9. Понятие о строительных конструкциях

9.1 Основные нормативные положения проектирования

При проектировании конструкций, оснований зданий и сооружений следует соблюдать требования строительных норм и правил (СНиП), обеспечивающие необходимую надежность, капитальность, долговечность и заданные условия эксплуатации зданий в целом, а также отдельных элементов и соединений конструкций. При этом требуется предусматривать наиболее эффективное использование капитальных вложений путем применения соответствующих строительных материалов, рациональных конструктивных решений и максимального использования прочностных свойств материалов и несущей способности оснований, а также соблюдать требования по экономному расходованию основных строительных материалов при максимальном сокращении трудовых затрат и сроков строительства .

Нормы проектирования строительных конструкций обязывают предусматривать при проектировании зданий и сооружений максимально возможное применение унифицированных типовых конструкций, более совершенную технологию изготовления конструкций и методов их возведения, широкую индустриализацию строительства с использованием современных средств комплексной механизации.

Особое внимание конструктора должно быть обращено на обеспечение прочности и долговечности сооружения в целом и отдельных его частей, а также соединений сборных элементов, которые должны обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость конструкций на всех стадиях их возведения и при эксплуатации. Если в принятом конструктивном решении на прочность и устойчивость конструкций влияет способ возведения, то в проектах зданий должны содержаться указания о порядке их возведения. Эти указания необходимо учитывать в последующем при разработке проекта производства работ.

В проектах зданий и сооружений должны предусматриваться мероприятия:

а) обеспечивающие требуемую долговечность конструкций и оснований (соответствующий выбор материалов, конструктивные и специальные защитные меры в целях повышения огнестойкости, морозостойкости, коррозионной стойкости, защиты от конденсационного увлажнения и гниения, для отвода воды, проветривания и т.п);

б) снижающие возможное отрицательное влияние дополнительных местных и внутренних напряжений (например, сварочных, усадочных, температурных напряжений, концентрации напряжений в местах резкого изменения размеров сечений элементов конструкций, в том числе вблизи отверстий, а также в местах резкого изменения характеристик грунтов основания и т.п).

Строительные конструкции и основания следует рассчитывать на силовые воздействия по методу предельных состояний, при которых конструкция, основание, здание или сооружение перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям при силовых или других возможных воздействиях.

Предельные состояния разделяются на две группы: по потере несущей способности или непригодности к нормальной эксплуатации.

К предельным состояниям первой группы относятся:

• общая потеря устойчивости формы;

• потеря устойчивости положения;

• хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разрушение;

- разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды;

• качественное изменение конфигурации;

• резонансные колебания;

- состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуа-тации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести или чрезмерного раскрытия трещин.

К предельным состояниям второй группы относятся: состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций и оснований или снижающие долговечность из-за появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний трещин и т.п.

Цель метода расчета по предельным состояниям не допустить наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего срока службы конструкций, здания или сооружения, а также при их возведении.

Нормы расчета регламентируют усилия, напряжения, деформации, перемещения, величины раскрытия трещин и др., которые не должны превышать предельных значений, устанавливаемых нормами проектирования.

Надежность конструкций и оснований обеспечивается расчетом, которым учитываются возможные неблагоприятные характеристики материалов и возможные невыгодные нагрузки и сочетания нагрузок и воздействий, а также условия эксплуатации и особенности работы конструкций и оснований. При этом должны быть соблюдены все требования нормативных документов и государственных стандартов (или технических условий), предъявляемые к качеству материалов, изделий и производству работ, а также к эксплуатации зданий и сооружений.

Расчетные схемы и основные предпосылки расчета конструкций и оснований должны учитывать факторы, определяющие напряженное и деформированное состояние, а также особенности взаимодействия элементе конструкций между собой и с основанием. В необходимых случаях учитываются пространственная работа, геометрическая и физическая нелинейность, пластические свойства материалов и грунтов. Расчетные схемы должны отражать действительные условия работы сооружений и ориентировать на использование электронно-вычислительных машин.

Основными параметрами сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления R^н, устанавливаемые нормами проектирования строительных конструкций с учетом условии контроля и статической изменчивости сопротивлений. Значение нормативного сопротивления материала может равняться значению контрольной или браковочной характеристики, устанавливаемой соответствующими государственными стандартами на материалы.

Возможные отклонения сопротивлений (и других характеристик) материалов и грунтов в неблагоприятную сторону от нормативных значений учитываются коэффициентами безопасности по материалу и грунту k, вводимыми в виде делителя к нормативным значениям. Численные значения коэффициентов k устанавливаются нормами проектирования конструкций и оснований в зависимости от свойств материалов и грунтов, их статистической изменчивости. Коэффициент k учитывает: возможное отклонение сопротивлений материала от нормативных сопротивлений вследствие случайного разброса прочностью; отличия сопротивлений материала в конструкциях от контролируемой на малых образцах прочности; отклонения в размерах сечений прокатных профилей (с учетом допусков на прокат); отсутствие площадки текучести у высокопрочных металлов и необходимость введения дополнительных запасов при назначении расчетных сопротивлений этих материалов и т.п. В расчетах по несущей способности значения k для материалов принимаются не менее 1.1.

Расчетным сопротивлением материала R (или расчетной характеристикой грунта) называется сопротивление, принимаемое при расчетах конструкций или оснований и получаемое делением нормативного сопротивления R^н (характеристики) на коэффициент безопасности по материалу (грунта) k.

Особенности действительной работы (и предельных состояний) материалов, элементов соединений конструкций, оснований, а также конструкций зданий и сооружений, имеющие систематический характер, но не отражаемые в расчетах прямым путем, учитываются в необходимых случаях коэффициентом условий работы m: влияние температуры, влажности, агрессивности среды и т.д.:

• приближенность расчетных схем и принятых в расчете предпосылок;

• перераспределение силовых факторов и деформаций. Численные значения коэффициентов m устанавливаются нормативными документами на основе теоретических и экспериментальных данных о действительной работе материалов, конструкций и оснований в условиях эксплуатации и строительства.

Степень ответственности и капитальности зданий и сооружений, а также значимость последствий наступления тех или иных предельных состояний учитываются в необходимых случаях коэффициентом надежности k_н. Коэффициент k_н может вводиться в расчет также при недостаточной изученности действительной работы и предельных состояний отдельных видов конструкций и оснований. Численные значения коэффициента k_н устанавливаются соответствующими нормативными документами. На коэффициент k_н следует делить предельные значения несущей способности, расчетные сопротивления, предельные деформации, величины раскрытия трещин либо умножать значения расчетных нагрузок, усилий или иных воздействий.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, а также их классификация устанавливаются СНиП «Нагрузки и воздействия». Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений вследствие изменчивости нагрузок или отступлений от условий нормальной эксплуатации учитывается коэффициентом надежности по нагрузке устанавливаемым с учетом назначения зданий и условий их эксплуатации.

Нагрузки и воздействия, принимаемые в расчетах конструкций или оснований и получаемые умножением их нормативных значений на соответствующий коэффициент называются расчетными.

Конструкции и основания рассчитывают с учетом возможных (для сечений элементов, конструкций и их соединений либо для всего здания) неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий по СНиП «Нагрузки и воздействия».