RSK_rpr / РСК

2

УДК 569.3/6(07)

Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы по курсу «Основные положения расчета строительных конструкций методом предельных состояний» (для студентов специальности ПГС) / Составители: В.Ф.Мущанов, В.Р.Касимов, И.Н.Руднева – Макеевка, ДонНАСА, 2009. – 44 с.

Приведены основные теоретические сведения из курса «Основные положения расчета строительных конструкций методом предельных состояний», необходимые для выполнения расчетной работы. Даны примеры решения задач, входящих в состав расчетной и контрольной работы.

Перед задачами имеются контрольные вопросы, правильные ответы на которые позволят успешно выполнить задание.

д.т.н., проф. В.Ф. Мущанов Составители: к.т.н., доц. В.Р. Касимов

к.т.н., асс. И.Н. Руднева

к.т.н., доцент кафедры «Металлические

Рецензенты: конструкции» Роменский И.В. к.т.н., доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика» Жук Н.Р.

НАГРУЗОК (СНЕГОВОЙ, ВЕТРОВОЙ, КРАНОВОЙ НАГРУЗОК) НА РАМУ

Приложение 9. ДАННЫЕ ПО КРАНОВЫМ НАГРУЗКАМ ДЛЯ ЗДАНИЙ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КАРКАСОМ…………………………………......................42

4

1. Введение

Расчет строительных конструкций методом предельных состояний позволяет обеспечивать надежность строительных конструкций, т.е. способность объектов выполнять свои функции в течение установленного срока службы. Этот метод позволяет определить такое предельное состояние, при переходе за которое сооружение перестает соответствовать поставленным требованиям.

Методом предельных состояний решаются задачи, которые будут рассматриваться в курсах: металлические конструкции, железобетонные конструкции, архитектура промышленных и гражданских зданий и др.

К изучению дисциплины «Основные положения расчета строительных конструкций методом предельных состояний» рекомендуем приступать лишь после полного усвоения курса высшей математики (раздел «Теория вероятности и математическая статистика»). В условиях очного обучения студенту желательно по конспекту повторить основные разделы курса.

Занятия по основным положениям расчета строительных конструкций методом предельных состояний должны сопровождаться составлением конспектов, рассмотрением и решением задач на практических занятиях. Для сознательного усвоения курса рекомендуем обратить внимание на вывод основных выражений и расчетных формул. При этом также обратите внимание на физическую сущность рассматриваемых вопросов.

Изучение курса «Основные положения расчета строительных конструкций методом предельных состояний» для специальности ПГС осуществляется в течение 5 семестра. Каждый студент по курсу выполняет одну расчетную работу, содержащую 4 раздела:

-сбор постоянной нагрузки на ригель рамы промышленного здания

-сбор снеговой нагрузки на ригель рамы промышленного здания

-сбор ветровой нагрузки на раму промышленного здания

-сбор крановой нагрузки на раму промышленного здания

Целью выполнения работ является закрепление изученного теоретического материала и получение навыков самостоятельной работы при сборе нагрузок на промышленное здание.

Выполнению расчетной работы предшествует работа по изучению соответствующих разделов курса по учебнику или по конспекту лекций.

Перед расчетной работой приведены вопросы и сжатые теоретические выкладки, знание которых необходимы для приобретения навыков практических расчетов.

Выбор варианта задания осуществляется студентом самостоятельно по шифру, который выдается преподавателем.

2.Требования к оформлению расчетных работ

1.Работа выполняется на листе бумаги А4 с одной стороны.

5

2.Графическая часть работы выполняется согласно с нормами, которые были изложены в дисциплине черчение.

3.Задачи решаются в общем виде. Далее в полученные формулы подставляются результаты с соблюдением размерностей величин. Окончательные результаты записываются с указанием размерностей.

4.Расчёты производятся в системе СИ.

5.Пояснения должны быть краткими и чёткими с соблюдением принятой математической символики.

6.При выявлении преподавателем ошибок сделайте вкладку в работу и перепишите ее, начиная с того места, где сделана ошибка.

7.К итоговому тестированию студенты допускаются после выполнения соответствующей расчетной работы.

3.Расчетная работа №1. «СБОР ПОСТОЯННОЙ И ВРЕМЕННЫХ НАГРУЗОК (СНЕГОВОЙ, ВЕТРОВОЙ, КРАНОВОЙ НАГРУЗОК) НА

РАМУ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ»

1.1Вопросы для самостоятельной работы

1.Что такое надежность и отказ строительных объектов.

2.Какой смысл метода предельных состояний?

3.Что учитывает коэффициент надёжности по нагрузке?

4.Что учитывает коэффициент надёжности по назначению, и какие основные задачи решаются с его помощью?

5.Когда применяется коэффициент надежности по материалу?

6.Что учитывает коэффициент условий работы?

7.Когда применяется предельное расчетное значение нагрузки?

8.Что является эксплуатационным расчетным значением нагрузки?

9.Какие крановые нагрузки передаются через точку контакта «колесо крана – подкрановый рельс»?

10.Какие основные правила сочетания нагрузок?

11.В чем заключается смысл характеристического значения нагрузки?

1.2 Краткие теоретические сведения

Основные понятия теории надежности.

Надёжность – способность объекта выполнять свои функции в течение установленного срока службы.

Отказ – реализация состояния объекта, при котором он не может выполнять свои функции

Предельное состояние есть состояние, при переходе за которое сооружение перестает соответствовать поставленным требованиям. В

настоящее время предельные состояния по степени ограничений и эксплуатации и возможных последствий отказа разделяются на 2 группы:

6

к 1-й группе относятся предельные состояния, при выходе за которые возникает полная потеря пригодности к эксплуатации (общая потеря устойчивости, потеря устойчивости положения, разрушение любого характера, переход в изменяемую систему, качественное изменение конфигурации вследствие чрезмерных деформаций ползучести или пластичности, сдвигов в соединениях),

ко 2-й группе относятся предельные состояния, при выходе за которые затрудняется нормальная эксплуатация (недопустимые деформации и перемещения, недопустимые уровни колебаний, недопустимые образования или раскрытия трещин).

Коэффициент надёжности по назначению n предназначен для дифференцирования уровней безопасности в зависимости от социального и экономического значения сооружения, размера последствий и величины ущерба при возможном отказе. К основным задачам, решаемым с помощью коэффициента n можно отнести:

1)повышение экономической эффективности проектируемых сооружений на основе регулирования вероятности отказа путем ее снижения для сооружений, имеющих большее значение для общества и тяжелые последствия отказа, и наоборот, повышения вероятности отказа для обычных сооружений,

2)выравнивание различий в вероятностях отказа при различных сроках службы сооружений.

Коэффициент надёжности по нагрузке fm учитывает изменчивость

нагрузок и возможные отклонения от нормальных условий эксплуатации, возможную неточность статистической модели нормативного значения нагрузки. Коэффициент надежности по нагрузки зависит от:

-вида нормируемой нагрузки,

-от рассматриваемого предельного состояния (для 1-й группы предельных состояний он больше, для 2-й – меньше)

Коэффициент надежности по материалу m учитывается, как правило, в

правой части предельного неравенства метода предельных состояний в виде делителя 1, уменьшая, тем самым, нормативное значение случайных прочностных характеристик материала rn (например, нормативное значение предела текучести Tn для малоуглеродистых или низколегированных сталей или нормативное значение временного сопротивления разрыву вn - для высокопрочных сталей) и обеспечивая с требуемой вероятностью расчетное значение упомянутых характеристик.

Этим коэффициентом учитываются:

неизбежные изменчивость и разброс свойств строительных материалов и грунтов,

7

отклонения, обусловленные неточностью зависимостей между материалом в сооружении и лабораторными образцами, по данным испытания которых устанавливаются нормативные значения прочностных характеристик материалов и грунтов,

во многих нормах (и не совсем обоснованно!) отклонения геометрических размеров поперечных сечений элементов, что логичнее, естественно, учитывать коэффициентом условий работы.

Отмеченные особенности учитываются коэффициентом надежности по

материалу m 1 в расчетах по 1-й группе предельных состояний. Для 2-й группы предельных состояний коэффициент принимается равным 1 и не зависит от нагрузки.

Коэффициент условий работы c учитывает неточности расчетной модели, возникающие за счет ее упрощения и идеализации.

В любом расчете возникают неизбежные отклонения, обусловленные неточностью расчетной модели, имеющие систематический или случайный характер. С тем, чтобы учесть эти ошибки при обеспечении требуемого уровня надежности проектируемой конструкции и вводится коэффициент условий работы c .

Аналогично коэффициенту надежности по материалу m , коэффициент условий работы c учитывается в правой части неравенства предельных состояний.

Предельное расчетное значение нагрузки применяется при проверке условий 1-го предельного состояния.

Эксплуатационное расчетное значение нагрузки используется для проверки способности конструкции удовлетворять требованиям 2-го предельного состояния.

Характеристическое значение нагрузки (нормативная нагрузка с полным значением по 1.2 СНиП 2.01.07-85) – основное значение нагрузки, установленное в нормах.

Сочетания нагрузок

Имеющиеся подходы к нормированию нагрузок позволяют вычислить максимальные (предельные) значения каждой из них. При одновременном действии на здание или сооружение нескольких нагрузок (например, при естественном действии собственного веса, на элементы каркаса производственного здания воздействует ветер, снег, в здании в это время работают краны) одновременное наступление максимальных значений этих нагрузок маловероятно и запроектированные при таком подходе здания и сооружения обладали бы необоснованными запасами несущей способности.

8

Для того, чтобы учесть ограниченную вероятность одновременного появления наибольших значений временных нагрузок используются определенные правила сочетания и содержащиеся в них коэффициенты сочетания нагрузок .

Правила сочетания позволяют:

а) свести всю комбинацию действующих нагрузок к одной «эквивалентной» нагрузке, с которой будет сравниваться несущая способность конструкции

б) спроектировать конструкцию, имеющую примерно равную надежность для возможных различных сочетаний действующих нагрузок

Крановые нагрузки, вычисляемые для расчета конструкций промышленных зданий, оснащенных мостовыми кранами, аналогично атмосферным, являются нагрузками, изменяющимися во времени и пространстве, приводящими, в общем случае, к появлению знакопеременных усилий в элементах конструкции.

Крановые нагрузки на элементы каркаса здания (подкрановую или подвесную крановую балку) через точку контакта «колесо крана – подкрановый рельс» (см. рис. 1):

а) вертикальная нагрузка F,

б) горизонтальная нагрузка Р, направленная вдоль кранового пути, возникающая от торможения крана,

в) горизонтальная нагрузка Н, направленная поперек кранового пути, возникающая от торможения крановой тележки.

F

H

P

Рис. 1. Виды крановых нагрузок

1.3 Содержание расчетной работы

Для здания, выбранного согласно варианту, с заданными геометрическими параметрами и местом расположения, необходимо собрать постоянную, снеговую, ветровую и крановую нагрузки.

1.4Порядок выполнения расчетной работы

1.Для приведенного состава конструкций покрытия собрать постоянную нагрузку на ригель здания:

9

а) определить коэффициенты надёжности по нагрузке для каждого слоя покрытия; б) выполнить расчёт постоянной нагрузки (предельного и

эксплуатационного расчётного значения) в табличной форме.

2.Для покрытия с заданным углом наклона кровли собрать снеговую нагрузку для указанного района строительства:

а) определить согласно ДБН коэффициенты надёжности по нагрузке; б) выполнить расчёт коэффициента μ; в) выполнить расчёт снеговой нагрузки (предельного и эксплуатационного расчётного значения).

3.Для приведенного здания собрать ветровую нагрузку для заданного района строительства:

а) определить согласно ДБН коэффициенты надёжности по нагрузке; б) выполнить расчёт коэффициентов; в) выполнить расчёт ветровой нагрузки (предельного и

эксплуатационного расчётного значения).

4.Для заданного промышленного здания собрать крановую нагрузку:

а) определить согласно ДБН коэффициенты надёжности по нагрузке и сочетаний; б) определить наиболее невыгодное положение двух сближенных кранов;

в) выполнить расчёт вертикальной предельной расчётной нагрузки на подкрановую часть колонны (Dmax, Mmax, Dmin, Mmin);

в) выполнить расчёт горизонтальной предельной расчётной нагрузки действующей поперёк подкранового рельса, которая вызвана торможением тележки (T).

1.5 Пример выполнения расчетной работы

Дано:

Пролёт здания L=36м. Длина здания 48 м. Шаг рам B=12 м. Угол наклона кровли α=28°. Высота здания H=22м. Металлический каркас. Грузоподъемность крана 30 т. Группа режимов работы крана 5К.

1. Собрать постоянную нагрузку на ригель рамы промышленного здания (см. рис. 2).

Характеристическое значение веса конструкций заводского изготовления следует определять на основании стандартов, рабочих чертежей или паспортных данных заводов-изготовителей, а других строительных конструкций и грунтов – по проектным размерам и удельному весу материалов и грунтов. Сбор постоянной нагрузки произведём в соответствии с ДБН В.1.2- 2:2006 [1].

10

Рис. 2. Промышленное здание

Предельное расчетное значение веса конструкций и грунтов определяется умножением характеристического значения на коэффициент надежности по предельной нагрузке fm , приведенный в табл. 5.1 ДБН В.1.2-2:2006

«НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ» [1]. Коэффициенты надежности по нагрузке для эксплуатационного fе и квазипостоянного fр значений следует принимать

равными 1,0.