Основы расчета конструкций по предельным состояниям

Все строительные конструкции, в том числе конструкции из дерева и пластмасс, рассчитываются по двум группам предельных состоянийПредельное состояние первого типа – это такое состояние, при котором происходит потеря несущей способности конструкции, т.е. это состояние разрушения вследствие разрушения материала, потери устойчивости, превращения конструкции в геометрически изменяемую систему и т.п. Цель расчетов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) спроектировать неразрушающуюся конструкцию при действии монтажных и эксплуатационных нагрузок и воздействий. Можно считать, что это расчет конструкции на прочность.

Предельные состояния второй группы определяются непригодностью конструкции к нормальной эксплуатации вследствие недопустимо больших перемещений (прогибов, сдвигов, углов поворота). Расчет конструкции по второй группе предельных состояний часто считают расчетом конструкции на жесткость.

Расчет конструкций по первому предельному состоянию проводится на расчетные нагрузки, а расчет по второму состоянию – на нормативные нагрузки.

Нормативные нагрузки являются, как правило, исходными значениями нагрузок, определяемыми либо путем обработки многолетних наблюдений (для временных нагрузок), либо как произведение плотности материала конструкции на его объем (для непрерывных плоских слоев или материалов– как произведение площади на толщину, для листовых и рулонных материалов – как произведение веса квадратного метра материала на площадь).

Расчетная нагрузка равна по величине произведению нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке γ_f .

Классификация нагрузок и воздействий представлена на рис.2.1.

Расчет строительных конструкций производится на невыгоднейшие сочетания нагрузок и их расположения.

Расчет выполняют на основные и особые сочетания нагрузок

Основные сочетания включают одновременные действия постоянных, временных длительных и кратковременных нагрузок. При расчете конструкций на основные сочетания, включающие одну (невыгоднейшую) кратковременную нагрузку, величина последней учитывается без снижения, а при учете в сочетаниях двух и более кратковременных нагрузок, расчетные величины этих нагрузок умножаются на коэффициент сочетаний ψ=0,9.

Особые сочетания нагрузок включают кроме перечисленных нагрузок одну из особых нагрузок. При расчете на особые сочетания нагрузок все кратковременные и особые нагрузки умножаются на коэффициент сочетания ψ=0,8. Пример особого сочетания нагрузок: постоянная, ветровая, снеговая и сейсмическая нагрузки.

Основные схемы сочетания нагрузок представлены на рис.2.2.

При расчете несущих конструкций согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» рекомендуется учитывать уровень ответственных зданий и сооружений, путем умножения расчетных усилий и перемещений на коэффициент надежности по ответственность зданий γ_n. Установлено три уровня ответственности зданий и сооружений:

I. Повышенный уровень ответственности (здания и сооружения, разрушение которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям; уникальные здания);

II. Нормальный уровень ответственности (жилые, производственные, общественные, сельскохозяйственные здания и сооружения);

III. Пониженный уровень ответственности (для сооружений сезонного или вспомогательного назначения: парники, теплицы, небольшие склады, летние павильоны и др.).

Коэффициенты надежности по ответственности γ_nпринимают равным:

для І уровня - 0,95…1,2; для І І уровня – 0,95; для ІІІ уровня – 0,8…0,95.

Расчет по первой группе предельных состояний, как правило, сводится к выполнению условия

σ_max, τ_max≤ R , (2.1)

где σ_max, τ_max – максимальные (нормальные или касательные) напряжения в опасном сечении при наиболее неблагоприятном сочетании нагрузок или воздействий;

R - расчетное сопротивление древесины.

Расчет по второму предельному состоянию выполняется по зависимости

δ ≤ [δ], (2.2.)

где δ - обобщенное максимальное перемещение (прогиб, линейное перемещение, угол сдвига);

[δ] – предельно допустимая (нормируемая) величина перемещения.

Расчет элементов конструкций можно представить в виде алгоритма (рис. 2.3).