В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на себе действие различных нагрузок. Внешние воздействия можно разделить на два вида: силовые и несиловые или воздействия среды.
К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:
- постоянные – от собственного веса (массы) элементов здания, давления грунта на его подземные элементы;
- временные (длительные) – от веса стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственного веса постоянных элементов здания (например, перегородок);
- кратковременные – от веса (массы) подвижного оборудования (например, кранов в промышленных зданиях), людей, мебели, снега, от действия ветра;
- особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварий оборудования и т.п.
К несиловым относятся:
- температурные воздействия, вызывающие изменения линейных размеров материалов и конструкций, которое приводит в свою очередь к возникновению силовых воздействий, а также влияющие на тепловой режим помещения;
- воздействия атмосферной и грунтовой влаги, а также парообразной влаги,содержащейся в атмосфере и в воздухе помещений, вызывающие изменение свойств материалов из которых выполнены конструкции здания;
- движения воздуха вызывающее не только нагрузки (при ветре), но и его проникновение внутрь конструкции и помещений, изменение их влажностного и теплового режима;
- воздействие лучистой энергии солнца (солнечная радиация) вызывающие в результате местного нагрева изменение физико-технических свойств поверхностных слоев материала, конструкций, изменение светового и теплового режима помещений;
- воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе, которые в присутствии влаги могут привести к разрушению материала конструкций здания (явлении коррозии);
- биологические воздействия, вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций из органических строительных материалов;
- воздействие звуковой энергии (шума) и вибрации от источников внутри или вне здания.
По месту приложения усилий нагрузки разделяются на сосредоточенные (например, вес оборудования) и равномернораспределенные (собственный вес, снег).
BC: Стальной каркас — введение, типы рам, связи
По характеру действия нагрузки могут быть статическими, т.е. постоянными по величине во времени и динамическими (ударными).
По направлению – горизонтальные (ветровой напор) и вертикальные (собственный вес).
Т.о. на здание действует самые различные нагрузки по величине, направлению, характеру действия и месту приложения.
Рис. 2.3. Нагрузки и воздействия на здание.
Может получится такое сочетание нагрузок, при котором все они будут действовать в одном направлении, усиливая друг друга. Именно на такие неблагоприятные сочетания нагрузок рассчитывают конструкции здания. Нормативные значения всех усилий, действующих на здание, приведены в ДБН или СНиПе.
Классификация опор. Расчетные схемы. Реальные объекты. Сопромат-Тайные Знания 4 (для ПГС).
Следует помнить, что воздействия на конструкции начинаются с момента их изготовления, продолжаются при транспортировке, в процессе возведения здания и его эксплуатации.
4. Основные требования предъявляемые к зданиям и их элементам.
Здания образуют материально-пространственную среду для осуществления людьми различных социальных процессов быта, труда и отдыха. Поэтому они должны отвечать ряду требований, основные из них:
– функциональная (или технологичная) целесообразность, т.е. здание должно быть удобно для труда, отдыха или другого процесса, для которого оно предназначено;
– техническая целесообразность, т.е. здания должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, надежно защищать людей и оборудование от вредных атмосферных воздействий, удовлетворять противопожарным требованиям;
– архитектурно-художественной выразительности, т.е. оно должно быть привлекательным по своему внешнему виду, благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей;
– экономическая целесообразность, предусматривающая при минимальных затратах на постройку и эксплуатацию здания получения максимума полезной площади.
– природоохранные.
Основным в здании или помещении является его функциональное назначение.
Осуществление той или иной функции всегда сопровождается осуществлением какой-либо другой функции, имеющей подсобный характер. Например, учебные занятия в аудитории представляют главную функцию этого помещения, движение же людей при заполнении аудитории и после окончания занятий – подсобную. Следовательно, можно различить главные и подсобные функции. Главная функция для конкретного помещения в другом помещении может быть подсобной, и наоборот.
Помещение – основной структурный элемент или часть здания. Соответствие помещения той или другой функции достигается только тогда, когда в нем создаются оптимальные условия для человека, т.е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.
Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:
- пространство, необходимое для деятельности человека, размещения оборудования и перемещения людей;
- состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности и скорости его движения. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т.е. количеством содержания вредных для человека примесей (газов, пыли);
- звуковой режим – условия слышимости в помещении (речи, музыки, сигналов), соответствующие его функциональному назначению, и защита от мешающих звуков (шума), возникающих как в самом помещении, так и проникающие извне, и оказывающих вредное влияние на организм и психику человека;
- световой режим– условия работы органов зрения, соответствующие функциональному назначению помещения, определяемые степенью освещенности помещения;
- видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть плоские или объемные объекты в помещении.
Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которое должно находиться в полном соответствии с законами механики, физики, химии.
В соответствии с воздействием среды к зданию и его конструкциям предъявляется комплекс технических требований.
Прочность– способность здания в целом и отдельных его конструкций воспринимать внешние нагрузки и воздействия без разрушения и существенных остаточных деформаций.
Устойчивость (жесткость) – способность здания сохранять статическое и динамическое равновесие при внешних воздействиях здания зависящая от целесообразного размещения конструкций в соответствии с величиной и направлением нагрузок и от прочности их сопряжений.
Долговечность, означающая прочность, устойчивость и сохранность здания и его элементов во времени. Она зависит от:
- ползучести материалов, т.е. от процесса малых непрерывных деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного воздействия нагрузок.
- морозостойкости материалов, т.е. от способности влажного материала противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию;
- влагостойкостиматериалов, т.е. их способности противостоять разрушающему действию влаги (размягчению, набуханию, короблению, расслоению, растрескиванию и т.д.);
- коррозиестойкости, т.е. от способности материала сопротивляться разрушению, вызываемому химическими и электрическими процессами;
- биостойкости, т.е. от способности органических строительных материалов противостоять действию насекомых и микроорганизмов.
Долговечность определяется предельным сроком службы зданий. Практических инженерных методов расчета долговечности зданий пока не создано, поэтому в строительных нормах и правилах здания по долговечности условно разделяются на три степени:
1-я степень – срок службы более 100 лет;
2-я степень – срок службы от 50 до 100 лет ;
3-я степень – срок службы от 20 до 50 лет.
Что такое классы ответственности или категория сложности объекта?
— строительные объекты (здания и сооружения) различного назначения.
— составные части объектов, их основы и конструкции из различных материалов.
КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
Классы последствий (ответственности) зданий и сооружений определяются уровнем возможных материальных убытков и (или) социальных потерь, связанных с прекращением эксплуатации или с потерей целостности объекта.
Возможные социальные потери от отказа должны оцениваться в зависимости от таких факторов риска, как:
— опасность для здоровья и жизни людей;
— резкое ухудшение экологической обстановки в прилегающей к объекту местности (например, при разрушении хранилищ токсичных жидкостей или газов, отказе очистных сооружений канализации и т.п.);
— потеря памятников истории и культуры или других духовных ценностей общества;
— прекращение функционирования систем и сетей связи, энергоснабжения, транспорта или других элементов жизнеобеспечения населения или безопасности общества;
— невозможность организовать предоставление помощи пострадавшим при авариях и стихийных бедствиях;
— угроза обороноспособности страны.
КАТЕГОРИЯ СЛОЖНОСТИ ОБЪЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА
Категория сложности объекта строительства определяют на основании класса последствий (ответственности) в соответствии с таблицей.
Возможные экономические убытки должны оцениваться расходами, связанными как с необходимостью восстановления объекта, который отказал, так и косвенный ущерб (убытки от остановки производства, упущенная выгода и т.д.).
Классы ответственности или категория сложности объекта
| Характеристики возможных последствий отказа здания или сооружения | |||||||
| Возможная опасность | |||||||
| Категории сложности объектов строительства | Класс последствий (ответствен- ности) зданий или сооружений | для здоровья и жизни людей, которые постоянно находятся на объекте | для здоровья и жизни людей, которые периодически находятся на объекте | для жизнедеятель- ности людей, которые находятся снаружи | Объем возможных экономических утрат | Потеря объектов культурного наследия | Прекращение функционирова- ния объектов коммуникаций транспорта, связи, энергетики, других инженерных сетей |
| Количество человек | Количество человек | Количество человек | Минимальных зарплат | Категории объектов | Уровень | ||
| V | СС-3 | свыше 400 | свыше 1000 | свыше 50000 | свыше 150000 | Национального значения | Общегосударст- венный |
| IV | СС-2 | 300-400 | 500-1000 | 10000-50000 | 15000-150000 | Местного значения | Региональный |
| III | 50-300 | 100-500 | 100-10000 | 2000-15000 | — | Местный | |
| II | СС-1 | 0-50 | 50-100 | до 100 | до 2000 | — | — |
| I | до 50 | до 100 | до 2000 | — | — |
Категория сложности объекта строительства определяется независимо по каждой из приведенных в колонках таблицы характеристикой возможных последствий отказа от объекта.
Объектам строительства присваивают высшую категорию сложности из определенных категорий с учетом приведенных ниже положений.
1) для объекта строительства, в состав которого входит несколько отдельных домов, зданий или сооружений (комплекс), категория сложности определяется отдельно для каждого дома, здания, сооружения. В случае, если в состав комплекса входят здания и сооружения IV-V категорий сложности, на экспертизу проектная документация предоставляется в полном составе на весь комплекс сооружений;
2) объект повышенной опасности, идентифицирован согласно законодательству, относят к V категории сложности;
3) к объектам культурного наследия национального или местного значения относятся здания или сооружения, которые занесены в соответствующий Государственный реестр недвижимых памятников Украины.
Примечание 1. Здания или сооружения присваивается наивысший класс последствий (ответственности) по одной из всех характеристик возможного ущерба от отказа.
Примечание 2. Считается, что на объекте постоянно есть люди, если он заполнен не менее чем восемь часов в сутки и не менее 150 дней на год. Людьми, которые периодически посещают объект, считаются те, которые заполняют его не больше трех часов в сутки. Возможной опасностью для жизнедеятельности людей является вероятное нарушение нормальных условий жизнедеятельности более чем на трое суток.
Примечание 3. Объем возможного экономического ущерба определяется в соответствии с Методикой.
Примечание 4. Минимальный размер заработной платы ежегодно устанавливается Законом Украины.
Примечание 5. Категории объектов культурного наследия устанавливаются в соответствии с действующим законодательством.
Примечание 6. Уровень значение коммуникаций и других инженерных сетей устанавливается в соответствии с действующим законодательством.
Независимо от классификации по признакам следует устанавливать класс последствий (ответственности) не менее:
СС1 — для объектов (зданий и сооружений) повышенной опасности, определенных в соответствии с законодательством;
СС2 — для высотных жилых и общественных зданий высотой от 73,5 м до 100 м;
СС3 — для высотных жилых и общественных зданий высотой более 100 м;
Различают три категории ответственности конструкций и их элементов в зависимости от последствий, которые могут быть вызваны их отказом:
А — конструкции и элементы, отказ которых может привести к полной непригодности к эксплуатации здания (сооружения) в целом или значительной ее части.
Б — конструкции и элементы, отказ которых может привести к осложнению нормальной эксплуатации здания (сооружения) или к отказу других конструкций, которые не относятся к категории А.
В — конструкции, отказы которых не приводят к нарушению функционирования других конструкций или их элементов.
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ОБЪЕКТОВ ПО КЛАССАМ ПОСЛЕДСТВИЙ (ОТВЕТСТВЕННОСТИ)
До зданий и сооружений класса СС3, как правило, следует относить:
— объекты нефте — и газодобывающей, газоперерабатывающей, металлургической, химической и других отраслей промышленности, оборудованы пожарно — и взрывоопасными емкостями и хранилищами жидкого топлива, газа и газопродуктов, особенно при их хранении под давлением (технологические трубопроводы, аппараты, котлы, газгольдеры, изотермические резервуары емкостью свыше 10 тыс. кубометров, резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов емкостью 30 тыс. кубометров и более, сосуды высокого давления и т.п.);
— объекты химической, нефтехимической, биотехнологической, оборонной и других отраслей, связанных с использованием, переработкой, производством и хранением химически токсичных, взрыво — и пожароопасных веществ и промышленных взрывчатых материалов, биологически опасных веществ и т.п.;
— объекты угольной и горнорудной промышленности, с опасностью пожара, взрыва и газа согласно классификации Госнадзорохранытруда;
— здания главных вентиляционных систем на приисках и рудниках;
— объекты атомной энергетики (АЭС, AETC, ACT), включая хранилища и заводы по переработке ядерного топлива и радиоактивных отходов, а также другие радиационное опасные объекты по классификации Госатомнадзора;
— объекты гидро — и теплоэнергетики (ГЭС, ГРЭС, ТЭС, ТЭЦ, ГАЭС) мощностью свыше 1,0 млн. кВт;
— мосты и тоннели на дорогах высшей категории, или протяженностью свыше 1000 м или пролетом свыше 300 м;
— стационарные сооружения знаков навигационной обстановки;
— шлюзы и основные портовые сооружения на водных путях 1-го и 2-го классов ДСТУ Б В.2.3-1;
— здания и сооружения крупных железнодорожных вокзалов и аэровокзалов;
— магистральные трубопроводы диаметром более 1000 мм, или с рабочим давлением свыше 2,5 МПа, а также участки магистральных трубопроводов меньшего диаметра и с меньшим рабочим давлением в местах переходов через водные преграды, железнодорожные и автомобильные дороги;
— гидротехнические сооружения мелиоративных систем с площадью орошения и осушения более 300 тыс. га и водохранилищ объемом более 1 кубический километр;
— крупные элеваторы и зернохранилища, мельничные комбинаты;
— жилые, общественные или многофункциональные здания высотой более 100 м;
— здания основных музеев, государственных архивов, хранилищ национальных исторических и культурных ценностей;
— зрелищные объекты с массовым пребыванием людей (стадионы, театры, кинозалы, цирки, выставочные помещения и т.д.);
— здания университетов, институтов, школ, дошкольных заведений и т.д.;
— крупные больницы и другие учреждения здравоохранения;
— универсамы и другие крупные торговые предприятия;
— объекты жизнеобеспечения крупных районов городской застройки и промышленных территорий;
— крупные объекты защитно-предупредительного характера (противоселевые, противооползневые, противолавинные сооружения, защитные дамбы и т.д.).
До зданий и сооружений класса СС2, как правило, следует относить те, что не принадлежат к классу СС3:
— основные объекты металлургической промышленности, тяжелого машиностроения, нефтехимии, судостроение, оборонной промышленности (доменные и мартеновские сборочные цеха, корпуса, высокие дымовые трубы и т.д.);
— копры, машинные отделения добывающих машин;
— объекты гидро — и теплоэнергетики мощностью менее 1,0 млн. кВт, распределительные системы основных электросетей высокого напряжения (включая опоры линий электропередачи и открытых распределительных устройств);
— емкости для нефти и нефтепродуктов;
— путевые полотна магистральных автодорог, взлетно-посадочные полосы, мосты и тоннели протяженностью менее 1000 м, канатные дороги, вокзалы, аэровокзалы, вертолетные станции;
— магистральные трубопроводы;
— большие гостиницы, общежития;
— объекты водопровода и канализации (включая водонапорные башни, очистные сооружения, водозаборы) промышленных предприятий и населенных пунктов;
— здания зрелищных и спортивных предприятий, предприятий торговли, общественного питания, службы быта, учреждения здравоохранения;
— здания и сооружения центральных складов для обеспечения жизненных потребностей населения, склады особо ценного оборудования и материалов, военные склады;
— жилые, общественные или многофункциональные здания высотой до 100 м.
До зданий и сооружений класса СС1, как правило, следует относить:
— все объекты промышленности, энергетики, транспорта и связи, сельского хозяйства и переработки сельхозпродукции, которые не отнесены к классам СС3 и СС2;
— общественные здания, объекты физкультуры и спорта, не отнесенные к классам СС3 и СС2, а также все временные объекты, мобильные здания;
— объекты внутрипроизводственных дорог, коммуникаций и продуктопроводов;
— парники, теплицы;
— опоры распределительной сети низкого напряжения, осветительные опоры.
Примечание. В нормах проектирования конкретных объектов их классификационные параметры могут уточняться.
К 1-й степени долговечности относятся здания, основные конструкции которых (например, фундаменты, наружные стены и т.п.) выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью против перечисленных выше воздействий.
В зданиях необходимо предусмотреть конструктивные, объемно- планировочные и инженерно- технические решения, которые должны обеспечить при пожаре:
· Возможность эвакуации людей наружу на прилегающую к зданию территорию людей независимо от их возраста и физического состояния;
· Возможность спасения людей;
· Возможность доступа личного состава пожарных подразделений к очагу пожара, а также проведения мероприятий по спасению людей и материальных ценностей;
· Нераспространение пожара на рядом расположенные здания, в том числе при обрушении горящего здания;
· Ограничение материальных потерь, включая здание и оборудование, при экономически обоснованному соотношении величины потерь и затрат на противопожарные мероприятия, пожарную охрану и ее техническое оснащение.
Важным техническим (и отчасти функциональным) требованием, оказывающим большое влияние на объемно- планировочное и конструктивное решение здания, является пожарная безопасность, означающая сумму мероприятий, которые уменьшают возможность возникновение пожара и, следовательно, возгорания конструктивных элементов здания и обеспечивают безопасность людей.
Строительные материалы классифицируют по следующим показателям пожарной опасности: горючести, воспламеняемости, распространению пламени по поверхности, дымообразующей способностиитоксичности продуктов горения.
По горючести строительные материалы подразделяют на негорючие (НГ) и горючие (Г).
Негорючие строительные материалы по другим показателям пожарной опасности не классифицируют.
Горючие строительные материалы подразделяют на четыре группы:
Г1 (низкой горючести);
Г2 (умеренной горючести);
Г4 (повышенной горючести).
По воспламеняемости подразделяют на три группы:
По распространению пламени по поверхности подразделяют на четыре группы:
РП1 (не распространяющие);
РП2 (локально распространяющие);
РП3 (умеренно распространяющие);
РП4 (значительно распространяющие).
По дымообразующей способности подразделяют на три группы:
Д1 ( с малой дымообразующей способностью);
Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
Д3 (с высокой дымообразующей способностью).
По токсичности продуктов горения подразделяют на четыре группы:
Т4 (чрезвычайно опасные).
Группы строительных материалов по распространению пламени по поверхности определяют для поверхностных слоев конструкций кровель, полов, в.т.ч. ковровых покрытий.
Строительные конструкции классифицируются по огнестойкости и способности распространять огонь.
Показателем огнестойкости является предел огнестойкости конструкции, который определяется временем (в минутах) от начала огневого испытания по стандартному температурному режиму до наступления одного из предельных состояний конструкции:
Источник: studopedia.ru
Виды нагрузок и воздействий
СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» Актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85*:
1.4 При проектировании следует учитывать нагрузки, возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.
4 Общие требования
4.1 Основными характеристиками нагрузок, установленными в настоящих нормах, являются их нормативные (базовые) значения.
При необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость и в других случаях, оговоренных в нормах проектирования конструкций и оснований, кроме того, устанавливаются пониженные нормативные значения нагрузок от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, от мостовых и подвесных кранов, снеговых, температурных климатических воздействий.
4.2 Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию. Минимальные значения коэффициента надежности определяются следующим образом:
а) при расчете по предельным состояниям 1-й группы – в соответствии с 7.2-7.4, 8.1.4, 8.2.2, 8.3.4, 8.4.5, 9.8, 10.12, 11.1.12, 12.5, 13.8;
б) при расчете по предельным состояниям 2-й группы – принимаются равными единице, если в нормах проектирования конструкций и оснований не установлены другие значения.
4.3 В особых сочетаниях (см. 6.2) коэффициент надежности по нагрузке для постоянных, длительных и кратковременных нагрузок следует принимать равным единице, за исключением случаев, оговоренных в других нормативных документах.
4.4 Расчетные значения климатических нагрузок и воздействий (снеговые и гололедные нагрузки, воздействия ветра, температуры и др.) допускается назначать в установленном порядке на основе анализа соответствующих климатических данных для места строительства.
4.5 При расчете конструкций и оснований для условий возведения зданий и сооружений расчетные значения снеговых, ветровых, гололедных нагрузок и температурных климатических воздействий следует снижать на 20 %.
5 Классификация нагрузок
5.1 В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные Рd и временные (длительные Рl, кратковременные Рt, особые Рs) нагрузки.
5.2 Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные нагрузки.
Нагрузки, возникающие на стадии эксплуатации сооружений, следует учитывать в соответствии с указаниями 5.3–5.6.
5.3 К постоянным Рd нагрузкам следует относить:
Сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.
5.4 К длительным Рl нагрузкам следует относить:
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;
ж) вес отложений производственной пыли, если не предусмотрены соответствующие мероприятия по ее удалению;
и) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;
5.5 К кратковременным нагрузкам Рt следует относить:
а) нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;
в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями, кроме нагрузок, указанных в 5.4, а, б, г, д;
г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением), включая вес транспортируемых грузов;
5.6 К особым Рs нагрузкам следует относить:
в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;
г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (например, при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых;
Расчетные значения особых нагрузок устанавливаются в соответствующих нормативных документах или в задании на проектирование.
Источник: fordewind.org
Виды нагрузок
В технической и строительной механике, а также в сопротивлении материалов различают следующие виды нагрузок:
1 По происхождению:
- Полезные нагрузки, для восприятия которых возводится сооружение (оборудование, краны, транспорт, гидростатическое давление в плотинах);
- Собственный вес конструкций;
- Природные нагрузки (ветер, снег, землетрясения и др.)
2 По продолжительности действия:
- Постоянная — это собственный вес и некоторые виды полезных нагрузок.
- Временная, подразделяется на:
- длительную
- кратковременную (вес людей, атмосферная нагрузка)
- особую (сейсмическая, температура, осадки опор)
3 По характеру действия:
- Статические — величина, направление и положение нагрузки неизменны во времени (нет инерции);
- Динамические — нагрузки вызывающие инерционные силы.
При расчете конструкций нагрузки и воздействия должны учитываться в наиболее невыгодных комбинациях.
Различают основные, дополнительные и особые сочетания нагрузок:
- Основные — это постоянная + длительная временная и одна из наиболее существенных кратковременных временных нагрузок;
- Дополнительные — это постоянная + временная длительная и все кратковременные временные нагрузки.
- Особые сочетания — это постоянная + временная длительная + все кратковременные временные плюс особые нагрузки.
Нормативные величины и характер нагрузок, а также коэффициент перегрузки берутся из СНИП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
Виды внешних воздействий
Рис. 2.1 – Силовое воздействие (Р) (постоянная, динамическая)
Рис. 2.2 – Температурное воздействие (t)
Рис. 2.3 – Смещение опор (с)
Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах
Источник: isopromat.ru
Чем отличаются нагрузки от усилий?
Хочется написать ответ на этот вопрос, чтобы расставить все точки над «i». При расчете любых конструкций всплывают оба эти термина. Причем как нагрузки могут быть и в виде сил, и в виде моментов, так и усилия.
Как же не запутаться в этих понятиях и выполнить расчет с пониманием?
Давайте рассмотрим алгоритм любого расчета.
1. Определение расчетной схемы.
Это первый шаг, когда мы от конструкции «в теле» переходим к условным палочкам и пластинам. При этом задаются связи, определяется, как же все элементы взаимодействуют друг с другом, какие части конструкции будут работать, а какие – просто нагружать другие части целого. Важный момент – выбор между шарниром и защемлением. Любые два элемента могут быть соединены как довольно свободно, так и жестко, это дает свои «плюсы» и «минусы» в ходе расчета.
2. Сбор нагрузок.
Когда расчетная схема определена, когда принято решение, что же будет работать в нашей конструкции, а что «сидеть на шее», следует как можно тщательней разобраться с тем, что же воздействует на нашу конструкцию. И здесь мы впервые сталкиваемся с понятием «нагрузка». Нагрузка – это любое внешнее воздействие, которое влияет на нашу конструкцию. Список нагрузок не так уж велик:
- Нагрузка от собственного веса (да, даже под своим собственным весом неправильно рассчитанная конструкция может сломаться) и от веса других элементов, материалов.
- Нагрузка от веса людей, мебели, оборудования – в общем всего того, что может быть, может не быть, но важно это учесть и не просчитаться.
- Нагрузка от снега.
- Нагрузка от ветра.
- Нагрузка от температурных воздействий (под действием температур материалы расширяются вплоть до разрушения, это явление также можно выразить в виде нагрузки).
- Сейсмическая нагрузка.
Как видите, всё это (ну, за исключением собственного веса) приходит извне, но оказывает значительное влияние на любую конструкцию. Причем каждая нагрузка может располагаться в пространстве произвольным образом по отношению к объекту расчета – и перпендикулярно, и под углом, и вдоль оси. Нагрузки могут сочетаться между собой, могут исключать друг друга.
В общем, вариантов масса, но все это нам нужно свести в единую систему, найти наихудший вариант и запроектировать такую конструкцию, которая этот наихудший вариант сможет на собственных плечах вынести. Каким же приемом пользуются в расчете, чтобы перевести нагрузки в удобоваримый формат? Ведь нагрузок может быть масса, но глядя на них, не сразу возможно понять, плохо или хорошо они воздействуют на конструкцию. Именно для прояснения картины с нагрузками в алгоритме расчета присутствует следующий, очень важный шаг.
3. Выполнение расчета для определения усилий.
Усилия – это именно те данные, которые помогают инженеру понять, как же чувствует себя конструкция под воздействием всей совокупности нагрузок. Если нагрузки (внешние силы) – это то, что влияет на схему извне, то усилия – это то, что чувствует каждый элемент расчетной схемы непосредственно на своей шкуре. Человек стал вам на ногу – это нагрузка, приложенная к вашей ноге как к конструкции; вы почувствовали давление веса этого человека, оно вызывает в вас определенные напряжения, деформации – это усилие в вашей ноге.
Один очень опытный конструктор говорил мне, что при проверке решений других инженеров он представляет себя на месте конструкции. И иногда обнаруживает, что кто-то прицепил значительную нагрузку не на туловище, руки или ноги (в общем, не на выносливые элементы), а подвесил к уху или носу, а то и за волосы попытался зацепиться. Это шутки, но очень глубокие. Если научиться представлять работу конструкции: представлять в виде образов возникающие в ней усилия от всех нагрузок, представлять ее деформации от этих усилий, можно значительно облегчить себе жизнь, да и жизнь конструкции тоже.
Видов усилий не так уж и много, все они собраны в двух понятиях – силы и моменты. Усилие в виде силы всегда прямое, оно либо сжимает, либо растягивает, либо пытается перерезать. Усилие в виде момента пытается изогнуть или закрутить. Если взять стержень (балку, колонну), его «самочувствие» очень просто описать несколькими значениями:
- продольной силой N, которая либо сжимает, либо растягивает вдоль оси;
- поперечной силой Q, которая пытается срезать стержень поперек сечения (как мы ножом режем морковку) или хотя бы помочь потерять ему устойчивость;
- изгибающим моментом M, который стремится согнуть стержень, искривить его;
- крутящим моментом Т, который пытается скрутить стержень так, как мы выкручиваем мокрое полотенце.
Все это усилия, полученные в результате расчета конструкции (взяты в типовом примере Лиры).
Получается, что нагрузки – это исходные данные для расчета, а усилия – результат. Отчего же тогда возникает путаница в понятиях? Думаю потому, что найденные усилия – это результат не окончательный, а промежуточный. С учетом этих усилий идет дальнейшая проверка несущей способности сечения, рассчитывается и подбирается армирование.
И в этом дальнейшем расчете усилия становятся уже на место исходных данных. И у нас вырисовывается следующий этап.
1. С учетом усилий проверяем (или определяем) сечение каждого элемента расчетной схемы и его армирование.
Допустим, есть железобетонная рама. Собрали нагрузки, выполнили расчет, определили усилия в балках и колоннах. А что дальше? Дальше разбираем конструкцию на части (колонны – отдельно, балки – отдельно) и считаем эти части с учетом уже не нагрузок, а усилий. И часто при этом задача звучит так: «Нагрузки на колонну: N = …, М = …». Вот люди и путаются.
Особенно с колоннами. В балках-то проще: нагрузка равномерно распределенная (обозначается обычно прописной q и рисуется рядом стрелочек), усилия – момент и поперечная сила (изображаются эпюрами). А в колонне как? Нагрузка – вертикальная сосредоточенная сила (изображается стрелкой с буквой), и усилие – что-то в этом же духе (опять же стрелка с буквой). И получается подмена понятий, путаница.
Еще бывают ошибки в том, что расчетчик недооценивает значения соединения конструкций между собой (бывают ведь жесткие и шарнирные узлы, и нагрузку они передают по-разному), представляя себе, что зависимость «нагрузка → усилие» всегда очевидна. Но есть такое явление, как перераспределение усилий. И не всегда в конструкции, нагруженной больше других, усилия окажутся тоже бОльшими. Усилия могут и перераспределяться, и компенисироваться – гасить друг друга. Все это выявляется в ходе расчета, а укладывается в систему, в общее вИдение работы конструкций – в ходе многочисленных расчетов.
Радует одно: с опытом путаница в голове проясняется и все становится на свои места. Главное – запомнить алгоритм и четко ему следовать. Ну, и делать выводы. Подмечать закономерности. Находить объяснения неожиданным результатам. «Почему?» и «а что, если…?» – главные вопросы инженера.
И время, выделенное на поиск ответов, зачастую бывает намного важнее рутинной работы, не вызывающей сомнений.
Интересных вам расчетов!
Большое спасибо за экскурс! Действительно была путаница. Теперь более менее образовалось понятие.Очень доступно объяснил!
Источник: svoydom.net.ua