Лекция1.

Классификация строительных конструкций, а также нагрузки и воздействия на них.

В учебниках строительной механики классифицируют строительные конструкции по геометрическому признаку:

Массивы, брусья, плиты, оболочки и стержневые системы.

Массивы- конструкции, имеющие размеры одного порядка , например, фундаменты с L=3м с=3м H=1.5м

Плиты и оболочки имеют поперечные и продольные размеры в плоскости срединной поверхности (L и B) одного порядка ( м ), а толщины на 1 или 2 порядка меньше(см).

Стержни (вертикальные- колонны или горизонтальные - ригели, а также стержни с криволинейной осью, проходящей через центры тяжести поперечных сечений – арки имеют размеры в плоскости поперечного сечения на порядок меньше, чем по длине их продольной оси.

Ниже прилагаются данные для Задания на расчетно-графическую работу

по проектированию, расчету на ПК и оптимизации каркаса здания с указанием расстояния между типовыми каркасами.

Приняты следующие данные:

Поперечный пролет каркаса Lм	Высота покрытия по крайним колоннам Нм	Высота первого этажа Н1м	Шаг рам в продоль- ном направле-нии Шм	Число шагов	Уклон и скат аI в %	Нагрузка на перекры- тие qn т/м2	Район строи- тельства	Уровень ответст-венности сооруже ния	Тип мест-ности	Ветровой район	Высо- та тра- пеции по колонне в м
12	21	10	6	5	25	1	С-Пет-г	2	В	II	1

Рис. 2 Расчетная схема плоской рамы с трапециевидной фермой.

Рис. 3 Консольная ферма

Материалы для строительных конструкций применяются с учетом рекомендаций строительных норм и правил:

СНиП II-23-81*-«Стальные конструкции»

СНиП II-24-74-«Алюминиевые конструкции»

СНиП II-25-80-«Деревянные конструкции»

СНиП 2.03.01-84-«Бетонные и железобетонные конструкции»

СНиП II-22-81-«Каменные и армокаменные конструкции»

Рекомендации по применению этих материалов даны в книге В.И. Сеткова и Е.П. Сербина «Строительные конструкции» учебник Москва ИНФРА-М 2008г.

Рис.3₁ Типы элементов рамы

1. стержень плоской фермы

2. стержень плоской рамы

Рис.4. Номера узлов рамы и вид закреплений опор

Рис.5. Номера элементов рамы

Рис.6 Номера типов жесткостей рамы

Местная система координат: Z-в плоскости рамы или фермы. Yиз плоскости

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

Нагрузки в соответствии с курсом «Теоретической механики» подразделяются на объемные и поверхностные. Объемными являются силы гравитации и силы инерции. Сила притяжения Земли –это вес.

В колоннах и балках физически правильно прикладывать их вес равномерно по длине и складывать с равномерной внешней нагрузкой.

Поверхностные нагрузки возникают в месте опирания различных конструкций и считаются:

а). сосредоточенными, если поверхность контакта невелика, например при опирании балки на стену или колонну задается сосредоточенная сила;

б).распределенными, если передача нагрузки (давления) осуществляется по линии или площади.

Рис.7 Опирание плит перекрытия и ригеля на стены и балки

Рис.8 5т-давление ригеля на стенку 1т/м- давление верхней плиты на стенку

Рис.9 Давление 2т/м² фундаментной плиты на грунт

Классификация нагрузок, действующих на строительные конструкции

В соответствии с 1 главой СНиП 2.01.07-85*-«НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ» в зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые).

К постоянным нагрузкам относятся:

• Вес частей зданий и сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих конструкций;

• Вес и давление грунтов(насыпей, засыпок), горное давление;

• Воздействие предварительного напряжения в конструкциях.

Из-за различного влияния на конструкции в зависимости от продолжительности действия временные нагрузки разделяют на длительные,

кратковременные и особые.

К временным длительным нагрузкам относятся:

• вес временных перегородок;

• вес стационарного оборудования, станков, аппаратов и др.

• нагрузки на перекрытиях в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, архивах, библиотеках и подсобных зданиях и помещениях;

• нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с пониженными нормативными значениями, приведенными в табл. 3 СНиП 2.01.07-85*;

• снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением, определяемым умножением полного расчетного значения на коэффициент 0,5.

К остальным приведенным в СНиП 2.01.07-85* видам длительных нагрузок

при работе необходимо обратится на стр.2 СНиП 2.01.07-85*.

К кратковременные и особые.

К кратковременным нагрузкам относятся:

• нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с полными

нормативными значениями;

• снеговые с полным расчетным значением;

• нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования ( мостовых и подвесных кранов, тельферов, погрузчиков и т.п.);

• нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении конструкций, при монтаже и перестановке оборудования, а также нагрузки от веса временно с кратковременные нагрузки от веса насыпного грунта и др;

• нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режиме;

• ветровые нагрузки;

• температурные и климатические воздействия.

Более подробно кратковременные нагрузки описаны в СНиП 2.01.07-85*.

К особым нагрузкам относятся:

• сейсмические и взрывные воздействия;

• нагрузки, вызываемые резким нарушением технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

• воздействия неравномерных деформаций, сопровождающиеся изменением структуры грунта.

Все перечисленные нагрузки могут принимать нормативные и расчетные значения.

Нормативные нагрузки

Нормативные расчетные нагрузки 3-х видов:

1. Сосредоточенные кН

2. Распределенные по длине элемента кН/м

3. Распределенные по площади поверхности плиты или оболочки-

кН/м² =кПа=0.1т/м²

Нормативные постоянные нагрузки

Нормативные постоянные нагрузки определяются по данным стандартов и заводов-изготовителей или по проектным размерам и плотностям материалов. Плотности строительных материалов приводятся в справочниках.

Нормативные постоянные нагрузки

Нормативные постоянные нагрузки, необходимые для расчета конструкций .установлены СНиП 2.01.07-85*.

• Нагрузки на перекрытия и лестницы зданий приведены в табл. 3 СНиП 2.01.07-85*(см. также табл. 3)

• ветровые нагрузки (статическая составляющая) определяются по формуле:

w_n=w₀kc.

Где w₀-скоростной напор ветра, принимаемый по высоте до 10м в зависимости от района строительства по карте районирования территории России по скоростному напору ветра(карта №3 Приложения 5 и табл. 6 СНиП).

k-коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора w₀ по высоте в зависимости от типа местности, принимается по п. 6.5 СНиП);

с- аэродинамический коэффициент (коэффициент обтекания );

для вертикальных поверхностей принимают с наветренной стороны с=0,8,

с заветренной стороны в общем случае с=-0,6 (подробнее см. Приложение 4 СНиП);

• нормативное значение снеговой нагрузки определяется умножением ее расчетного значения на коэффициент 0.7;

• нагрузки от оборудования, складируемых материалов, мостовых и подвесных кранов определяются по указаниям СНиП.

Расчетные нагрузки

Расчетные нагрузки определяются как произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузкам γ_f, обеспечивающий отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений.

Принято, что сосредоточенные нагрузки обозначаются прописными буквами

(N,F), а распределенные –строчными (p,q).

Ν= Ν_n γ_f q= q_n γ_f

Расчетные постоянные нагрузки

Для постоянных нагрузок от веса конструкций по табл.1 СНиП 2.01.07-85*

рекомендуются следующие значения γ_f :

Конструкции сооружений	Коэффициент надежности по нагрузке γf
Конструкции: металлические бетонные (средняя плотность >1600кг/м3 ), железобетонные, каменные,армокаменные, деревянные	1,05 1,1
бетонные (средняя плотность <=1600кг/м3 . изоляционные, выравнивающие и отделочные слои, выполняемые в заводских условиях на строительной площадке	1,2 1,3

_{Таблица 1}

Расчетные временные нагрузки

• По п. 3.7 СНиП 2.01.07-85* для равномерно распределенных нагрузок р_{n коэффициент надежности по нагрузке} γ_f =1,2 при р_n <2кПА

γ_f =1,3 при р_n >=2кПА

• Полное значение расчетной снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия s = s_q µ

где s_q –вес снегового покрова на 1м² горизонтальной проекции поверхности земли. Он принимается по табл. 4 СНиП в зависимости от снегового района Российской Федерации, который определяется по карте 1 обязательного приложения СНиП.

µ- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии, принимаемый по Приложению 3* СНиП.

Коэффициент µ=0 на крутых кровлях (α>=60⁰)

При уклонах кровли (α<=25⁰) µ=1. При промежуточных значениях наклона кровли величина µ принимается по интерполяции.

• Для ветровых нагрузок коэффициент надежности по нагрузке γ_f =1,4

Сочетания нагрузок

Нормы предписывают учитывать совместное действие нагрузок в зависимости от их состава.

1).основные сочетания нагрузок состоят из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

2).особые сочетания нагрузок из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок;

При основном сочетании, если принята одна кратковременная нагрузка, она принимается без уменьшения, если приняты две и более, они умножаются на коэффициент 0.9, а длительные нагрузки на коэффициент 0.95.

Единицы измерения, используемые при расчетах строительных конструкций

Единицы измерения, принятые при расчетах строительных конструкций, определяются строительными нормами СН 528-80 «Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве».

Величина	Обозначение	Единица измерения
Масса	m	кг(килограмм)
Объем	V	м3(метры кубические)
Плотность материала	ρ	кг/ м3
Удельный вес	γ=ρg	Н/ м3, кН/ м3
Нормативная сосредоточенная нагрузка, сила	Νn= mg Νn= γV	Н, кН (ньютон,килоньютон)
Напряжение, давление, распределенная по площади нагрузка	σ=Ν/A р=Ν/A	Па, кПа, МПа (паскаль, килопаскаль мегапаскаль)
Нагрузка, распределенная по длине элемента (погонная нагрузка)	q= Ν/l	Н/ м, кН/ м

_{Таблица 2}

g=9.81м/сек² –ускорение свободного падения 1МПа=1000 кПа

0,1МПа=1кН/см² 1т/м²=10кН/м²

Временная нормативная нагрузка на перекрытия

(извлечение из табл.3 СНиП 2.01.07-85*)

Здания и помещения	Нормативное нагружение рn кПА
	полное	пониженное
1.Квартиры жилых Зданий, спальные помещения, палаты больниц	1,5	0,3
2.Служебные помещения административного персонала, классные помещения, бытовые помещения	2	1
3.Залы Читальные обеденные собраний торговые, выставочные	2 3 4 Не менее 4
4,Чердачные помещения	0,7

_{Таблица 3}

Примеры и указания по сбору нагрузок

1.Сбор нагрузок на 1м2 покрытия

1. Гравий, втопленный в битум, t=10мм, ρ=1600 кг/ _м³

2. Трехслойный рубероидный ковер (1 слой рубероида 0,03кПА)

3. Цементно-песчаная стяжка , t=30мм, ρ=1700 кг/ _м³

4. Керамзит, t=n300мм, ρ=500 кг/ _м³

5. Пароизоляция (0,03кПА)

6. Пустотная плита(3.2кПА)

№ п/п	Нагрузки	Подсчет	Нормативая нагрузка	γf	Расчетная нагрузка
1.Сбор нагрузок на 1м2 покрытия
		I. Постоянная нагрузка
1	Гравий, втопленный в битум	0,01*16	0,16	1,3	0,21
2	Трехслойный рубероидный ковер	0,03*3слоя	0,09	1,3	0,12
3	Цементно-песчаная стяжка	0,03*17	0,51	1,3	0,66
4	Керамзит	0,3*5	1,5	1,3	1,95
5	Пароизоляция		0,03	1,3	0,04
6	Пустотная плита ПК		3,17	1,1	3,49
7	Собственный вес мет. фермы (загр.2)		2,27/144=0.02	1,05	0.02
	ИТОГО		gn =5,51кПА	1,18	G=6,49кП
		II. Временные нагрузки
1	Снеговая нагрузка	sqµ=1,8	sn =1,26 кПА		s =1,8 кПА
0,	II ветровой район	sn = sqµ0,7=1,26
	Всего		q n покр=6,77кПА		q покр= 8 ,3 кПА
2.Сбор нагрузок на 1м2 перекрытия
№ п/п	Нагрузки	Подсчет	Нормативная нагрузка	γf	Расчетная нагрузка
		I. Постоянная нагрузка
1	Бетонные плитки	0,035*24	0,84	1,2	1,01
2	Цементно-песчаный раствор	0,03*18	0,54	1,3	0,7
3	Пустотная плита ПК		3,2	1,1	3,52
	ИТОГО		gn=4,58 кПА	1,14	gn=5,23 кПА
2. Временные нагрузки
№ п/п	Нагрузки	Подсчет	Нормативная нагрузка	γf	Расчетная нагрузка
1.	Нагрузка на перекрытие (см. СНиП 2.01.07-85*,таб.3)		ρn=4кПА	1,2	ρ=4,8кПА
	Всего		q nпокр=8,58кПА		q покр= 10 ,03 кПА

При формировании расчетной схемы фермы покрытия рекомендуется

формировать количество стержней сжатого от нагрузки верхнего пояса фермы ,большим, чем у нижнего, чтобы при работе фермы под нагрузкой не происходила потеря устойчивости верхнего пояса из плоскости фермы.

Рекомендуется собирать нагрузку на ферму таким образам, чтобы распределенную нагрузку от собственного веса верхнего и нижнего поясов, а также вертикальных стоек и раскосов собрать в виде вертикальных сосредоточенных сил на верхний и нижний пояса фермы( см. загружения 1 и 2).

По собранным нагрузкам на покрытие и перекрытие рамы на рис.2 производится сбор нагрузок по отдельным загружениям на эту раму. 1.55*6*0,649=6.03т

1-е загружение –расчетную распределенную нагрузку трапециевидной фермы на рис 1 собираем на стр.20-22

Эту распределенную нагрузку приводим к системе сосредоточенных нагрузок а узлах верхнего пояса фермы покрытия:

Рис.10 Загр.1 Соср. нагр. на узлы верхнего пояса фермы расчетная от постоянных нагрузок в Лире 9-6

см. стр. 20-22

Рис.11 Загр.2 Расчетные сосредоточенные нагрузки в узлах верхнего и нижнего поясов фермы от собственного веса металла фермы см. стр. 10

Фермы

Расчет выполнен по СП 53-102-2004

Тип фермы

L	H	H1	Число панелей нижнего пояса
м	м	м
12	2.5	1	4

Раскрепления из плоскости

Узлы верхнего пояса: Все

Узлы нижнего пояса: Только крайние

Сечение верхнего пояса

Профиль: Стальные гнутые замкнутые сварные квадратные профили по ГОСТ 30245-2003 80x6.5

Сечение нижнего пояса

Профиль: Стальные гнутые замкнутые сварные квадратные профили по ГОСТ 30245-2003 80x5.5

Сечение раскосов

Профиль: Стальные гнутые замкнутые сварные квадратные профили по ГОСТ 30245-2003 120x4

Сечение стоек

Профиль: Квадратные трубы по ГОСТ 12336-66 63x3

Загружение 1 - снеговое Коэффициент надeжности по нагрузке: 1.4
Равномерно распределенная нагрузка - Т/м Сосредоточенная сила - Т

Загружение 2 - постоянное Коэффициент надeжности по нагрузке: 1.1
Равномерно распределенная нагрузка - Т/м Сосредоточенная сила - Т