3.4. Суть розрахунку конструкцій за граничними станами

Задача розрахунку конструкцій – не допустити настання будь-якого граничного стану на протязі всього строку експлуатації будівель та споруд, в тому числі і при їх монтажі. Виконання цієї умови досягається тим, що в розрахунках конструкцій враховуються:

1. найбільш несприятливі навантаження (введенням коефіцієнтів _f, а в сполучення навантажень – коефіцієнту );

2. несприятливі механічні характеристики матеріалів (введенням коефіцієнту _m);

3. умови експлуатації конструкцій. Можливі відхилення від передбачених умов роботи конструкцій враховуються пониженням (а іноді і підвищенням) розрахункових опорів сталі шляхом їх множення на коефіцієнти умов роботи _с (табл.6 СНиП “Стальные конструкции”);

4. ступінь відповідальності та капітальності будівель і споруд, а також значимість наслідків досягнення будь-якого граничного стану. Це здійснюється множенням значень розрахункових навантажень на коефіцієнт надійності за призначенням _n .

Значення коефіцієнта _n встановлені залежно від класу відповідальності будівель та споруд:

для І класу (найбільш відповідальні споруди) _n = 1,0;

для ІІ класу _n = 0,95;

для ІІІ класу _n = 0,9.

Таким чином, у розрахунках за граничними станами використовують цілу систему коефіцієнтів надійності, які диференційовано враховують численні фактори, що впливають на роботу конструкцій.

Розрахунок за граничними станами першої групи (за непридатністю до експлуатації) полягає в забезпеченні умови, при якій зусилля, що виникають в елементах від дії розрахункових граничних навантажень, не перевищували б граничних значень, заданих нормами проектування (несучої здатності). Ця умова записується в загальному вигляді так:

Х  Ф, (3)

де Х – узагальнене розрахункове граничне зусилля від дії зовнішніх навантажень;

Ф – несуча здатність елемента.

Розпишемо ці позначення. Ліва частина:

, (4)

де X_0i – характеристичне значення і-того зусилля від дії окремого (і-того) навантаження (поздовжні стискуючі чи розтягуючі зусилля N, згинаючі моменти М, поперечні зусилля Q);

X_0i· _fi – розрахункове граничне значення і-того зусилля;

_i (X_0i · _{f i}) – значення окремого і-того зусилля в сполученні зусиль;

– сполучення зусиль.

k – кількість окремих навантажень (зусиль).

Права частина:

, (5)

де S – геометрична характеристика перерізів елементів (при роботі елемента на розтяг або стиск А – площа поперечного перерізу; при роботі на згин W – момент опору і т.д.).

Інші складові цієї формули вже відомі.

Повний вигляд умови розрахунку за І гр. граничних станів (з урахуванням розшифровки):

. (6)

Розрахунок за граничними станами ІІ групи (за непридатністю до нормальної експлуатації) полягає в забезпеченні умови

f  f_u ,

де f – переміщення (прогини, кути повертання, амплітуди коливань), викликані дією розрахункових експлуатаційних навантажень або відповідних зусиль. Визначаються за формулами будівельної механіки;

f_u – граничні переміщення, які визначаються нормами залежно від конструктивних, технологічних та естетичних вимог.