Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Теория сооружений и строительных конструкций»

РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ КОНСТРУКЦИЙ

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Учебное пособие для направления подготовки 08.03.01 «Строительство»

Саратов, 2015

УДК 624.03

ББК 38.5

Р24

Расчетные модели конструкций зданий и сооружений: Учебное пособие для направления подготовки 08.03.01 «Строительство» / Сост. Т.В. Варламова // ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.» – Саратов, 2015.

Изложены сведения о расчетных моделях зданий, сооружений и их конструкций. Приведены рекомендации по выбору расчетных схем в зависимости от конструктивного решения и условий эксплуатации объектов. Изложена методика проектирования конструкций по предельным состояниям. Рассмотрены методы определения нагрузок на конструкции зданий и сооружений. В приложении приведены справочные материалы для определения нагрузок в соответствии с СП 20.13330.

УДК 624

ББК 38.1

© Варламова Т.В.

© ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет им. Гагарина Ю.А.»

2015

1. Общие сведения о расчетных моделях

1.1. Расчетные модели и схемы конструктивных систем

Конструктивное решение здания включает строительную и конструктивную системы, а также конструктивную схему.

Строительная система здания определяется материалом, наиболее массовой конструкцией и технологией возведения несущих элементов.

Конструктивная система здания или сооружения представляет собой совокупность взаимосвязанных несущих конструкций здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость [2].

Проектирование конструкций зданий и сооружений начинается с выбора расчетной модели (расчетной схемы). Расчетной моделью называют модель конструктивной системы, используемую при выполнении расчетов. Она включает физическую модель конструкции и данные о нагрузках.

От выбора расчетной схемы зависит достоверность расчета конструкций, поэтому схема должна максимально точно отражать работу сооружения под действием нагрузок и в то же время быть простой и четкой.

Например, в расчетной схеме монолитного железобетонного здания ребристые и пустотные плиты перекрытий заменяются условной анизотропной пластиной постоянной толщины; колонны и балки заменяются стержнями, приведенными к оси, а плиты и стены - пластинами, приведенными к срединной плоскости.

Конструкции зданий и сооружений, положенные в основу расчётной модели, подразделяются на массивные, пластинчатые, оболочковые и стержневые.

К массивным сооружениям относятся плотины, подпорные стены, каменные сводчатые перекрытия и т.п. Все три геометрических размера таких сооружений сопоставимы по величине.

У пластинчатых конструкций (плиты перекрытий, стеновые панели) и тонкостенных оболочек один из размеров – толщина - значительно меньше двух других (длины и ширины).

К стержневым системам относятся балки, арки, колонны; поперечные размеры таких сооружений значительно меньше их длины.

Среди стержневых систем выделяют пространственные и плоские. В пространственных системах (структуры, металлические каркасы покрытий) оси всех стержней не лежат в одной плоскости. В плоских системах (балки, рамы, арки, плоские фермы) оси всех стержней и силы, действующие на систему, лежат в одной плоскости. Для упрощения расчета пространственные стержневые системы иногда можно расчленять на плоские системы.

Согласно ГОСТ Р 54257-2010 [1], расчетные модели (расчетные схемы) строительных объектов должны отражать действительные условия их работы и соответствовать рассматриваемой расчетной ситуации. При этом учитываются конструктивные особенности строительных объектов, особенности их поведения, нагрузки и воздействия, а также возможные геометрические и физические несовершенства.

Расчетная модель (схема) в общем виде включает в себя:

- расчетные модели нагрузок и воздействий;

- расчетные модели, описывающие напряженно-деформированное состояние элементов конструкций и оснований;

- расчетные модели сопротивления материалов.

Расчетные модели нагрузок отражают их интенсивность (величину), место приложения, направление и продолжительность действия. В некоторых случаях учитывают также зависимость воздействий от реакции сооружения (например, аэроупругие эффекты при взаимодействии потока ветра с гибкими сооружениями).

Расчетные модели напряженно-деформированного состояния описывают условия взаимодействия конструктивных элементов между собой и с основанием, а также реакцию сооружений и их элементов при динамических и статических нагрузках.

Расчетные модели сопротивления строительных объектов описывают прочность и устойчивость элементов и системы в целом, в том числе с учетом накопления повреждений во времени, а также прочность и деформирование основания.