Бетон и арматура. Классы и марки. Нормативные и расчётные характеристики. Конструирование железобетонных конструкций.

Нагрузки и воздействия на здания и сооружения. Виды и сочетания нагрузок. Коэффициент надёжности по нагрузке. Постоянные и временные нагрузки. Снеговые, ветровые, систематические и тематические нагрузки. Способы снижения нагрузок.

Нагрузки и воздействия являются расчётными факторами и могут отличаться от заданной вероятности превышения средних значений. В расчётах учитывают статическую изменчивость нагрузок. Нагрузки нормируются, их значения устанавливаются по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». Нагрузки бывают: постоянные, временные, а также нормативные (устанавливаются нормами по заранее заданной или по номинальным значениям) и расчётные (используются в расчётах на прочность и устойчивость).

Нормативные постоянные нагрузки принимают по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные временные технологические и монтажные нагрузки устанавливают по наибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации.

Расчётные нагрузки получают путем умножения нормативной нагрузки на коэффициент надёжности по нагрузке γ _f (обычно больше, чем 1) g=g_n γ _f. γ _f =1.1 – при действии веса конструкций, применяемый в расчёт на устойчивость. γ _f=0, 8 – на стадии возведения. γ _f=1 – по деформациям и перемещениям (по II-ой гр. пред. сост.).

Конструкции должны быть рассчитаны на различные сочетания нагрузок или соответствующее им усилие, если расчёт по схеме неупругого состояния. Бывают: основные сочетания (постоянные, длительные и кратковременные нагрузки) и особые сочетания (постоянные, длительные, возможные кратковременные и одна из особых нагрузок).

В основных сочетаниях расчётные значения умножают на коэффициент сочетания: для длительных φ ₁=0, 95, для кратковременных φ ₂=0, 9; при учёте одной временной φ ₁= φ ₂=1. При учёте трёх и более кратковременных нагрузок: φ ₂=1 – для первой по степени важности кратковременной нагрузки; φ ₂=0, 8 – для второй; φ ₂=0, 6 – для остальных.

В особых сочетаниях для длительных нагрузок φ ₁=0, 9; для кратковременных φ ₂=0, 8.

В зависимости от продолжительного действия нагрузки делят на постоянные и временные.

Постоянными нагрузками является вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов, воздействия предварительного напряжения железобетонных конструкций.

Под временными понимают максимально полезные нагрузки и нагрузки от атмосферных воздействий, а также другие нагрузки, действующие не постоянно. Они бывают: 1) длительные – вес стационарного оборудования на перекрытиях (станки, двигатели и так далее), давление газов, жидкостей и так далее; длительные температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; нагрузки от мостовых кранов; снеговые нагрузки для III-IV климатических районов с коэффициентов 03, …0, 6.

2) кратковременные – вес людей, деталей, материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования; часть нагрузок на перекрытиях жилых и общественных зданиях; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже; нагрузки от подвесных и мостовых кранов, используемых при возведении зданий и сооружений; снеговые и ветровые нагрузки; температурные комнатные воздействия;

3) особые – сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резким нарушением технологического процесса (например, резкие перепады температур и так далее); воздействия неравномерных деформаций основания, сопровождаемые изменением структуры грунта.

Для многоэтажных зданий основной горизонтальной нагрузкой является действие ветра на наружные стены. Она состоит из двух частей – статической и динамической.

Статический – осреднённый во времени, скоростной напор ветра на здание. Нормативное значение q_s = q_ocSγ _f, q_o – скоростной напор при γ ₁ =1 на высоте 10 м над поверхностью земли; с=1, 4 – аэродинамический коэффициент; δ – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора от высоты и типа местности.

При расчётных ветровых нагрузках γ _f = 1, 2.

Динамическая составляющая характеризует влияние сил инерции, возникающих при колебаниях здания от пульсации турбулентного ветрового потока (для зданий h> 40 м). Нормативное значение: q_d=q_sxυ ξ ₁γ; х – коэффициент, учитывающий первую форму собственных колебаний здания, υ – коэффициент, учитывающий пространственную корреляцию пульсации скорости ветра по высоте и фронту здания; ξ – коэффициент динамичности; γ – коэффициент пульсации скоростного напора для верха здания + см. нормативные нагрузки.

Снеговые нагрузки (см. ранее (временные нагрузки, кратковременные, нормативные – по средним из ежегодных неблагоприятных значений или неблагоприятным значениям, соответствующим определённому среднему периоду их повторений)). Коэффициент надёжности по снеговой нагрузке γ _fv принимает в зависимости от отношения массы крыши к массе снегового покрова

Систематические нагрузки см. снеговые, ветровые, температурные (время года).

Температурные нагрузки см. особые нагрузки и дополнительные нагрузки.

Снижение нагрузок. При расчёте конструкций **** многоэтажных зданий временные нагрузки на перекрытия допускается снижать, учитывая степень вероятности их одновременного действия, умножением на коэффициенты для жилых домов, общежитий, служебных помещений и тому подобное, при грузовой площади А> 9м².

φ _пл=0, 4+1, 8/√ _nА, для различных залов (торговых и так далее), участков обслуживания и ремонта оборудования в производственном помещении при А> 30 м²

φ _пг=0, 5+3/√ _nА, n – общее число перекрытий, временные нагрузки от которых учитывают при расчёте рассматриваемого сечения.

Нормами также допускается снижать временные нагрузки при расчёте балок и ригелей в зависимости от площади загружаемого перекрытия.

Работа конструкций зависит от природы нагрузки, характера, длительности.

Температурный коэффициент – неравномерный нагрев конструкций.

Особые нагрузки – аварийные; сейсмические; взрывные.

Расчётные и нормативные нагрузки.

Нормативная – определённая временем, может не рассчитываться.

Расчетная – для учёта превышения нагрузки.

F=F_нγ _f - коэффициент надёжности.

γ _f ≥ 1.

γ _f≈ 1, 05 – при учёте неточностей размеров конструкции при монтаже.

γ = 1, 4 – ветровой (до 40%)

φ – коэффициент конструкции F=Σ F_mγ _fφ

φ = 1

φ = 0, 95, φ = 0, 9

φ = 0, 8 – особые нагрузки

φ = 1.

СНиП «Нагрузки и воздействия»

Расчётные схемы и классификации конструкций. По условиям работы в зданиях статически определимые и статически неопределимые системы. Нагрузки на конструкции. Определение внутренних усилий и напряжённости.

Расчётные схемы и классификации конструкций. В строительстве наиболее часто применяют железобетонные конструкции, металлические, деревянные. Железобетонные подразделяют на сборные и монолитные. Материал конструкций выбирают исходя из условий эксплуатации, длительности эксплуатации, ТЭ соображений.

Железобетонные – преимущества: индустриальны, дешевые. Применение монолита уменьшает количество стыков, материалоёмкость, выше жёсткость конструкций, более сейсмостойкие.

Металлические – высокие механические характеристики, изменение свойств по длине меньше.

Деревянные – экологические, недостатки – горючесть, стоимость (морение повышает прочность).

Конструкции делятся на несущие и ограждающие, плоские сплошного и сквозного сечения, пространственные. Распорные конструкции – с горизонтальными усилениями (рамы, арки).

Схемы:

Балки, прогоны. Обрешетка (неразрезная схема)

Неразрезные прогоны (статич. неопред.)

Нагрузки: постоянные и временные

Постоянные – собственные вес конструкций.

Временные – снеговые, ветровые, оборудование.

Нагрузка может быть расчётной и нормативной.

Расчётная: q_р=q_нγ _fγ _п

γ _f – надежность по нагрузке

γ _п – коэффициент надёжности по классу зданий.

Расчётная – на прочность

Нормативная – на прогиб, жёсткость.

Сосредоточенная и распределённая нагрузка.

Сосредоточенная – передаётся через мол. Площадь.

Распределенная – равномерно и неравномерно: если сосредоточенная нагрузка > 5, то считается распределённой.

Реакция опор (продольн. попеч. сечению)

Усилия находят через сечение (↑ R, Н_→ , ↑ М)

Расчёт по поперечным сечениям.

Статичные неопределённые системы характеризуются степенью свободы λ =n-k, где n – количество вн. связей, к – количество уравнений данной системы (3 или 6).

К =3 – плоские системы, к = 6 – пространственные системы.

Неопределённая система более жёсткая, более надёжная. При разрушении одной из средних опор система продолжает работать.

Бетон и арматура. Классы и марки. Нормативные и расчётные характеристики. Конструирование железобетонных конструкций.

Железобетон – комплексный строительный материал, в котором бетон и арматура соединены взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое целое, бетон на сжатие, арматура на растяжение.

Классификации бетона:

- по структуре

§ плотные (пространство между зёрнами заполнителя заняты вяжущим);

§ крупнопористые мелкопесчаные;

§ ячеистые с искусственно созданными порами.

- по условиям твердения

· естественного твердения;

· подвергнутый тепловой обработке.

· подвергнутый автоклавному образованию при давлении.

- по плотности

1. особо тяжёлые ρ > 25 кН/м³;

2. тяжёлые 22< ρ < 25 кН/м³;

3. мелкозернистые 18< ρ < 22 кН/м³;

4. лёгкие 8< ρ < 18 кН/м³;

- по зерновому составу

§ крупнозернистый с крупным и мелким заполнением;

§ мелкозернистый.

- по виду заполнения

- плотный;

- пористый.

Прочность - сопротивление к разрушению материала.

Прочность бетона зависит от факторов:

· технологических;

· возраста и условий твердения;

· формы и размера образца;

· вида напряжённого состояния и длительности воздействия;

· количества воды (водоцементные соотношения < 0, 6)

Виды прочности:: кубиковая прочность, R= ;

· призменная прочность, R_в=(0, 7-0, 8) R, h > 4 а;

· прочность бетона на растяжение, R_вt;

· прочность бетона на срез и скалывание, R_sh= 2 R_вt.

Классы бетона:

класс по прочности, на осевое сжатие, B-3, 5÷ В-60;

класс по прочности на основе растяжения В_t-0, 3÷ В_t-32;

Марки по морозостойкости:

f-50 – F-500 (количество циклов размораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии)_.

Марка по водонепроницаемости_:

W2 – W12 (предельное давление воды [кг/см³])

Марка по средней пластичности.

Д₂₂₀₀ - Д₂₅₀₀ – тяжёлый.

Д₈₀₀ - Д₂₀₀₀ – лёгкий.

51. Основные принципы расчета ЖБК по двум группам предельных состояний. Конструктивные и технологические требования.

Сущность. Этот метод является дальнейшим развитием метода расчёта по разрушающим усилиям. При расчёте по этому методу учитывают предыдущие состояния конструкций и используют систему коэффициентов, движение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных состояниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов. Прочность сечений определяется по стадии разрушения.

Предельными считаются состояния при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям, то есть теряют способность сопротивления к внешним нагрузкам или получают недопустимое перемещение или местные повреждения.

ЖБК должны удовлетворять требованиям расчета по 2-м группам состояний:

- по несущей способности;

- по пригодности к нормативам эксплуатации (прогиб < предельного).

По первой группе считают, чтобы предотвратить:

- хрупкое, вязкое или другие разрушения;

- потерю устойчивости конструкций;

- усталостное разрушение;

- разрушение от совместных силовых факторов или от погоды.

По второй группе считают, чтобы предотвратить:

- образование чрезмерного или продолжительного раскрытия трещин;

- чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса).

Под предельным состоянием считают для всех этапов: изготовление, транспортировка, монтаж.

Конструкции, рассчитанные по предельным состояниям – экономичнее.

Принципы расчёта:

I. Предельное состояние I группы. В расчётах на прочность исходят из 3 стадий ЖБК:

Сечение обладает необходимой прочностью, если усилие от расчетных нагрузок не превышают усилий, воспринимаемых сечением при расчёте сопротивляемости материалов с учётом коэффициентов условий работы. Усилия от расчётных нагрузок (макс. или норм.) обладают функцией нормативных нагрузок, коэффициентом надёжности и других факторов. Усилия, воспринимаемые сечением, являются функциональными от форм и размеров сечения, прочности материалов, различных коэффициентов.

II. Предельные состояния II группы. Расчёт по образованию трещин выполняют для образа проверки ТРЩИСТ элемента, к которому предъявляют требования первой категории, а также устанавливают, появляются ли трещины в элементах, к которым предъявляются требования 2 и 3 категории ТРЩИСТ.

Расчёт по раскрытию трещин заключается в определении ширины раскрытия трещин на уровне растянутой арматуры и сравнении её с предельной шириной раскрытия трещин.

Расчёт трещин заключается в определении прогиба элементов от нагрузок с учётом длительного их действия и сравнении его с предельным.

Предельному прогибу устанавливают требования: эстетичности, конструктивности и др.