Тема 2-10 (20) ск-мк-10-6 семестр. „Нагрузки и основы расчета поперечных рам.” Ключевыесловаипонятия

10.1. Нормативные нагрузки.

10.2. Коэффициент надежности по нагрузке _f

10.3.. Расчетные нагрузки.

10.4. Коэффициент сочетания нагрузок .

10.1. Входная информация

При изучении этой темы необходимо вспомнить или пополнить знания, полученные в прошлые периоды обучения:

• из курсов «Сопротивление материалов» теоретические основы работы и расчетов элементов конструкций из различных материалов;

• из курса «Теоретическая механика» о равновесии сил и их взаимодействии;

• из курса «Строительная механика» - основы расчета комплексов строительных конструкций;

- из курса „Инженерная графика»: обозначение на чертежах болтов и швов сварных соединений;

- из предыдущей темы 1.1 (СК-МК-1-1)Физико-механические особенности сталей (ПФ.С.05.ПР.О.03.01) - основы проектирования металлических конструкций; механические и физические характеристики материалов, применяемых в металлических конструкциях

• из предыдущей темы 1.2 (СК-МК-1-2)- Химический состав сталей (ПФ.С.05.ПР.О.03.02), применяемых в металлических конструкциях

- из предыдущей темы 1.3 (СК-МК-2-1)методика расчета строительных металлических конструкций по предельным состояниям; группы предельных состояний (ПФ.С.05.ПР.О.02.01).

из предыдущей темы 1.4 (СК-МК-2-2) Нормативные и расчетные нагрузки и их сочетание (ПФ.С.05.ПР.О.02.02);

- из предыдущих тем 1.5-8 СК-МК-3-1; СК-МК-3-2; СК-МК-3-3 и СК-МК-3-4 методику расчета элементов МК на конкретные силовые воздействия и обеспечения местной устойчивости элементов стержней.

- из предыдущих тем 1.9-10 СК-МК-4-1; СК-МК-4-2; Расчет и конструирование болтовых (ПФ.С.05.ПР.О.05.01) и сварных (ПФ.С.05.ПР.О.05.02) соединений.

- из предыдущей темы 2-1 (ПФ.Д.02.ПР.О.010.01) Схемы балочных клеток. Настилы Прокатные балки. Сортамент и его использование при проектировании МК;

- из предыдущихтем2-2 – 2-3 (ПФ.Д.02.ПР.О.010.02-03) Проектирование балок составного сечения; общая и местная устойчивость балок; узлы опирания и сопряжения балок.

- из предыдущихтем2-4 – 2-6 (ПФ.Д.02.ПР.О.03.01 - 03) Сплошностенчатые центрально-сжатые колонны; сквозные центрально-сжатые колонны; базы и оголовки колонн; проектирование балок составного сечения.

- из предыдущихтем2-7 – 2-9 (ПФ.Д.02.ПР.О.02.01 - 03) Общая характеристика каркасов; компоновка каркасов; конструктивные решения.

10.2. Содержание темы

10.3. Изложение содержания темы

10.3.1. Нагрузки и воздействия.

10.3.1.1.. Нормативные и расчетные нагрузки. Коэффициенты надежности по нагрузке….

10.3.1.2. Сочетания нагрузок

10.3.1.3.Основные виды нагрузок и их определение

10.3.2.Особенности расчета поперечных рам.

10.4. Критерии усвоения

10.5. Выход темы в другие дисциплины и разделы курса

10.6. Контрольные тесты для самопроверки

10.3. Изложение содержания темы

10.3.1. Нагрузки и воздействия.

На конструкцию здания действуют различные нагрузки: постоянные от массы ограждающих и несущих конструкций здания; временные - технологические (от мостовых кранов, подвесного транспорта, подвесных трубопроводов, рабочих площадок и т.п.) и атмосферные (воздействия снега, ветра); особые - вызываемые сейсмическими воздействиями, просадкой опор, аварийными нарушениями технологического процесса и др. (приходится учитывать только в отдельных случаях).

Расчет комплекса несущих конструкций здания (например, рамы) требуется вести на каждую из нагрузок раздельно. Это необходимо потому, что расчетные усилия для разных элементов рамы и даже для разных сечений одного элемента рамы получаются при различной комбинации нагрузок при невыгоднейшем их возможном сочетании.

При расчетах конструкций учитывают нагрузки и воздействия, которые существуют в процессе строительства и эксплуатации здания или сооружения, а также при изготовлении, транспортировке и монтаже. Правила, по которым определяют нагрузки и воздействия, приведены в нормах по проектированию ДБН В.1.2-...-2006 "Нагрузки и воздействия", а также в другой нормативной литературе:ГОСТ 12.1.005 ЕСЗКС. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 25546 Краны грузоподъемные. Режимы работы

ГОСТ 27751 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету

СНиП II-3-79** Строительная теплотехника

СНиП 2.01.01 Строительная климатология и геофизика

.

10.3.1.1.. Нормативные и расчетные нагрузки. Коэффициенты надежности по нагрузке….

При расчете конструкций нагрузки и воздействия принимаются по ДБН В.1.2-...-2006 "Нагрузки и воздействия" , по проектному заданию и принятым конструктивным решениям.

Классификация и характеристика нагрузок и воздействий по времени действия: постоянные и переменные.

К постоянным нагрузкам и воздействиям, когда направление место и время их приложения можно считать неизменными, относятся: вес постоянных частей зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения.

В зависимости от причин возникно­вения нагрузки и воздействия подразделяются на основные и эпизодические.

В зависимости от длительности непрерывного действия переменные нагрузки и воздействия подразделяются на длительные, кратковременные и эпизодические. Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные.

Установленный срок эксплуатации конструкции T_ef принимается по техническому заданию, а в случае его отсутствия может быть принят по приложению В ДБН В.1.2-...-2006.

По величине нагрузки делятся на нормативныеирасчетные.

Нормативные нагрузки (10.1.)- это максимальные по величине нагрузки при нормальной эксплуатации, принимаемые на основе статистических данных или по номинальному значению.

Нормативные нагрузки(блок 4) Нормативные нагрузки – это максимальные нагрузки, которые могут действовать при нормальной эксплуатации. Принимаются на основе статистических данных (ДБН В.1.2-...-2006 «Нагрузки и воздействия»), по номинальному значению (по паспортным данным или каталогам для оборудования, стандартам, данным заводов-изготовителей), по размерам и объемным весам, по опыту эксплуатации аналогичных конструкций или по проектному заданию. Вернитесь к тексту.

Каждый вид нагрузки характеризуется, как правило, одним нормативным значением. Но для нагрузок от людей, животных, оборудования на перекрытие жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, мостовых и подвесных кранов, снеговых и температурных климатических влияний установлено два нормативных значения: полное и пониженное. Пониженное значение нормативных нагрузок используют при учете влияния длительности их действия, а также при проверке на выносливость и в других случаях, на что указано в нормах.

Постоянные нагрузки определяются по данным стандартов; заводов-изготовителей; по размерам и объемным весам.

Переменные длительные нагрузки определяются с использованием таких рекомендаций. Вес оборудования принимается по стандартам, каталогам или по проектному заданию; давление газов, жидкостей, температурные воздействия указываются в проектном задании; другие нагрузки определяются с учетом указаний ДБН В.1.2-...-2006 "Нагрузки и воздействия".

Кратковременные нагрузки, действующие на перекрытие, определяются из опыта эксплуатации и приведены в ДБН В.1.2-...-2006 "Нагрузки и воздействия"; нагрузки от кранов принимаются по каталогам, паспортным данным или задаются в проектном задании; атмосферные нагрузки (снеговая, гололедная, ветровая) определяются поДБН В.1.2-...-2006 "Нагрузки и воздействия", в зависимости от климатического района.

Атмосферные нагрузки(от снега, ветра, гололеда) и температурные влияния определяют по средним годовым значениям в зависимости от географического района строительства или по значениям, которые отвечают среднему периоду их превышения.Характеристическое значение снеговой нагрузки S₀ (в Па) равняется весу снегового покрова на 1 квадратный метр поверхности грунта, которое может быть превышено в среднем один раз в 50 лет.

Характеристическое значение снеговой нагрузки S₀ определяется в зависимости от снегового района. В необходимых случаях допускается определять значение снеговой нагрузки S0 путем статистической обработки результатов снегомерных съемок.

Для каждого района установлены нормативные значения снеговой нагрузки на 1 м² площади горизонтальной проекции S_о(по даннымснегозадержанияна участке, который защищен от ветра, за период, не менее 10 лет) и ветрового давления W_о (по данным о скорости ветра на уровне 10мнад поверхностью земли, которая отвечает 10-минутному усредненному интервалу и может быть превышена в среднем один раз в 5 лет).

Значения эксклюзивных (особых) нагрузок устанавливают в соответствии с требованиями соответствующих норм или на основании проектного задания.

Расчетные нагрузки (10.3.) определяются путем умножения значения нормативной нагрузки накоэффициенты надежности по нагрузке _f(10.2. .)

F = F_n×_f.

Коэффициент надежности по нагрузке f(блок 4) Коэффициент надежности по нагрузке f учитывает возможную изменчивость нагрузок в течение эксплуатации конструкций. Для каждого вида нагрузки, после обработки статистических данных наблюдений за возможными отклонениями от нормативного значения, устанавливаются коэффициенты надежности по нагрузкеf. Вернитесь к тексту

Расчетные нагрузки(блок 4) Расчетные нагрузки - это максимальные нагрузки, которые могут действовать за весь период эксплуатации здания или сооружения. Определяются путем умножения значений нормативной нагрузки на свой коэффициент надежности по нагрузке f F=Fn×f Вернитесь к тексту.

Каждая нагрузка имеет свой коэффициент надежности по нагрузке. Коэффициенты надежности по нагрузке устанавливаются после обработки статистических данных наблюдений за возможными отклонениями от нормативного значения нагрузок в неблагоприятную сторону. Коэффициенты надежности по нагрузке _f для постоянных нагрузок приведены втабл. 10.1.

 Основой для назначения нагрузок являются их характеристические значения. При расчете несущих конструкций и оснований следует учитывать коэффициент надежности по ответственности γ_nпо ГОСТ 27751. На коэффициент надежности по ответственности следует умножать характеристические значения нагрузок .

Расчетные значения нагрузок определяются умножением характеристических значений на коэффициент надежности по нагрузке _f, зависящий от вида нагружения.

 В зависимости от характера нагрузок и целей расчета по 4.3. (ДБН В.1.2-...-2006) используются четыре вида расчетных значений: предельное, эксплуатационное, циклическое, квазипостоянное.

Указанные виды нагрузок следует применять в соответствии с табл. 10.1. Буквами указаны перечисленные типы расчетов, для выполнения которых используются те или иные виды расчетных значений.

Таблица 10.1

Расчетное значение	Использование видов нагрузок по типу расчета
	Основные			Эпизодические
	Постоянные	Переменные
		Долговремен ные	Кратковременные
Эксплуатационное	б, г	б	б
Предельное	а	а	а	а
Циклическое		в	в
Квазипостоянное		г

Для проверки предельных состояний первой группы используются предельные расчетные значения нагрузок.

 Для проверки предельных состояний второй группы нагрузки устанавливаются в зависимости от условий эксплуатации рассматриваемой конструкции, например:

если выход за предельное состояние может быть допущен в среднем один раз за T_n лет, то проверка выполняется с использованием предельного расчетного значения, соответствующего периоду T_n;

если выход за предельное состояние может быть допущен в течение определенной части  (0<<1) от установленного срока службы конструкции T_ef, то проверка выполняется с использованием эксплуатационного расчетного значения, соответствующего этой части установленного срока службы (T_ef).

Переход к расчетным значениям реализуется умножением на коэффициент надежности по нагрузке _f(T_n) или _f(T_ef). Значение  принимается по нормам проектирования конструкций в зависимости от их назначения, ответственности и следствий выхода за предельное состояние.

Характер проверки, а также значения T_n и  устанавливаются нормами проектирования конструкций или техническим заданием с учетом назначения, особенностей работы и условий эксплуатации конструкции. Так, например, периодичность превышения требований жесткости T_n может равняться межремонтному периоду или другому отрезку времени, характерному для режима эксплуатации конкретной конструкции. Доля  установленного срока службы назначается исходя из эксплуатационных требований.

Для объектов массового строительства допускается принимать  = 0,02.

К постоянным нагрузкам относятся:

а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих конструкций;

б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.

в) усилия от предварительного напряжения.

 К переменным длительным нагрузкам относятся:

а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

б) вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;

в) давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;

д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

е) вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

ж) вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;

з) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий; вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов; снеговые нагрузки; температурные климатические воздействия с квазипостоянными расчетными значениями;

и) воздействия, обусловленные деформа­циями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта;

к) воздействия, обусловленные изменением влажности, компонентов агрессивной среды, усадкой и ползучестью материалов.

К переменным кратковременным нагрузкам относятся:

а) нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования с предельными или эксплуатационными расчетными значениями;

в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с предельными или эксплуатационными расчетными значениями, кроме нагрузок, указанных в 4.12а,б,в,г (ДБН В.1.2-...-2006 "Нагрузки и воздействия");

г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов); снеговые нагрузки; температурные климатические воздействия; ветровые нагрузки; гололедные нагрузки с предельными или эксплуатационными расчетными значениями.

К эпизодическим нагрузкам относятся:

а) сейсмические воздействия;

б) взрывные воздействия;

в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых районах.

Характеристические и расчетные значения эпизодических нагрузок определяются специальными нормативными документами.

10.3.1.2. Сочетания нагрузок

На реальную конструкцию обычно действует несколько нагрузок одновременно. При этом, вероятность того, что все нагрузки будут иметь максимальные значения невелика. Поэтому, при расчете по методу предельных состояний рассматриваются сочетания нагрузок. На базе анализа реальных вариантов одновременного действия и возможности появления разных схем приложения временных нагрузок нормами предусматривается два вида сочетания нагрузок: основные, которые включают постоянные, длительные и кратковременные нагрузки, иаварийные, которые включают постоянные, длительные временные, кратковременные и одну из особых нагрузок. Нагрузки, для которых установлено два нормативных значения, включают в сочетания, принимая их либо как длительные (сниженные), либо как кратковременные (полные).Сочетания нагрузок формируются как набор их расчетных значений или соответствующих им усилий и/или перемещений, который используется для проверки конструкции или основания в определенном предельном состоянии и в определенной расчетной ситуации. Предполагается, что в выбранном сочетании все нагрузки одновременно влияют на объект расчета.

В сочетание должны входить нагрузки, которые наиболее неблагоприятно влияют на конструкции (основания) с точки зрения рассматриваемого предельного состояния. Взаимоисключающие воздействия не могут входить в одно сочетание.

Таким образом, в расчетах конструкций могут использоваться сочетания двух типов — основные и аварийные.

Для проверки предельных состояний первой группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с предельными расчетными значениями, а также предельные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

Для проверки предельных состояний второй группы используются основные сочетания, включающие постоянные нагрузки с эксплуатационными значениями, а также эксплуатационные расчетные, циклические или квазипостоянные значения переменных нагрузок.

В аварийное сочетание кроме постоянных и переменных нагрузок может входить только одно эпизодическое воздействие.

В аварийных сочетаниях нагрузок, включающих взрывные воздействия или нагрузки, вызываемые столкновением транспортных средств с частями сооружений, допускается не учитывать некоторые кратковременные переменные нагрузки, указанные в 4.13. (ДБН В.1.2-...-2006).

В некоторых случаях проверка аварийной расчетной ситуации может выполняться на действие основного сочетания, но с учетом влияния деструктивных процессов или повреждений, которые вызваны данной расчетной ситуацией (например, уменьшением несущей способности конструкции в результате действия пожара или выхода их строя некоторых элементов при взрыве).

Требования по использованию аварийных нагрузок и воздействий принимаются по нормам проектирования зданий и сооружений определенного функционального назначения.

Малая вероятность одновременной реализации расчетных значений нескольких нагрузок учитывается умножением расчетных значений вошедших в сочетание нагрузок на коэффициент сочетания  (10.4.).

Для основных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний ₁=0,95 для длительных нагрузок и ₂=0,90 для кратковременных нагрузок.

Для аварийных сочетаний, включающих постоянные и не менее двух переменных нагрузок, последние принимаются с коэффициентом сочетаний ₁=0,95 для длительных нагрузок и ₂=0,80 для кратковременных нагрузок. Аварийная нагрузка принимается с коэффициентом сочетания ₁=1,00.

Примечание. В основных сочетаниях при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения допускается умножать на коэффициент сочетания ₂, принимаемый для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,8, для остальных — 0,6.

При выборе наиневыгоднейших сочетаний нагрузок и воздействий в соответствии с нормативными указаниями за одну переменную нагрузку следует принимать:

а) нагрузку от одного источника (давление или разрежение в емкости, компоненты снеговой, ветровой или гололедной нагрузки, нагрузку от одного погрузчика, одного крана и т.п.);

б) нагрузку от нескольких источников, если их совместное действие учтено в значении нагрузки принимают со своими дополнительными коэффициентами сочетаний.

При определении расчетных сочетаний нагрузок для конструкций и оснований в период возведения зданий и сооружений вошедшие в расчетные сочетания снеговые, ветровые, гололедные нагрузки, а также температурные климатические воздействия следует снижать на 20 %.

Коэффициенты сочетаний нагрузок (10.4.)приведены втабл. 10.2.

Таблица 10.2.

Коэффициенты сочетания нагрузок

Сочетания	Нагрузки
	постоянные	длитель ные	кратковременные	эпизодические
Основные:
постоянные + I длительная	1,0	1,0	–	–
Постоянные + I кратковременная	1,0	–	1,0	–
постоянные + длительные + кратковременные	1,0	0,95	0,9*	–
Аварийные	1,0	0,95	0,8	1,0

Примечание: При учете трёх и более кратковременных нагрузок допускается принимать коэффициенты сочетаний: 1,0 – для первого по степени важности нагружения; 0,8 – для второго; 0,6 – для остальных.

10.4. Коэффициент сочетания нагрузок (блок 4) Коэффициент сочетания нагрузок учитывает вероятность значений той или иной нагрузки в сочетании с другими нагрузками. Каждая нагрузка в различных комбинациях нагрузок имеет свой различный коэффициент сочетаний. Задача проектировщика определить комбинацию нагрузок (с учетом различных коэффициентов сочетаний), вызывающую наибольшее усилие в рассчитываемом элементе конструкции. Вернитесь к тексту.

При определении наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок обычно рассматривают такие комбинации усилий: + М_max. N_соотв.; - М_max. N_соотв.; + N_max,+ М_соотв.; + N_max, - M_соотв.; N_min, + M_соотв.; N_min, - М_соотв.

При составлении сочетаний нагрузок необходимо иметь ввиду, что некоторые нагрузки могут объединяться и рассматриваться как одна нагрузка (например, нагрузка от нескольких кранов), с введением дополнительных коэффициентов сочетаний для этих нагрузок.