За предельное состояние строительных конструкций и основания

Общая характеристика предельных состояний

За предельное состояние строительных конструкций и основания

Предельное состояние строительных конструкций и оснований. Две группы предельных состояний. Их учет при расчете конструкций и оснований.

Предельное состояние — состояние конструкции (сооружения), при котором она перестаёт удовлетворять эксплуатационным требованиям[1], то есть либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение[2]. Дальнейшая эксплуатация такой конструкции недопустима или нецелесообразна[3].

Группы

Предельные состояния сооружений по степени возможных последствий[4] подразделяют[2][5] следующим образом:

· первая группа — состояния, при которых происходит исчерпание несущей способности (прочность, устойчивость или выносливость) сооружений при соответствующих комбинациях нагрузок[6], которые могут также сопровождаться разрушениями любого вида (вязкое, усталостное, хрупкое), превращением системы в механизм, образованием трещин, цепи пластических шарниров и др.[4]

· вторая группа — состояния, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций, колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта[4].

Выделяют[5] также следующие группы предельных состояний:

· аварийное предельное состояние, соответствующее разрушению сооружений при аварийных воздействиях и ситуациях с катастрофическими последствиями;

· устанавливаемые в нормах или заданиях на проектирование другие предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию строительных объектов.

Метод предельных состояний

Основная статья: Метод предельных состояний

Метод предельных состояний — современный метод расчёта строительных конструкций, относящийся к полувероятностным методам[4].

В соответствии с методом расчёта по предельным состояниям вместо ранее применявшегося единого коэффициента запаса прочности (по методу допускаемых напряжений) используется несколько, учитывающих особенности работы сооружения[7], независимых коэффициентов, каждый из которых имеет определённый вклад в обеспечение надёжности конструкции и гарантии от возникновения предельного состояния[8].

Метод предельных состояний, разработанный в СССР и основанный на исследованиях под руководством профессора Н. С. Стрелецкого[4], введён строительными нормами и правилами в 1955 году[8] и в Российской Федерации является основным методом при расчёте строительных конструкций[1].

Этот метод характеризуется полнотой оценки несущей способности и надёжности конструкций благодаря учёту[8]:

· вероятностных свойств действующих на конструкции нагрузок и сопротивлений этим нагрузкам;

· особенностей работы отдельных видов конструкций;

· пластических свойств материалов.

Расчёт конструкции по методу предельных состояний должен гарантировать ненаступление предельного состояния[4].

Общая характеристика предельных состояний

Цель расчета строительных конструкций – обеспечить заданные условия эксплуатации и необходимую прочность при минимальном расходе материалов и минимальной затрате труда на изготовление и монтаж.

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:

первой группы – по потере несущей способности и (или) полной непригодности к эксплуатации конструкций;

второй группы – по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.

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.).

Предельные состояния первой группы проверяются расчетом на максимальные (расчетные) нагрузки и воздействия, возможные при нарушении нормальной эксплуатации, предельные состояния второй группы – на эксплуатационные (нормативные) нагрузки и воздействия, отвечающие нормальной эксплуатации конструкций.

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)

где N – усилие, действующее в рассчитываемом элементе конструкции (функция нагрузок и других воздействий); Ф-предельное усилие, которое может воспринять рассчитываемый элемент (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

Предельные состояния первой группы, ведущие к полному прекращению эксплуатации и (или) обрушению конструкций, не должны быть нарушены ни разу за весь срок службы сооружения, т.е. усилие N следует рассматривать как максимальное за весь период эксплуатации, а несущую способность элемента Ф – как минимально возможную.

Для второй группы предельных состояний, связанных, как правило, с перемещениями, также можно записать предельное неравенство: ƒ ≤ [ƒ],(3.3)

где ƒ– перемещение конструкции (функция нагрузок): [ ƒ]– предельное перемещение, допустимое по условиям эксплуатации (функция конструкции и ее назначения).

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.

Источник: https://megaobuchalka.ru/10/23189.html

Статья 16. Требования к обеспечению механической безопасности здания или сооружения | ГАРАНТ

За предельное состояние строительных конструкций и основания

Статья 16. Требования к обеспечению механической безопасности здания или сооружения

1.

Выполнение требований механической безопасности в проектной документации здания или сооружения должно быть обосновано расчетами и иными способами, указанными в части 6 статьи 15 настоящего Федерального закона, подтверждающими, что в процессе строительства и эксплуатации здания или сооружения его строительные конструкции и основание не достигнут предельного состояния по прочности и устойчивости при учитываемых в соответствии с частями 5 и 6 настоящей статьи вариантах одновременного действия нагрузок и воздействий.

2. За предельное состояние строительных конструкций и основания по прочности и устойчивости должно быть принято состояние, характеризующееся:

1) разрушением любого характера;

2) потерей устойчивости формы;

3) потерей устойчивости положения;

4) нарушением эксплуатационной пригодности и иными явлениями, связанными с угрозой причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

3.

В расчетах строительных конструкций и основания должны быть учтены все виды нагрузок, соответствующих функциональному назначению и конструктивному решению здания или сооружения, климатические, а в необходимых случаях технологические воздействия, а также усилия, вызываемые деформацией строительных конструкций и основания. Для элементов строительных конструкций, характеристики которых, учтенные в расчетах прочности и устойчивости здания или сооружения, могут изменяться в процессе эксплуатации под воздействием климатических факторов или агрессивных факторов наружной и внутренней среды, в том числе под воздействием технологических процессов, которые могут вызывать усталостные явления в материале строительных конструкций, в проектной документации должны быть дополнительно указаны параметры, характеризующие сопротивление таким воздействиям, или мероприятия по защите от них.

4. Расчетные модели (в том числе расчетные схемы, основные предпосылки расчета) строительных конструкций и основания должны отражать действительные условия работы здания или сооружения, отвечающие рассматриваемой расчетной ситуации. При этом должны быть учтены:

1) факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние;

2) особенности взаимодействия элементов строительных конструкций между собой и с основанием;

3) пространственная работа строительных конструкций;

4) геометрическая и физическая нелинейность;

5) пластические и реологические свойства материалов и грунтов;

6) возможность образования трещин;

7) возможные отклонения геометрических параметров от их номинальных значений.

5. В процессе обоснования выполнения требований механической безопасности должны быть учтены следующие расчетные ситуации:

1) установившаяся ситуация, имеющая продолжительность того же порядка, что и срок эксплуатации здания или сооружения, в том числе эксплуатация между двумя капитальными ремонтами или изменениями технологического процесса;

2) переходная ситуация, имеющая небольшую по сравнению со сроком эксплуатации здания или сооружения продолжительность, в том числе строительство, реконструкция, капитальный ремонт здания или сооружения.

6.

При проектировании здания или сооружения повышенного уровня ответственности должна быть учтена также аварийная расчетная ситуация, имеющая малую вероятность возникновения и небольшую продолжительность, но являющаяся важной с точки зрения последствий достижения предельных состояний, которые могут возникнуть при этой ситуации (в том числе предельных состояний при ситуации, возникающей в связи со взрывом, столкновением, с аварией, пожаром, а также непосредственно после отказа одной из несущих строительных конструкций).

7. Расчеты, обосновывающие безопасность принятых конструктивных решений здания или сооружения, должны быть проведены с учетом уровня ответственности проектируемого здания или сооружения.

С этой целью расчетные значения усилий в элементах строительных конструкций и основании здания или сооружения должны быть определены с учетом коэффициента надежности по ответственности, принятое значение которого не должно быть ниже:

1) 1,1 – в отношении здания и сооружения повышенного уровня ответственности;

2) 1,0 – в отношении здания и сооружения нормального уровня ответственности;

3) 0,8 – в отношении здания и сооружения пониженного уровня ответственности.

Источник: https://base.garant.ru/12172032/7a58987b486424ad79b62aa427dab1df/

Группы предельных состояний – что это?

За предельное состояние строительных конструкций и основания

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.

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. Метод расчета строительных конструкций по допускаемым напряжениям;
  2. Метод расчета строительных конструкций по разрушающим усилиям;
  3. Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям;

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.

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.

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:

  • 1-ая группа предельных состояний (по потере несущей способности);
  • 2-ая группа предельных состояний (по непригодности к нормальной эксплуатации);

Давайте же попробуем разобраться в группах предельных состояний немного подробнее.

Рис.1. Разделение предельных состояний строительных конструкций, оснований, зданий и сооружений на 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

Где:

  • Nмаксимально возможная нагрузка. Данная величина так же носит названия: “расчетная нагрузка” или “расчетное усилие”. Это всевозможные продольные и поперечные силы, изгибающие моменты, для некоторых случаев различные напряжения и т.д. Данная величина зависит от многих условий и факторов таких как: расчетная схема, типы креплений и соединений, место расположения проектируемой конструкции и т.д. Определяется расчетным путем по законам и правилам строительной механики;
  • Фминимальная несущая способность. Это величина, которая на 99.9% зависит от материала конструкции и геометрических характеристик сечения таких как: площадь сечения, момент инерции, осевой момент сопротивления и т.д.;

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:

f ≤ fu

Где:

  • fФактическая деформация строительной конструкции. Данная величина зависит главным образом от действующей нагрузки на конструкцию, расчетной схемы, вида материала, геометрических характеристик сечения и т.д. Определение искомой величины деформации так же проводят путем расчета, опираясь на фундаментальные законы и правила строительной механики.;
  • fuМаксимально возможная или предельная деформация строительной конструкции.

Источник: https://pgsnik.ru/pgs-blog/gruppy-predelnyh-sostoyanij/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.