Что относится к предельным состояниям второй группы
Что относится к предельным состояниям второй группы
ОСНОВЫ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
1 Общая характеристика предельных состояний
Строительные конструкции рассчитывают на силовые и другие воздействия, определяющие их напряженное состояние и деформации, по предельным состояниям.
Метод расчета по предельным состояниям впервые был разработан в Советском Союзе в 50-е годы. Целью метода является не допускать с определенной обеспеченностью наступления предельных состояний при эксплуатации в течение всего заданного срока службы конструкции здания или сооружения, а также при производстве работ.
Под предельными состояниями подразумевают такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ.
В расчетах конструкций на действие статических и динамических нагрузок и воздействий, которым они могут подвергаться в течение строительства и заданного срока службы, учитываются следующие предельные состояния:
К предельным состояниям первой группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; разрушение любого характера; переход конструкции в изменяемую систему; качественное изменение конфигурации; состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести, недопустимых остаточных или полных перемещений или чрезмерного раскрытия трещин.
Первая группа по характеру предельных состояний разделяется на две подгруппы: по потере несущей способности (первые пять состояний) и по непригодности к эксплуатации (шестое состояние) вследствие развития недопустимых по величине остаточных перемещений (деформаций).
К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. п.).
Надежность и гарантия от возникновения предельных состояний конструкции обеспечиваются надлежащим учетом возможных наиболее неблагоприятных характеристик материалов; перегрузок и наиболее невыгодного (но реально возможного) сочетания нагрузок и воздействий; условий и особенностей действительной работы конструкций и оснований; надлежащим выбором расчетных схем и предпосылок расчета, учетом в необходимых случаях пластических и реологических свойств материалов.
Это условие для первой группы предельных состояний по несущей способности может быть записано в общем виде N≤Ф, (3.2)
Для второй группы предельных состояний, связанных, как правило, с перемещениями, также можно записать предельное неравенство: ƒ ≤ [ƒ], (3.3)
Предельные состояния второй группы, ведущие к нарушению нормальной эксплуатации, можно рассматривать как более мягкие. Поэтому расчет по второй группе предельных состояний следует выполнять на нагрузки, возникающие в процессе нормальной эксплуатации, без учета экстремальных ситуаций, приводящих к превышению этих нагрузок.
В общем случае работа конструкций и переход их в предельное состояние зависят от нагрузок, свойств материала и условий работы. Рассмотрим раздельно учет этих факторов при расчете конструкции по предельным состояниям.
2 Нагрузки и воздействия
В процессе эксплуатации конструкции подвергаются различным нагрузкам и воздействиям.
Классификация нагрузок и воздействий. По своей природе нагрузки и воздействия подразделяют на:
— нагрузки от собственного веса конструкций;
— технологические нагрузки (вес оборудования, складируемых материалов, людей, давление жидкостей, газов, сыпучих материалов и т.д.);
— атмосферные нагрузки (снег, ветер, гололед);
— температурные (технологические и климатические) воздействия;
— аварийные нагрузки, возникающие при резком нарушении технологического процесса, поломках оборудования, обрывах проводов линий электропередачи и т.д.
Все эти нагрузки и воздействия вызывают в конструкциях усилия и перемещения и могут быть отнесены к прямым воздействиям. Кроме них на конструкции могут влиять биологические (гниение), химические (коррозия), радиационные и другие воздействия. Эти воздействия приводят к изменению свойств материала (снижению ударной вязкости при радиационном воздействии), меняют параметры работы элементов (уменьшение толщины элементов, повышение концентрации напряжений при коррозии) и в итоге влияют на несущую способность и долговечность конструкций. Такие воздействия называют косвенными.
Под характером воздействия будем понимать скорость и частоту приложения нагрузок. По этому признаку нагрузки подразделяют на статические, динамические и переменные многократно повторяющиеся.
При статических нагрузках скорость нагружения равна нулю или настолько мала, что вызываемые ими инерционные силы в расчете можно не учитывать и использовать методы статики сооружений.
При динамических нагрузках скорость нагружения высока и вызываемые ими инерционные силы необходимо учитывать при расчете конструкций. В этих случаях используются методы динамики сооружений. Нормы на проектирование стальных конструкций допускают учитывать влияние динамического характера нагрузок путем умножения статической нагрузки на коэффициент динамичности, устанавливаемый на основании теоретических или экспериментальных исследований.
В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Временные нагрузки в свою очередь подразделяют на длительные, кратковременные и особые.
Постоянными нагрузками называют такие, которые действуют на конструкцию постоянно: собственный вес строительных конструкций, давление фунта, воздействие предварительного напряжения конструкций и т.п.
Длительными нагрузками называют такие, которые действуют на конструкцию продолжительное время (но могут и отсутствовать): вес технологического оборудования, вес складируемых грузов, давление жидкостей и газов в резервуарах и трубопроводах.
Кратковременными нагрузками называют нагрузки, действующие непродолжительное время: снег, ветер, подвижные краны, нагрузки, возникающие при транспортировке, монтаже, ремонтах и испытаниях конструкций, температурные климатические воздействия и т.д.
Нормативные и расчетные нагрузки. Все нагрузки в той или иной степени случайны и при математическом описании могут быть представлены в виде случайных величин (например, собственный вес конструкций) или случайных функций времени (например, ветер). Однако при расчете конструкций по предельным состояниям мы принимаем детерминированные значения нагрузок. Поэтому для обеспечения необходимого уровня надежности при расчете конструкций по первой группе предельных состояний следует принимать максимальные значения нагрузок с высокой степенью обеспеченности. При расчете по второй группе предельных состояний, т.е. в условиях нормальной эксплуатации, обеспеченность может быть ниже.
Основные положения по расчету устанавливают два значения нагрузок: нормативные и расчетные.
Нагрузки, отвечающие условиям нормальной эксплуатации, называют нормативными. Их величину устанавливают в нормах проектирования, оговаривают в техническом задании или определяют по проектным значениям геометрических параметров оборудования или конструкций.
Значения коэффициентов надежности но нагрузке определяют на основании статистической обработки результатов наблюдений, экспериментальных исследований или устанавливают на основании опыта проектирования.
Расчетные нагрузки представляют собой наибольшие в вероятностном смысле нагрузки и воздействия за время эксплуатации сооружения и имеют высокую обеспеченность. Для большинства расчетных нагрузок обеспеченность превышает 0,99.
Следует подчеркнуть, что коэффициенты надежности по нагрузке учитывают только изменчивость нагрузки и возможность превышения ею нормативных значений. Они не учитывают динамического характера нагрузки или перспективного возрастания нагрузки со временем, например при модернизации производства и смене оборудования. Эти факторы при необходимости учитывают отдельно.
Сочетания нагрузок. Как правило, на сооружение действует не одна, а несколько нагрузок. При расчете конструкций необходимо выбрать наиболее неблагоприятное их сочетание, позволяющее получить в каждом элементе максимальное из возможных усилие. Однако вероятность одновременного воздействия на сооружение всех возможных расчетных нагрузок очень мала, и если мы запроектируем сооружение на такую комбинацию нагрузок, то оно будет иметь излишние запасы несущей способности. Поэтому в нормах на проектирование установлены две категории расчетных сочетаний нагрузок:
— основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;
— особые сочетания, включающие кроме постоянных, длительных и кратковременных нагрузок одну из особых нагрузок.
3 Нормативные и расчетные сопротивления
Значения предела текучести и временного сопротивления, установленные в нормах, называют соответственно нормативным сопротивлением по пределу текучести Ryn и нормативным сопротивлением по временному сопротивлению Run. Эти значения соответствуют минимальным браковочным характеристикам, предусмотренным государственными стандартами и техническими условиями.
Свойства стали обладают определенной изменчивостью и, как это мы сделали для нагрузок, для нормативных сопротивлений также можно определить их обеспеченность. Согласно многочисленным статистическим исследованиям, для большинства строительных сталей обеспеченность нормативных сопротивлений составляет 0,95. 0,99, что соответствует требованиям основных положений по расчету.
Хотя обеспеченность нормативных сопротивлений высока, существует, пусть и небольшая, вероятность, что в конструкцию попадет металл с более низкими характеристиками, тем более что контроль качества стали проводят выборочным методом. Кроме того, прокат часто поставляют с минусовыми допусками и геометрические характеристики сечений могут быть меньше номинальных. Имеются и различия в работе стали в образцах, на которых проводятся испытания, и в конструкции. Влияние этих факторов на снижение несущей способности конструкций учитывают коэффициентом надежности по материалу γm. Значения γm, установлены на основании статистической обработки результатов заводских испытаний образцов и анализа условий контроля качества металлопроката.
При поставке сталей по ГОСТ 27772-88 для всех сталей кроме С590 и С590К γm =1,025. При поставке стали по ГОСТ 370-93 и ГОСТ 19281-89 (с изменениями), а также для сталей С590 и С590К по ГОСТ 27772-88 γm =l,05.
Основной расчетной характеристикой стали является расчетное сопротивление, определяемое делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по материалу: Ry = Ryn/ γm; Ru = Run/ γm. (3.8)
При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивления, установленного по временному сопротивлению, учитывают повышенную опасность такого состояния путем введения дополнительного коэффициента надежности γu =1,3.
При сжатии торцевой поверхности в случае плотной пригонки (строжка или фрезеровка торца) материал в зоне контакта работает в условиях всестороннего обжатия и расчетное сопротивление может быть повышено. Согласно нормам, Rp = Ru.
4 Предельные состояния металлических конструкций и определение усилий в их элементах
В зависимости от свойств материалов, внешних воздействий и условий эксплуатации конструкции по виду работы под нагрузкой и наступлению предельных состояний можно разбить на шесть групп.
1. Конструкции, у которых предельное состояние наступает при работе в упругой или упругопластической стадии. К ним относятся конструкции, выполненные из пластических материалов при R н т н в и находящиеся под воздействием статических нагрузок малой повторяемости. Эти конструкции в первой стадии работают упруго; во второй-по упругопластической схеме (участок а-б) в результате развития деформаций в шарнирах текучести или последовательного образования шарниров текучести в системе; в третьей стадии (участок б-в) происходит резкое нарастание перемещений системы из-за распространения пластического течения на все наиболее напряженное сечение в статически определимых системах или образования ряда шарниров текучести, превращающих статически неопределимую систему в изменяемую. В последней стадии работы система получает столь большие перемещения, что практически становится непригодной для дальнейшей эксплуатации.
Первое предельное состояние может наступать при нарушении нормальных условий эксплуатации и перегрузке конструкции. Расчет в этом случае производится по расчетным нагрузкам.
При перегрузке конструкции и работе ее в упругопластической стадии возможны такие случаи, когда развиваются значительные перемещения fполн при сохранении несущей способности. При этом после снятия нагрузки часть перемещений снимается благодаря упругой работе конструкции, а часть focт остается из-за развившихся пластических деформаций. Это состояние конструкции также отвечает первому предельному состоянию (второй подгруппы).
Остаточные деформации допустимы только такой величины, при которой не нужен капитальный ремонт и не будет создано препятствий для дальнейшей нормальной эксплуатации конструкций (например, не будет заклинивать мостовой кран, повреждено кровельное покрытие или стеновое ограждение и т.п.). Возможность возникновения полных и остаточных деформаций в допустимых пределах должна проверяться расчетом конструкции при работе ее в упругопластической стадии при воздействии расчетных нагрузок. Размеры допустимых полных и остаточных деформаций при воздействии расчетных нагрузок нормами пока не установлены, и принимать их надо на основе опыта эксплуатации конструкций и анализа их работы под нагрузкой.
В процессе проектирования необходимо обеспечить также соответствующие эксплуатационные качества работы конструкций в упругой стадии при воздействии нормативных нагрузок (без перегрузки). Хотя при этих воздействиях несущая способность конструкции обеспечивается, возникающие упругие перемещения могут препятствовать их нормальной эксплуатации, например, по гибким подкрановым балкам затрудняется проезд мостовых кранов, зыбкое покрытие неприятно сказывается на самочувствии людей и т. п. Такое состояние отвечает второму предельному состоянию. Проверка расчетом возможности появления такого состояния производится по упругой стадии работы конструкций при воздействии нормативных нагрузок (без перегрузки).
2. Конструкции, у которых предельное состояние наступает только при упругой стадии работы. К таким конструкциям относятся конструкции, находящиеся под воздействием статических нагрузок малой повторяемости, выполненные из стали высокой прочности. В конструкциях из таких металлов пластические деформации развиваются при напряжениях, близких к временному сопротивлению, что делает опасным использование этих напряжений. Поэтому расчет таких конструкций и по первому, и по второму предельным состояниям производят по упругой стадии работы. Неразрушимость конструкций в этих случаях при определении прочности обеспечивается введением дополнительного коэффициента γb.
3. Конструкции, у которых предельное состояние наступает вследствие потери устойчивости. Потеря устойчивости происходит при сравнительно малых перемещениях, поэтому эксплуатационные качества конструкции определяются не ее деформациями, а несущей способностью. Проверка устойчивости относится к первому предельному состоянию и производится при воздействии расчетных нагрузок.
4. Конструкции, у которых предельное состояние наступает вследствие хрупкого разрушения. Хрупкое разрушение возможно при применении любых марок стали, и происходит оно при малых деформациях как при расчетных, так и при нормативных нагрузках. Хрупкому разрушению способствуют концентрации напряжений, ударные воздействия, понижение температуры и другие факторы. Предельное состояние конструкции в этих случаях относится к первому состоянию, поскольку при этом теряется несущая способность.
6. Конструкции, предельное состояние которых наступает вследствие колебаний, вызванных динамическим воздействием нагрузок. Колебания конструкций могут возникать при пуске и остановке оборудования, нормальной его работе, ветровом воздействии на сооружение и др. и могут неблагоприятно сказаться на самочувствии людей, затруднить или исключить возможность работы с точными приборами и даже привести к разрушению конструкций. Особенно следует отметить возможность разрушения конструкций при землетрясении. В зависимости от вида и характера колебаний состояние конструкции может быть отнесено к первому или второму предельному состоянию.
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения (Переиздание)
5 Предельные состояния
5.1 Общие положения
5.1.1 Строительные объекты должны удовлетворять требованиям (критериям), соответствующим следующим предельным состояниям:
5.1.2 К первой группе предельных состояний следует относить:
— разрушение любого характера (например, пластическое, хрупкое, усталостное);
— потерю устойчивости отдельных конструктивных элементов или сооружения в целом;
— условия, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации (например, чрезмерные деформации в результате деградации свойств материала, пластичности, сдвига в соединениях, а также чрезмерное раскрытие трещин).
5.1.3 Ко второй группе предельных состояний следует относить:
— достижение предельных деформаций конструкций (например, предельных прогибов, углов поворота) или предельных деформаций оснований, устанавливаемых исходя из технологических, конструктивных или эстетико-психологических требований;
— достижение предельных уровней колебаний конструкций или оснований, нарушающих нормальную работу оборудования или вызывающих вредные для здоровья людей физиологические воздействия;
— образование трещин, не нарушающих нормальную эксплуатацию строительного объекта;
— достижение предельной ширины раскрытия трещин;
— другие явления, при которых возникает необходимость ограничения во времени эксплуатации сооружения из-за нарушения работы оборудования, неприемлемого снижения эксплуатационных качеств или расчетного срока службы сооружения (например, коррозионные повреждения).
5.1.4 Перечень предельных состояний и соответствующих критериев, которые необходимо учитывать при проектировании строительного объекта, устанавливают в нормах проектирования и (или) в задании на проектирование.
Предельные состояния могут быть отнесены как к конструкции в целом, так и к отдельным элементам и их соединениям.
5.1.5 Для каждого предельного состояния, которое необходимо учитывать при проектировании, должны быть установлены соответствующие расчетные значения нагрузок и воздействий, характеристик материалов и грунтов, а также геометрические параметры конструкций сооружений (с учетом их возможных наиболее неблагоприятных отклонений), коэффициенты надежности, предельные значения усилий, напряжений, прогибов, перемещений и осадки фундаментов.
5.1.6 Для каждого учитываемого предельного состояния должны быть установлены расчетные модели сооружения, его конструктивных элементов и оснований, описывающие их поведение при наиболее неблагоприятных условиях их возведения и эксплуатации.
Допущения, принятые при выборе расчетных моделей, должны быть учтены при расчете строительных объектов по предельным состояниям.
5.2 Расчет по предельным состояниям
5.2.1 Расчет строительных объектов по предельным состояниям следует проводить с учетом:
— их расчетного срока службы;
— наиболее неблагоприятных вариантов распределения нагрузок, воздействий и их сочетаний, которые могут возникнуть при возведении и эксплуатации сооружений;
Приветствуем вас уважаемые читатели и посетители нашего сайта. В данной статье мы рассмотрим один из фундаментальных вопросов проектирования строительных конструкций. Речь пойдет о группах предельных состояний. Для кого-то эта информация конечно же давно известна, а кто-то наоборот откроет для себя много интересного. Итак, приступим.
Проектирование строительных конструкций – это очень ответственная задача, потому как от принятых решений зависит надежность работы как здания или сооружения в целом, так и отдельных его частей. Строительные нормы и правила, действующие на данный момент на территории Российской Федерации обязывают при проектировании строительных конструкций использовать метод предельных состояний.
1. Несколько фактов из истории развития методов расчета строительных конструкций
Далеко не всегда, при проектировании строительных конструкций, пользовались методом предельных состояний. До определенного момента времени проектирование по большому счету основывалось на интуиции, соблюдении геометрических пропорций и подражанию природе и никто ни малейшего представления не имел о каких-то сложных методиках расчета. Однако, развитие различных конструктивных форм, таких как фермы, арки, своды и использование в качестве строительных конструкций железобетона, стали, чугуна требовали внедрения каких-то методик определения прочности, усилий и напряжений в тех или иных конструктивных элементах.
Условно, в истории развития методов расчета можно выделить три принципиальных этапа. Не будем подробно рассматривать каждый из них и ограничимся лишь банальным перечислением и краткой характеристикой различных методик расчета:
1.1. Метод расчета строительных конструкций по допускаемым напряжениям
Если вкратце, то в результате данного расчета определялись напряжения от эксплуатационных нагрузок. Конструкция рассматривалась непосредственно в рабочем (не в предельном) состоянии. Величина допускаемых напряжений определялась как некоторая доля от предела прочности умноженная на обобщенный коэффициент запаса и полученные напряжения не должны были превышать допустимые значения. Стоит отметить, что при расчетах железобетонных конструкций по данному методу, никак не учитывалась так называемая стадия пластичных деформаций железобетона и использование метода приводило к завышенному и не всегда оправданному запасу прочности и. как следствие, к перерасходу материала.
Данный метод применялся до 1938 г. в расчете железобетонных конструкций и до 1955 г. в расчете металлических и деревянных конструкций. Да, данный метод морально устарел и приводит к повышенному запасу прочности, но многие люди, особенно люди старой закалки, считают что данный метод можно и нужно применять, особенно если речь идёт о каком-то малоэтажном объекте, где из исходных данных только планировка от руки на тетрадном листочке и работы по проектированию выполняет инженер не самой высокой квалификации. И мы в свою очередь согласны с этим! Конкретно в этом случае пусть лучше будет запас, возможно неоправданный, чем опасность для жизни или ненормальная эксплуатация здания.
1.2. Метод расчета строительных конструкций по разрушающим нагрузкам
Как было сказано выше, метод расчета по допускаемым напряжениям имел некоторые недостатки, которые требовали поиска новых методик расчета строительных конструкций. И вот в 1938 году, после длительных исследований, на смену расчета по допускаемым напряжениям, пришел новый метод, который назывался расчет по разрушающим нагрузкам. Данный метод, в отличие от метода расчета по допускаемым напряжениям, уже учитывал работу железобетонной конструкции в пластической стадии, предполагая что напряжения в сечении достигают предельных значений. Кроме того, в данном методе учитывались именно внутренние напряжения в сечении, а не внешнее усилие как в методе расчета по допускаемым напряжениям. По внутренним напряжениям экспериментально определялась разрушающая нагрузка, а нагрузка, допускаемая в процессе эксплуатации равнялась разрушающей нагрузке с учетом опять таки единого обобщенного коэффициента.
Без сомнений данный метод являлся прорывом и стал огромным шагом на пути развития методов расчета строительных конструкций. Основное достоинство новой методики – это учет более правильной действительной работы железобетонной конструкции под нагрузкой. Но не смотря на этот безусловный плюс, все таки не обошлось и без недостатков. Новая методика, как и предшествующая, основывалась на применении одного единственного коэффициента запаса, который не мог корректно учитывать весь спектр факторов влияющих на ту или иную конструкцию в период изготовления, монтажа и эксплуатации. В дополнение к вышеизложенному минусу данного метода можно отнести и то, что метод расчета по разрушающей нагрузке не давал никакого понимания о состоянии и работе той или иной конструкции в стадии, непосредственно за которой следовало разрушение. Это говорит о том что, никто не обращал внимания на трещины и прогибы…Но стоит отметить, что во времена использования стали и бетона сравнительно малой прочности, конструкции имели настолько массивные сечения, что практически не возникало недопустимых деформаций, мешающих нормальной эксплуатации зданий и сооружений. Но развитие шло семимильными шагами и люди научились создавать более прочные материалы, в частности сталь и бетон повышенной прочности в сравнении с предыдущими аналогами, а это в свою очередь уже привело к оптимизации сечений строительных конструкций, уменьшению их геометрических параметров. Именно в этот момент появилась проблемы недопустимых деформаций строительных конструкций. Появились чрезмерные прогибы мешающие нормальной работе конструкции в период эксплуатации и трещины в бетоне, которые ввиду чрезмерного раскрытия, оголяли арматуру и как следствие она подвергалась коррозии. Таким образом, совокупность всего вышеизложенного привела к необходимости поиска путей совершенствования существующей методики расчета. И эти пути были найдены. В 50-ых годах XX века была создана единая методика расчета строительных конструкций, которая легла в основу строительных норм и правил и используется в настоящее время. Эта методика носила название расчет по предельным состояниям.
2. Расчет строительных конструкций по предельным состояниям
Вот мы и подошли с вами, уважаемые читатели, к рассмотрению методики расчета строительных конструкций по предельным состояниям. Итак, друзья, давайте несколько глубже погрузимся в этот вопрос и рассмотрим основные идеи расчета и ознакомимся с несколькими фундаментальными терминами.
Предельным, называют такое состояние строительной конструкции, основания, здания или сооружения при котором они в полной мере перестают удовлетворять заложенным требованиям их эксплуатации. Т.е. либо теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам, что влечет за собой частичное или полное разрушение, либо приобретают недопустимы деформации, в результате которых дальнейшая эксплуатация невозможна.
Производя расчет строительных конструкций по предельным состояниям, проектировщик прежде всего ставит перед собой задачу недопущения наступления никаких предельных состояний на протяжении всего срока эксплуатации строительной конструкции, а так же при ее изготовлении, транспортировке и монтаже. Решение данной задачи достигается путем сравнения найденных величин прочностных и деформационных характеристик конструкции с предельно допустимыми значениями указанными в нормах на проектирование. Разумеется, найденные значения не должны превышать значения фигурирующие в нормах на проектирование. Таким образом, предельное состояние никогда не будет достигнуто. Это и есть общая суть расчета.
Стоит отметить еще одну важную особенность данной методики. Заместо единого коэффициента запаса, который применялся ранее, была введена целая система коэффициентов, разделенных по групам предельных состояний и учитывающих обширное разнообразие факторов, влияющих на работу строительной конструкции. А для того, чтобы еще более максимально учесть реалии состояния конструкций в процессе эксплуатации, в соответствии с нормами на проектирование, при расчете нужно учитывать сочетания действия разнообразных нагрузок… Но, с вашего позволения, уважаемые читатели, мы не будем подробно останавливаться на этих тонкостях и вернемся к группам предельных состояний, а вопросы, касающиеся коэффициентов и сочетаний нагрузок постараемся рассмотреть в следующих статьях.
Итак, из всего вышесказанного делаем вывод, что предельные состояния делятся на 2 фундаментальные группы:
Давайте же попробуем разобраться в группах предельных состояний немного подробнее.
Рис.1. Разделение предельных состояний строительных конструкций, оснований, зданий и сооружений на группы.
2.1. Расчет по предельным состояниям первой группы
Как было сказано ранее 1-ая группа предельных состояний, характеризуется потерей несущей способности. Т.е. в эту группу включены все предельные состояния, при наступлении которых, строительная конструкция теряет устойчивость, крайне близка к разрушению, или разрушена. Последствия наступления предельных состояний 1-ой группы, как правило, очень часто приводят к трагическим последствиям.
Статистика утверждает, что ошибки проектирования, которые привели к обрушению конструкций зданий и сооружений составляют лишь 9…10% от общего числа совокупности остальных причин.
Единственной высшей целью расчета по 1-ой группе предельных состояний является полное исключение возникновения любого предельного состояния, которое относится к 1-ой группе. Таким образом, правильный расчет по 1-ой группе предельных состояний обеспечивает надежную несущую способность той или иной конструкции.
В общем случае, несущая способность является обеспеченной, если выполняется условие:
N ≤ Ф
2.2. Расчет по предельным состояниям второй группы
К предельным состояниям 2-ой группы относятся все возможные недопустимые прогибы, деформации, осадки, трещины и т.д., с появлением и развитием которых, эксплуатация строительных конструкций, зданий и сооружений становится затруднительной или невозможной. Иначе говоря несущая способность у конструкции еще есть и может быть довольно приличная, она не разрушилась и не потеряла устойчивость, но дальнейшая её эксплуатация попадает под сомнение. Например конструкции стропил прогнулись настолько, что это привело к повреждению кровельного покрытия и нарушению гидроизоляционного слоя. Еще один например, прогибы монолитного перекрытия оказались настолько большими, что перекрытие оказывает давление на ненесущие стены и имеется риск их разрушения. Примеры можно приводить до бесконечности, но давайте попробуем рассмотреть основы расчета по предельным состояниям 2-ой группы.
Целью расчета по 2-ой группе предельных состояний по аналогии с расчетом по 1-ой группе предельных состояний, является полное исключение возникновения любого предельного состояния, которое относится к 2-ой группе.
Опять же, в общем случае, предельные состояния относящиеся ко 2-ой группе не наступят, если выполняется условие:
Например, приложение Д из СП 20.13330.2016 “Нагрузки и воздействия”, для балок, ферм, ригелей, прогонов, плит, настилов (включая поперечные ребра плит и настилов) покрытий и перекрытий, открытых для обзора, при пролете l = 6 метров, ограничивает максимальный прогиб значением l/200 (где l – это значение пролета). Таким образом, если мы имеем пролет l = 6 метров, то значение максимального прогиба в этом случае будет равняться: fu = l/200 = 6/200 = 0.03 м = 3 см = 30 мм.
3. Заключение
Ну что, вот мы и рассмотрели фундаментальные основы расчета по предельным состояниям 1-ой и 2-ой группы, с небольшой примесью фактов из истории развития методов расчета строительных конструкций. Искренне благодарим всех дочитавших до конца и хотим отметить, что в данной статье освещены лишь общие принципы метода расчета строительных конструкций по предельным состояниям и более подробная информация касательно тонкостей данной методики, конкретных формул, условий и значений конкретизируется более детально уже в зависимости от конструкции, ее геометрических характеристик, действующих на нее нагрузок, расчетной схемы, материала, из которого данная конструкция создана или будет создана и т.д…Но об этом мы попытаемся рассказать в следующих статьях. Спасибо за внимание.