Устойчивость сооружений — раздел строительной механики, посвященный методам расчета сооружений на устойчивость при статическом и динамическом нагружении.
Устойчивостью равновесия называется способность сооружений сохранять свое первоначальное положение или соответствующую нагрузке первоначальную форму равновесия в деформированном состоянии, а также возвращаться к ним после исчезновения причин, вызвавших отклонения от этих состояний.
Как следует из определения устойчивости, потеря устойчивости бывает двух видов.
1. Потеря устойчивости положения относится к случаю, когда сооружение в целом не может далее сохранять свое первоначальное положение равновесия и вынуждено принять новое равновесное положение. В этом случае происходит нарушение равновесия внешних сил, действующих на сооружение, которое восстанавливается лишь в новом его положении. Деформации конструкции столь незначительны, что не оказывают влияния на состояние устойчивости конструкции. Это происходит обычно с массивными телами (рис. 11.1).
24) УСТОЙЧИВОСТЬ. ПОНЯТИЕ УСТОЙЧИВОСТИ. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ. ЧАСТЬ I.
Например, при опрокидывании подпорной стенки или водонапорной башни происходит нарушение равновесия между силой веса конструкции F и отпором грунта q. В результате сооружение либо занимает новое равновесное положение, либо происходит обрушение. И то, и другое состояния недопустимы, поскольку проектная расчетная схема конструкции изменяется, что может привести к аварии сооружения. Физическая модель поведения этих двух видов сооружений и кривая равновесных состояний модели показаны на рис.
Отпор грунта моделирует упругая пружина, а нагрузкой служит вес конструкции (рис. 11.2, а). При возрастании нагрузки от некоторого начального значения F (которое можно принять за нулевое) до критического значения Fcr отклонений от начального равновесного состояния нет, как это видно на кривой равновесных состояний (рис.
- 11.2, б). Дальнейшее увеличение нагрузки может привести к трем различным состояниям: начальное не отклоненное; отклоненное на угол ф вправо или отклоненное на угол ф влево. Такое разветвление форм равновесия называется бифуркацией.
- 2. Потеря устойчивости формы деформированного состояния обычно происходит с телами, у которых хотя бы один размер мал по сравнению с другими (балки, арки, пластины, оболочки и т.п.). При этом первоначальная форма деформирования тел при некоторых величинах нагрузок становится неустойчивой и вынужденно переходит в другую форму, качественно отличную от первоначальной. В одних случаях смена формы равновесия происходит при достижении нагрузкой предельного значения, при котором исчезают смежные устойчивые равновесные формы и происходит резкий переход системы в новое равновесное состояние («хлопок»). В других случаях наступает разветвление (бифуркация) теоретически возможных (по крайней мере двух) форм равновесия, одна из которых неустойчива. Кривая равновесных состояний конструкции, как и модель, показанная на рис. 11.2, может также иллюстрировать потерю устойчивости формы первоначального состояния упругого стержня, нагруженного продольной сжимающей силой. При этом упругое сопротивление внутренних сил стержня моделируется пружиной.
Переход сооружения (конструкции) из первоначального устойчивого состояния равновесия в другое состояние называют потерей устойчивости исходной формы равновесия, границу этого перехода — критическим состоянием, а соответствующие нагрузки — критическими.
Замминистра строительства отказался гарантировать устойчивость зданий в случае землетрясения
Различаются потеря устойчивости 1-го рода (по Эйлеру) и потеря устойчивости 2-го рода.
Под потерей устойчивости 1-го рода обычно понимается смена формы равновесия при малых прогибах (перемещениях). Здесь могут появиться качественно новые деформации (например, сжатие переходит в изгиб). Разрушение может и не произойти, но состояние конструкции опасное вследствие изменения напряженного состояния, являющегося результатом изменения расчетной схемы конструкции.
Под потерей устойчивости 2-го рода понимается первое предельное состояние по несущей способности, когда при дальнейшем увеличении нагрузки равновесные формы невозможны. Потеря устойчивости может произойти со сменой формы и положения и без резкой смены их, например, при деформации упругопластического стержня, как это показано на рис. 11.3, а.
На диаграмме равновесных состояний конструкции (рис. 11.3, б), критическое состояние определяется как Fmax, здесь нет разветвления состояний. Два состояния, соответствующие одной и той же силе F,, характеризуют различные стадии деформирования материала конструкции — упругую и пластическую.
Источник: studref.com
IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
ПОНЯТИЕ УСТОЙЧИВОСТИ В АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ: СХОДСТВА И РАЗЛИЧИЯ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
В последние 15-20 лет в среде ученых разных специальностей, а также в политических кругах многих стран мира все более активно обсуждается вопрос о необходимости выработки международной и национальных стратегий устойчивого развития. Дело в том, что масштабы современной производственной, общественно-политической и даже бытовой деятельности людей в рамках мирового сообщества оказываются столь внушительными, что порождают все больше глобальных противоречий и новых кризисных ситуаций, которые ставят перед правительствами, учеными, всем населением Земли кардинальные проблемы о возможностях дальнейшего существования человеческой цивилизации.
Из них две группы проблем, тесно связанных между собой, имеют особо важный характер. Первая — это воздействие на природу техногенных и антропогенных факторов, что ведет к глобальному экологическому кризису. Человечество, прежде всего, промышленно развитые страны, поглощают такое количество минеральных природных ресурсов, особенно невозобновляемых (нефти, газа, угля, др.), что продолжение в дальнейшем производственной деятельности в прежних объемах и сложившимися индустриальными методами ведет не просто к истощению этих ресурсов, но ставит под угрозу существование самой природы, в первую очередь существование биосферы. Вторая — это растущее неравенство в экономической, научно-технической, политической, интеллектуальной сферах между промышленно развитыми странами, так называемым «золотым миллиардом», и остальными странами, а также растущее социально-экономическое неравенство внутри отдельных стран.
Такого рода опасности для всего человечества стали осознаваться в последние десятилетия уже на уровне правительств, политических деятелей разных стран, международных политических и экономических организаций. Это проявилось в созыве ряда международных конференций, форумов, встреч руководителей некоторых стран, на которых обсуждалась складывающаяся ситуация. Так, в 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Конференция ООН по окружающей среде и развитию на уровне глав государств и правительств, которая указала на возникающие перед мировым сообществом проблемы и на необходимость глобальногоустойчивого развития (sustainable development). Смысл оригинального английского понятия — самоподдерживаемое развитие, т. е. развитие общества, как бы согласованное с состоянием и развитием окружающей среды, природы, в результате чего общество и природа должны рассматриваться как единая целостная система.
Установление термина «устойчивое развитие» (‘sustainable development’) позволило учёным составить концептуальную модель с тремя базовыми аспектами: экологический, социальный, экономический [1,2].
По мнению Марка Джарзомбека, устойчивая архитектура – это архитектура, которая стремится свести к минимуму негативное воздействие на окружающую среду зданий по эффективности и умеренности в использовании материалов, энергии и освоению пространства и экосистемы в целом [3]. Джон Рингель считает, что устойчивая архитектура — это архитектура, которая разработана экологически безопасным способом [4].
Цели устойчивого развития или “зеленой” архитектуры — это создание зданий, которые являются красивыми и функциональными, а так же способствуют устойчивому образу жизни и культуре. Интерес к устойчивой архитектуре радикально вырос в начале 21-го века в ответ на растущую озабоченность по поводу окружающей среды, но на самом деле люди строили устойчиво в течение тысяч лет, потому что устойчивые проекты зачастую имеют практический характер.
По-настоящему устойчивое здание будет иметь дизайн, который устраняет ряд проблем, в том числе отопление и охлаждение, расход воды, качество окружающей среды и использования энергии. Архитектор может рассматривать экологию строительства различными способами, все из которых предназначены, чтобы увеличить эффективность, не будучи громоздкими или отвлекающими от функционального назначения постройки.
(1) Например, здание может быть ориентировано на юг в Северном полушарии, поэтому, здание будет обогреваться солнцем весь день, и дом должен быть утеплен с особой тщательностью, чтобы минимизировать потери тепла.
(2) Сантехнические системы могут быть разработаны так, чтобы использовать меньше воды.
(3) Здание может включать умное освещение, которое отключается, когда людей нет в помещении, чтобы сохранить энергию.
Многие архитекторы строят рационально, чтобы показать людям, что это возможно и чтобы проиллюстрировать тот факт, что, будучи экологически чистым, дом может быть привлекательным. Кроме того, многие из мер, которые повышают эффективность, могут сделать здание более интересным и красивым, и они также смогут повысить качество жизни для жителей. Внутренний двор с растениями, например, может быть хорошим шагом, чтобы повысить устойчивость, а также создает приятный внешний вид самого здания.
Принципы устойчивой архитектуры также могут быть применены для модернизации и реконструкции действующих зданий, поскольку преобразование является более экологически чистым, чем снос и перестройка, в большинстве случаев. Многие правительства предоставляют широкие возможности для людей, которые занимаются вопросами устойчивого развития в проектах строительства, что способствовало росту устойчивой архитектуры по всему миру.
Рассматривая устойчивое строительство, также известное как «зеленое» строительство, можно сказать, что оно касается экономических, социальных и экологических последствий создания полезных зданий. Другими словами, оно требует от проектировщиков и подрядчиков использования строительных практик, которые не наносят ущерб окружающей среде [5]. Устойчивые здания предназначены, чтобы быть энергоэффективными, не приносить ущерб здоровью людей, которые живут или работают в них, и, чтобы уменьшить загрязнения и выброс отходов. В целом, этот тип конструкции базируется на триединстве постулата «люди, планета и прибыль».
Устойчивые здания также разработаны, чтобы сделать окружающую среду здоровой для людей, которые там работают. Можно выделить несколько элементов, влияющих на качество работоспособности человека:
1. Свет (работа в офисе может быть более комфортной и более продуктивной с естественным светом);
2. Качество воздуха (отопление, вентиляция и системы кондиционирования – всё это должно быть действенным и эффективным в устранении пыльцы растений, спор плесени, пыли и других загрязняющих веществ, которые могут вызывать болезни людей);
3. Материалы (должны выделять минимальное количество вредных химических веществ или волокон, которые могли бы нанести вред людям, которые проводят время в здании). Как утверждает Джон Рингель: «Материалы очень тактильные, очень визуальные, и они чувствуют запах и даже вкус. Именно они кожа и кости здания, и они должны использоваться с определенным почтением» [4].
В качестве примеров можно назвать следующие сооружения:
“Ботанический центр Блум” (Брюссель, Бельгия – 2016, Архитектор — Винсент Каллебо) [6].
«2000 Tower Oaks Boulevard» является крупнейшим офисным зданием в мире, спроектированным в соответствии с принципами Ведической архитектуры Махариши, а также с широким применением «зеленых» строительных технологий. Здание, принадлежащее компании Тауер и предприятию Лернер (The Tower Companies and Lerner Enterprises), удостоилась сертификации LEED Platinum. Это также первое здание в штате Мэриленд получившей сертификат “ENERGYSTAR” ЕРА (программы по сбережению природы в EPA США, международный стандарт энергоэффективности потребительских товаров) [7].
Таким образом, понятие устойчивости в архитектуре и строительстве имеет разное значение. Архитекторы занимаются проектированием здания и эффективности окружающей его среды. В то время как строители выбирают материалы, учитывают экономические, социальные и экологические последствия постройки зданий.
Список литературы:
1. Геворкян М.С., Гношева К.И. Устойчивость в архитектуре: обзор приоритетных направлений развития / М.С. Геворкян, К.И. Гношева, Е.А. Красильщик // Журнал «Международный студенческий научный вестник». — М.: Изд. Информационно-технический отдел Академии Естествознания. — 2016. — № 5. — 459
2. Виноградова Ю.В., Масленикова Т.В. Понятие «устойчивость» («Sustainability») в экономической терминологии (на материале англоязычных источников) / Ю.В. Виноградова, Т.В. Масленикова, Е.А. Красильщик // Журнал «Международный студенческий научный вестник». — М.: Изд. Информационно-технический отдел Академии Естествознания. — 2016. — № 5. — с.458
Источник: scienceforum.ru
Устойчивость сооружения
способность сооружения противостоять действию сил, стремящихся вывести его из состояния равновесия. Необходимость обеспечения устойчивости (наряду с прочностью) – одно из основных требований, предъявляемых к сооружениям. Следствием потери устойчивости обычно является сдвиг (скольжение) или опрокидывание сооружения.
Проверка У. с. необходима в первую очередь в тех случаях, когда на сооружение действуют горизонтальные силы (гидростатическое давление на плотину, давление грунта на подпорную стенку или устой моста, сейсмические и ветровые нагрузки на высотные сооружения и т.п.). При проверке У. с. на опрокидывание сопоставляются значения опрокидывающего и удерживающего моментов относительно внешнего ребра фундамента. Проверка У. с. на сдвиг требует сопоставления сдвигающих (обычно горизонтальных) сил, действующих на сооружение, с удерживающими (реактивными) силами, например силами трения или сцепления. См. также Устойчивость основания, Устойчивость упругих систем.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Смотреть что такое «Устойчивость сооружения» в других словарях:
Устойчивость сооружения — способность сооружения противостоять усилиям, стремящимся вывести его из исходного состояния статического или динамического равновесия. Источник: РД 03 380 00: Инструкция по обследованию шаровых ре … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
УСТОЙЧИВОСТЬ СООРУЖЕНИЯ — способность его сохранять неизменное положение под влиянием любого из возможных в процессе эксплуатации силовых воздействий. У. с. устанавливается проверкой его на опрокидывание и сдвиг. По отношению к сжатым элементам конструкции производится… … Технический железнодорожный словарь
УСТОЙЧИВОСТЬ СООРУЖЕНИЯ — способность сооружения противостоять усилиям, стремящимся вывести его из исходного состояния статич. или динамич. равновесия. Потеря общей У. с. может происходить в результате сдвига по основанию (гравитац. плотины треугольного профиля, подпорные … Большой энциклопедический политехнический словарь
устойчивость — 32 устойчивость Способность подъемника противодействовать опрокидывающим моментам Источник: ГОСТ Р 52064 2003: Подъемники с рабочими платформами. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сооружения связи — сооружения связи: Объекты инженерной инфраструктуры, в том числе здания, строения, созданные или приспособленные для размещения средств связи и кабелей электросвязи. [Федеральный закон «О связи», статья 2, пункт 27]. Источник: ГОСТ Р 53111 2008:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
УСТОЙЧИВОСТЬ УПРУГИХ СИСТЕМ — свойство упругих систем возвращаться к состоянию равновесия после малых отклонений их из этого состояния. Понятие У. у. с. тесно связано с общими понятиями устойчивости движения и равновесия. Устойчивость является необходимым условием для любой… … Физическая энциклопедия
Устойчивость — горного объектa (a. stability; н. Standsicherheit; ф. stabilite, tenue; и. estabilidad) способность горн. объекта функционировать c заданными параметрами в определённых условиях в течение требуемого отрезка времени. Понятие У. в горн.… … Геологическая энциклопедия
Устойчивость основания здания (сооружения) — Устойчивость основания способность основания или сооружения выдерживать приложенную нагрузку без возникновения незатухающих перемещений. Источник: ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ… … Официальная терминология
УСТОЙЧИВОСТЬ УПРУГИХ СИСТЕМ — свойство упругих систем возвращаться к состоянию равновесия после малых отклонений их из этого состояния. Понятие У. у. с. тесно связано с общим понятием устойчивости движения или равновесия. Устойчивость явл. необходимым условием для любой… … Физическая энциклопедия
Устойчивость зданий (сооружений) — способность здания (сооружения) противостоять усилиям, стремящимся вывести его из исходного состояния статического или динамического равновесия. Источник: ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И… … Официальная терминология
Источник: dic.academic.ru
От чего зависит устойчивость конструкции. Расчет. Потеря устойчивости
Строительством объектов различного назначения человек занимается всегда. Возводимые сооружения должны быть прочными и долговечными. Для этого нужно обеспечить устойчивость конструкции. Об этом читайте в статье.
Что такое устойчивость?
Это способность конструкции или отдельных ее элементов сохранять одно из двух состояний: равновесие или движение во времени при воздействии небольших возмущений. Другими словами, способность, при которой сохраняется форма или первоначальное положение конструкции, называется устойчивостью.
Неустойчивость – способность конструкции, характеризующаяся получением больших перемещений при незначительных колебаниях.
Потеря устойчивости
Это явление очень опасно для конструкции в целом и для ее отдельных элементов в частности. Если конструкция из устойчивого состояния переходит в неустойчивое, такое явление называется потерей устойчивости. Бывает, что причину, по которой разрушаются конструкции и сооружения, нужно искать не в нарушении их прочности.
Это случается тогда, когда происходит потеря устойчивости конструкции. Известны случаи, когда из-за этого разрушались целые сооружения. Причиной такой крупной катастрофы может быть потеря устойчивости отдельно взятых элементов.
Причины потери устойчивости
Устойчивость конструкций и сооружений свойственно терять листовым элементам, так как они обладают способностью сжиматься. Поэтому перед их использованием нужно обязательно определить, будет или нет теряться устойчивость элементов конструкции после сварки. Если этого не сделать, сжимающее напряжение, оставшееся после сварки, может быть причиной, по которой листовые сварные элементы конструкции потеряют устойчивость.
Элементы конструкций имеют первоначальную форму равновесия. Если устойчивость конструкций здания теряется, то и равновесие элементов нарушается, а это влечет за собой потерю их работоспособности и в дальнейшем приводит к аварии всей конструкции. В практике строительства таких случаев немало.
Вязкоупругим элементам, присутствующим в конструкции, свойственно деформироваться и прогибаться. Такие характеристики принято называть функциями времени. В этой связи устойчивость конструкции разделяется на мгновенную и длительную. Поэтому в требованиях, предъявляемых к элементам конструкции, кроме ее массы, нагрузки на нее, указывается срок эксплуатации.
Потеря устойчивости может произойти из-за сжимающего напряжения в элементах конструкции. Это актуально для авиационной техники со сверхзвуковой скоростью, так как обшивка летательного аппарата нагревается неодинаково. Это приводит к неравномерному распределению температур.
Устойчивость конструкции нарушается при воздействии на нее критической нагрузки. В большинстве случаев это приводит к ее разрушению. Поэтому очень важно при возведении сооружения делать расчет конструкций на устойчивость, а не только на прочность элементов и узлов.
Местная устойчивость
Это устойчивость элементов конструкции. Если происходит их выпучивание в результате воздействия на них напряжений сжимающего или касательного характера, о таком явлении говорят, что происходит потеря местной устойчивости.
Прочность конструкции снижается, когда теряется устойчивость стенки. Если она находится рядом с опорой, то на нее воздействует касательное напряжение. Под ее влиянием стенка перекашивается. По укороченным диагоналям она сжимается, а по удлиненным – вытягивается. Происходит вспучивание стенки, образование волн.
Препятствовать этому явлению можно с помощью установки по вертикали ребер жесткости. Они будут пересекать вспученные места, выпрямляя стенку.
Устойчивость конструкции, а именно стенок и пояса может быть потеряна не только от касательных напряжений. Они в малой степени влияют на стенку середины балки, здесь на нее воздействуют нормальные напряжения, которые могут стать потерей устойчивости конструкции.
Расчет строительных конструкций
Целью расчета является обеспечение заданных условий эксплуатации конструкции с соблюдением ее прочности и минимальных затрат. При расчете учитывается воздействие силовых и других воздействий на элементы конструкции с учетом предельных состояний, которые делятся на две группы. Первая – когда потеряна несущая способность конструкции или она полностью непригодна к эксплуатации; вторая – когда нормальная эксплуатация сооружения затруднена.
Воздействия и нагрузки
Во время эксплуатации любая конструкция испытывает определенные нагрузки и воздействия на нее. На работу всей конструкции влияет природа, продолжительность и характер воздействий. От них зависит устойчивость конструкции.
- От веса самой конструкции.
- От веса оборудования, людей, материалов, давления газов и жидкостей.
- Нагрузки атмосферные – ветер, снег, гололед.
- Температурные и сейсмические воздействия.
- Биологические (процесс гниения), химические (коррозийные явления), радиационные воздействия, в результате которых изменяются свойства материалов. Это влияет на срок эксплуатации конструкции.
- Нагрузки аварийные, которые возникают, если нарушается технологический процесс, поломка оборудования, линии электропередач и прочее.
Сооружения из железобетонных конструкций
Железобетон – комплексный материал для строительства, в состав которого входит бетон и сталь. Используя природные свойства веществ, получают материал, который способен воспринимать усилия сжимающего и растягивающего характера.
Железобетонные конструкции используются в строительстве как основные конструкции. Они обладают высокой прочностью, долговечностью, стойкостью. Для их производства можно использовать строительные материалы данной местности, они просты в образовании желаемых форм, не требуют больших расходов.
Железобетонные конструкции имеют ряд недостатков. Они обладают большой плотностью, высокой тепло- и звукопроводностью. При усадке конструкции и силовом воздействии со временем могут появиться трещины.
Сборные конструкции из железобетона
Конструкции и элементы из железобетона бывают монолитными и сборными. Монолитные производят прямо на строительной площадке, а сборные – на заводах с использованием специального оборудования. Особой группой выделяются конструкции с внешним армированием профилями из металла.
Конструкции из железобетона, изготовленные в заводских условиях, используются для строительства помещений различного назначения, благоустройства территорий, изготовления труб, свай, шпал, опор для линий электропередач и многого другого.
Монолитные железобетонные конструкции (сборные) используются для возведения гидротехнических сооружений, в транспортном и подземном строительстве, в малоэтажном и многоэтажном строительстве жилых домов и административных зданий.
Преимущества и недостатки
Сборные строительные конструкции имеют неоспоримое преимущество — их производство осуществляется на заводах, оснащенных специальным оборудованием. За счет этого уменьшаются сроки изготовления производимых конструкций, и увеличивается их качество. Изготовить предварительно напряженные конструкции из железобетона возможно только на заводе.
Строительные конструкции не так безупречны. Их недостатком является то, что выпускать их в широком ассортименте невозможно. Это касается, в первую очередь, разнообразия форм. На заводах же производят конструкции для массового использования. Поэтому в городах и других населенных пунктах появляется много однотипных сооружений: жилых и административных.
Это приводит к тому, что архитектура региона застройки деградирует.
Изготовление железобетонных конструкций и их элементов осуществляется по следующим технологиям:
- Конвейерной, когда выполнение технологических процессов происходит последовательно.
- Поточно-агрегатной. Эта технология предусматривает осуществление технологических операций в отдельных помещениях, формы с конструкциями или элементами перемещаются кранами.
- Стендовой технологии. Здесь все происходит наоборот. Неподвижными остаются изделия, а перемещаются агрегаты.
Сооружения из монолитных конструкций
Строительство по такой технологии – трудоемкий процесс, но очень понятный. Монолитные конструкции можно сделать своими руками.
- Устанавливается каркас из арматуры.
- Обустраивается опалубок, внутри него размещается арматура.
- Заливается смесь из бетона, который уплотняется специальными вибраторами. Это делается для того, чтобы в опалубке не образовались пустоты.
- Бетон зачищается.
- Опалубка снимается.
Монолитные постройки: преимущества
В последнее время все чаще при постройке жилого дома используют технологию, разработанную для возведения монолитных построек, которые имеют ряд преимуществ:
Источник: fb.ru