1. Общие сведения о расчете конструкций. Характер работы строительных конструкций

Любое здание состоит из отдельных конструктивных элементов, при этом само здание/сооружение представляет в целом единый комплекс из отдельных элементов. Каждый из этих элементов должен иметь необходимую прочность, жёсткость, устойчивость.

Прочность – способность конструкции сопротивляться действующим нагрузкам без разрушения.

Жёсткость – это способность конструкции или элемента сопротивляться действующим нагрузкам без чрезмерных деформаций (прогибов, углов поворотов, перемещений и т.д.).

Устойчивость – способность конструкции сохранять заданную форму (местную устойчивость) и положение (общую устойчивость) под действием внешних нагрузок.

Расчёт конструкции выполняют в 2 этапа. На 1-ом этапе, используя методы строительной механики, выполняют статические и динамические расчёты. При статическом расчёте определяют характер конструкции, определяют величины нагрузок.

Цель: определить внутренние усилия.

На 2-ом этапе выполняют конструктивный расчёт – заключается в выборе материала конструкций, класса бетона или стали, количество арматуры, породы и сорта древесины.

Характер работы строительных конструкций. Конструкции подразделяются на плоскостные и пространственные. Плоскостные – несущие элементы лежат в одной плоскости, в которой действует нагрузка. К ним относятся: балки, арки, рамы и фермы.

К пространственным относятся своды, складки, купала, оболочки, висячие конструкции.

Общие сведения о расчётной схеме и характере работы конструкции.

Расчётная схема – условное изображение сооружений/конструкций, на которой представлены габариты.

В зависимости от расположения элемента, характера закрепления его концов и действующих нагрузок, различают элементы двух типов – балочные, или балки и стойки.

Балка – это брус (или стержень), имеющий одну или несколько опор.

Стойка – это стержень прямоугольной или иной формы сечения, служащий вертикальным элементом здания/сооружения.

Каркас здания образует балочно-стоячную систему (рамные системы/рамы).

Элементы рамной системы могут быть сплошными (сплошностенчатыми) или сквозными (решётчатыми).

Плоские и пространственные рамные конструкции наиболее широко применяются в промышленных зданиях, а также в общественных и жилых, но при значительной высоте.

Арка – это криволинейный элемент, очерченный по окружности, параболе или по другому математическому закону. В арках возникают все три компонента внутренних усилий (M, N, Q).

Своды отличаются от арок тем, что имеют значительно б′ольшую ширину, больш′ую жёсткость в продольном направлении. Эта система также является распорной.

Купала подразделяются на 2 группы:

1) тонкостенные купала;

2) ребрестые купала.

Для перекрытия зданий/сооружений достаточно больших пролётов используются металлические изделия (тросы), которые работают на растяжение.

2. Предельные состояния строительных конструкций

С середины 50-х гг. XX века при расчётах строительных конструкций был официально принят к использованию метод расчёта конструкций по предельным состояниям.

Предельными называются состояния, при которых конструкции зданий/сооружений перестают удовлетворять заданным требованиям при эксплуатации или возведении. Различают 2 группы предельных состояний:

1-ая группа характеризуется полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации. Расчёты позволяют предотвратить хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разрушение (расчёт по прочности), потери устойчивости положения конструкций (расчёт на опрокидывание или скольжение), потери устойчивости формы (расчёт на общую или местную устойчивость тонкостенных элементов) и др.

2-ая группа характеризуется наличием признаков, при которых эксплуатация конструкций хотя и затруднена, но полностью не исключается. Расчёт должен предотвратить чрезмерное перемещение (прогибы, осадки, углы поворотов, амплитуды колебаний), а также образование или чрезмерное раскрытие трещин.

Наступление того или иного предельного состояния зависит от величины нагрузок или воздействий, механических характеристик материалов, условной работы материалов и конструкций, однако все эти факторы обладают определённой изменчивостью и могут отличаться от установленных нормами значений.