Тема занятия 1. Вводная лекция по дисциплине.

Классификация строительных конструкции в зависимости от применяемых материалов.

К строительным (иногда называется инженерным) относятся те несущие конструкции промышленных и гражданских зданий и инженерных сооружений, размеры сечений которых определяется расчетом. Этим строительные конструкции отличаются от архитектурных конструкций (частей здания), размеры сечений которых назначаются из архитектурных, теплотехнических или других специальных требований.

Строительные конструкции разделяют на металлические, каменные, бетонные и железобетонные, конструкции из дерева и пластмасс.

История развития строительных конструкций.

История развития строительных конструкции связана с развитием производственных сил общества.

Каменные конструкции – наиболее древние конструкции. В течение многих веков основным строительным материалом был камень. Позже стали применять естественный камень, кирпич-сырец, обожженный кирпич.

Большую роль в развитии теории и практики каменного строительства сыграли работы советских ученых, были получены разносторонние сведения о прочности и деформативности, появились новые виды искусственных камней, а также армирование кирпичной кладки и комплексные конструкции (усиленные железобетоном).

Широкое распространение получили облегченные каменные кладки, предложенные Н.С.Поповым, Н.М. Орлянкиным, С.А.Власовым и т.д.

В современном строительстве кирпич в основном применяется в качестве стеновых материалов, их целесообразно применять при нестандартном строительстве, для возведения нетиповых частей зданий.

Деревянные конструкции. Простейшие деревянные конструкции применялись наряду с каменными конструкциями. Техника их выполнения совершенствовались по мере развития производственных сил.

Деревянные конструкции широко применялись в инженерных сооружениях: плотинах, шлюзах, мостах, а также при строительстве промышленных зданий.

В развитие деревянных конструкции большой вклад внесли русские ученые Д.И. Журавский, В.Г.Шухов, советские ученые Г.Г. Карлсен, Ю.М.Иванов, А.Б.Губенко, В.В.Большаков и т.д.

В современных условиях наиболее совершенными деревянными конструкциями являются клееные конструкции заводского изготовления. В районах, где древесина является местным материалом, деревянные конструкции успешно применяется для строительства жилых, сельскохозяйственных зданий, а также инвентарных подвижных и сборно-разборных зданий.

В современном строительстве получили широкое распространение пластмассовые, пневматические и пленочно-каркасные конструкции. Для их изготовления используются стеклопластики, органическое стекло, синтетические клеи, пленки, воздухонепроницаемые ткани и др. Применение этих конструкций дает возможность возводить оболочки, складки, купола, вантовые конструкции больших пролетов.

Металлические конструкции. Металл впервые был применен в ХII веке в качестве затяжек и скреп в каменных сводах, арках и т.д. Обыкновенное железо разогревали и отковывали в виде полос, затем сваривали кузнечным способом.

В XYIII веке появились чугунные конструкции. Чугунные элементы соединяли на замках или болтами. Позже стали применяться чугунно-железные фермы, в которых верхний пояс и сжатые элементы делались из чугуна, нижний пояс и растянутые элементы – из железа, стали развиваться рамно-арочная конструкция, металлические мостостроение в связи с ростом сети железных дорог.

Основателями русской школы мостостроения являются выдающиеся ученые: Н.А. Белелюбский, Л.Д. Проскурянов, Д.И. Журавский, В.Г. Шухов, Н.С. Стрелецкий и др.

В современном строительстве металлическую конструкцию применяют в сооружениях с большими пролетами и высотами, а также в специальных сооружениях (мачта, башня, резервуары), где они оказываются экономически более эффективными, чем конструкции из других материалов.

Простейшие стальные конструкции- балки, колонны, фермы- целесообразны при возведении отдельных объектов нетипового строительства, при устройстве рабочих площадок для обслуживания технологического оборудования, при реконструкции существующих зданий и сооружений.

Дальнейшие совершенствование металлических конструкции связано с внедрением сталей повышенной и высокой прочности, легких алюминиевых сплавов, новых типов профилей и методов сварки, предварительного напряжения конструкций.

Железобетонные конструкции. Их начали применять со второй половины XIX века в связи с развитием промышленности и транспорта. Первые железобетонные конструкции- плиты, балки, колонны - появились почти одновременно в несколько развитых странах (Англия, Франция, Германия, США). В России железобетон применяется с 1886 года.

Благодаря работу проф. Белелюбского Н.А. железобетон получил широкое распространение в строительстве железнодорожных сооружений, шоссейных дорог, в промышленным и гражданском строительстве.

Развитию и внедрению расчета сечений по методу предельных состояний посвящены труды советских ученых- Н.С.Стрелецкого, А.А.Гвоздева, В.М.Келдыша, К.В. Сахновского и др.

В современных условиях сборный и монолитный железобетон с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой является основным материалом капитального строительства. Применение железобетона для строительства дает возможность экономить сталь, являющуюся наиболее дефицитным материалом.

Расчет конструкций по предельным состояниям.

Строительную конструкцию рассчитывают для того, чтобы обеспечить безопасность, надежность и долговечность их эксплуатации под нагрузкой. Задача расчета - определение усилии от действующих нагрузок, подбор поперечного сечения, требуемое количество арматуры (в железобетонных элементах), размеры соединительных и закладных деталей (в металлических конструкциях) и других данных.

Строительную конструкцию рассчитывают по методу предельных состояний. Под предельным понимают такое состояние конструкции, после достижения которого ее дальнейшая эксплуатация невозможно.

В расчетах конструкций учитывают 2 группы предельных состояний:

первая группа - по потери несущей способности или непригодности к эксплуатации;

вторая группа – по непригодности к нормальной эксплуатации, то есть эксплуатация, осуществляемая в соответствии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование технологическими и бытовыми условиями.

К предельным состоянием 1-ой группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; хрупкое, вязкое, усталостное разрушение; разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды; резонансные колебания и т.д.

К предельным состоянием 2-ой группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций и оснований или снижающие долговечность их вследствие появления недопустимых перемещений, колебаний и т.д.

Появление трещин и их раскрытие проверяют только в железобетонных и каменных конструкциях. В металлических и деревянных конструкциях недопустимо появление любых трещин, они со временем развиваются и приводят к разрушению конструкций.

Классификация нагрузок и воздействий.

Основное назначение несущих строительных конструкций - восприятие действующих на них эксплуатационных нагрузок.

По времени продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. В свою очередь, временные нагрузки делят на длительные, кратковременные и особые.

К постоянным нагрузкам относятся: масса несущих и ограждающих конструкций; масса и давление грунтов; воздействие предварительного напряжения конструкций.

К длительным нагрузкам относятся: масса стационарного оборудования; масса жидкостей, давление газов, заполняющих оборудования; нагрузки на перекрытия складских помещений; температурные воздействие и т.д.

К кратковременным нагрузкам относятся: нагрузка от подъемно-подвижного транспорта; масса людей; нагрузки, возникающие при перевозке и монтаже конструкций; снеговые и ветровые нагрузки.

К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки вызываемые с резким нарушением технологического процесса.

Установленные нормами наибольшее значения нагрузок, которые могут действовать на конструкцию при ее нормальной эксплуатации, называют нормативными. Фактическая нагрузка, которые действуют на конструкцию, обладают определенной изменчивостью и может отличаться от нормативной в большую или меньшую сторону. Это отклонение учитываются коэффициентом надежности по нагрузке . Расчетная нагрузка определяется как: .

Расчет конструкции производится на расчетные нагрузки. При расчете по первой группе предельных состояний принимают: для постоянных нагрузок =1,1…1,3; для временных =1,2…1,6; при расчете на устойчивость положения . Расчет конструкции по второй группе предельных состояний производят на расчетные нагрузки =1, т.е. расчетную нагрузку принимают равным нормативным значениям.

Здания и сооружения подвергаются одновременную действию различных нагрузок, поэтому их расчет производится на сочетание нагрузок. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают следующие сочетания:

основные сочетание, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;

особые сочетание, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.

Вероятность одновременного появления наибольших нагрузок или усилий учитываются коэффициентами сочетания и .

Нормативные и расчетные сопротивления материалов.

Установленные нормами предельные значения напряжений в материале называют его нормативным сопротивлением (МПа). Нормативное сопротивление является основной характеристикой сопротивления материалов силовым воздействиям. Возможное отклонение сопротивлений материалов в неблагоприятную сторону от нормативных значений учитывают коэффициентами безопасности по материалу . Расчетным сопротивлением материала называется сопротивление, принимаемое при расчетах конструкций и получаемое делением нормативного сопротивления на коэффициент безопасности по материалу , т.е. . Значения нормативных и расчетных сопротивлении для разных материалов приводятся в нормативных документах.

При расчете строительных конструкций в необходимых случаях расчетные сопротивления материалов берется с учетом коэффициента условий работы и коэффициента надежности . Коэффициент условий работы учитывают влияние: температуры, влажности, агрессивности среды, длительность воздействия, многократности повтора нагрузок и др. Коэффициент введет в расчет при недостаточной изученности действительной работы и предельных состоянии отдельных видов конструкций и оснований. Численные значения этих коэффициентов приводятся в нормативных документах.

Структура расчетных формул строительных конструкций.

При расчете конструкции по 1-ой группе предельных состоянии условия прочности элемента записывают в общем виде неравенством:

где - усилие в сечении ;

- расчетная несущая способность сечения, являющаяся функцией геометрических размеров и упругопластических свойств сечения , нормативных сопротивлений материалов , коэффициента безопасности по материалу , коэффициента условий работы , коэффициента надежности .

Если условие соблюдается, то считается, что прочность конструкции обеспечена.

Расчет конструкций по предельным состоянием 2-ой группы должен гарантировать сохранение эксплуатационных качеств конструкций с учетом изменчивости прочностных и деформативных свойств материалов. Деформации рассчитывают по нормативным нагрузкам (при =1), по этим расчетом требуется, что прогибы от нормативной нагрузки не превышали предельных значений прогибов , установленных нормами для данного конструктивного элемента, т.е. .

Основная литература: 2[4-13], 4[151-163].

Контрольные вопросы:

1. Каковы основные требования, предъявляемые к строительным конструкциям?
2. Сущность метода расчета строительных конструкций?
3. Что должен обеспечивать расчет конструкций по предельным состоянием первой группы?
4. Что должен обеспечивать расчет конструкций по предельным состоянием второй группы?
5. Как классифицируют нагрузки, действующие на конструкции?
6. Как определяют величины нормативных и расчетных нагрузок?
7. Как записывается основная формула метода предельных состояний для предельных состояний первой и второй групп?
8. Какими величинами, и по каким требованиям ограничиваются прогибы конструкций?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: