23. Общие сведения по расчету строительных конструкций. Понятия о предельных состояниях и расчет строительных конструкций по предельным состояниям.

Строительные конструкции – это отдельные элементы инженерных сооружений, имеющие различные геометрические формы, выполненные из различных материалов и соединяемые в единую конструкцию, отличающуюся заданными ей свойствами (прочностью, устойчивостью, жесткостью и другими качествами характеризующими её надежность). К современным зданиям предъявляют следующие требования: долговечность, энергоэффективность, соответствие архитектурно-планировочных решений современным требованиям потребителей, относительная простота и скорость возведения, использование современных строительных материалов.

Предельными называются такие состояния для здания, соору­жения или отдельных конструкций, при ко­торых они перестают удовлетворять заданным эксплуатацион­ным требованиям, а также требованиям, заданным при их воз­ведении.

Принято разделять все существующие предельные состояния на две группы:

первая группа предельных состояний — по потере несущей способности или непригод­ности к эксплуатации. Примером этого можно считать конструкции, в которых насту­пило опасное напряженно-деформированное состояние или разрушение (полное или частичное).

Вторая группа предельных состояний – по непригодности к нормальной эксплуатации. Характеризуется менее опасными проявлениями строительных конструкций, но тем не менее нежелательными. К этой группе предельных состояний относятся трещины в каменных и железобетонных конструкциях, прогибы в конструкциях и другие деформации в целом не влияющие на её несущую способность, но затрудняющие технологические процессы в зданиях и нормальные условия пребывания людей в них.

К предельным состояниям первой группы относятся:

общая потеря устойчивости формы;

потеря устойчивости положения;

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение;

разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды и др.

Рис. Общая потеря устойчивости: а)балки; б)стойки; в)потеря местной устойчивости балки

Рис…Предельные состояния первой группы: а),б) потеря общей устойчивости;в),г) потеря устойчивости положения; д)хрупкое, вязкое или иного характера разрушение элемента

К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (зданий) или снижающие их долговечность вследствие появлений недопу­стимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), коле­баний и трещин.

Суть расчета по предельным состояниям первой группы заключается в том, чтобы величины усилий и нагрузок не превышали несущей способности конструкции. В противном случае она разрушится. Вышесказанное можно представить следующим образом (условие прочности конструкции в общем виде):

N< Ф, (1)

где N — наибольшие возможные усилия (расчетные усилия или дру­гие факторы), которые могут возникнуть в сечении элемента (для сжа­тых и растянутых элементов — это продольная сила, для изгиба­емых — изгибающий момент и т.д.). Они зависят в первую оче­редь от нагрузки и определяются по правилам строительной механики в зависимости от конструктивной схемы, способов со­единения конструкций и т.д.;

Ф — наименьшая несущая способность сечения эле­мента, подвергающегося сжатию, растяжению или изгибу. Она зависит от прочностных свойств материала конструкции, геомет­рии (формы и размеров) сечения и в наиболее общем виде может быть выражена (как функция, зависящая от материала и геомет­рических факторов сечения) в следующем виде:

Ф={R;А}, (2)

где, R — расчетное сопротивление материала (которое является од­ной из основных прочностных характеристик материала);

А — геометрический фактор (площадь поперечного сечения — при растяжении и сжатии, момент сопротивления — при изгибе и т.д.).

Суть расчета по предельным состояниям второй группы заключается в том, чтобы не допустить превышения величин деформаций (трещин, прогибов, углов поворота сечения и др.) над их значениями, установленными нормами. Выполнение условия (3) обеспечит нормальную эксплуатацию строительных конструкций и здания в целом.

f ≤ f_u, (3)

где, f – определенная (фактическая) деформация конструкции (трещина, перемещение, угол поворота, прогиб и др.);

f_u – предельная деформация конструкции, устанавливаемая соответствующим СНиП.