standard de rezistență documente de reglementare pe baza rezultatelor studiilor statistice de variabilitate proprietăți mecanice materialelor prin testarea probelor de material folosind metode standard. O posibilă abatere de la valorile standard este luată în considerare de coeficientul de fiabilitate pentru materialul ym > 1. Acesta reflectă variabilitatea statistică a proprietăților materialelor și diferența lor față de proprietățile probelor standard testate. Caracteristica obținută prin împărțirea rezistenței standard la coeficientul m se numește rezistența de proiectare R. Această caracteristică principală a rezistenței lemnului este standardizată de SNiP P-25-80 „Standarde de proiectare. Structuri din lemn”.
Influența nefavorabilă a mediului și a mediului de exploatare, cum ar fi: încărcăturile vântului și instalației, înălțimea secțiunii, condițiile de temperatură și umiditate, sunt luate în considerare prin introducerea condițiilor de funcționare coeficienți t. Coeficientul t poate fi mai mic de unu dacă acest factor sau o combinație. a factorilor se reduce capacitate portantă structuri, iar mai multe în cazul opus. Pentru lemn, acești coeficienți sunt prezentați în SNiP 11-25-80 „Standarde de proiectare.
Valorile limită standard ale abaterilor îndeplinesc următoarele cerințe: a) tehnologice (asigurarea condițiilor de funcționare normală a mașinilor și echipamentelor de manipulare, instrumentare etc.); b) structurale (asigurarea integrității elementelor structurale adiacente, a îmbinărilor acestora, a prezenței unui decalaj între structurile portante și structurile despărțitoare, semi-cherestea etc., asigurarea pantelor specificate); c) estetice şi psihologice (oferind impresii favorabile din aspect structuri, prevenind senzația de pericol).
Mărimea deformațiilor maxime depinde de lungimea și tipul de sarcini aplicate. Pentru structuri din lemn acoperișul clădirilor din acțiunea sarcinilor constante și temporare pe termen lung, deformarea maximă variază de la (1/150) - i la (1/300) (2). Rezistența lemnului este, de asemenea, redusă sub influența anumitor chimicale de la daune biologice, încorporate sub presiune în autoclave la o adâncime considerabilă. În acest caz, coeficientul de stare de funcționare Tia = 0,9. Influența concentrației tensiunilor în secțiunile de proiectare ale elementelor de tracțiune slăbite de orificii, precum și în elementele de îndoire din lemn rotund cu tăiere în secțiunea de proiectare, este reflectată de coeficientul de stare de funcționare t0 = 0,8. Deformabilitatea lemnului la calcularea structurilor din lemn pentru a doua grupă de stări limită este luată în considerare de modulul de bază de elasticitate E, care, atunci când forța este direcționată de-a lungul fibrelor de lemn, este considerat a fi 10.000 MPa și 400 MPa în lungime. fibrele. La calcularea stabilității, modulul elastic a fost presupus a fi de 4500 MPa. Modulul de forfecare de bază al lemnului (6) în ambele direcții este de 500 MPa. Raportul lui Poisson al lemnului de-a lungul fibrelor cu tensiuni direcționate de-a lungul fibrelor se presupune a fi egal cu pdo o = 0,5 și de-a lungul fibrelor cu tensiuni direcționate peste fibre, n900 = 0,02. Deoarece durata și nivelul de încărcare afectează nu numai rezistența, ci și proprietățile de deformare ale lemnului, valoarea modulului de elasticitate și a modulului de forfecare este înmulțită cu coeficientul mt = 0,8 la calcularea structurilor în care solicitările în elementele decurgând din permanență. iar sarcinile temporare pe termen lung depășesc 80% din tensiunea totală de la toate sarcinile. La calculul structurilor metal-lemn, caracteristici elastice și rezistențe calculate oțelul și conexiunile elementelor din oțel, precum și armăturile, sunt acceptate conform capitolelor din SNiP pentru proiectarea structurilor din oțel și beton armat.
Dintre toate materialele structurale din tabla care folosesc materii prime din lemn, numai placajul este recomandat pentru utilizare ca elemente structuri portante, ale căror rezistențe de proiectare de bază sunt date în Tabelul 10 din SNiP P-25-80. În condiții de funcționare adecvate pentru structurile din lipici-placaj, calculele bazate pe primul grup de stări limită prevăd înmulțirea rezistențelor de proiectare de bază ale placajului cu coeficienții condițiilor de funcționare TV, TY, TN și TL. La calculul conform celui de-al doilea grup de stări limită, caracteristicile elastice ale placajului în planul tablei sunt luate conform tabelului. 11 SNiP P-25-80. Modulul de elasticitate și modulul de forfecare pentru structurile situate în conditii diferite funcționarea, precum și cele expuse influenței combinate a sarcinilor permanente și temporare pe termen lung, trebuie înmulțite cu coeficienții corespunzători ai condițiilor de funcționare adoptați pentru lemn.
Primul grup cel mai periculos. Este determinat de nepotrivirea utilizării atunci când o structură își pierde capacitatea portantă ca urmare a distrugerii sau a pierderii stabilității. Acest lucru nu se întâmplă în timp ce este normal maxim O sau tensiunile de forfecare din elementele sale nu depasesc rezistenta calculata (minima) a materialelor din care sunt realizate. Această condiție este scrisă prin formula
la
Stările limită ale primului grup includ: distrugerea de orice fel, pierderea generală a stabilității unei structuri sau pierderea locală a stabilității unui element structural, încălcarea îmbinărilor care transformă structura într-un sistem variabil, dezvoltarea deformațiilor reziduale de amploare inacceptabilă. . Calculul capacității portante se efectuează pe baza celui mai rău caz probabil și anume: cea mai mare sarcină și cea mai mică rezistență a materialului, găsite luând în considerare toți factorii care îl influențează. Combinațiile nefavorabile sunt date în norme.
A doua grupă mai putin periculos. Este determinat de neadecvarea structurii pentru funcționarea normală atunci când se îndoaie la o cantitate inacceptabilă. Acest lucru nu se întâmplă până când deviația relativă maximă a /// nu depășește valorile maxime admise. Această condiție este scrisă prin formula
G/1<. (2.2)
Calculul structurilor din lemn conform celei de-a doua stări limită pentru deformații se aplică în principal structurilor îndoibile și are ca scop limitarea mărimii deformațiilor. Calculele se bazează pe sarcini standard fără a le înmulți cu factori de siguranță, presupunând funcționarea elastică a lemnului. Calculul deformațiilor se efectuează pe baza caracteristicilor medii ale lemnului, și nu pe cele reduse, ca la verificarea capacității portante. Acest lucru se explică prin faptul că o creștere a deformarii în unele cazuri, atunci când se utilizează lemn de calitate scăzută, nu reprezintă un pericol pentru integritatea structurilor. Acest lucru explică, de asemenea, faptul că calculele de deformare sunt efectuate pentru sarcini standard și nu pentru sarcini de proiectare. Pentru a ilustra starea limită a celui de-al doilea grup, putem da un exemplu când, ca urmare a deformarii inacceptabile a căpriorii, apar fisuri în acoperiș. Scurgerile de umiditate în acest caz perturbă funcționarea normală a clădirii, ducând la o scădere a durabilității lemnului datorită umidității sale, dar în același timp clădirea continuă să fie folosită. Calculul bazat pe a doua stare limită, de regulă, are un sens subordonat, deoarece principalul lucru este de a asigura capacitatea portantă. Cu toate acestea, limitările deflexiunilor sunt deosebit de importante pentru structurile cu conexiuni ductile. Prin urmare, deformațiile structurilor din lemn (stâlpi compozit, grinzi compozite, structuri de scândură și cuie) trebuie determinate ținând cont de influența conformității legăturilor (SNiP P-25-80. Tabelul 13).
Încărcături, care acţionează asupra structurilor sunt determinate de Codurile şi Reglementările de Construcţii - SNiP 2.01.07-85 „Încărcări şi Impacturi”. La calcularea structurilor din lemn și materiale plastice, se ia în considerare în principal sarcina constantă din greutatea proprie a structurilor și a altor elemente de construcție. gși sarcini de scurtă durată din greutatea zăpezii S, presiunea vântului W. Se iau în considerare și sarcinile din greutatea oamenilor și a echipamentelor. Fiecare sarcină are o valoare standard și de proiectare. Este convenabil să notăm valoarea standard cu indicele n.
Sarcini standard sunt valorile inițiale ale sarcinilor: sarcinile temporare sunt determinate ca urmare a prelucrării datelor din observații și măsurători pe termen lung. Sarcinile constante sunt calculate pe baza greutății și volumului structurilor, altor elemente de construcție și echipamentelor. Încărcările standard sunt luate în considerare la calcularea structurilor pentru al doilea grup de stări limită - pentru deformații.
Sarcini de proiectare sunt determinate pe baza celor normative, ținând cont de posibila variabilitate a acestora, în special ascendentă. Pentru a face acest lucru, valorile sarcinilor standard sunt înmulțite cu factorul de siguranță a sarcinii y, ale căror valori sunt diferite pentru diferite sarcini, dar toate sunt mai mari decât unitatea. Valorile de sarcină distribuite sunt date în kilopascali (kPa), ceea ce corespunde cu kilonewtoni pe metru pătrat (kN/m). Majoritatea calculelor folosesc valori de sarcină liniare (kN/m). Încărcările de proiectare sunt utilizate la calcularea structurilor pentru primul grup de stări limită, pentru rezistență și stabilitate.
g", care acționează asupra structurii constă din două părți: prima parte este sarcina de la toate elementele structurilor de închidere și materialele susținute de această structură. Sarcina de la fiecare element este determinată prin înmulțirea volumului acestuia cu densitatea materialului și cu distanța dintre structuri; a doua parte este sarcina din greutatea proprie a structurii principale de susținere. Într-un calcul preliminar, sarcina din greutatea proprie a structurii principale de susținere poate fi determinată aproximativ, având în vedere dimensiunile reale ale secțiunilor și volumele elementelor structurale. egal cu produsul standardului înmulțit cu factorul de fiabilitate a sarcinii u. Pentru încărcarea din greutatea proprie a structurilor y= 1.1, și pentru sarcinile de la izolație, acoperiș, barieră de vapori și altele y = 1.3. Sarcină constantă de la suprafețele înclinate convenționale cu un unghi de înclinare A este convenabil să ne referim la proiecția lor orizontală împărțind-o la cos A.Încărcarea standard de zăpadă s H se determină pe baza greutății standard a stratului de zăpadă deci, care este dată în standardele de încărcare (kN/m 2) ale proiecției orizontale a stratului în funcție de regiunea de zăpadă a țării. Această valoare este înmulțită cu coeficientul p, care ia în considerare panta și alte caracteristici ale formei acoperirii. Apoi sarcina standard s H = s 0 p- Pentru acoperișuri în două frontoane cu a ^ 25°, p = 1, pentru a > 60° p = 0 și pentru unghiuri de pantă intermediare de 60° >*<х > 25° p == (60° - a°)/35°. Acest. sarcina este uniformă și poate fi bifață sau unilaterală.
În cazul acoperirilor boltite de-a lungul ferme sau arcade segmentate, sarcina uniformă de zăpadă se determină ținând cont de coeficientul p, care depinde de raportul dintre lungimea travei / și înălțimea arcului /: p = //(8/).
Când raportul dintre înălțimea arcului și deschiderea f/l= O sarcină de zăpadă de 1/8 poate fi triunghiulară cu o valoare maximă la un suport s" și 0,5 s" la celălalt și valoare zero la creastă. Coeficienții p care determină sarcina maximă de zăpadă la rapoarte f/l= 1/8, 1/6 și 1/5, respectiv egal cu 1,8; 2.0 și 2.2. Încărcarea de zăpadă pe învelișurile în formă de lancet poate fi determinată ca la învelișurile frontoanelor, considerând că învelișul este condiționat în fronton de-a lungul planurilor care trec prin coardele axelor planșeului la arcade. Sarcina de proiectare pe zăpadă este egală cu produsul dintre sarcina standard și factorul de siguranță la sarcină 7- Pentru majoritatea structurilor ușoare din lemn și plastic, cu raportul dintre sarcinile standard constante și cele de zăpadă g n/s H< 0,8 коэффициент y = 1.6. Pentru rapoarte mari ale acestor sarcini la=1,4.
Sarcina din greutatea unei persoane cu o sarcină se presupune a fi egală - standard R"= 0,1 kN și proiectare R= p și y = 0,1 1,2 = 1,2 kN. Sarcina de vant. Sarcina de vant standard w constă din presiune w"+ și aspirație w n - vânt. Datele inițiale la determinarea sarcinii vântului sunt valorile presiunii vântului direcționate perpendicular pe suprafețele acoperișului și pereților clădirilor. Wi(MPa), în funcție de regiunea eoliană a țării și acceptate conform normelor de încărcări și impacturi. Sarcini standard de vant w" sunt determinate prin înmulțirea presiunii normale a vântului cu coeficientul k, luând în considerare înălțimea clădirilor și coeficientul aerodinamic Cu, tinand cont de forma acestuia. Pentru majoritatea clădirilor din lemn și plastic a căror înălțime nu depășește 10 m, k = 1.
Coeficient aerodinamic Cu depinde de forma clădirii, dimensiunile sale absolute și relative, pante, înălțimi relative ale acoperirilor și direcția vântului. Pe majoritatea acoperișurilor înclinate, al căror unghi de înclinare nu depășește a = 14°, sarcina vântului acționează sub formă de aspirație W-.În același timp, în general, nu crește, ci mai degrabă reduce forțele din structuri de la sarcinile constante și de zăpadă și este posibil să nu fie luate în considerare în factorul de siguranță la calcul. Sarcina vântului trebuie luată în considerare la calcularea stâlpilor și a pereților clădirilor, precum și la calcularea structurilor triunghiulare și în formă de lancet.
Sarcina de vânt calculată este egală cu sarcina standard înmulțită cu factorul de siguranță y= 1.4. Prin urmare, w = = w"y.
Rezistenta de reglementare lemn RH(MPa) sunt principalele caracteristici ale rezistenței lemnului în zonele lipsite de defecte. Acestea sunt determinate de rezultatele a numeroase teste de laborator pe termen scurt, cu mostre standard mici de lemn uscat, cu un conținut de umiditate de 12% pentru întindere, compresie, îndoire, strivire și ciobire.
95% din probele de lemn testate vor avea o rezistență la compresiune egală sau mai mare decât valoarea sa standard.
Valorile rezistențelor standard date în anexă. 5 sunt utilizate practic la testarea în laborator a rezistenței lemnului în timpul confecționării structurilor din lemn și la determinarea capacității portante a structurilor portante în exploatare în timpul verificărilor acestora.
Rezistențe calculate lemn R(MPa) sunt principalele caracteristici ale rezistenței elementelor din lemn real ale structurilor reale. Acest lemn are defecte naturale și a fost supus stresului de mulți ani. Rezistențele calculate sunt obținute pe baza rezistențelor standard ținând cont de coeficientul de fiabilitate al materialului lași coeficientul duratei de încărcare t al conform formulei
R= R H m a Jy.
Coeficient la semnificativ mai mult de unul. Se ia în considerare scăderea rezistenței lemnului real ca urmare a eterogenității structurii și a prezenței diferitelor defecte care nu apar în probele de laborator. Practic, rezistența lemnului este redusă prin noduri. Acestea reduc aria secțiunii transversale de lucru prin tăierea și răspândirea fibrelor longitudinale ale acesteia, creând excentricitatea forțelor longitudinale și înclinarea fibrelor în jurul nodului. Înclinarea fibrelor face ca lemnul să se întindă peste și într-un unghi față de fibre, a cărui rezistență în aceste direcții este mult mai mică decât de-a lungul fibrelor. Defectele lemnului reduc rezistența lemnului la tracțiune cu aproape jumătate și de aproximativ o dată și jumătate la compresiune. Fisurile sunt cele mai periculoase în zonele în care lemnul este tăiat. Pe măsură ce dimensiunile secțiunilor transversale ale elementelor cresc, tensiunile la distrugerea lor scad datorită eterogenității mai mari a distribuției tensiunilor pe secțiuni, care este luată în considerare și la determinarea rezistențelor de proiectare.
Coeficientul duratei sarcinii t dl<С 1- Он учитывает, что древесина без пороков может неограниченно долго выдерживать лишь около половины той нагрузки, которую она выдерживает при кратковременном нагружении в процессе испытаний. Следовательно, ее длительное R în rezistenţă eu sunt aproape ^^ jumătate pe termen scurt /tg.
Calitatea lemnului afectează în mod natural valorile rezistențelor sale calculate. Lemnul de clasa I - cu cele mai mici defecte, are cea mai mare rezistenta calculata. Rezistențele calculate ale lemnului de clasa a II-a și respectiv a III-a sunt mai mici. De exemplu, rezistența calculată la compresiune a lemnului de pin și molid de clasa a II-a se obține din expresia
%. = # s n t dl /y = 25-0,66/1,25 = 13 MPa.
Rezistențele calculate ale lemnului de pin și molid la compresiune, întindere, încovoiere, ciobire și strivire sunt date în anexă. 6.
Coeficienții condițiilor de lucru T Rezistența de proiectare a lemnului ține cont de condițiile în care sunt fabricate și exploatate structurile din lemn. Coeficientul de rasă T" ia în considerare rezistența diferită a lemnului de diferite specii, diferită de rezistența lemnului de pin și molid. Factorul de sarcină t„ ține cont de durata scurtă a vântului și a sarcinilor instalației. Când se zdrobește tn= 1,4, pentru alte tipuri de tensiuni t n = 1.2. Coeficientul de înălțime a secțiunii la îndoirea lemnului de grinzi de lemn lipite cu o înălțime de secțiune mai mare de 50 cm /72b scade de la 1 la 0,8 și chiar mai mult cu o înălțime de secțiune de 120 cm. Coeficientul de grosime al straturilor de elemente din lemn lipit ia in considerare cresterea rezistentei acestora la compresiune si incovoiere pe masura ce grosimea placilor care se lipesc, drept urmare omogenitatea structurii lemnului lipit creste. Valorile sale sunt în intervalul 0,95...1,1. Coeficientul de încovoiere m rH ia în considerare tensiunile suplimentare de încovoiere care apar atunci când plăcile se îndoaie în timpul producerii elementelor din lemn îndoit lipite. Depinde de raportul dintre razele de îndoire și grosimea plăcilor r/b și are valori de 1,0...0,8 deoarece acest raport crește de la 150 la 250. Coeficient de temperatură m t ia în considerare reducerea rezistenței lemnului în structurile care funcționează la temperaturi de la +35 la +50 °C. Acesta scade de la 1,0 la 0,8. Coeficient de umiditate tow are in vedere scaderea rezistentei lemnului in structurile care functioneaza in mediu umed. Când umiditatea aerului din interior este de la 75 la 95%, tvl = 0,9. În aer liber în zone uscate și normale t ow = 0,85. Cu hidratare constantă și în apă t ow = 0,75. Factorul de concentrare a stresului t k = 0,8 ia în considerare reducerea locală a rezistenței lemnului în zonele cu tăieturi și găuri în timpul tensiunii. Coeficientul de durată a sarcinii t dl = 0,8 ia în considerare scăderea rezistenței lemnului ca urmare a faptului că sarcinile pe termen lung reprezintă uneori mai mult de 80% din încărcările totale care acționează asupra structurii.
Modulul de elasticitate al lemnului, determinată în teste de laborator pe termen scurt, E cr= 15-10 3 MPa. Când se iau în considerare deformațiile sub încărcare pe termen lung, când se calculează prin deformații £=10 4 MPa (Anexa 7).
Rezistențele standard și calculate ale placajului de construcție au fost obținute folosind aceleași metode ca și pentru lemn. În acest caz, s-a luat în considerare forma sa foii și un număr impar de straturi cu direcții de fibre reciproc perpendiculare. Prin urmare, rezistența placajului în aceste două direcții este diferită, iar de-a lungul fibrelor exterioare este puțin mai mare.
Cel mai utilizat în structuri este placajul cu șapte straturi marca FSF. Rezistențele sale calculate de-a lungul fibrelor furnirurilor exterioare sunt egale cu: tracțiune # f. p = 14 MPa, compresie #f. c = 12 MPa, îndoire în afara planului /? f.„ = 16 MPa, forfecare în planul # f. sk = 0,8 MPa și forfecare /? f. medie - 6 MPa. În fibrele furnirurilor exterioare, aceste valori sunt, respectiv, egale cu: tracțiune eu f_r= 9 MPa, compresie # f. s = 8,5 MPa, încovoiere # F.i = 6,5 MPa, forfecare R$. CK= 0,8 MPa, tăiat # f. av = = 6 MPa. Modulele de elasticitate și forfecarea de-a lungul fibrelor exterioare sunt egale, respectiv, Ё f = 9-10 3 MPa și b f = 750 MPa și între fibrele exterioare £ f = 6-10 3 MPa și G$ = 750 MPa.
Tema 3. Calculul structurilor metalice prin metoda limitei
state
Conceptul de stări limită ale structurilor; situatii calculate. Calculul structurilor pentru prima grupă de stări limită. Calculul structurilor pentru al doilea grup de state. Rezistențe standard și de proiectare
Toate structurile clădirilor, inclusiv cele metalice, sunt în prezent calculate folosind metoda stării limită. Metoda se bazează pe conceptul de stări limită ale structurilor. Prin limitare înțelegem astfel de stări în care structurile nu mai îndeplinesc cerințele impuse acestora în timpul exploatării sau în timpul construcției, specificate în conformitate cu scopul și responsabilitatea structurilor.
În structurile metalice, se disting două grupuri de stări limită:
Stări limită ale primului grup sunt caracterizate prin pierderea capacității portante și inadecvarea completă a structurilor pentru utilizare. Stările limită ale primului grup includ:
Eșec de orice natură (ductil, casant, oboseală);
Pierderea generală a stabilității formei;
Pierderea stabilității poziției;
Tranziția structurii într-un sistem variabil;
modificarea configurației calitative;
Dezvoltarea deformațiilor plastice, deplasări excesive ale îmbinărilor
Depășirea limitelor primului grup de stări limită înseamnă o pierdere completă a operabilității structurii.
Stări limită ale celui de-al doilea grup caracterizat prin neadecvare pentru funcționarea normală din cauza apariției unor mișcări inacceptabile (deformații, unghiuri de rotație, vibrații etc.), precum și deschiderea inacceptabilă a fisurilor (pentru structuri din beton armat).
În conformitate cu standardele actuale, la calcularea structurilor clădirii, se realizează două situații de proiectare: de urgență și constantă.
Calculul pentru primul grup de stări limită are ca scop prevenirea unei situații de proiectare de urgență care poate apărea nu mai mult de o dată pe toată durata de viață a structurii.
Calculul pentru a doua grupă de stări limită caracterizează situația de proiectare stabilă corespunzătoare condițiilor standard de funcționare.
Calculul unui proiect care vizează prevenirea stărilor limită ale primului grup (situație de proiectare de urgență) este exprimat prin inegalitatea:
N ≤ Ф (3.1)
Unde N– forța în elementul luat în considerare (forța longitudinală, momentul încovoietor, forța transversală)
F– capacitatea portantă a elementului
Într-o situație de proiectare de urgență, forța N depinde de sarcina maximă de proiectare F m, determinată de formula:
F m = F 0 ∙ g fm
Unde F 0
g fm- coeficient de fiabilitate pentru valoarea maximă a sarcinii, ținând cont de posibila abatere a sarcinii într-o direcție nefavorabilă. Valoarea caracteristică a sarcinii F 0și coeficient g fm determinat de valorile DBN.
La calcularea sarcinilor, de regulă, se ia în considerare coeficientul de fiabilitate în scopul structurii g n, in functie de gradul de responsabilitate al structurii
F m = F 0 ∙ g fm ∙ g n
Valoarea coeficientului g n sunt date în tabel. 3.1
Tabelul 3.1 Factori de fiabilitate în funcție de scopul structurii g n
| Clasa de obiecte | Gradul de responsabilitate | Exemple de obiecte | g n |
| eu | Semnificație economică și (sau) socială națională deosebit de importantă | Clădirile principale ale centralelor termice, unități centrale de furnale, coșuri înalte de peste 200 m, turnuri de televiziune, facilități sportive acoperite, teatre, cinematografe, grădinițe, spitale, muzee. | |
| II | Importantă semnificație economică și (sau) socială națională | Obiecte neincluse în clasele I și III | 0,95 |
| III | Semnificație economică și socială națională limitată | Depozite fără procese de sortare și ambalare pentru depozitarea produselor agricole, îngrășăminte, chimicale, turbă etc., sere, clădiri rezidențiale cu un etaj, turnuri de comunicații și iluminat, garduri, clădiri și structuri temporare etc. | 0,9 |
Partea dreaptă a inegalității (3.1) poate fi reprezentată ca
Ф = SR y g c(3.2)
Unde Ry- rezistența de proiectare a oțelului, stabilită prin limita de curgere, S- caracteristicile geometrice ale secțiunii (sub tensiune sau compresiune - aria secțiunii transversale A, la încovoiere – moment de rezistență W etc.),
g c- coeficientul condițiilor de funcționare a structurii, ale cărui valori
SNiP-urile sunt stabilite și sunt date în tabel. A 1 anexa A.
Înlocuind valoarea (3.2) în formula (3.1), obținem
N ≤ SR y g c
Pentru elemente intinse cu S=A
N ≤ AR y g c
Împărțirea părților stânga și dreaptă ale inegalității în A, obţinem condiţia de rezistenţă pentru elementul de tracţiune
Pentru elementele pliabile când S=W
M ≤ WR y g c
Starea de rezistență a unui element de încovoiere
Formula pentru verificarea stabilității unui element comprimat
Când se calculează structurile care funcționează sub încărcare repetată (de exemplu, când se calculează grinzile macaralei), se utilizează o sarcină de proiectare ciclică pentru a determina forțele, a căror valoare este determinată de formula
F c = F 0 g fc g n
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii macaralei;
g fc- coeficient de fiabilitate bazat pe valoarea de proiectare ciclică a sarcinii macaralei
Calculul structurilor de oțel care vizează prevenirea stărilor limită ale celui de-al doilea grup este exprimat prin inegalitate
d ≤ [d], (3.3)
Unde d- deformaţii sau mişcări ale structurilor ce decurg din valoarea de proiectare operaţională a sarcinilor; pentru a determina, puteți utiliza metode de mecanică structurală (de exemplu, metoda lui Mohr, parametri inițiali);
[d] - deformatii sau deplasari maxime stabilite prin standarde.
Valoarea de proiectare operațională a sarcinii caracterizează condițiile normale de funcționare și este determinată de formulă
F l = F 0 g f e g n
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii,
g f e- factor de fiabilitate pentru sarcina de proiectare operațională.
Pentru elementele de îndoire (grinzi, ferme), deformarea relativă este normalizată f/l, Unde f- deformare absolută, l- deschiderea fasciculului.
Formula de verificare a rigidității unei grinzi pe două suporturi are forma
(3.4)
unde este deviația relativă maximă;
pentru faza lungă = 1/400,
pentru grinzi de podea = 1/250,
q e- valoarea de proiectare operațională a sarcinii, determinată de formulă
q e = q 0 g fe g n
Valoarea caracteristică a sarcinii q eși coeficientul de fiabilitate pentru sarcina de proiectare operațională g fe sunt acceptate conform instructiunilor normelor.
Al doilea grup de stări limită include și calcule pentru rezistența la fisuri în structurile din beton armat.
Unele materiale, de exemplu, materialele plastice, se caracterizează prin fluaj - instabilitatea deformărilor în timp. În acest caz, verificarea rigidității structurale trebuie efectuată ținând cont de fluaj. În astfel de calcule, se utilizează o sarcină de proiectare cvasi-constantă, a cărei valoare este determinată de formula:
F p = F 0 g fp g n
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii cvasi-constante;
g fp- factor de siguranță pentru sarcina de proiectare cvasi-constantă.
În structurile metalice, există două tipuri de rezistență de proiectare: R:
- Ry- rezistenta de proiectare stabilita prin limita de curgere si utilizata in calcule presupunand functionarea elastica a materialului;
- R u- rezistența de proiectare stabilită prin rezistența finală și utilizată în calculele structurilor în care sunt admise deformații plastice semnificative.
Rezistenta de proiectare RyȘi R u sunt determinate de formulele:
R y = R yn /g mȘi R u = R un /g m
in care RynȘi Alerga- rezistente standard, respectiv egale
Ryn = s m
R un = s in
Unde s m- puterea de curgere,
s in- rezistența finală (rezistența la tracțiune) a materialului;
g m- coeficientul de fiabilitate al materialului, luând în considerare variabilitatea proprietăților materialului și caracterul selectiv al probelor de testare prin definiție s mȘi s in, precum și factorul de scară - caracteristicile mecanice sunt determinate pe eșantioane mici sub tensiune uniaxială de scurtă durată, în timp ce metalul lucrează timp îndelungat în structuri de dimensiuni mari.
Valoarea rezistențelor standard Ryn = s mȘi R un = s in, precum și valorile coeficientului g m sunt stabilite statistic. Rezistențele standard au o probabilitate statistică de cel puțin 0,95, adică în 95 de cazuri din 100 s mȘi s in nu vor fi mai mici decât valorile specificate în certificat. Factor de fiabilitate în funcție de material g m stabilit pe baza analizei curbelor de distribuție a rezultatelor testelor de oțel. Valorile acestui coeficient în funcție de GOST sau de specificațiile pentru oțel sunt date în tabel. 2 SNiP. Valorile acestui coeficient variază de la 1,025 la 1,15.
de reglementare RynȘi Alerga si decontare RyȘi R u rezistentele pentru diferite calitati de otel in functie de tipul de produs laminat (tabla sau forma) si grosimea acestuia sunt prezentate in tabel. 51 SNiP. Calculele folosesc, de asemenea, rezistența calculată la forfecare R s =0,58Ry, a mototoli R p = R u si etc.
Rezistențele standard și calculate pentru unele dintre cele mai frecvent utilizate clase de oțel sunt date în tabel. 3.2.
Tabelul 3.2. Rezistențe standard și de proiectare ale oțelului conform
GOST 27772-88.
| Oţel | Masa de inchiriere | Rezistență standard, MPa, laminată | Rezistență de proiectare, MPa, laminată | ||||||
| cu frunze | în formă | cu frunze | în formă | ||||||
| Ryn | Alerga | Ryn | Alerga | Ryn | Alerga | Ryn | Alerga | ||
| S235 | 2-20 2-40 | ||||||||
| S245 | 2-20 2-30 | - | - | - | - | ||||
| S255 | 4-10 10-20 20-40 | ||||||||
| S275 | 2-10 10-20 | ||||||||
| S285 | 4-10 10-20 | ||||||||
| S345 | 2-10 20-20 20-40 | ||||||||
| S345 | 4-10 | ||||||||
| S375 | 2-10 10-20 20-40 |
Astfel, în metoda stării limită, toate mărimile inițiale, de natură aleatorie, sunt reprezentate în standarde de anumite valori normative, iar influența variabilității lor asupra proiectării este luată în considerare de coeficienții de fiabilitate corespunzători. Fiecare dintre coeficienții introduși ține cont de variabilitatea unei singure valori inițiale (sarcina, condițiile de lucru, proprietățile materialului, gradul de responsabilitate al structurii). Acești coeficienți sunt adesea numiți parțiali, iar metoda de calcul în sine folosind stări limită se numește metoda coeficienților parțiali în străinătate.
Literatură:, p. 50-52; Cu. 55-58.
Teste de autocontrol
I. Pierderea stabilității se referă la stările limită:
1. Grupa I;
2. Grupa II;
3. Grupa III.
II. Coeficient γm ia în considerare:
1. conditiile de functionare ale structurii;
3. variabilitatea sarcinii.
III. Rezistenta de proiectare Ry determinat de formula:
1. Ry = Ryn / γ m ;
2. Ry = Run / γ n ;
3. Ry = Run / γ c.
IV. Inadecvarea structurilor pentru funcționare este caracterizată de limită
Stare Noua:
1. Grupa I;
2. Grupa II;
3. Grupa III.
V. Coeficient γn ia în considerare:
1. Gradul de responsabilitate al structurii;
2. variabilitatea proprietăților materialelor;
3. variabilitatea sarcinii.
VI. Rezistenta de proiectare Ry a stabilit:
1. prin limita elastica;
2. prin limita de curgere;
3. prin rezistenţa la rupere.
VII. Coeficient γ fm utilizat pentru a determina sarcina de proiectare:
1. limită;
2. operațional
3. ciclic.
VIII. Calculele de stabilitate sunt efectuate ținând cont de sarcina de proiectare:
1. limită;
2. operațional
3.ciclice.
IX. Fractura fragilă se referă la stări limitative:
1. Grupa I;
2. Grupa II;
3. Grupa III.
X. Pentru clădirile rezidențiale cu un etaj, coeficientul γn Accept
1. y n = 1;
2. yn = 0,95;
3. y n = 0,9;
XI. Pentru clădirile deosebit de critice coeficientul γn Accept
1.y n = 1;
2.yn = 0,95;
3.y n = 0,9;
XII. Al doilea grup de stări limită include calculul:
1. pentru putere;
2. pentru duritate;
3. pentru stabilitate.
3.2 Clasificarea sarcinilor. Sarcina din greutatea structurii și a solului. Încărcări pe podele și acoperișuri ale clădirilor. Sarcina de zapada. Sarcina de vant. Combinații de încărcare .
În funcție de natura impactului, sarcinile sunt împărțite în: mecanice și nemecanice natură.
Sarcini mecanice (forțe aplicate structurii, sau deformații forțate) sunt luate în considerare direct în calcule.
Impacturi natură nemecanică , de exemplu, influența unui mediu agresiv este de obicei luată în considerare indirect în calcul.
În funcție de cauzele sarcinii și impactului, acestea sunt împărțite în:
Xia mai departe de bază Și episodic.
În funcţie de variabilitatea în timp a încărcăturii şi de impactul compartimentării
sunt pe permanent Și variabile (temporar). Variabile (temporar)
sarcinile se împart în: pe termen lung; Pe termen scurt; episodic.
Baza pentru atribuirea sarcinilor este lor valori caracteristice.
Valorile de sarcină calculate sunt determinate prin înmulțirea caracteristicii
valori pentru factorul de fiabilitate a sarcinii, în funcție de tipul de sarcină
nia. În funcție de natura sarcinilor și de scopurile calculului, sunt utilizate patru tipuri de valori de proiectare - limitative; operațional; ciclic; cvasipermanentă.
Valorile lor sunt determinate în consecință de formulele:
F m = F 0 · γ f m · γ n ,(3.5)
F e = F 0 · γ f e · γ n ,(3.6)
F c = F 0 · γ f c · γ n ,(3.7)
F p = F 0 · γ f p · γ n ,(3.8)
Unde F 0– valoarea caracteristică a sarcinii;
γ f m , γ f e , γ f c , γ f p- factori de fiabilitate a sarcinii;
γ n – coeficientul de fiabilitate în scopul structurii, luând în considerare
gradul de responsabilitate a acestuia (vezi Tabelul 3.1).
Greutatea structurilor portante și de închidere a clădirii;
Greutatea și presiunea solurilor (diguri, rambleuri);
Forța de la precomprimare în structuri.
Greutatea pereților despărțitori provizorii, cimentare, suporturi pentru echipamente;
Greutatea echipamentului staționar și umplerea acestuia cu lichide, vrac
Presiunea gazelor, lichidelor și corpurilor granulare în containere și conducte;
Încărcări pe podele din materiale depozitate în depozite, arhive etc.;
Efectele tehnologice ale temperaturii de la echipamente;
Greutatea stratului de apă în acoperiri umplute cu apă;
Greutatea depozitelor industriale de praf;
Impacturi cauzate de deformarile bazei fara modificarea structurii
tranșee de sol;
Impactul cauzat de schimbările de umiditate, agresivitatea mediului,
contracția și curgerea materialelor.
încărcături de zăpadă;
Sarcini de vant;
încărcături de gheață;
Încărcături de la echipamentele mobile de ridicare și transport, inclusiv puterea
macarale și rulouri rulante;
Influențe climatice ale temperaturii;
Încărcături de la oameni, animale, echipamente de pe etajele rezidențiale și publice
cladiri rezidentiale si agricole;
Greutatea oamenilor, materiale de reparații în zona de întreținere a echipamentelor;
Sarcinile de la echipamente apărute la pornire, tranziție și
moduri de testare.
Impacturi seismice;
Efecte explozive;
Sarcini de urgență cauzate de întreruperi în procesul tehnologic,
defectarea echipamentului;
Sarcini cauzate de deformarile bazei cu modificari radicale
structura solului (la înmuierea solurilor de tasare) sau tasarea acestuia
în zonele miniere şi zonele carstice.
Se determină valorile caracteristice și de proiectare ale sarcinilor episodice
documente de reglementare speciale.
Greutatea caracteristică a structurilor prefabricate trebuie determinată pe baza cataloagelor, standardelor, desenelor de lucru sau
datele pașapoartelor producătorilor. Pentru alte structuri (monolitice
beton armat, zidărie, pământ) valoarea greutății se determină în funcție de proiect
diferite dimensiuni și densități ale materialelor. Pentru densitatea betonului armat admis
ρ = 2500 kg/m 3,pentru oțel ρ = 7850 kg/m 3, pentru zidărieρ = 1800 kg/m3.
O sarcină moartă poate avea trei valori de proiectare:
Limită, determinată de formula:
F m = F 0 · γ f m · γ n ,
Operațional, determinat de formula:
F e = F 0 · γ f e · γ n ,
Cvasi-constantă, determinată de formula:
F p = F 0 · γ f p · γ n ,
În formulele date γn – coeficientul de fiabilitate pentru scopul propus
structuri (vezi tabelul (3.1). Valorile coeficientului de fiabilitate la limită
valoarea de încărcare γ f m acceptate conform tabelului 3.3. Valoarea factorului de fiabilitate bazată pe valoarea sarcinii operaționale γ f e se ia egal cu 1,
acestea γ f e = 1 ; egal 1 se accepta si valoarea coeficientului γ f p = 1, folosiți
utilizat pentru determinarea valorii de proiectare cvasi-constante a sarcinii aplicate
luate în considerare în calculele de fluaj.
Tabelul 3.3 Valoarea coeficientului γ f m
Valorile din paranteze trebuie folosite la verificarea stabilității unei structuri împotriva răsturnării și în alte cazuri când reducerea greutății structurilor și a solurilor poate înrăutăți condițiile de funcționare ale structurii.
Tabelul 3.4 prezintă valorile caracteristice distribuite uniform
ny încărcături pe etajele clădirilor rezidențiale și publice.
Continuarea tabelului 3.4.
Se determină valoarea operațională maximă a sarcinilor de podea
dupa formulele:
q m = q 0 · γ fm · γ n ,
q e = q 0 · γ fe · γ n .
Factori de siguranță pentru sarcina finală γ fm = 1,3 la q 0 < 2кН/м 2 ; la q 0≥ 2kN/m2 γ fm = 1,2 . Factorul de siguranță pentru sarcina operațională γfe = 1.
este o variabilă pentru care se stabilesc trei valori de proiectare: limită, operațională și cvasi-constante. Pentru calcule fără a lua în considerare proprietățile reologice ale materialului, se utilizează valorile maxime și operaționale de proiectare ale încărcăturii de zăpadă.Valoarea maximă calculată a încărcăturii de zăpadă pe proiecția orizontală
Raportul de acoperire este determinat de formula:
S m = S 0 · C · γ fm ,(3.9)
Unde S 0– valoarea caracteristică a încărcăturii de zăpadă, egală cu greutatea stratului de zăpadă pe 1 m 2 din suprafața pământului. Valori S 0 determinată în funcție de zona de zăpadă folosind harta de zonare sau Anexa E. Pe teritoriul Ucrainei au fost identificate șase regiuni de zăpadă; valoarea maximă a sarcinii caracteristice pentru fiecare dintre zonele de zăpadă este dată în Tabelul 3.5. Zaporozhye este situat în regiunea III de zăpadă.
Tabel 3.5.- Valori maxime ale încărcăturii caracteristice de zăpadă
| Zona de zapada | eu | II | III | IV | V | VI |
| S0, Pa |
Valori mai precise ale încărcăturii caracteristice de zăpadă pentru unii
orașele din Ucraina sunt prezentate în Tabelul A.3 din Anexa A.
Coeficient Cu în formula (3.9) este determinată de formula:
С = μ Ce Сalt,
Unde: Xie– coeficient ținând cont de modul de funcționare al acoperișului;
Сalt
μ - coeficientul de tranziție de la greutatea stratului de zăpadă pe suprafața pământului
la sarcina de zăpadă de pe înveliș, în funcție de forma acoperișului.
Pentru clădirile cu acoperișuri cu o singură pantă și cu două paturi (Fig. 3.1) valori
coeficient μ sunt luate egale cu:
μ = 1 la α ≤ 25 0
μ = 0 la α > 60 0,
Unde α – unghiul de înclinare a acoperișului. Opțiunile 2 și 3 ar trebui luate în considerare pentru clădirile cu
profile de fronton (profil b), cu opțiunea 2 – 20 0 ≤ α ≤ 30 0,
iar opțiunea 3 – 10 0 ≤ α ≤ 30 0 numai în prezența podurilor de navigație sau a aerării
ny dispozitive de-a lungul coamei acoperișului.
Valoarea coeficientului μ pentru clădiri
cu acoperiri de alte forme este posibil
dar găsiți-l în Anexa G.
Coeficient Xie în formula (3.9), preda-
influenţând influenţa modului de funcţionare
pentru acumularea de zăpadă pe acoperiș
(curățare, topire etc.), instalat
sarcina de proiectare. Pentru neinflamabile
acoperiri de ateliere cu crescut
generarea de căldură cu pante de acoperiș peste 3% și asigurarea corespunzătoare
ar trebui luată scurgerea apei topite
Xie=0,8. În lipsa datelor despre modul
neutilizarea acoperișului este permisă
Accept Xie =1 . Coeficient Сalt – ia în considerare înălțimea geografică H (km) a amplasării șantierului deasupra nivelului mării. La N< 0,5км, Сalt = 1 , la valoarea Н ≥ 0,5 km Сalt poate fi determinat prin formula:
Alt = 1,4H + 0,3
Coeficient γ fm conform valorii maxime calculate a încărcăturii de zăpadă în
formulă ( 3.9) determinată în funcție de perioada medie de repetare specificată
viabilitate T conform tabelului 3.6
Tabelul 3.6. Coeficient γ fm conform valorii maxime de proiectare
sarcina de zapada
Valori intermediare γ fm
Pentru proiectele de construcție în masă, este permisă o perioadă de recurență de urgență T T e f (Tabelul A.3, Anexa A).
Valoarea de proiectare operațională a încărcăturii de zăpadă este determinată de formula:
S e = S o · C · γ fe , (3.10)
Unde Asa deȘi C – la fel ca în formula (3.9);
γfe – coeficient de fiabilitate bazat pe valoarea operațională a zăpezii
sarcina, determinata conform tabelului 3.7 in functie de proportia de timp
η timp în care pot fi încălcate condiţiile celei de-a doua limită
nici un stat; valoare intermediară γfe trebuie determinată liniar
prin interpolare.
Tabelul 3.7. Coeficient γfe în funcţie de valoarea operaţională a încărcăturii de zăpadă
| η | 0,002 | 0,005 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,1 |
| γfe | 0,88 | 0,74 | 0,62 | 0,49 | 0,4 | 0,34 | 0,28 | 0,1 |
Sens η acceptate conform standardelor de proiectare a structurilor sau instalatiilor
este determinată de sarcina de proiectare în funcție de scopul lor, responsabil
itatea și consecințele depășirii stării limită. Pentru proiecte de construcție în masă
guvernului i se permite să accepte η = 0,02 (2% din timp de la durata de viață a structurii
este o variabilă pentru care se stabilesc două calcule -valorile finale: limitative şi operaţionale.
Valoarea maximă de proiectare a sarcinii vântului este determinată de formula:
W m = W 0 · C γ fm , (3.11)
Unde CU – coeficient determinat prin formula (3.12);
γ fm – factor de fiabilitate pentru valoarea maximă a sarcinii vântului;
W 0 - valoarea caracteristică a încărcăturii vântului egală cu media (statistică)
chesk) componentă a presiunii vântului la o înălțime de 10 m deasupra suprafeței
teren. Valoarea lui W 0 se determină în funcţie de regiunea vântului conform
harta de zonare sau conform Anexei E.
Pe teritoriul Ucrainei au fost identificate cinci regiuni eoliene; caracteristici maxime
Valorile sarcinii ristice pentru fiecare dintre regiunile vântului sunt date în tabel
fata 3.8. Zaporozhye este situat în regiunea eoliană III.
Tabelul 3.8. Valori maxime ale sarcinii caracteristice ale vântului
| Districtul vântului | eu | II | III | IV | V |
| W0, |
Valori mai precise ale încărcăturii caracteristice vântului pentru unele orașe din Ucraina sunt date în tabelul A.2 apendicele. A.
Coeficient CU în formula (3.11) este determinată de formula:
C = Caer Ch Calt Crel Cdir Cd (3.12)
Unde Sayer – coeficient aerodinamic; CH - coeficient ținând cont de înălțimea structurii; Calt – coeficientul de înălțime geografică; Crel – coeficientul de relief; Cdir – coeficient de direcție; CD – coeficientul dinamic.
Standardele moderne prevăd mai mulți coeficienți aerodinamici:
Influența externă Xie;
Frecare C f;
Influența internă C i;
Trage C x ;
Forța laterală C y .
Valorile coeficienților aerodinamici sunt determinate conform Anexei I
în funcţie de forma structurii sau a elementului structural. La calcularea cadrelor cadrelor clădirii, se utilizează de obicei coeficientul aerodinamic de influență externă Xie . Figura 3.2 prezintă structuri de cea mai simplă formă, modele de presiune a vântului la suprafață și coeficienți aerodinamici de influență externă asupra acestora.
a – structuri solide plate de sine stătătoare; b – cladiri cu acoperis in frontone.
Fig.3.2. Diagrame de încărcare a vântului
Pentru cladirile cu acoperis in frontone (Fig. 3.2, b) coeficient aerodinamic
presiune activă Ce = + 0,8; valorile coeficientului Ce1 și Ce2 depinzând de
dimensiunile clădirii sunt date în masa 3.9, coeficient Ce3– în tabelul 3.10.
Tabelul 3.9. Valorile coeficientului Ce1 Și Ce2
| Coeficient | α, deg. | Valori Xie 1 ,Ce2 la h/l, egal | ||||
| 0,5 | ≥ 2 | |||||
| Ce1 | - 0,6 | - 0,7 | - 0,8 | |||
| + 0,2 | - 0,4 | - 0,7 | - 0,8 | |||
| + 0,4 | +0,3 | - 0,2 | - 0,4 | |||
| + 0,8 | +0,8 | +0,8 | +0,8 | |||
| Ce2 | ≤ 60 | - 0,4 | - 0,4 | - 0,5 | - 0,8 | |
Tabelul 3.10. Valorile coeficientului Ce3
| b/l | Valori Ce3 la h/l, egal | ||
| ≤ 0,5 | ≥ 2 | ||
| ≤ 1 | - 0,4 | - 0,5 | - 0,6 |
| ≥ 2 | - 0,5 | - 0,6 | - 0,6 |
Semnul plus al coeficienților corespunde direcției presiunii vântului pe suprafață, semnul minus - departe de suprafață. Valorile intermediare ale coeficienților ar trebui determinate prin interpolare liniară. Valoarea coeficientului maxim pentru panta Ce3= 0,6.
Coeficientul de înălțime al structurii CH ia în considerare creșterea încărcăturii vântului de-a lungul înălțimii clădirii și depinde de tipul zonei înconjurătoare și se determină conform tabelului 3.11.
Tabelul 3.11. Valorile coeficientului CH
| Z(m) | CH pentru tipul de teren | |||
| eu | II | III | IV | |
| ≤ 5 | 0,9 | 0,7 | 0,40 | 0,20 |
| 1,20 | 0,90 | 0,60 | 0,40 | |
| 1,35 | 1,15 | 0,85 | 0,65 | |
| 1,60 | 1,45 | 1,15 | 1,00 | |
| 1,75 | 1,65 | 1,35 | 1,10 | |
| 1,90 | 1,75 | 1,50 | 1,20 | |
| 1,95 | 1,85 | 1,60 | 1,25 | |
| 2,15 | 2,10 | 1,85 | 1,35 | |
| 2,3 | 2,20 | 2,05 | 1,45 |
Tipurile de teren din jurul structurii sunt determinate pentru fiecare calcul -
direcție diferită a vântului separat:
I – suprafețe deschise ale mării, lacurilor, precum și câmpii fără obstacole, supuse
rezistent la vant pe o lungime de cel putin 3 km;
II – zonă rurală cu garduri (garduri), clădiri mici, case
mi și copaci;
III – zone suburbane și industriale, păduri extinse;
IV – zone urbane în care este ocupată cel puțin 15% din suprafață
cladiri cu inaltimea medie mai mare de 15 m.
Structura este considerată a fi situată pe un anumit tip de teren de determinat
direcția calculată a vântului, dacă este în direcția luată în considerare astfel
teren disponibil la distanță 30Z la toata inaltimea structurii Z< 60м sau
2 km la Z> 60m (Z – înălțimea clădirii).
Coeficientul de altitudine geografică Calt tine cont de inaltime N (km) cazare
șantier deasupra nivelului mării și este determinat de formula:
Calt = 2H, la N > 0,5 km,
Calt = 1, la H ≤ 0,5 km.
Coeficientul de relief Crel are în vedere microrelieful zonei din apropierea zonei
ki pe care se află șantierul și se ia egal cu unitate
cu excepția cazului în care șantierul este situat pe un deal sau pe
Coeficientul de direcție Cdir ia în considerare sarcina neuniformă a vântului
în direcția vântului și, de regulă, este luată egală cu unitatea. Cdir ≠ 1 la-
se ia in considerare cu justificare speciala numai pentru terenuri plat deschise
Coeficientul dinamic CD ia in considerare influenta componentei de pulsatie
sarcina curentă de vânt și corelarea spațială a presiunii vântului pe
constructie. Pentru structuri care nu necesită calcule ale dinamicii vântului CD = 1.
Factorul de fiabilitate bazat pe valoarea maximă de proiectare a sarcinii vântului -
ruzki γ fm determinată în funcție de perioada medie de repetare specificată
poduri T conform tabelului 3.12.
Tabelul 3.12. Factorul de fiabilitate bazat pe valoarea maximă de proiectare a sarcinii vântului γ fm
Valori intermediare γ fm ar trebui determinată prin interpolare liniară.
Pentru proiectele de construcție în masă, este permisă o perioadă medie de repetabilitate T luate egale cu durata de viață stabilită a structurii T ef
(conform Tabelului A.3. Anexa A).
Valoarea de proiectare operațională a sarcinii vântului este determinată de formula:
We = Wo C γfe, (3.13)
Unde WoȘi C – la fel ca în formula (3.12);
γfe – coeficient de fiabilitate bazat pe valoarea de proiectare operațională
Calculul unui proiect care vizează prevenirea stărilor limită ale primului grup este exprimat prin inegalitatea:
N ≤ Ф, (2.1)
Unde N– forța în elementul luat în considerare (forța longitudinală, momentul încovoietor, forța transversală) din acțiunea valorilor maxime de proiectare ale sarcinilor; F– capacitatea portantă a elementului.
Pentru a verifica stările limită ale primului grup, se folosesc valorile maxime de proiectare ale sarcinilor F m, determinate de formula:
F m = F 0 g fm ,
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii, g fm,– factor de fiabilitate pentru valoarea maximă a sarcinii, ținând cont de posibila abatere a sarcinii într-o direcție nefavorabilă. Valori caracteristice de sarcină F 0și valorile coeficienților g fm determinată în conformitate cu DBN. Secțiunile 1.6 – 1.8 ale acestei dezvoltări metodologice sunt dedicate acestor probleme.
La calcularea sarcinilor, de regulă, se ia în considerare coeficientul de fiabilitate în scopul structurii g n, ale căror valori, în funcție de clasa de responsabilitate a structurii și de tipul situației de proiectare, sunt date în tabel. 2.3. Apoi, expresia pentru determinarea valorilor maxime de sarcină va lua forma:
F m = F 0 g fm ∙g n
Partea dreaptă a inegalității (1.1) poate fi reprezentată ca:
Ф = S R y g c ,(2.2)
Unde Ry– rezistența de proiectare a oțelului, stabilită prin limita de curgere; S– caracteristicile geometrice ale secțiunii (sub tensiune sau compresiune S reprezintă aria secțiunii transversale A, la încovoiere – moment de rezistență W); g c– coeficientul condițiilor de funcționare a structurii, ale cărui valori, în funcție de materialul structurii, sunt stabilite de standardele relevante. Pentru valorile structurilor metalice g c sunt date în tabel. 2.4.
Înlocuind valoarea (2.2) în formula (2.1), obținem condiția
N ≤ S R y g c
Pentru elemente intinse cu S=A
N ≤ A R y g c
Împărțirea părților stânga și dreaptă ale inegalității la suprafață A, obținem condiția pentru rezistența unui element la tracțiune sau comprimat:
Pentru elementele pliabile când S = W, Apoi
M ≤ W R y g c
Din ultima expresie urmează o formulă de verificare a rezistenței unui element de încovoiere
Formula pentru verificarea stabilității unui element comprimat este:
Unde φ – coeficient de flambaj în funcţie de flexibilitatea tijei
Tabel 2.4 – Coeficientul condițiilor de funcționare g c
| Elemente structurale | g cu |
| 1. Grinzi pline și elemente comprimate de ferme de podea sub sălile teatrelor, cluburilor, cinematografelor, sub incinta magazinelor, arhivelor etc. sub o sarcină temporară care nu depăşeşte greutatea planşeului 2. Coloane de clădiri publice şi suporturi de turnuri de apă. 3. Stâlpi de clădiri industriale cu un etaj cu macarale rulante 4. Elemente principale comprimate (cu excepția celor de susținere) ale unei zăbrele compozite în secțiune T de la colțurile fermelor de acoperiș sudate și a planșeelor la calculul stabilității acestora cu flexibilitate l ≥ 60 5. Strângeri, tije, tiranți, agățați în calculele de rezistență în secțiuni neslăbite 6. Elemente structurale din oțel cu limită de curgere de până la 440 N/mm 2, suportând o sarcină statică, în calculele de rezistență într-o secțiune slăbită prin găuri pentru șuruburi (cu excepția conexiunilor de frecare) 8. Elemente comprimate din unghiuri simple atașate de un raft (pentru unghiuri inegale - un raft mai mic), cu excepția elementelor de zăbrele ale structurilor spațiale și a fermelor plate din unghiuri simple 9 Plăci de bază din oțel cu o limită de curgere de până la 390 N/mm 2, suportând o sarcină statică, grosime, mm: a) până la 40 inclusiv b) de la 40 la 60 inclusiv c) de la 60 la 80 inclusiv | 0,90 0,95 1,05 0,80 0,90 1,10 0,75 1,20 1,15 1,10 |
| Note: 1. Coeficienţi g c< 1 при расчете одновременно учитывать не следует. 2. При расчетах на прочность в сечении, ослабленном отверстиями для болтов, коэффициенты gCu poz. 6 și 1, 6 și 2, 6 și 5 ar trebui luate în considerare simultan. 3. La calculul plăcilor de bază, coeficienții dați la poz. 9 și 2, 9 și 3, ar trebui luate în considerare simultan. 4. La calcularea conexiunilor, coeficienții g c pentru elementele date la poz. 1 și 2 trebuie luate în considerare împreună cu coeficientul g V. 5. În cazurile nespecificate în acest tabel, formulele de calcul ar trebui să ia g cu =1 |
Atunci când se calculează structurile care funcționează în condiții de încărcare repetate (de exemplu, când se calculează grinzile macaralei), se utilizează o sarcină de proiectare ciclică pentru a determina forțele, a căror valoare este determinată de formulă.
Sensul fizic al stărilor limită.
Și lucrați la stările limită
Subiectul 4.2.1. Conceptul de stări limită ale structurilor de construcție
1. Limită sunt numite stat clădiri, structuri, fundații sau structuri în care:
A) încetează să îndeplinească cerințele operaționale
B) precum și cerințele specificate în timpul construirii acestora.
2. Grupuri de stări limită ale structurilor (cladirii):
A) primul grup
- pierderea capacității portante sau inadecvarea utilizării. Stările acestui grup sunt considerate limitative dacă a apărut o stare periculoasă de efort-deformare în K sau s-a prăbușit;
B) al doilea grup - din cauza nepotrivirii utilizării normale. Normal- aceasta este functionarea cladirii (K) in conformitate cu standardele: tehnologic sau conditii de locuit.
Exemplu. Structura nu și-a pierdut capacitatea portantă, adică. satisface cerintele primei grupe de P.S., dar deformarile acestuia (deformari sau fisuri) perturba procesul tehnologic sau conditiile normale pentru oamenii din incapere.
Exemple de stări limită ale grupelor 1 și 2.
1. Stările limită ale primului grup includ:
a) pierderea generală a stabilității formei (Fig. 2.1, a, b – p.26);
b) pierderea stabilităţii poziţiei (Fig. 2.1, c, d);
c) deteriorare fragilă, ductilă sau de alt tip (Fig. 2.1, e);
d) distrugerea sub influența combinată a factorilor de forță și a mediului extern etc.
2. Stările limită ale celui de-al doilea grup includ stări care împiedică funcționarea normală a K (Z) sau le reduc durabilitatea din cauza mișcărilor inacceptabile (devieri, tasare, unghiuri de rotație), vibrații și fisuri.
Exemplul 1. O grindă de macara puternică și fiabilă s-a îndoit mai mult decât standardul. O macara rulantă cu sarcină „se mișcă din groapă” din cauza deflexiunii grinzii, care creează sarcini inutile asupra componentelor și înrăutățește condițiile de funcționare normală.
Exemplul 2. Când un tavan din lemn tencuit se deviază cu >1/300 din deschidere, tencuiala dispare. Puterea fasciculului nu este epuizată, dar condițiile de viață sunt perturbate și există un pericol pentru sănătatea umană.
Exemplul 3. Deschiderea excesivă a fisurilor, care sunt permise în beton armat și CC, dar sunt limitate de standarde.
1. Scopul metodei calculul sistemului de siguranță pentru stări limită: să nu permită niciuna dintre stările limită din K (Z) în timpul funcționării lor pe durata de viață și în timpul construcției.
2. Esența calculului conform stărilor limită - mărimea forțelor, tensiunilor, deformațiilor, deschiderii fisurilor sau a altor impacturi nu trebuie să depășească valorile limită în conformitate cu standardele de proiectare.
Si acelea. starea limită nu va apărea dacă factorii enumerați nu depășesc valorile stabilite de standarde.
B) complexitatea calculelor în determinarea tensiunilor, deformaţiilor etc., în structuri datorate sarcinilor. Nu este greu să le compari cu cele limită.
conform stărilor limită ale grupei I
1. Calcul pe baza stărilor limită ale primului grup - calcul pe baza capacităţii portante (improprietate de utilizare).
2. Scopul calculului - să prevină apariția oricărei stări limită a primului grup, i.e. asigurați capacitatea portantă atât a lui K cât și a întregului Z în ansamblu.
3. Capacitatea portantă a structurii este asigurată , Dacă
N ≤ Ф (2,1)
N- calculată, adică cele mai mari forțe posibile care pot apărea în secțiunea unui element (pentru elementele comprimate și de tracțiune aceasta este o forță longitudinală, pentru elementele de încovoiere este un moment încovoietor etc.).
F- cea mai mică capacitate portantă posibilă a unei secțiuni a unui element supus la compresiune, tensiune sau încovoiere depinde de rezistența materialului K, de geometria (forma și dimensiunea) secțiunii și se exprimă:
Ф =(R; А) (2.2)
R- rezistența de proiectare a materialului - una dintre principalele caracteristici de rezistență ale materialului
A- factor geometric (aria secțiunii transversale - în timpul întinderii și compresiunii, moment de rezistență - în timpul încovoierii etc.).
4. Pentru unele structuri, capacitatea portantă este asigurată dacă
σ ≤ R(2.3)
Unde σ - tensiuni normale în secţiunea K (uneori tangenţiale, principale etc.).
Structura și conținutul formulelor de calcul de bază pentru calcule
conform stărilor limită ale grupului 2 ( p.s.)
1. Scopul calculului - prevenirea stărilor limită ale celui de-al doilea grup, i.e. asigura funcționarea normală a clădirii sau clădirii. P.S. al doilea grup nu va apărea cu condiția:
f - deformarea structurii (deplasarea, unghiul de rotație al secțiunii etc.).
Notă Deformari: la incovoiere - deformarea SC, tije - scurtare sau alungire, baze - gradul de tasare
2. La p.s. Grupa 2 - formarea de fisuri excesive. Sunt acceptabile pentru beton armat și materiale din beton. Lățimea deschiderii lor, precum și abaterile, sunt limitate de standarde.
