41

Тема 3. Основи розрахунку металевих конструкцій

3.1. Метод розрахунку за граничними станами Групи граничних станів

Метою розрахунку будівельних конструкцій є забезпечення необхідних умов експлуатації будівлі чи споруди і достатньої їх міцності при найменших витратах матеріалів та праці на виготовлення, монтаж і експлуатацію.

Конструкції розраховують на силові та інші впливи за граничними станами. Метод граничних станів був запропонований у Радянському Союзі у 50-і роки.

Тривалий час розрахунки металевих конструкцій виконувались за методом допустимих напружень, який й досі використовують при проектуванні в машинобудуванні, а також у деяких країнах світу при проектуванні будівельних конструкцій. При цьому конструкція розглядалася в експлуатаційному (нормативному) стані, а розрахункові напруження в її елементах обмежувалися значеннями так званих “допустимих напружень” - . Значеннявизначалися виходячи з механічних характеристик матеріалу та “коефіцієнта запасу” – К. Цей коефіцієнт і досі не має точного теоретичного обгрунтування, внаслідок чого при проектуванні нема змоги враховувати вплив на роботу об'єкта різних факторів, які неминуче змінюються протягом тривалої експлуатації конструкції.

Виходячи з цього в 1955 р. під керівництвом та за безпосередньою участю проф. М. С. Стрелецького (м. Москва) був обгрунтований та розроблений метод розрахунку будівельних конструкцій за граничними станами. Це дало змогу на підставі виявлених законів зміни розрахункових факторів з використанням статистичних методів обробки результатів дослідити дійсну роботу конструкцій і диференційовано підходити до змінності навантажень, властивостей матеріалу, умов роботи та інших факторів. Суть цього методу полягає в тому, що з урахуванням призначення та відповідальності споруди на підставі ймовірних оцінок встановлюються показники її роботи, які гарантують з обумовленою забезпеченістю, що граничний стан не настане протягом усього терміну служби обєкта, у тому числі й під час його будівництва. Граничним є стан, за яким конструкція (будівля або споруда) перестає задовольняти вимогам, що до неї ставляться, та стає нездатною до подальшої експлуатації.

Перехід до розрахунку за методом граничних станів певною мірою ліквідував існуючу суперечність між точними методами визначення зусиль у конструкції, напружень в її елементах та приблизним врахуванням дійсних умов роботи споруди. Загалом це призвело до значної економії матеріалу. Деякі положення цього методу розрахунку покладені в основу загальноєвропейських норм проектування.

Ціль методу не допустити з певною забезпеченістю граничного стану конструкцій за весь час експлуатації.

Граничні стани об'єднуються у групи:

а) перша групамістить граничні стани, які призводять до вичерпання несучої здатності конструкцій та їх непридатності до подальшої експлуатації;

б) граничні стани другої груписупроводжуються непридатністю конструкції до нормальної експлуатації.

Характеристики цих станів наведені в табл. 3.1. Досягнення того або іншого граничного стану визначають при розрахунках конструкцій, враховуючи можливі несприятливі відхилення характеристик матеріалу, значень та сполучень діючих навантажень, а також особливості умов виконання робіт та експлуатації.

Надійність конструкцій забезпечується розрахунком, який повинен враховувати невигідні значення навантажень та їх поєднання, можливі відхилення у механічних характеристиках матеріалів, а також умови експлуатації й особливості роботи конструкції.

Граничні стани першої групи перевіряють розрахунком на розрахункові навантаження і впливи, які можливі за весь час експлуатації.

Граничні стани другої групи перевіряють на нормативні навантаження і впливи, які відповідають нормальній експлуатації конструкцій.

Таблиця 3.1

Група граничних станів	Граничний стан
	вид	характеристика
Перша	Несуча здатність	Руйнування пластичне, крихке та через втому. Втрата стійкості форми або положення. Перехід до системи, що змінюється.
	Повна непридатність до експлуатації	Поява текучості матеріалу, зсувів у зєднаннях, резонансних коливань. Якісна зміна конфігурації.
Друга	Непридатність до нормальної експлуатації	Поява недопустимих переміщень, горизонтальних зсувів, поворотів, коливань тощо.