КР-1. Контрольная работа мдк 01. 01 Проектирование зданий и сооружений Тема 1 Основы проектирования строительных конструкций Выполнил студент группы зст01 Злобин Максим Александрович
Скачать 1.09 Mb.
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Кировский государственный колледж строительства, экономики и права (филиал) ФГБОУ ВО «Московский государственный университет геодезии и картографии» Специальность 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений Контрольная работа МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений Тема 2.1 Основы проектирования строительных конструкций Выполнил студент группы ЗСт–01 Злобин Максим Александрович Руководитель Кадочникова Ольга Андреевна Личный шифр студента 31 Оценка ____________________________ Киров 2022 Содержание Введение……………………………………………………………………..3 Теоретическая часть Классификация строительных конструкций………………………………4 Понятие о предельных состояниях………………………………………..14 Балки. Общие сведения…………………………………………………….18 Список использованных источников ………………………………….24 Практическая часть………………………………………………………25 Введение В процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они возводятся, подвергаются различным физико-механическим, технологическим и химическим воздействиям. Поэтому от специалиста требуется умение со знанием дела правильно выбирать строительные материалы, изделия или конструкции, обладающие достаточной стойкостью, надежностью и долговечностью в конкретных условиях эксплуатации. Для этого необходимы специальные знания используемых материалов и изделий, перечень контролируемых свойств, их показатели, виды и классификации выпускаемой продукции. Причиной неисправности во время эксплуатации зданий и сооружений часто являются ошибки проектирования. Для исключения подобных проблем следует выбирать только соответствующие строительные конструкции. Для обеспечения своей эксплуатационной долговечности они должны учитывать постепенный износ элементов, возможное корродирующее воздействие внешних факторов, прочность грунтов и фундаментов. Особое внимание должно уделяться исходным материалам, а также качеству изготовления всех компонентов. При проектировании, которое включает в себя расчет и конструирование строительных конструкций, необходимо соблюдать требования СНиПов. Требования строительных норм направлены на обеспечение необходимой надежности в работе как здания (сооружения) в целом, так и его отдельных элементов (конструкций), их соединений, а также оснований. Классификация строительных конструкций Строительные конструкции — части здания, выполняющие определенные несущие, ограждающие и эстетические функции, состоящая из элементов, взаимно связанных в процессе выполнения строительных работ. Строительными конструкциями зданий являются: фундаменты, стены, каркасы, перекрытия, лестницы, перегородки, светопропускающие ограждения (окна, витрины, фонари), двери и ворота. Поскольку строительные конструкции составляют конструктивную структуру (систему) здания, их еще называют конструктивными элементами здания. Прочность, устойчивость и деформативность строительных конструкций определяется статическим или динамическим расчетом, подтверждающим их способность сопротивляться действующим нагрузкам и воздействиям. Современные строительные конструкции ассоциируются прежде всего с такой тенденцией, как уменьшение их общего веса благодаря использованию высокопрочных и наиболее легких материалов. Кроме того, сегодня активно совершенствуются пространственные решения. Строительные конструкции очень разнообразны по-своему назначению и применению. Тем не менее, их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств, т.е. проклассифицировать, уточнив при этом некоторые понятия. Возможны различные подходы к классификации конструкций. По геометрическому признаку конструкции принято разделять на: массивы, брусья, плиты, оболочки (рисунок 1.1) и стержневые системы: Рисунок 1.1 - Классификация конструкций по геометрическому признаку: а) массив; б) брус; в) плита; г) оболочка массив— конструкция, в которой все размеры достаточно значительны и одного порядка, например у фундамента размеры могут быть такими: а - 1,8 м; b - 1,2 м; И = 1,5 м; Размеры могут быть и другими, но порядок их один — метры. брус— элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего, т.е. они разного порядка: b « l, h « l. Например, у железобетонной балки они могут быть такими: b = 20см, h = 40 см, а l = 600 см, т.е. они могут отличаться друг от друга на целый порядок (в 10 и более раз). Брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью — аркой (рисунок 1.2); Рисунок 1.2 - Разновидности брусьев: а) рама; б) арка плита— элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других: h « а, h « l. Плита является частным случаем более общего понятия — оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание (рис. 1.1, г); стержневые системыпредставляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балочные или консольные) (рисунок 1.3) Рисунок 1.3 - Примеры простейших стержневых систем: а) балочная ферма; б) консольная ферма Строительные конструкции в плане формы сегодня разделяют на две большие группы: Пространственные конструкции – это конструкции, элементы которых расположены в двух или трех плоскостях, а нагрузки приложены двух направлениях (вертикально и горизонтально). Основными типами пространственных покрытий являются своды, купола.(рисунок 1) Сводом называется покрытие, имеющее снизу вогнутую криволинейную поверхность. Своды, кроме вертикальных нагрузок, передают на опоры горизонтальный распор. Купола являются разновидностью сводов и применяются для перекрытия в основном круглых в плане объемов здания. Плоские - это конструкция, основные несущие элементы которой лежат в одной плоскости и действие внешних сил также происходит в этой плоскости. фермы, балки и рамы. Пространственные строительные конструкции отличаются от их плоских аналогов прежде всего тем, что требуют значительно меньшего количества материалов. Кроме того, они отличаются более удобным распределением усилий. Но монтаж пространственных конструкций характеризуется чрезвычайной трудоемкостью. В таблице 1.1 приведены примеры плоских и пространственных конструкций. Таблица 1.1 - Примеры плоских и пространственных конструкций С точки зрения статики конструкции делятся на: статически определимые называют стержневые, балочные конструкции и рамы, во всех элементах которых, для определения внешних и внутренних усилий (в том числе реакций связей) достаточно только уравнений равновесия. Типы статически определимых систем представлены на рисунке 1.4 Рисунок 1.4 – Типы статически определимых систем статически неопределимые системы, в которых для определения опорных реакций либо внутренних усилий одних только уравнений статики недостаточно. Примеры статически неопределимых систем представлены на рисунке 1.5. Рисунок 1.5 – Примеры статически неопределимых систем Классификация строительных конструкций по характеру статической работы (работы под нагрузкой) представлена на рисунке 1.6. Рисунок 1.6 – Классификация конструкции по характеру статической работы Чаще всего эта классификация применяется к наружным стенам зданий, что связано с общей тенденцией освобождения наружных ограждений от несущих функций полностью или частично с целью их облегчения и повышения посредством этого теплозащитных свойств, а также возможностей художественно-пластического решения экстерьера зданий. С точки зрения напряженно-деформированного состояния (т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки) строительные конструкции можно поделить на три группы: простейшие - осевое сжатие и осевое растяжение (две противоположно направленные силы действуют вдоль нейтральной оси элемента), сдвиг (две противоположно направленные силы действуют поперек нейтральной оси элемента) простые - поперечный изгиб (сила действует поперек нейтральной оси элемента), продольный изгиб (сила действует вдоль нейтральной оси элемента) сложные - внецентренное сжатие и внецентренное растяжение (сила действует вдоль нейтральной оси элемента, но с эксцентриситетом), продольный изгиб с поперечным (одна сила действует вдоль нейтральной оси элемента, другая – поперек). Такое разделение не является общепринятым, но позволяет привести в систему характеристики видов напряженно-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике. В представленной таблице 1.2 трудно отразить все тонкости и особенности указанных состояний, но она дает возможность сравнить и оценить их в целом. Таблица 1.2 – Виды напряженно-деформированных состояний По функциональному назначению элементы здания можно разделить на две основные группы: несущие и ограждающие. Некоторые элементы сочетают эти две функции (например, перекрытия, внешние стены и др.). Ограждающие конструкции — это элементы здания, защищающие внутренние помещения от негативного воздействия внешней среды и отделяющие одно помещение от другого. К ограждающим конструкциям относятся стены, перегородки, перекрытия, покрытия и фонари, заполнение оконных и дверных проемов и т. д. Несущие — это конструкции, которые воспринимают силовые и несиловые воздействия (температурные, сейсмические, от неравномерных осадок основания и др.) и, взаимодействуя друг с другом, передают их через фундамент на грунт. К несущим конструкциям относятся фундаменты, колонны, несущие стены, плиты перекрытия, ригели, прогоны, связи каркаса, размещаемые в строго определенном порядке. По способности воспринимать усилия строительные конструкции можно разделить на гибкие и жесткие. (Таблица 1.3) Таблица 1.3 – Классификация строительных элементов по способности воспринимать усилия Гибкие (мягкие) элементы могут воспринимать только растяжение. К гибким относятся металлические элементы конструкций в виде стальных канатов, полосовой и рулонной стали и алюминиевых сплавов. Мягкие элементы (материалы конструкций) представляют собой специальные ткани с синтетическими воздухонепроницаемыми покрытиями. Жесткие элементы воспринимают сжатие, растяжение и изгиб, сохраняя под воздействием нагрузки собственную первоначально заданную форму. Неизменяемость их формы в конструкциях обеспечивается предварительным натяжением. Классификация строительных конструкций в зависимости от материала, используемого для их изготовления представлена в таблице 1.4. Таблица 1.4 – Классификация конструкций по используемым материалам Металл — это наиболее прочный, но и дорогой материал. Стальные конструкции при низкой собственной массе обладают высокой несущей способностью, отличаются прочностью, гибкостью. Однако для металлических конструкций характерна низкая сопротивляемость высокотемпературным воздействиям при пожаре. Кроме того, во влажной среде сталь подвергается коррозии, поэтому требуется защита от атмосферного и химического воздействия. Металл используется в качестве структурного каркаса для больших высотных зданий, либо в качестве покрытия поверхности. Бетон и железобетон — это искусственные конструкционные материалы, обладают высокой прочностью и долговечностью. Конструкции из железобетона при высокой несущей способности без дополнительных мер защиты обладают стойкостью к коррозионным воздействиям и достаточной огнестойкостью. Основным недостатком железобетона является его большой собственный вес, который зачастую оказывается сопоставим с той нагрузкой, для восприятия которой предназначена конструкция. Тем не менее, конструкции из железобетона занимают доминирующее положение в строительстве и будут оставаться таковыми и в дальнейшем. Камень (кирпич) имеет преимущества перед другими материалами потому, что является одновременно несущим, теплоизоляционным и отделочным материалом и в то же время удовлетворяет требованиям пожарной безопасности, капитальности и простоты возведения. Виды строительных конструкций из дерева характерны в основном для малоэтажного строительства жилых объектов. В деревянной конструкции различные конструктивные элементы (стойки, стропила, прогоны) в основном изготавливаются из пород древесины, которые обладают хорошей прочностью на сжатие, растяжение и изгиб. Строительные конструкции при проектировании рассчитываются на прочность, устойчивость и колебания. При расчете учитываются воздействия сил, которым подвергаются конструкции при эксплуатации: собственный вес, внешние нагрузки, влияние температурных факторов, смещение опор конструкции, усилия, которые появляются при транспортировке и установке строительных конструкций. Понятие о предельных состояниях Существующие строительные нормы предписывают вести расчет строительных конструкций на силовые воздействия по методу предельных состояний. 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: по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации. Состояния, относящиеся к этой группе, считаются предельными, если в конструкции наступило опасное напряженно-деформированное состояние; в худшем случае — если она по этим причинам разрушилась. Предельные состояния первой группы представлены на рисунке 2.1 Рис. 2.1. Предельные состояния первой группы: а), б) потеря общей устойчивости; в), г) потеря устойчивости положения; д) хрупкое, вязкое или иного характера разрушение по непригодности к нормальной эксплуатации.Нормальной называется такая эксплуатация здания или его конструкции, которая осуществляется в соответствии с предусмотренными в нормах или заданиях на проектирование технологическими или бытовыми условиями. Другими словами, возможны случаи, когда конструкция не потеряла несущей способности, т.е. удовлетворяет требованиям первой группы предельных состояний, но ее деформации (например, прогибы или трещины) таковы, что нарушают технологический процесс или нормальные условия нахождения людей в помещении. К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (зданий) или снижающие их долговечность вследствие появлений недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний и трещин. Метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям С 1955 г. расчёты строительных конструкций выполняются по методу предельных состояний, который имеет своей целью не допустить наступления ни одного из предельных состояний, которые могут возникнуть в конструкции (здании) при их эксплуатации в течение всего срока службы, а также при их возведении. 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, независимых коэффициентов, каждый из которых имеет определённый вклад в обеспечение надёжности конструкции и гарантии от возникновения предельного состояния[8]. 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. Расчет по предельным состояниям первой группы называют расчетом по несущей способности. Несущая способность конструкции считается обеспеченной, если удовлетворяется неравенство типа (2.1) N ≤ Ф (2.1) где N— расчетные, т.е. наибольшие возможные усилия(или другие факторы), могущие возникнуть в сечении элемента (для сжатых и растянутых элементов — это продольная сила, для изгибаемых — изгибающий момент и т.д.). Они зависят в первую очередь от нагрузки и определяются по правилам строительной механики в зависимости от конструктивной схемы, способов соединения конструкций и т.д.; Ф— наименьшая возможная несущая способностьсечения элемента, подвергающегося сжатию, растяжению или изгибу. Она зависит от прочностных свойств материала конструкции, геометрии (формы и размеров) сечения и в наиболее общем виде может быть выражена (как функция, зависящая от материала и геометрических факторов сечения) в следующем виде (2.2) : Ф={R;А} (2.2) где R —расчетное сопротивление материала(которое является одной из основных прочностных характеристик материала, А — геометрический фактор(площадь поперечного сечения — при растяжении и сжатии, момент сопротивления — при изгибе и т.д.). Для некоторых конструкций несущая способность считается обеспеченной, если выполнено условие (2.3), которое является частным случаем условия (2.1): σ ≤ R(2.3) где σ — нормальные напряжения в сечении конструкции (элемента), которые определяются, как правило, по формулам сопротивления материалов. Иногда в соответствующих расчетах приходится сравнивать с расчетным сопротивлением материала другие напряжения (касательные, главные и др.). Расчет по предельным состояниям второй группы Считается, что предельные состояния второй группы не наступят, если будет удовлетворено условие(2.4): ƒ≤ ƒи (2.4) где ƒ (в общем случае) — это определенная из расчета деформацияконструкции(перемещение, угол поворота сечения и т. д.). Для изгибаемых элементов это прогиб конструкции или ее элемента, для стержневых систем — укорочение или удлинение стержней, для оснований — величина осадки. Они определяются по правилам строительной механики в зависимости от нагрузки, материала и расчетной схемы конструкции; ƒи— предельная деформация конструкции(перемещение, угол поворота сечения и т.д.). Для балок — предельный прогиб, который определяется в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85*, для оснований зданий — предельная величина осадки, принимается по СНиП 2.02.01-83. К предельным состояниям второй группы относится также образование чрезмерных трещин. Трещины, вообще говоря, допустимы, но не для всех материалов. Они допустимы в некоторых железобетонных и каменных конструкциях, но ширина их раскрытия, так же как и прогибы, ограничивается нормами. Структура формул при обеспечении предельного состояния по раскрытию трещин остается такой же, как и при обеспечении деформаций или прогибов, т.е. аналогична условию (2.4). Балки. Общие сведения Балка — линейный (поскольку длина значительно превосходит по значению и ширину, и высоту) элемент несущих конструкций, с различными условиями опирания и работающий преимущественно на изгиб. Их широко применяют в гражданских, общественных и промышленных зданиях, в балочных площадках междуэтажных перекрытиях, мостах, эстакадах, в виде подкрановых балок производственных зданий и в других сооружениях. Широкое распространение балки получили из-за простоты в изготовлении и из-за надежности в работе. Балки классифицируются в зависимости от: статической схемы работы на разрезные (однопролетные) и неразрезные (многопролетные) (рисунок 3.1) Рисунок 3.1 – Разрезные и неразрезные балки В практике строительства чаще всего применяют разрезные балки, наиболее удобные в монтаже. В неразрезных балках расход металла меньше, так как меньше расчетные изгибающие моменты и равномернее их распределение по длине. Поэтому их чаще всего используют при больших пролетах, где каждый процент экономии металла может составить значительную сумму. типа поперечного сечения: тавровые, двутавровые, швеллерные из стальных прокатных, гнутых или алюминиевых прессованных профилей (рисунок 3.2); Рисунок 3.1 – Пример двутавра и швеллера способа изготовления: прокатные, гнутые и прессованные (для небольших пролетов), составные (сварные, на болтах и клепаные)(рисунок 3.3) Рисунок 3.3 – Балки по способу изготовления по материалу изготовления: деревянные (лаги, ригели, прогоны, перекладины и д.р.), железобетонные (подкрановых балок, бетонных ригелей, устанавливаемых на колонны, под плиты перекрытия), металлические (горизонтальные и наклонные стальные балки, как важную часть жёсткого каркаса) На практике, как правило, горизонтально расположенная балка воспринимает вертикальную поперечную весовую нагрузку, но в отдельных случаях необходимо учитывать влияние и вероятных горизонтальных поперечных сил (например, ветровую нагрузку или при учёте возможного землетрясения). Нагруженная балка, в свою очередь, воздействует на опоры, которыми могут являться колонны, подвесы, стены или другие балки (перекладины). Затем нагрузка передаётся далее и в итоге, в большинстве случаев, воспринимается конструктивными элементами, работающими на сжатие, — опорами. Отдельно можно выделить случай ферменной конструкции, в которой стержни покоятся на горизонтальной балке. При проектировании конструкции балочного перекрытия, рабочей площадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции необходимо выбрать систему несущих балок, обычно называемую балочной клеткой. Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный (рисунок 3.4). Рисунок 3.4 – Типы балочных клеток В упрощенной балочной клетке (рис. а) нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях (шаг балок), и через них — на стены или другие несущие конструкции. Из-за небольшой несущей способности плоского настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах балок. При частом размещении длинных балок возникает противоречие между получаемой несущей способностью и требуемой жесткостью, что неэкономично. Поэтому в балочной клетке нормального типа (рис. б) нагрузка с настила передается на балки настила, которые, в свою очередь, передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции. Балки настила обычно принимают прокатными. В усложненной балочной клетке (рис. в) вводятся еще дополнительные вспомогательные балки, располагаемые под балками настила и опирающиеся на главные балки. В балочной клетке этого типа нагрузка передается на опоры наиболее длинным путем. Для уменьшения трудоемкости изготовления балочной клетки балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными. Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте, определяющим строительную высоту перекрытия (расстояние между верхом и низом перекрытия). Сопряжение балок может быть поэтажное, в одном уровне и пониженное (рисунок 3.5). Рисунок 3.5 – Сопряжение балок При поэтажном сопряжении (рис. а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты. При сопряжении в одном уровне (рис. б) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок. Пониженное сопряжение (рис. в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса главной, на них поэтажно укладывают балки настила, а на них и на главные балки укладывают настил. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия. Для расчета прочности балки на прогиб (то есть определение веса, который данный элемент несущей конструкции способен выдерживать без появления деформаций и иных ведущих к разрушению конструкции факторов) требуется учитывать целый ряд факторов, основными из которых являются: Длина балки. Чем короче балка, тем большую нагрузку она способна выдержать. Материал, из которого изготовлена балка. Сталь является наиболее прочным материалом. Поперечное сечение балки (площадь и форма). Чем больше площадь, тем больше допустима нагрузка на изгиб. Способ закрепления балки в несущей конструкции. Во многом зависит от формы сечения. Балка двутавровая крепится наиболее прочно. Расчет веса максимальной нагрузки при воздействии поперечных вертикальных сил является основным фактором при выборе балки для возведения несущей конструкции. Однако, в районах с нестабильными климатическими условиями и высокой степенью сейсмологической опасности необходимо произвести расчет действия поперечных горизонтальных сил. Для облегчения подбора данных, чтобы впоследствии сделать заявку, балки распределены по буквенным маркировкам: Б, Ш, К. Соответственно: Б – стандартные. Ш – широкополочные. К – колонные двутавровые балки. Список использованных источников FB. Основы проектирования гражданских зданий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://fb.ru/article/348961/osnovyi-proektirovaniya-grajdanskih-zdaniy Perekos. Несущие конструкции покрытия в промышленных зданиях [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://perekos.net/pages/view/1319 Калькулятор. Справочный портал [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.calc.ru/Stroitelnyye-Konstruktsii.html КиберПедия. Информационный ресурс [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberpedia.su/10xf065.html Маклакова, Т.Г. Конструкции гражданских зданий [Текст]: учебник для вузов / Т.Г. Маклакова. - М.: АСВ, 2010. - 296 с. Малиновский, В.Н. Расчёт и конструирование монолитного ж/б ребристого перекрытия с балочными плитами [Текст]:Методические указания для студентов строительной специальности 70 02 01 дневной и заочной формы обучения/ В.Н. Малиновский, Н.Н. Шалобыта Н.Н. – Брест: БГТУ, 2010 – 65 с. Плешивцев, А.А. П38 Архитектура и конструирование гражданских зданий [Текст]: учебное пособие / А.А. Плешивцев. — Москва: МГСУ, 2015.- 403с. Попов, К.Н. Строительные материалы и изделия [Электронный ресурс]: Для студентов строительных специальностей средних специальных учебных заведений/К.Н. Попов, М.Б.Каддо.- ГУЛ «Издательство «Высшая школа», 2001. – Режим доступа: https://bibliotekar.ru/5-0-stroymaterialy/277.htm Файловый архив студентов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studfile.net/preview/5734000/page:15/ |