Требования к расчету по несущей способности
Проверка заданного сечения по несущей способности состоит в том, что по заданным причностным и деформативпым характеристикам материалов, размерам бетонного сечения и площади арматуры определяют (по соответствующим формулам предельных состояний первой группы) минимально возможную (предельную) несущую способность элемента. Несущая способность сечения полагают достаточной, если удовлетворяется условие (3.1)
F = Fu.
Подбор сечений состоит в том, что из равенства вида определяют требуемые размеры бетонного сечения и площадь арматуры. При этом назначают (задают) прочностные и деформативные характеристики материалов и некоторые из искомых величин (например, определяют сечение арматуры при заданных размерах бетонного сечения).
Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов выполняют, как правило, для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.
При наличии необходимых статистических данных допускается проводить более точный — вероятностный расчет конструкций по несущей способности при учете случайных изменений прочностных и деформативных свойств материалов. За расчетное принимают значение несущей способности с обеспеченностью 0,997.
При расчете конструкций по предельным состояниям следует учитывать условия, в которых эти состояния могут быть реализованы. Для этого установлены характерные ситуации и модели, называемые расчетными.
Расчетная модель — совокупность принимаемых для расчета условий (выбор расчетной схемы, принятие упрощающих предпосылок, составление исходных уравнений состояния и т.д.), наиболее полно отражающих действительные условия работы конструкции, здания, сооружения.
Расчетная ситуация — учитываемый в расчете комплекс условий, отражающих расчетные требования к проектируемой конструкции. Каждая расчетная ситуация включает: расчетную схему конструкции; вид и характер нагрузок и их сочетания, которые могут быть реализованы в рассматриваемой ситуации; перечень предельных состояний, которые надлежит рассмотреть в данной ситуации; условия окружающей среды и т.п.; сюда же включают и соответствующие значения коэффициентов надежности и условий работы.
При проектировании конструкций следует рассматривать следующие расчетные ситуации:
установившиеся, имеющие продолжительность того же порядка, что и срок службы строительного объекта; например, эксплуатация объекта между двумя капитальными ремонтами или изменениями технологического процесса;
переходные, имеющие небольшую продолжительность по сравнению со сроком службы строительного объекта; например, возведение объекта, капитальный ремонт, реконструкция;
особые (аварийные), имеющие небольшую продолжительность и малую вероятность появления, но весьма важные с точки зрения последствий при достижении предельных состояний, возможных при этих ситуациях; например, ситуации, которые возникают во время пожаров, взрывов, столкновений, аварий оборудования, а также непосредственно после отказа каких-либо элементов конструкций.
В зависимости от причин возникновения воздействия подразделяют на основные и аварийные. Появление основных воздействий — неизбежный результат природных явлений или человеческой деятельности. Аварийные воздействия возникают как нежелательный результат деятельности людей вследствие грубых ошибок или же как результат неблагоприятного стечения обстоятельств.
По временной изменчивости воздействия подразделяют на постоянные, которые действуют практически в течение всего срока службы объекта и изменение которых во времени незначительно, и временные (переменные), для которых нельзя пренебречь изменением во времени их значений по отношению к среднему.
В зависимости от характерной продолжительности непрерывного действия на конструкции временные нагрузки делят на длительные, кратковременные и особые. Кратковременные нагрузки, в свою очередь, могут быть многократно повторными или эпизодическими. Расчет конструкций следует производить с учетом продолжительности действия нагрузок: длительных, повторных, динамических.
При действии длительных нагрузок конструкции рассчитывают с учетом снижения прочности бетона в результате накопления повреждений (микро- и макроразрушений), а также с учетом повышения деформативности бетона в результате его ползучести.
Повторные нагружения разделяют на немногократно повторные (малоцикловые) при повторении нагружений, измеряемых десятками (сотнями) циклов, и многократно повторные, измеряемых миллионами циклов. В первом случае расчет производят с учетом снижения несущей способности железобетонных элементов в результате накопления в них повреждений при повторных нагружениях; влияние указанного характера нагружений учитывают при расчете на сейсмические воздействия. Во втором случае расчет выполняют с учетом усталостной прочности бетона и арматуры (расчет на выносливость). Влияние повторных нагружений следует учитывать также и при расчете по предельным состояниям второй группы, поскольку они увеличивают раскрытие трещин и деформативность конструкции. Конструкции, предназначенные для восприятия кратковременных интенсивных динамических нагрузок, рассчитывают с учетом динамического упрочнения бетона и арматуры.
Основными характеристиками нагрузок (воздействий) прпняты их нормативные значения, устанавливаемые на основании заранее заданной вероятности превышения средних значений нагрузок или принимаемые равными их номинальным значениям. Нормативные нагрузки и воздействия установлены СНиП 2.01.07-85*.
Коэффициент надежности по ответственности у„ принимают в зависимости от уровня ответственности зданий и сооружений. ГОСТ 27751-88 устанавливает три уровня ответственности, характеризуемых экономическими, социальными и экологическими последствиями отказов зданий и сооружений.
I — повышенный уровень; его следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м3 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения).
II — нормальный уровень; его следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения).
III — пониженный уровень; сюда отнесены сооружения сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения).
Коэффициент надежности по ответственности уn принимают равным:
для I уровня ответственности — более 0,95, но не более 1,2;
для II уровня — 0,95;
для III уровня — менее 0,95, но не менее 0,8.
На коэффициент надежности по ответственности следует умножать нагрузочный эффект (внутренние силы и перемещения конструкций и оснований, вызываемые нагрузками и воздействиями).
Коэффициенты надежности по нагрузке учитывают возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений. Конкретные величины коэффициентов -для расчета конструкций по предельным состояниям первой группы установлены в СНиП 2.01.07-85*. Для расчета конструкций по предельным состояниям второй группы принимают, как правило, уу= 1.
При расчете элементов сборных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от веса элементов вводят в расчет с коэффициентом динамичности, равным: 1,6 — при транспортировании; 1,4 — при монтаже. В этом случае коэффициент надежности по нагрузке для веса элемента принимают равным единице.
Сборно-монолитные конструкции рассчитывают по прочности, образованию и раскрытию трещин и по деформациям для следующих двух стадий работы конструкций:
а) до приобретения монолитным бетоном (т.е. бетоном, уложенным на месте использования конструкций) заданной прочности — на воздействие веса этого батона и других нагрузок, действующих на данном этапе возведения конструкций;
б) после приобретения монолитным бетоном заданной прочности — на нагрузки, действующие на данном этапе возведения и при эксплуатации конструкций.
Усилия в статически неопределимых конструкциях от нагрузок и вынужденных перемещений (вследствие изменения температуры, влажности среды, смещения опор и т.п.) при расчете по предельным состояниям первой и второй групп определяют, как правило, с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры и наличия трещин, а также с учетом в необходимых случаях деформированного состояния как конструкции, так и отдельных ее элементов.
Для конструкций, методика расчета которых с учетом неупругих свойств железобетона не разработана, а также для промежуточных стадий расчета с учетом неупругих свойств железобетона (итерационные методы, метод поправочных коэффициентов и т.п.) усилия в статически неопределимых системах определяют в предположении их линейной упругости.
Расчет статически неопределимых конструкций рекомендуется производить с использованием ЭВМ, современных математических методов расчета, например, метода конечных элементов. Для упрощения расчетов могут быть использованы достаточно обоснованные приближенные методы.
Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции, Киев, 2001