2.2 Навантаження і впливи

Одним з основних параметрів при проектуванні будівельних конструкцій є впливи експлуатаційного середовища, які впливають на їх несучу здатність і експлуатаційну придатність. Впливи експлуатаційного середовища можна розділити на механічні та немеханічної природи. Механічні впливи, що враховуються в розрахунках безпосередньо, розглядаються як сукупність сил, прикладених до конструкції (навантаження), або як вимушені переміщення та деформації елементів конструкцій. Впливи не механічної природи (наприклад, впливи агресивного середовища, замерзання та відтавання), як правило, враховуються в розрахунку опосередковано. Вказані впливи розглядаються, як правило, як випадкові величини, випадкові послідовності або процеси а їх закони розподілу, частотно-часові характеристики і правила врахування їх мінливості встановлюються нормами проектування.

Залежно від причини виникнення впливи поділяються на:

• основні, які є неминучим наслідком природних явищ або людської діяльності;

• епізодичні (аварійні), які є небажаними результатами людської діяльності (наслідки грубих помилок), або результати несприятливого збігу обставин (до них можна віднести і дуже рідкісні впливи природного характеру такі, як впливи від торнадо, цунамі, падіння літака тощо).

Залежно від мінливості в часі впливи поділяють на:

• постійні, які діють під час усього терміну експлуатації об’єкта і їх значення незначно змінюються в часі;

• змінні, для яких неможна нехтувати зміною їх величини у часі відносно середнього значення.

Змінні впливи залежно від тривалості безперервної дії на конструкцію (T_d) поділяються:

• тривалі, тривалість дії яких (T_d) може наближатись до терміну експлуатації об’єкта (T_ef);

• короткочасні, для яких T_d<< T_ef і які в свою чергу можуть поділятись на повторні та епізодичні.

Навантаження, що виникають при виготовленні, зберіганні та перевезенні конструкцій, а також при зведенні споруд, слід враховувати при розрахунках як короткочасні.

В залежності від реакції конструкції на впливи навантаження поділяються:

• статичні, які не викликають значних прискорень конструкції, що дозволяє нехтувати при розрахунку будівельних конструкцій інерційними силами;

• динамічні, які викликають такі прискорення коливання конструкцій, що інерційними силами нехтувати не можна.

Поділ навантажень на статичні або динамічні залежить від співвідношення властивостей цих навантажень та властивостей конструкцій, які їх сприймають. Критерії розподілу впливів і властивостей конструкцій (наприклад, граничне значення періоду власних коливань) повинні встановлюватись нормативними документами.

До постійних навантажень можна віднести власну вагу конструкцій, зусилля попереднього напруження, тиск ґрунту тощо.

До змінних належать маса стаціонарного обладнання, тиск рідин і газів, навантаження у кригосховищах і складах, частина тимчасового навантаження у приміщеннях від одного мостового або підвісного крана, зменшується на 20 – 40%, частина снігового навантаження тощо. До складу короткочасних навантажень зараховують вагу людей, снігові, вітрові і кранові навантаження, температурні кліматичні впливи тощо. Значення цих навантажень під час розрахунку приймають повними (а не їх частину, як під час врахування в складі тимчасових довготривалих). Особливі навантаження виникають у разі сейсмічних, вибухових або аварійних впливів.

Наведена класифікація навантажень дозволяє виконувати розрахунки будівельних конструкцій з урахуванням необхідних розрахункових ситуацій та граничних станів:

а) перевірку несучої здатності, стійкості при одноразовому навантаженні в екстремальних умовах експлуатації (аварійна розрахункова ситуація або стабільна чи перехідна розрахункова ситуація, що може виникнути обмежене число разів за строк служби будівельного об’єкта);

б) перевірку жорсткості (прогинів) та тріщиностійкості бетонних та залізобетонних конструкцій в режимі нормальної експлуатації (стабільна розрахункова ситуація);

в) перевірку витривалості (розрахунки на втому) при повторних навантаженнях (стабільна розрахункова ситуація);

г) урахування повзусі матеріалів та інших реологічних процесів при впливі постійних і довготривалих процесів (стабільна розрахункова ситуація).

В залежності від мети розрахунків і характеру навантажень використовуються чотири види розрахункових значень: граничне, експлуатаційне, циклічне, квазіпостійне.

Основною характеристикою при призначенні навантажень є їх характеристичні значення. Величини характеристичних навантажень встановлені в нормах ДБН В.1.2-2:2006 [1] Розрахункові значення навантажень визначаються множенням характеристичних значень на коефіцієнт надійності за навантаженням γ_f , який залежить від виду навантажень та групи граничних станів для яких виконується розрахунок.

Як правило, вказані види навантажень, згідно вказівок таблиці 4.1 ДБН В.1.2-2:2006, застосовуються в наведених в табл. 2.1 випадках. Буквами вказано перераховані вище типи розрахунків.

Таблиця 2.1

Види навантаень за типом розрахунків

Розрахункове значення	Види навантажень за типом розрахунків
	Основні			Епізодичні
	Постійні	Змінні
		Тривалі	Короткочасні
Експлуатаційне	б,г	б	б
Граничне	а	а	а	а
Циклічне		в	в
Квазіпостійне		г

В ДБН В.1.2-2:2006, в залежності від виду розрахункових значень та типу розрахунків, наведені відповідні значення коефіцієнтів надійності за навантаженням γ_f.

Так, наприклад, при розрахунку конструкцій за несучою здатністю, власну вагу конструкції вводять, зазвичай, з коефіцієнтом надійності γ_fm=1.05 – 1.3. Коефіцієнт надійності для змінних навантажень (вага устаткування) γ_fm=1.05 – 1.2. Якщо ж зменшення ваги конструкції погіршує умови роботи (наприклад, під час розрахунку на стійкість положення, спливання та опрокидання, ковзання), то приймають γ_fm=0.09 – 0.95. Розрахунок конструкцій за другою групою граничних станів, враховуючи меншу небезпеку їх настання, виконується за характеристичними значеннями навантаження, тобто γ_fm=1.

Будівлі і споруди, зазвичай, піддаються одночасній дії різних навантажень (власна вага конструкцій, корисне навантаження від людей, устаткування, сніг, вітер тощо), тому під час їх розрахунку враховують най несприятливе сполучення впливів.

До сполучення повинні входити навантаження, які найбільш несприятливо впливають на конструкції (основу) з точки зору граничного стану, що розглядається. Впливи, які взаємно виключають один одного, не можуть бути включеними в одне сполучення.

Залежно від складу навантажень розрізняють сполучення двох типів: основні та аварійні. Для розрахунку конструкцій за першою групою граничних станів використовують основні сполучення, які складаються із постійних навантажень з граничними розрахунковими значеннями, граничні розрахункові циклічні або квазіпостійні значення змінних навантажень.

При розрахунку конструкцій за другою групою граничних станів використовують основні сполучення, які складаються із постійних навантажень з експлуатаційним розрахунковим значенням, а також експлуатаційні.

При розрахунку конструкцій на вплив аварійного сполучення крім постійних і змінних навантажень може входити тільки один епізодичний вплив.

Ймовірність одночасної реалізації розрахункових значень декількох навантажень достатньо мала. Вказане враховується коефіцієнтом сполучення ψ≤1.

Основні сполучення, що включають постійні та не менш ніж два змінних впливи, останні приймаються з коефіцієнтом сполучень ψ₁=0,95 для тривалих навантажень і ψ₂=0,90 для короткочасних навантажень.

Аварійні сполучення, що включають постійні та не менш ніж два змінних впливи, останні приймаються з коефіцієнтом сполучень ψ₁=0,95 для тривалих навантажень і ψ₂=0,80 для короткочасних навантажень. Аварійне навантаження приймається з коефіцієнтом сполучень ψ₁=1,0.

При розрахунках використовуються і інші коефіцієнти сполучень, які враховують малу імовірність одночасної дії розрахункових значень навантаження одного типу. Так, наприклад, при визначені поздовжніх зусиль для розрахунку колон, стін та фундаментів, що сприймають навантаження від двох і більше перекриттів, характеристичні значення змінних та квазіпостійних навантажень знижують шляхом множення на коефіцієнт сполучень ψ_n. Формули для визначення коефіцієнта ψ_n наведені в 6.9 ДБН В.1.2-2:2006

Рис. 2.1. Графіки розподілу значень зусиль (1) та несучої здатності (2): та N – середньостатистичне і розрахункове значення зусиль; та Ф – те ж, несучої здатності
Рис.2.2. Гістограма міцності бетону