otvety_yulya
.pdf1. Определение понятий: конструктивная система, конструктивная схема, конструктивное решение.
1 Конструктивная система – совокупность функционально взаимосвязанных конструктивных форм (конструкций), соответствующих типу (назначению ) здания.
Конструктивная система выбирается в соответствии с функциональным назначением здания и внешними признаками окружающей среды.
2 Конструктивная схема – конструктивная система, соответствующая принятому объемно-планировочному решению с генеральными размерами здания(сооружения) соответствующая модульной системе размеров в строительстве.
Конструктивная схема определяется на основании принятой конструктивной системы, предполагаемого объемно-планировочного решения (в соответствии с требованиями задания на проектирование и функциональным назначением зданий и сооружений) и действующей модульной системой, а также принятой унификацией размеров в строительстве.
3 Конструктивное решение – совокупность конструкций (с определенными формой, размерами и материалами) определяющих содержание конструктивной схеме.
Конструктивное решение разрабатывается для определенной конструктивной схемы и определяется выборе типа конструкций, материалов для них, размещением материалов по объему конструкций в соответствии количественным анализом напряженнодеформированного состояния и опытом проектирования.
2. Этапы проектирования железобетонных конструкций
Этапы |
Для выполнения этапа следует знать |
|
|
|
|
Выбор конструктивной системы |
Связь между функциональным требованием |
|
здания |
и конструктивной системой здания |
|
|
|
|
Выбор вида (типа) |
Номенклатуру строительных конструкций |
|
конструктивной схемы |
|
|
|
|
|
Предварительное |
|
Свойства материалов |
конструирование |
|
Напряженное, деформированное |
|
|
состояние конструкций (качественно |
|
|
Конструктивные требования СНиП) |
|
|
Рабочие чертежи аналогов |
|
|
|
Выбор расчетной схемы и |
Вид и схему внешнего силового |
|
статический (динамический |
|
воздействия |
расчет) |
|
Конструктивное решение здания |
|
|
|
Выбор расчетной схемы, |
Цель расчета конструкций (прочность, |
||||
конструктивный расчет |
жесткость, трещиностойкость) |
||||
сечения(проектировочный, |
Расчет выполняется по методу предельных |
||||
проверочный). |
|||||
состояний: |
|
||||
|
|
||||
|
1.По несущим конструкциям. По несущей |
||||
|
способности(без разрешения) |
||||
|
|
|
≤ |
; где -максимально |
|
|
|
|
|
||
|
возможное усилие от внешней нагрузки; |
||||
|
|
-мин. несущая способность(прочность |
|||
|
|
|
|
|
|
|
конструкции). |
||||
|
2.По эксплуатационной пригодности. |
||||
|
Возможность нормальной эксплуатации |
||||
|
конструкции(по трещиностойкости, по |
||||
|
деформации) |
|
|||
|
∆≤ ∆ ; где ∆- возможное перемещение или |
||||
|
ширина раскрытия трещины конструкции от |
||||
|
нагрузки; ∆ -предельно допустимое |
||||
|
перемещение или ширина раскрытия |
||||
|
трещины. |
|
Окончательно |
Требования по оформлению чертежей |
конструирование.(Разработка |
|
рабочих чережей) |
|
3. Предварительное конструирование – первый шаг разработки конструктивного решения сооружения или его элемента конструкции
Свойства материалов
Бетон для бетонных и железобетонных изделий должен обладать достаточно высокой прочностью (призменная прочность), хорошим сцеплением с арматурой и плотностью, которой обеспечивается сохранность арматуры от коррозии и долговечность конструкции. Иногда дополнительно требуется обеспечить: водонепроницаемость, водостойкость, морозостойкость, повышенную огнестойкость и коррозийную стойкость, малую массу, низкую тепло- и звукопроводность. Для предварительно напряженных конструкций применяют бетон повышенной прочности и плотности, ограниченной усадки и ползучести.
Арматуру железобетонных конструкций выбирают с учетом ее назначения, класса и вида бетона, условий изготовления арматурных изделий и среды эксплуатации (опасность коррозии) и т.п. В качестве основной рабочей арматуры обычных железобетонных конструкций преимущественно следует применять сталь классов А- Ш и Вр-1. В предварительно напряженных конструкциях в качестве напрягаемой арматуры применяют преимущественно высокопрочную сталь классов В-И, Вр-Н, А- VI, Ат-У1, А-У, Ат-У- и Ат-УЦ.
Напряженное-деформированное состояние конструкций (качественно)- развиваются при постепенном увеличении внешней нагрузки.
На основании качественного распределения усилий (найденное методами строительной механики или программным комплексом SCAD) узнать как работает конструкция и сделать определенные выводы по подбору материалов для ее изготовления, установке арматуры.
Конструктивные требования (СНиП)
1.1.Бетонные и железобетонные конструкции, согласно СТ СЭВ 1406-78, должны быть обеспечены с требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний расчетом, выбором материалов, назначением размеров и конструированием.
1.2.Выбор конструктивных решений должен производиться исходя из техникоэкономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, энергоемкости, трудоемкости и стоимости строительства
1.3.При проектировании зданий и сооружений должны приниматься конструктивные схемы, обеспечивающие необходимую прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом, а также отдельных конструкций на всех стадиях возведения и эксплуатации.
Рабочие чертежи аналогов
Использование чертежей, составленных ранее ( типовые серии, чертежи, аналоги
конструкций) для при составлении своего чертежа.
4/Физико-механические свойства и соответствующие характеристики бетона
1. Прочность бетона – это показатель предела сопротивляемости материала к внешнему механическому воздействию на сжатие (измеряется
в Мпа), этот параметр дает представление о механических свойствах бетона, его устойчивости к нагрузкам.
2Класс бетона по прочности на сжатие B соответствует значению кубиковой прочности бетона на сжатие, МПа, с обеспеченностью 0,95 (нормативная кубиковая прочность). В7,5.10.12,5.15.20.25.30.35.40.45…
Класс бетона по прочности на осевое растяжение Bt соответствует значению прочности бетона на осевое растяжение, МПа, с обеспеченностью 0,95 (нормативная прочность бетона).Вt0.8,1.2,1.6,2,2.4,2.8,3.2.
3. Марка бетона по морозостойкости F- соответствует минимальному числу циклов переменного замораживания и оттаивания, выдерживаемых образцом при стандартном испытании.F25,50,75,100,150,200,300,400,500
Марку по водонепроницаемости W – соответствует максимальному значению давления воды, выдерживаемому бетонным образцом при испытании.W2,4,6,8,10,12.
4. Деформативность бетона - изменение его формы и размеров под влиянием различных воздействий (в том числе в результате взаимодействия бетона с внешней средой) Бетон является упруго-пластическим материалом, в котором, начиная с малых напряжений, помимо упругих деформаций, появляются и неупругие остаточные или пластические,.
5. Бетон обладает свойством уменьшаться в объёме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объёме при твердении в воде или очень влажной среде (набухание бетона).
7. Огнестойкость бетона – Под огнестойкостью бетона понимают его способность сохранять прочность при кратковременном воздействии высоких температур, например при пожаре. При кратковременном нагреве благодаря малой теплопроводности бетон прогревается на небольшую глубину, причем содержащаяся в нем вода (в том числе и кристаллизационная) испаряется, понижая температуру бетона. При длительном воздействии высоких температур в бетоне происходят необратимые химические изменения, сопровождающиеся потерей им прочности.
5/ Характеристики механических свойств бетона (прочности и жесткости)
Прочность бетона – это показатель предела сопротивляемости материала к внешнему механическому воздействию на сжатие (измеряется в Мпа), этот параметр дает представление о механических свойствах бетона, его устойчивости к нагрузкам..
Кубиковая прочность.При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Наклон трещин обусловлен влиянием сил трения, которые развиваются на контактных поверхностях между подушками пресса и опорными Гранями куба (рис. 2.2а).
Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размеров куба. За стандартные (эталонные)
лабораторные образцы принимают кубы с ребром 150 мм. При испытаниях кубов иных размеров результаты их испытаний с помощью поправочных коэффициентов приводят к результатам испытаний эталонных кубов.
Испытание на сжатие
а1 =150 мм-стандарт
а2=100 мм-практический
(а=150) = 0,91 × (а=100)- чем больше куб тем больше деффект
= (а×а), Мпа
Кривая нормального распределения случайных величин
n- частота выпадения случайной величины
= – прочность
̅ - среднее значение прочности,- гарантирует прочность с вероятностью 50%.
– нормативная прочность бетона сжатию
= ̅ −
= 1,64 – отклонение случайной величины R обеспечивающее достоверность
≥95%
∑ ( − ̅)2= √ =1
( − 1)
= ̅ − 1,64
= ̅ × (1 − 1,64 ̅),
где ̅ = -коэффициент вариации(колебание случайной величины)
ср = 0,135< ср – хорошая прочность
> ср – плохая прочность
= ̅ × (1 − 1,64 × 0,135) = 0,78 × ̅
По устанавливают класс бетона по прочности В
Жесткость. Под деформативностью бетона понимается изменение его формы и размеров под влиянием различных воздействий (в том числе в результате взаимодействия бетона с внешней средой).
ДАЛЕЕ САМА НАПИШУ
6/Нормативное сопротивление бетона сжатию
Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные сопротивления бетона осевому сжатию Rbn и нормативные сопротивления бетона осевому растяжению Rbtn.
Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (или призменная
прочность) определяют по формуле
= ̅ × (1 − 1,64 × )(0.77 − 0.001 × ̅) = В × (0.77 − 0.001 × В) но не менее
0,72 RВ.
̅ – средняя кубиковая прочность бетона (среднестатистическое значение прочности бетона),Мпа
̅ = -коэффициент вариации(колебание случайной величины)
Опыты на бетонных призмах со стороной основания а и высотой h показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она уменьшается с увеличением отношения h/а. Влияние сил трения на торцах призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношении h/а =4 значение Rb становится почти стабильным и равным примерно 0,75 R.R- временное сопротивление сжатию бетона для базового куба с ребром 150 мм.
Таким образом, класс бетона В можно трактовать как нормативное сопротивление осевому сжатию эталонных образцов-кубов (кубиковая прочность) в отличие от Rbn, отражающего призменную прочность бетона.
7/Расчетное сопротивление арматуры растяжению
Расчетные сопротивления арматуры растяжению Rs для предельных состояний первой и второй групп следует принимать согласно СНиП 2.03.01-84.
Расчетные сопротивления арматуры растяжению Rs для предельных состояний первой и второй групп = ,
−коэффициент надежности по арматуре(табл в Голышеве)
Расчетное сопротивление— результат деления нормативных сопротивлений на коэффициент надежности по арматуре.
В зависимости от класса арматуры принимают коэффициенты надежности по арматуре, =1,05..1,20. При расчете по предельным состояниям второй группы принимают = 1
8/Стадии напряженно – деформированного состояния нормального сечения изгибаемого элемента(конструкции)
Вследствие значительного различия свойств бетона и арматуры напряженное состояние нормальных сечений железобетонного элемента при увеличении нагрузки изменяется. При этом различают три характерные стадии.
Х- высота сжатой зоны (сверху до нейтральной оси) h- конструктивная высота
h0- рабочая высота сечения(высота от сжатой грани до центра тяжести рабочей арматуры)
Стадия I (рис. 2.2, а). При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре невелики, деформации носят упругий характер, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон — треугольные. С увеличением нагрузки в растянутом бетоне развиваются неупругие деформации, эпюра напряжений становится криволинейной, напряжения приближаются, а затем становятся равными пределу прочности бетона при растяжении (стадия 1а). Это положено в основу расчета по образованию трещин. При дальнейшем увеличении нагрузки в сечении образуются трещины.
Стадия II (рис, 2.2,6). После появления трещин растягивающие усилия в сечении с трещиной воспринимаются арматурой и бетоном над трещиной (ниже нейтральной оси). Между трещинами бетон в нижней зоне работает на растяжение и напряжения в арматуре уменьшаются по мере удаления от трещины. В сжатой зоне бетона развиваются неупругие деформации и эпюра нормальных напряжений искривляется. Считается, что стадия II заканчивается, когда в растянутой арматуре достигнут предел текучести. По этой стадии, называемой эксплуатационной, производится расчет прогибов и ширины раскрытия трещин конструкций.
Стадия III (рис. 2.2, в). Это стадия разрушения. при этом возможны два случая:
случай 1 — разрушение начинается в момент, когда напряжения в растянутой арматуре достигают физического или условного предела текучести; с развитием пластических деформаций в арматуре раскрываются трещины, напряжения в бетоне сжатой зоны возрастают, и, наконец, происходит его разрушение; разрушение сечения элемента носит пластический характер;
случай 2 — разрушение элемента происходит вследствие раздавливания бетона сжатой зоны, при этом напряжения в растянутой арматуре могут не достигать предела текучести и ее прочностные свойства используются не полностью. Такое разрушение носит хрупкий характер и, как правило, имеет место в сечениях с избыточным содержанием арматуры. Стадия III положена в основу расчета прочности.
Поскольку усилия от внешней нагрузки изменяются по пролету, сечения по длине элемента испытывают разные стадии напряженно-деформированного состояния.
В предварительно напряженных элементах до приложения внешней нагрузки напрягаемая арматура обжимает все сечение или часть его (рис. 2.2, г). После приложения внешней нагрузки, сжимающие напряжения в нижней зоне уменьшаются и становятся равными нулю (рис. 2.2, а). При дальнейшем увеличении нагрузки возникают растягивающие напряжения и в предварительно напряженном элементе будут последовательно развиваться те же стадии напряженнодеформированного состояния, что и в элементе без предварительного напряжения.
9/Расчетная схема нормального сечения изгибаемого элемента при оценке соответствия его требованиям прочности
Расчет железобетонных элементов по предельным усилиям следует производить, определяя предельные усилия, которые могут быть восприняты бетоном и арматурой в нормальном сечении, из следующих положений:
-сопротивление бетона растяжению принимают равным нулю;
-сопротивление бетона сжатию представляется напряжениями, равными расчетному сопротивлению бетона сжатию и равномерно распределенными по условной сжатой зоне бетона;
-растягивающие и сжимающие напряжения в арматуре принимаются не более расчетного сопротивления соответственно растяжению и сжатию.
Рассмотрим прямоугольный профиль.
В расчетной схеме усилий принимают, что на элемент действует изгибающий момент М, вычисляемый при расчетных значениях нагрузок, а в арматуре и бетоне действуют усилия, соответствующие напряжениям равным расчетным сопротивлениям.
x - высота сжатой зоны
Rb - расчетная прочность бетона в призме (призменная прочность) [Мпа] Rb=Rbn/γb
Rs - расчетная прочность арматуры при сжатии
zb= h0-0.5x
Прочность сечения с заданными b,h,As (материалы и момент предполагается известными) проверяют в такой последовательности:
Из выражения × × = × находят высоту сжатой зоны х, и проверяют ее по условию ≤ × 0 и затем используют в выражении ≤ × × (0 − 0,5 ) или
≤ × × (0 − 0,5 ). Сечение считается подобранным удачно, если его несущая способность, выраженная по моменту, превышает заданный расчетный момент не более чем на 3…5%
Прочность элемента достаточна, если внешний расчетный изгибающий момент не превосходит расчетной несущей способности сечения, выраженной в виде обратно направленного момента внутренних сил.
10/Метод предельных состояний (экспериментальное обоснование достоверности метода и его значимость при проектировании безопасных соружений)
Метод расчета ЖБК по предельным состояниям.
Сущность метода расчета конструкций по предельным состояниям.
Сущность метода в том, что устанавливаются предельные состояния и вводится система расчетных коэффициентов, гарантирующих конструкцию от наступления этих предельных состояний при самых невыгодных сочетаниях нагрузок и минимальной прочности материалов.
Предельным называют такое состояние конструкции, при котором она (конструкция) перестает отвечать предъявляемым к ней требованиям (например, в ней образуются трещины, когда они недопустимы по условиям эксплуатации; либо ее прогибы превышают предельно допустимые; либо конструкция разрушается).
Метод расчета по предельным состояниям
Предельные состояния, ограничивающие нормальную эксплуатацию конструкций или делающие ее вообще невозможной, делятся на две группы.
1-я группа – по непригодности к дальнейшей эксплуатации. В нее входят:
–вязкое, хрупкое или усталостное разрушение;
–потеря устойчивости формы (общая или местная);
–потеря устойчивости положения (например, подпорные стенки, резервуары);
–качественное изменение конструкции, превращение ее в геометрически изменяемую систему;
–чрезвычайно большие деформации, связанные с текучестью материала, резонансом, недопустимые остаточные деформации и др.
–одновременное действие силовых факторов и окружающей среды.
Основное уравнение предельных состояний 1-й группы: .
Здесь N – самое опасное, вероятное при заданных условиях за весь срок эксплуатации усилие в конструкции. Определяется по самым опасным, вероятным за весь срок эксплуатации нагрузкам; Ф – самая малая, вероятная при заданных условиях (качество материалов, размеры сечений и условия эксплуатации) несущая способность той же конструкции, ее элемента, соединения.
2-я группа – по непригодности к нормальной эксплуатации или снижению долговечности конструкций. Это появление недопустимых перемещений в широком смысле (линейные, углы поворота, колебания, появление или чрезмерное раскрытие трещин и т. п.). Основное уравнение
предельных состояний 2-й группы имеет вид
.
После перехода за предельные состояния этой группы возможна эксплуатация конструкций с ограничениями (по грузоподъемности, скорости перемещения грузов и т. п.). Предельные состояния 2-й группы менее опасны, чем 1-й, переход за предельные состояния 2-й группы не приводит к крупным потерям и часто допускает эксплуатацию конструкций с ограничениями, даже во время нахождения за этим предельным состоянием. Поэтому расчет по предельным состояниям 2-й группы ведется по нагрузкам при нормальных условиях эксплуатации.