ответы строительные конструкции. Классификация конструкций
 Скачать 109.9 Kb.
|
по геометрическому признаку:
с точки зрения статики:
по используемым материалам: стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные); с точки зрения напряженно-деформированного состояния (т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки): простейшие, простые, сложные.
Надежность – способность конструкции сохранять свои эксплуатационные качества в течение всего срока службы сооружения, а также в период ее транспортирования с заводов на строительную площадку и в момент монтажа. Долговечность - предельный срок службы зданий и сооружений, в течение которого они сохраняют требуемые эксплуатационные качества. Индустриальность – Унификация - ограничение количества типоразмеров параметров зданий и типовых изделий с учетом их взаимозаменяемости.
Предельными называются такие состояния для здания, сооружения, а также основания или отдельных конструкций, при которых они перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении. Предельные состояния конструкций (зданий) подразделяются на две группы:
Суть расчета: метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям имеет своей целью не допустить наступления ни одного из предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции (здании).
При расчетах по предельным состояниям первой и второй групп в качестве главного прочностного показателя материала, как уже отмечалось, устанавливается его сопротивление, которое (наряду с другими характеристиками) может принимать нормативные и расчетные значения: Rn — нормативное сопротивление материала, представляет собой основной параметр сопротивления материалов внешним воздействиям и устанавливается соответствующими главами строительных норм (с учетом условий контроля и статистической изменчивости сопротивлений). Физический смысл нормативного сопротивления Rn — это контрольная или браковочная характеристика сопротивления материала с обеспеченностью не менее 0,95%; R — расчетное сопротивление материала, определяется по формуле:  γm - коэффициент надежности по материалу, учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативных значений, γm > 1. γc — коэффициент условий работы, учитывает особенности работы материалов, элементов и соединений конструкций, а также зданий и сооружений в целом, если эти особенности имеют систематический характер, но не отражаются в расчетах прямым путем (учет температуры, влажности, агрессивности среды, приближенности расчетных схем и др.); Nn – нормативная нагрузка; N – расчетная нагрузка; γf – коэффициент надежности по нагрузкам, учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений; γn - коэффициент надежности по ответственности, учитывает экономические, социальные и экологические последствия, которые могут возникать в результате аварий. Соответственно, сервисная нагрузка Nsег и сервисное сопротивление Rser считаются расчетными для расчетов по предельным состояниям второй группы. При расчетах по первой группе предельных состояний, которые связаны с обеспечением несущей способности конструкций (здания), принимают расчетные значения: расчетные нагрузки N и расчетные сопротивления материала R.
три участка работы стали: 1 — участок упругой работы; 2 — участок пластической работы; 3 — участок упругопластической работы. нормативные и расчетные сопротивления, необходимые для расчета конструкций, принимаются по пределу текучести Rуп— нормативное сопротивление стали, принятое по пределу текучести; Ry — расчетное сопротивление стали, принятое по пределу текучести; Rип - нормативное сопротивление стали, принятое по временному сопротивлению; Rи — расчетное сопротивление стали, принятое по временному сопротивлению; 
Деревянные конструкции выполняются из лесоматериалов хвойных и лиственных пород, которые делятся на круглые — бревна, пиленые — пиломатериалы и строительную фанеру. Работа древесины зависит от вида загружения (растяжение, сжатие, изгиб, смятие, скалывание), направления действия усилия по отношению к направлению волокон древесины, длительности приложения нагрузки, породы древесины и других факторов. Наличие пороков древесины (косослоя, сучков, трещин и т.п.) оказывает существенное влияние на ее прочность. Древесина подразделяется на три сорта, наиболее качественная древесина отнесена к первому сорту.  Диаграмма работы древесины вдоль волокон: 1 — на растяжение; 2 — на сжатие; Я^р — временное сопротивление чистой древесины; с — нормальные напряжения; е — относительные деформации
Основным показателем качества бетона является класс прочности на сжатие, который устанавливается на основании испытаний бетонных кубов в возрасте 28 суток.  Диаграмма напряжений и деформаций бетона: 1 — зона упругих деформаций; 2— зона пластических деформаций; σbu— временное сопротивление бетона сжатию; σbtu — временное сопротивление бетона растяжению; Еb — модуль упругости бетона;
По характеру работы арматуры, отраженной на диаграмме, различают три вида арматурных сталей: 1. Сталь с выраженной площадкой текучести (мягкая арматурная сталь). Предел текучести таких сталей —σу 2 - Арматурная сталь с условным пределом текучести — σ0.2. Предел текучести таких сталей принимается равным напряжению, при котором остаточные деформации образца составляют 0,2%. 3 - Арматурная сталь с линейной зависимостью σ0.2 — почти до разрыва. Для таких сталей предел текучести устанавливается как для сталей второго вида. Диаграммы растяжения арматурных сталей: . 
Диаграмма деформаций каменной кладки при сжатии: 1 — зона упругих деформаций; 2— зона пластических деформаций; Rи — временное сопротивление (средний предел прочности сжатию кладки); tgφ0 = E0 — модуль упругости (начальный модуль деформации) 
По характеру приложения: сосредоточенные и распределенные. По продолжительности действий во времени: переменные и постоянные. По характеру действия: статические и динамические. Постоянные нагрузки:
Временные нагрузки:Вес временных перегородок; Вес стационарного оборудования: станков, аппаратов; Нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с пониженными нормативными значениями; Нагрузки на перекрытия жилых в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищ, архивах, библиотеках и подсобных зданиях и помещениях; Снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением; Кратковременные нагрузки: Нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с полными нормативными значениями; Снеговые нагрузки с полным расчетным значением; Нагрузки от подвижно подъемно-транспортного оборудования (мостовых и подвесных кранов, тельферов, погрузчиков); Нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозе и возведении конструкций, при монтаже и перестановке оборудования, а также нагрузки от веса временно складируемых на строительстве изделий и материалов; Нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режиме; Ветровые нагрузки; Температурные и климатические воздействия; Особые нагрузки: Сейсмические и взрывные воздействия; Нагрузки, вызываемые резким нарушением технологического процесса, временной неисправности или поломкой оборудования; Воздействия неравномерных деформаций, сопровождающиеся изменением структуры грунта;
Центрально-сжатыми называются элементы, нагрузка на которые действует по центру тяжести сечения (в колоннах с симметричным сечением центр тяжести сечения принимается совпадающим с геометрическим центром). Напряженно-деформированное состояние центрально-сжатых колонн и характер их разрушения зависят от многих факторов: материала, размеров и формы поперечного сечения, длины, способов закрепления концов. При продольном или поперечном изгибе разрушение элемента происходит оттого, что напряжения в его крайних волокнах достигают предельных величин, и материал разрушается. Продольному изгибу в той или иной степени подвержены все сжатые элементы, его проявление зависит от их гибкости и материала, из которого изготовлен сжатый элемент. Стальные и деревянные колонны, как правило, имеют небольшие размеры поперечного сечения и являются более гибкими, а железобетонные и каменные имеют более значительные размеры поперечного сечения и, следовательно, обладают меньшей гибкостью. Нормы учитывают безопасные величины продольного изгиба — это и положено в основу расчета колонн. Расчет:
N = Ry * γс * φ * A
Расчет центрально сжатых стальных колонн сплошного сечения. Стальные колонны широко распространены в общественных и промышленных зданиях. Простейшей конструкцией стальных колонн является сплошная колонна постоянного сечения, выполненная из трубы или прокатного двутавра. σ – нормальное напряжение в сечении колонны; N – расчетная продольная сила; An – площадь сечения нетто (площадь сечения за вычетом площади ослаблений); R y – расчетное сопротивление по пределу текучести; γc – коэффициент условия работы; lef – расчетная длина колонны; Расчет:
Особенности работы деревянных стоек под нагрузкой и предпосылки для расчета. Деревянные стойки (колонны) применяются при строительстве деревянных домов, сельскохозяйственных сооружений, складов, временных зданий, в качестве опор для опалубки при изготовлении монолитных железобетонных конструкций. Конструкции: цельные (сплошные) стойки круглого сечения из бревна или квадратного сечения из бруса. Особенности структуры, связанные с природным происхождением древесины, ее волокнистым строением и наличием пороков (сучковатость, неоднородность и т.д.), приводят к характерному разрушению деревянных стоек — порой хрупкому; появлению в них вертикальных трещин и разрушению волокон (смятию). Деревянные стойки часто имеют ослабления (отверстия, врезки), в результате чего может произойти их разрушение из-за потери прочности (напряжения сжатия могут превзойти прочность древесины на сжатие).
Общий порядок расчета. N— расчетная продольная сила; φ — коэффициент продольного изгиба, принимается в зависимости от гибкости; Rc - расчетное сопротивление древесины на сжатие для сосны и ели; Fнт – площадь поперечного сечения нетто; Расчет:
Особенности работы железобетонных колонн под нагрузкой. Железобетонные колонны, как и стальные, обладают большой несущей способностью и относительно недороги из-за использования местных материалов. Они широко применяются в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве в качестве элементов каркаса зданий, сооружений и отдельных опор. Могут изготовляться монолитными и сборными. Наиболее простым и в то же время широко распространенным примером такой колонны является колонна квадратного сечения. Колонны обычно выполняются сплошного сечения, при больших длинах и нагрузках они могут быть решетчатыми, по высоте — постоянного и переменного сечений. Колонны переменного сечения предназначены для передачи нагрузок, расположенных на различных высотах. Например, в промышленных зданиях нагрузка от ферм или балок покрытия передается на оголовок колонны, а ниже передаются нагрузки от мостовых кранов. Основным случаем потери несущей способности железобетонных колонн является потеря общей устойчивости. Если просто поставить продольные стержни арматуры в бетон без закрепления их поперечными стержнями, то до определенного значения нагрузки арматура и бетон работают совместно, но затем стальные стержни теряют устойчивость, причем раньше, чем весь элемент, выпучиваются и разрушают защитный слой бетона (рис. 5.18, а). Для исключения этого явления к продольным стержням привариваются или привязываются проволокой поперечные стержни (рис. 5.18, б), которые уменьшают расчетную длину рабочих продольных стержней и предотвращают их значительное выпучивание. При правильной постановке поперечных стержней бетон и продольная арматура разрушаются одновременно. Отсюда основными целями расчета являются:
Простые случаи расчета колонн:
Rsc - расчетное сопротивление сжатой арматуры Rb - расчетное сопротивление бетона сжатию γb2 - коэффициент условия работы бетона bхh- размеры поперечного сечения колонны, см; A и Aʹ- площади сечения арматуры φ - коэффициент продольного изгиба колонн µ - коэффициент армирования Общий порядок расчета:
а) принимают размеры поперечного сечения о, А (рекомендуется размеры сечения принимать не менее 30 см и далее кратно 5,0 см); б) принимают материалы для колонны:
в) принимают коэффициент армирования р = 0,01—0,02.
s < 20ds в сварных каркасах, но не более 500 мм; s < 15ds в вязаных каркасах, но не более 500 мм.
Проверка несущей способности колонны (тип 2) сводится к проверке условия. Эта задача может иметь самостоятельное значение, но чаще выполняют подбор сечения арматуры, который может заканчиваться проверкой несущей способности (с целью исключения расчетной ошибки и назначения оптимальных параметров сечения).
Особенности работы кирпичных столбов под нагрузкой и предпосылки для расчета. Кирпичные или каменные столбы применяются при строительстве жилых домов, гражданских зданий, одноэтажных производственных зданий без мостовых кранов и в сельскохозяйственном строительстве. Большие поперечные размеры столбов, их небольшая несущая способность по сравнению со стальными и железобетонными колоннами, большие затраты труда при изготовлении ограничивают применение таких столбов (колонн). Наиболее простым и в то же время широко распространенным примером является колонна, приведенная на рис. Распространенным является квадратное сечение, наиболее экономичное при центральном сжатии, а для кирпичных столбов гражданских зданий случай центрального сжатия встречается достаточно часто. В кирпичных столбах основной причиной разрушения является появление вертикальных трещин. Вследствие большей пластичности раствора, чем кирпича, в растворе возникают растягивающие усилия, которые и приводят к появлению трещин — сначала по вертикальным швам, а затем и по кирпичу (рис. 5.27). В заключительной стадии столб как бы расчленяется на отдельные «малые» столбы, которые разрушаются быстрее вследствие их большей гибкости. При этом надо помнить, что кирпич (камень) в кладке испытывает сложное напряженное состояние — сжатие, изгиб и растяжение, что приводит зачастую к более раннему разрушению его в кладке, чем в лабораторных условиях при испытании на те же виды деформаций. Каменная кладка работает упруго-пластично, пластические деформации развиваются достаточно долго, что особенно сказывается на элементах малой толщины и учитывается при расчете. Указанная схема разрушения происходит на фоне потери общей устойчивости, которая и лежит в основе расчета кирпичных столбов На прочность кладки при сжатии влияют многие факторы: прочность камня, размеры камня, форма камня, наличие пустот в камне, прочность раствора, подвижность раствора, качество кладки, способ перевязки швов, сцепление раствора с камнем, степень заполнения вертикальных швов и др.
а) определяют коэффициент mg. Обычно колонны имеют меньший размер сечения больше 30 см, тогда коэффициент mg = 1. Вместе с тем при проектировании возможны случаи, когда меньший размер сечения менее 30 см или радиус инерции для элементов непрямоугольного сечения меньше 8,5 см, тогда необходимо определять значение коэффициента: mg = 1-т (Ng/N); б) определяют гибкость λh =  и по таблице определяют коэффициент продольного изгиба  ;в) определяют площадь принятого сечения столба; в случае если принятое сечение столба меньше 0,3 м2, расчетное сопротивление необходимо умножать на коэффициент условия работы γс = 0,8;
Если условие удовлетворено, то расчет закончен, если нет, то изменяют марки кирпича, раствора или увеличивают размеры колонны с учетом размеров кирпича (камня) и расчет повторяют до тех пор, пока не будет удовлетворено условие. |
: dsw ≥0.25ds , гдеds - наименьший диаметр продольных сжатых стержней