Достижение предельного состояния второй группы металлические конструкции
Обновлено: 17.05.2024
СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ
ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
General rules for steel structure design
Дата введения 2005-01-01
1 РАЗРАБОТАН Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций им.В.А.Кучеренко (ЦНИИСК им.Кучеренко), Центральным научно-исследовательским институтом строительных металлоконструкций им.Н.П.Мельникова (ЗАО ЦНИИПСК им.Мельникова), Проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом по проектированию энергетических систем и электрических сетей (ОАО Институт "Энергосетьпроект") при участии группы специалистов
ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России
2 ОДОБРЕН и рекомендован для применения на добровольной основе Госстроем России (письмо N ЛБ-2596/9 от 20.04.2004)
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 01.01.2005 г. приказом ЦНИИСК им.Кучеренко N 28/00 от 10.09.2004 г.
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
ВВЕДЕНИЕ
Настоящий Свод правил содержит рекомендуемые правила расчета и проектирования стальных строительных конструкций, обеспечивающие выполнение требований нормативных документов, распространяющихся на эти конструкции.
Решение вопроса о применении данного документа при проектировании стальных конструкций конкретного объекта относится к компетенции заказчика и разработчика проектной документации.
Если для реализации приняты методы расчета и проектирования, рекомендуемые настоящим документом, все установленные в нем правила должны соблюдаться в полном объеме.
В разработке настоящего Свода правил приняли участие: В.М.Горпинченко, д-р техн. наук, проф. - руководитель темы, В.М.Барышев, д-р техн. наук, Г.Е.Бельский, канд. техн. наук, И.И.Ведяков, д-р техн. наук, Л.А.Гильденгорн, канд. техн. наук, Л.Б.Кацнельсон, инж., П.Д.Одесский, д-р техн. наук, проф., В.А.Отставнов, канд. техн. наук, Ю.Н.Симаков, канд. техн. наук, М.Р.Урицкий, канд. техн. наук, Б.С.Цетлин, канд. техн. наук (ЦНИИСК им.Кучеренко); Л.И.Гладштейн, д-р техн. наук, И.Д.Грудев, д-р техн. наук, проф., Е.П.Морозов, канд. техн. наук, Н.Ю.Симон, канд. техн. наук (ЗАО ЦНИИПСК им.Мельникова); Е.Н.Колбанев (ОАО Институт "Энергосетьпроект"); Ю.И.Кудишин, д-р техн. наук, проф., Ю.В.Соболев, канд. техн. наук, проф., Б.Ю.Уваров, канд. техн. наук (МГСУ); В.И.Моисеев, д-р техн. наук, проф. (Электростальский политехнический институт МИСиС); А.Н.Евстратов, д-р техн. наук, проф., Б.А.Шемшура, канд. техн. наук (Шахтинский политехнический институт Южно-Российского государственного технического университета); С.Д.Шафрай, д-р техн. наук, проф. (Новосибирский Архитектурно-строительный университет им.Куйбышева); Ф.В.Бобров, канд. техн. наук (Управление технормирования Госстроя России).
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий Свод правил распространяется на проектирование стальных строительных конструкций зданий и сооружений различного назначения, работающих при температуре окружающей среды не выше 100 °С и не ниже минус 65 °С. Свод правил не распространяется на проектирование стальных конструкций мостов, тоннелей и труб под насыпями.
При проектировании стальных конструкций, находящихся в особых условиях эксплуатации (например, конструкций доменных печей; магистральных и технологических трубопроводов; резервуаров специального назначения; конструкций зданий, подвергающихся сейсмическим воздействиям, интенсивным воздействиям огня, температуры, расплавленного металла, радиации, агрессивных сред; конструкций гидротехнических сооружений), конструкций уникальных зданий и сооружений, зданий атомных электростанций, а также специальных видов конструкций (например, предварительно напряженных, пространственных, висячих) кроме требований настоящего документа необходимо также соблюдать дополнительные требования, предусмотренные соответствующими нормативными документами, которые отражают особенности работы этих конструкций.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
Перечень нормативных документов и стандартов, на которые имеются ссылки в настоящем Своде правил, приведен в приложении А.
3 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем Своде правил использованы термины, определения которых содержатся в нормативных документах, на которые в тексте имеются ссылки.
4 ОБОЗНАЧЕНИЯ
В настоящем Своде правил использованы буквенные обозначения величин, индексы буквенных обозначений и поясняющие их слова, приведенные в приложении Б.
5 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
5.1 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИЯМ
5.1.1 При проектировании стальных конструкций:
следует соблюдать требования государственных стандартов на конструкции соответствующего вида, а также других нормативных документов (приложение А);
при необходимости следует выполнять расчет точности геометрических параметров конструкций и их элементов согласно ГОСТ 21780.
5.1.2 При проектировании стальных конструкций следует соблюдать требования к огнестойкости и коррозионной стойкости согласно СНиП 21-01 и СНиП 2.03.11.
Все конструкции, не замоноличенные в бетоне, не заделанные в кирпичной кладке и т.п., должны быть доступны для наблюдения, очистки, окраски, а также не должны задерживать влагу и затруднять проветривание. Замкнутые профили должны быть герметизированы.
5.1.3 За расчетную температуру наружного воздуха принимается температура воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98, определенная согласно СНиП 23-01.
Расчетные технологические температуры устанавливаются заданием на разработку строительной части проекта.
5.1.4 Проектирование конструкций должно осуществляться квалифицированными специалистами. Рабочие чертежи стальных конструкций должны соответствовать требованиям по изготовлению (ГОСТ 23118) и монтажу конструкций (СНиП 3.03.01).
В необходимых случаях при заказе стали указывается класс сплошности по ГОСТ 27772.
5.2 ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
5.2.1 Надежность стальных конструкций обеспечивается в соответствии с требованиями ГОСТ 27751.
Расчет стальных конструкций выполняется с учетом назначения конструкций, условий их изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации, а также свойств материалов.
5.2.2 Значения нагрузок и воздействий, а также предельные значения прогибов и перемещений элементов конструкций принимаются согласно требованиям СНиП 2.01.07.
5.2.3 При проектировании зданий и сооружений принимаются конструктивные схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом и их отдельных элементов при транспортировании, монтаже и эксплуатации.
5.2.4 Расчетные схемы и основные предпосылки расчета должны отражать действительные условия работы стальных конструкций.
Стальные конструкции следует, как правило, рассчитывать как единые пространственные системы с учетом факторов, определяющих напряженное и деформированное состояние, особенности взаимодействия элементов конструкций между собой и с основанием, геометрической и физической нелинейности, свойств материалов и грунтов.
Допускается выполнять проверку устойчивости стержневых конструкций (в том числе пространственных) с использованием сертифицированных вычислительных комплексов как идеализированных систем в предположении упругих деформаций стали по недеформированной схеме.
5.2.5 Рассматриваются следующие расчетные модели несущих конструкций:
- отдельные конструктивные элементы (например, растянутые и сжатые стержни, балки, стойки и колонны сплошного сечения и др.);
- плоские или пространственные системы, закрепленные от перекоса (рисунок 1, ); расчет таких конструкций может быть выполнен путем расчета отдельных элементов с учетом их взаимодействия между собой и с основанием;
- плоские или пространственные системы, не закрепленные от перекосов (рисунок 1, б); при расчете таких конструкций наряду с проверкой отдельных элементов следует учитывать возможность достижения предельного состояния системы в целом;
- листовые конструкции (оболочки вращения).
Рисунок 1 - Схемы систем, закрепленных () и не закрепленных (б) от перекоса
5.2.6 Элементы конструкций, рассматриваемые в настоящем Своде правил, подразделяются на три класса в зависимости от напряженно-деформированного состояния (НДС) расчетного сечения:
1-й класс - НДС, при котором напряжения в сечении не превышают расчетного сопротивления стали2-й класс - НДС, при котором в одной части сечения , (упругопластическая работа сечения);
3-й класс - НДС, при котором по всей площади сечения5.2.7 Для элементов, ослабленных отверстиями для болтовых соединений, кроме фрикционных, при расчетах на прочность и усталость принимают сечения нетто (), а на устойчивость и жесткость - сечения брутто ().
Для элементов с фрикционными соединениями при расчетах на усталость, устойчивость и жесткость принимают сечение брутто (), а при расчете на прочность - расчетное сечение () с учетом сил трения.
5.3 УЧЕТ НАЗНАЧЕНИЯ И УСЛОВИЙ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИЙ
5.3.1 При расчете конструкций и соединений учитывают:
коэффициенты надежности по ответственности , принимаемые согласно требованиям обязательного приложения 7* "Учет ответственности зданий и сооружений" к СНиП 2.01.07;
коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению =1,3 для элементов конструкций, рассчитываемых на прочность с использованием расчетных сопротивлений ;
коэффициент надежности по устойчивости =1,3 для стержневых конструкций, рассчитываемых как идеализированные пространственные системы с использованием сертифицированных вычислительных комплексов (согласно 5.2.4), на него следует умножать значения расчетных нагрузок;
коэффициенты условий работы элементов конструкций и соединений , и , принимаемые по таблице 1, а также согласно требованиям разделов 8, 15, 17, 18, 19 настоящего Свода правил.
Коэффициент условий работы
Балки сплошного сечения и сжатые элементы ферм перекрытий под залами театров, клубов, кинотеатров, под трибунами, под помещениями магазинов, книгохранилищ и архивов и т.п. при временной нагрузке, не превышающей вес перекрытий
Колонны общественных зданий и опор водонапорных башен
Колонны одноэтажных производственных зданий с мостовыми кранами
Сжатые основные элементы (кроме опорных) решетки составного таврового сечения из двух уголков в сварных фермах покрытий и перекрытий при расчете на устойчивость указанных элементов с гибкостью
Растянутые элементы (затяжки, тяги, оттяжки, подвески) при расчете на прочность по неослабленному сечению
Элементы конструкций из стали с пределом текучести до 440 Н/м, несущие статическую нагрузку, при расчете на прочность по сечению, ослабленному отверстиями для болтов (кроме фрикционных соединений)
Сжатые элементы решетки пространственных решетчатых конструкций из одиночных уголков, прикрепляемых одной полкой (для неравнополочных уголков большой полкой):
непосредственно к поясам сварными швами либо двумя болтами и более, поставленными вдоль уголка:
раскосы по рисунку 13,
распорки по рисунку 13, б, в, е
раскосы по рисунку 13, в, г, д, е
непосредственно к поясам одним болтом или через фасонку независимо от вида соединения
Сжатые элементы из одиночных уголков, прикрепляемых одной полкой (для неравнополочных уголков меньшей полкой), за исключением элементов плоских ферм из одиночных уголков и элементов, указанных в позиции 6 настоящей таблицы, раскосов по рисунку 13, б, прикрепляемых непосредственно к поясам сварными швами либо двумя болтами и более, поставленными вдоль уголка
Опорные плиты из стали с пределом текучести до 390 Н/мм, несущие статическую нагрузку, толщиной, мм:
2 При расчете на прочность по сечению, ослабленному отверстиями для болтов, коэффициенты, приведенные в позициях 6 и 1, 6 и 2, 6 и 3, учитывают совместно.
3 При расчете опорных плит коэффициенты, приведенные в позициях 9 и 2, 9 и 3, учитывают совместно.
4 Коэффициенты, приведенные в позициях 1 и 2, учитывают при расчете соединений рассматриваемых элементов.
5 В случаях, не оговоренных в настоящем Своде правил, в формулах принимают =1.
Расчет железобетонных конструкций по 2-ой группе предельных состояний. Основные положения расчета.
Метод расчета конструкций по предельным состояниям является дальнейшим развитием метода расчета по разрушающим усилиям. При расчете по этому методу четко устанавливают предельные состояния конструкций и используют систему расчетных коэффициентов, введение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов. Прочность сечений определяют по стадии разрушения, но безопасность работы конструкции под нагрузкой оценивают не одним синтезирующим коэффициентом запаса, а указанной системой расчетных коэффициентов. Конструкции, запроектированные и рассчитанные по методу предельного состояния, получаются несколько экономичнее.
Две группы предельных состояний
Предельными считаются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т.е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или местные повреждения.
Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности (первая группа); по пригодности к нормальной эксплуатации (вторая группа).
Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:
образование чрезмерного и продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации они допустимы);
чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний).
Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов или частей выполняют для всех этапов: изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. При этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям и каждому из перечисленных этапов.
Предельные состояния второй группы
Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси элементов, при действии многократно повторяющихся нагрузок выполняют исходя из тех же основных положений, что и расчет на выносливость (за исключением ограничений по учету площади бетона растянутой зоны), но по расчетному сопротивлению бетона осевому растяжению, принимаемому для второй группы предельных состояний:
Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси элементов, выполняют в предположении, что: при многократно повторяющихся нагрузках образование этих трещин может привести и к исчерпанию несущей способности. При этом расчетное сопротивление бетона Rbt и Rb принимают с коэффициентом ,.
Конструктивные меры по уменьшению вибрации должны быть направлены на возможное перемещение источника вибрации, уравновешивание машины и т. п. или же на изменение частоты свободных колебаний элементов. Последнее может быть достигнуто изменением жесткости элементов, схемы конструкции или размеров про- лета. Если требуется увеличить частоту свободных колебаний, то следует повысить жесткость элемента. При этом снижается коэффициент динамичности и уменьшается статический прогиб. Переход от свободно опертой балки к балке с упругозаделанными концами повышает частоту свободных колебаний почти в 2 раза; добавление новых связей и повышение статической неопределимости всегда влияет на частоту свободных колебаний конструкции и аналогичны повышению жесткости. Изменение размера пролета конструкции в меньшую сторону приводит к увеличению частоты свободных колебаний.
Одной из наиболее эффективных мер борьбы с колебаниями конструкций является виброизоляция машин и установок: активная, состоящая в изоляции возбудителей колебаний и уменьшении динамических нагрузок, передающихся машиной на конструкцию; пассивная, предусматривающая защиту приборов и оборудования, чувствительных к вибрациям, от колебаний несущих конструкций, на которых они находятся. Виброизоляторами служат системы подвесных стержней, стальных пружин, резиновых прокладок и т. п. Расчет и проектирование виброизоляции выполняют согласно Инструкции по проектированию и расчету виброизоляции машин с динамическими нагрузками и оборудования, чувствительного к вибрации.
Необходимо отметить, что устройство виброизоляции без расчета и неправильный выбор параметров виброизоляции могут привести не к снижению колебаний конструкции, а к их увеличению.
Основы расчета металлических конструкци по предельным состояниям. Виды предельных состояний. Нагрузки и воздействия
1.Метод расчета по предельным состояниям.При расчете по этому методу конструкция рассматривается в своем расчетном предельном состоянии. За расчетное предельное состояние принимается такое состояние конструкции, при котором она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, т. е. либо теряет способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает недопустимую деформацию или местное повреждение.
Для стальных конструкций установлено два расчетных предельных состояния:
первое расчетное предельное состояние, определяемое несущей способностью (прочностью, устойчивостью или выносливостью); этому предельному состоянию должны удовлетворять все стальные конструкции;
второе расчетное предельное состояние, определяемое развитием чрезмерных деформаций (прогибов и перемещений); этому предельному состоянию должны удовлетворять конструкции, в которых величина деформаций может ограничить возможность их эксплуатации.
Первое расчетное предельное состояние выражается неравенством
Установленные нормами (СНиП) наибольшие величины нагрузок, допускаемые при нормальной эксплуатации конструкций, называются нормативными нагрузками Рн (смотрите приложение I, Нагрузки и коэффициенты прегрузки).
Расчетные нагрузки Р, на которые рассчитывается конструкция (по предельному состоянию), принимаются несколько больше нормативные. Расчетная нагрузка определяется, как произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки n (больший единицы), учитывающий опасность превышения нагрузки по сравнению с ее нормативным значением вследствие возможной изменчивости нагрузки:
Правая часть основного уравнения (1.I) — несущая способность конструкции Ф — зависит от предельного сопротивления материала силовым воздействиям, характеризуемого механическими свойствами материала и называемого нормативным сопротивлением Rн, а также от геометрических характеристик сечения (площади сечения F, момента сопротивления W и т. п.).
Для строительной стали нормативное сопротивление принято равным пределу текучести,
За расчетное сопротивление стали R принимают напряжение, равное нормативному сопротивлению, умноженному на коэффициент однородности k (меньший единицы), учитывающий опасность снижения сопротивления материала по сравнению с нормативным его значением вследствие изменчивости механических свойств материала
Для обычных малоуглеродистых сталей k = 0,9, а для сталей повышенного качества (низколегированные) k = 0,85.
Таким образом, расчетное сопротивление R — это напряжение, равное наименьшему возможному значению предела текучести материала, которое и принимается для конструкции как предельное.
Кроме того, для безопасности сооружения должны быть учтены все возможные отклонения от нормальных условий, вызванные особенностями работы конструкции (например, условия, способствующие появлению повышенной коррозии и т. п.). Для этого вводится коэффициент условий работы m, который для большинства конструкций и соединений принимается равным единице (смотрите Коэффициенты условий работы mприложение).
Таким образом, основное расчетное уравнение (1.I) будет иметь следующий вид:
при проверке конструкции на прочность при действии осевых сил или моментов
где N и M — расчетные осевые силы или моменты от расчетных нагрузок (с учетом коэффициентов перегрузки); Fнт — площадь сечения нетто (за вычетом отверстий); Wнт — момент сопротивления сечения нетто (за вычетом, отверстий);
при проверке конструкции на устойчивость
Обычно при расчете намеченной конструкции сначала подбирают сечение элемента и потом проверяют напряжение от расчетных усилий, которое не должно превышать расчетного сопротивления, умноженного на кoэффициeнт условий работы.
Поэтому наряду с формулами вида (4.I) и (5.I) будем записывать эти формулы в рабочем виде через расчетные напряжения, например:
при проверке на прочность
при проверке на устойчивость
где σ — расчетное напряжение в конструкции (от расчетных нагрузок).
Коэффициенты φ и φб в формулах (8.I) и (9.I) правильнее записывать в правой части неравенства, как коэффициенты, снижающие расчетные сопротивления до критических напряжений. И только в целях удобства ведения расчета и сравнения результатов они записываются в знаменателе левой части этих формул.
2.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПРЕДЕЛЬНОМ СОСТОЯНИИ
Под предельным состоянием конструкции понимают такое ее состояние, при котором она теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям.
Различают три вида предельных состояний: а) по несущей способности (прочности, устойчивости и усталости). При достижении этого состояния конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает такие остаточные изменения, при которых она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям; б) по развитию чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок, при которых в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются необратимые деформации или колебания чрезмерной амплитуды, так что конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям; в) по образованию и развитию трещины, когда в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются крупные трещины, вследствие чего дальнейшая эксплуатация конструкции становится невозможной (потеря требуемой водонепроницаемости, опасность коррозии из-за повреждения отделочного слоя и т. п.).
3. Нагрузки и воздействия.
Классификация и характеристика нагрузок и воздействий.
По времени действия нагрузки и воздействия относятся к постоянным (когда направление,место и время их приложения можно считать неизменными), временным длительным и кратковременным (нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать) и особым.
К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся: вес постоянных частей зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения.
К временным длительным нагрузкам и воздействиям относятся: вес стационарного оборудования; вес жидкостей и сыпучих материалов в емкостях; давление газов и жидкостей в резервуарах, газгольдерах и трубопроводах; нагрузка на перекрытия складов, библиотек, архивов и подобных помещений, длительные температурные технологические воздействия и т. п.
К кратковременным нагрузкам и воздействиям относятся: атмосферные - снеговые, ветровые, гололедные нагрузки и температурные климатические воздействия; нагрузки от подъемно-транспортного оборудования; нагрузки на перекрытия жилых и промышленных зданий от массы людей, мебели и подобного легкого оборудования; ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования; нагрузки и воздействия, возникающие при перевозке строительных конструкций, монтаже и перестановке оборудования и т. п.
К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки и воздействия, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резкими нарушениями технологического процесса; воздействия просадок основания, обусловленных коренным изменением структуры грунтов (деформаций просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании, просадка грунтов в районах горных выработок и карстовых районах).
1) Нормативные нагрузки.
Характеристиками нагрузок являются их нормативные значения, принимаемые на основе статистических данных или по номинальному значению.
Постоянные нагрузки и воздействия. Нормативные значения нагрузок от массы конструкций определяются по данным стандартов и заводов-изготовителей или по размерам, устанавливаемым в процессе проектирования на основе опыта предыдущих проектировок и справочных материалов. Нагрузка от грунтов устанавливается в зависимости от вида грунта и его плотности. Нормативные воздействия предварительного напряжения конструкций устанавливают в процессе проектирования.
Временные длительные нагрузки и воздействия на перекрытия складских помещений, архивов, библиотек и т. п. принимают по СНиП; вес оборудования - по стандартам, каталогам или по проектному заданию; данные по газам, длительные температурные и другие впялей-ствия на конструкции устанавливают в зависимости от работы оборудования и указывают в проектных заданиях.
Кратковременные нагрузки и воздействия на перекрытия жилых и общественных зданий от массы людей, мебели и т. п., а также на перекрытия производственных площадок устанавливают в соответствии с действующими инструктивно - нормативными документами. Нагрузки от серийного подъемно-транспортного оборудования принимают по соответствующим стандартам, для индивидуального - по данным заводских паспортов.
2)Расчетные нагрузки и коэффициенты перегрузки (надежности по нагрузке).
Коэффициент п учитывает изменчивость нагрузок, зависящую от ряда факторов, вследствие случайных отступлений от заданных условий нормальной эксплуатации. Коэффициенты надежности по нагрузке устанавливают после обработки статистических данных наблюдений за фактическими нагрузками,- которые отмечены во время эксплуатации сооружений. Эти коэффициенты зависят от вида нагрузки, вследствие чего каждая нагрузка имеет свое значение коэффициента.
Коэффициенты перегрузки характеризуют только изменчивость нагрузок. Они не учитывают динамического воздействия нагрузки, которое характеризуется специальным коэффициентом динамичности, представляющим собой отношение наибольшего напряжения (прогиба) при динамическом воздействии к напряжению (прогибу) при статическом воздействии той же нагрузки. Коэффициенты не учитывают и перспективного возрастания нагрузки с течением времени, например возрастания временной нагрузки на подкрановые балки при изменении грузоподъемности кранов и т. п.
Нагрузки воздействуют на конструкции не раздельно, а в сочетании друг с другом.
Различают следующие сочетания нагрузок:
а) основные сочетания, состоящие из постоянных и временных длительных и кратковременных нагрузок и воздействий;
б) особые сочетания, состоящие из постоянных, временных длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.
Согласно главе СНиП П-6-74 "Нагрузки и воздействия", при расчете конструкций на основные сочетания, включающие только одну кратковременную нагрузку, коэффициент сочетания nc принимают равным единице. При расчете на основные сочетания, включающие не менее двух кратковременных нагрузок (воздействий), значения кратковременных нагрузок (воздействий) умножают на коэффициент сочетаний, равный 0,9.
При расчете конструкций и оснований на особые сочетания нагрузок и воздействий значения кратковременных нагрузок и воздействий или соответствующие им усилия умножают на коэффициент сочетания, равный 0,8 (кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования зданий и сооружений в сейсмических районах).
Две группы предельных состояний
Сущность метода расчета конструкций по предельным состояниям
Строительные конструкции должны, прежде всего, обладать достаточной надёжностью — т. е. способностью выполнять определённые функции в соответствующих условиях в течение определённого срока. Прекращение выполнения строительной конструкцией хотя бы одной из предусмотренных для неё функций называется отказом.
Таким образом, под отказом понимают возможность наступления такого случайного события, результатом которого являются социальные или экономические потери. Считается, что конструкция в момент, предшествующий отказу, переходит в предельное состояние.
Предельными называются такие состояния, при наступлении которых конструкция перестаёт удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, т. е. она теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам или получает недопустимые перемещения либо местные повреждения.
Причинами наступления в строительных конструкциях предельных состояний могут быть перегрузки, невысокое качество материалов, из которых они изготовлены, и другое.
Основное отличие рассматриваемого метода от прежних методов расчёта (расчет по допускаемым напряжениям) в том, что здесь чётко устанавливаются предельные состояния конструкций и вместо единого коэффициента запаса прочности k в расчёт вводится система расчётных коэффициентов, гарантирующих конструкцию с определённой обеспеченностью от наступления этих состояний при самых неблагоприяных (но реально возможных) условиях. В настоящее время этот метод расчета принят в качестве основного официального.
Железобетонные конструкции могут потерять необходимые эксплуатационные качества по одной из двух причин:
1. В результате исчерпания несущей способности (разрушение материала в наиболее нагруженных сечениях, потери устойчивости отдельных элементов или всей конструкцией в целом);
2. В следствии чрезмерных деформаций (прогибов, колебаний, осадок), а также из-за образования трещин или чрезмерного их раскрытия.
В соответствии с указанными двумя причинами, которые могут вызвать потерю эксплуатационных качеств конструкций, нормами установлены две группы их предельных состояний:
- по несущей способности (первая группа);
- по пригодности к нормальней эксплуатации (вторая группа).
Задачей расчёта является предотвращение наступления в рассматриваемой конструкции любого предельного состояния в период изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации.
Расчёты по предельным состояниям первой группы должны обеспечивать в период эксплуатации конструкции и для других стадий работы её прочность, устойчивость формы, устойчивость положения, выносливость и др.
Расчёты по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить в период эксплуатации конструкции и на других стадиях её работы чрезмерное по ширине раскрытие трещин, приводящее к преждевременной коррозии арматуры, или их образованиие, а также чрезмерные перемещения.
Расчётные факторы
Это нагрузки и механические характеристики материалов (бетона и арматуры). Они обладают статистической изменчивостью или разбросом значений. В расчётах по предельным состояниям учитывают (в неявной форме) изменчивость нагрузок и механических характеристик материалов, а также различные неблагоприятные или благоприятные условия работы бетона и арматуры, условия изготовления и эксплуатации элементов зданий и сооружений.
Нагрузки, механические характеристики материалов и расчётные коэффициенты нормированы. При проектировании железобетонных конструкций значения нагрузок, сопротивлений бетона и арматуры устанавливают по главам СНиП 2.01.07-85* и СП 52-101-2003.
Классификация нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки
Нагрузки и воздействия на здания и сооружения в зависимости от продолжительности их действия делят на постоянные и временные. Последние, в свою очередь, подразделяются на длительные, кратковременные и особые.
Постоянными нагрузками являются вес несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения железобетонных конструкций.
К временным длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования на перекрытиях — станков, аппаратов, двигателей, ёмкостей и т. п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в ёмкостях; нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях; температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях и др.
К временным кратковременным нагрузкам относятся: вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветровые нагрузки, нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций и некоторые др.
К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования и т. п.
Нагрузки в соответствии со СНиП 2.01.07-85* делятся также на нормативные и расчётные.
Нормативными называются нагрузки или воздействия близкие по величине к наибольшим возможным при нормальной эксплуатации зданий и сооружений. Их значения приводятся в нормах.
Изменчивость нагрузок в неблагоприятную сторону оценивают коэффициентом надёжности по нагрузке γf.
Расчётное значение нагрузки gдля расчёта конструкции на прочность или устойчивость определяется путём умножения её нормативного значения g п на коэффициент γf, обычно больший 1
Значения дифференцированы в зависимости от характера нагрузок и их величины. Так, например, при учёте собственного веса бетонных и железобетонных конструкций = 1,1; при учёте собственного веса различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполняемых в заводских условиях, = 1,2, а на строительной площадке = 1,3. Коэффициенты надёжности по нагрузке для равномерно распределённых нагрузок следует принимать:
1,3 — при полном нормативном значении менее 2 кПа (2 кН/м 2 );
1,2 — при полном нормативном значении 2 кПа (2 кН/м 2 ) и более. Коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса при расчёте конструкции на устойчивость положения против всплытия, опрокидывания и скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, принимают равным 0,9.
Расчёты по предельным состояниям второй группы ведут по нормативным нагрузкам или по расчётным, взятым с γf= 1.
Здания и сооружения подвергаются одновременному действию различных нагрузок. Поэтому расчёт здания или сооружения в целом, либо отдельных его элементов, должен выполняться с учётом наиболее неблагоприятных сочетаний этих нагрузок или усилий, вызванных ими. Неблагоприятные, но реально возможные сочетания нагрузок при проектировании выбираются в соответствии с рекомендациями СНиП 2.01.07-85*.
В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают сочетания:
- основные, включающие постоянные, длительные и кратковременные нагрузки
ψ – коэффициент сочетаний (если учитывается 1 кратковременная нагрузка, то ψ1 = ψ2 =1,0, если в сочетание входят 2 и более кратковременных нагрузок, то ψ1 = 0,95, ψ2 = 0,9);
- особые, включающие дополнительно к постоянным, длительным и кратковременным нагрузкам особую нагрузку (ψ1 = 0,95, ψ2 = 0,80).
Достижение предельного состояния второй группы металлические конструкции
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно
____________________________________________________________________
Текст Сравнения СП 16.13330.2017 с СП 16.13330.2011 см. по ссылке;
Текст Сравнения СП 16.13330.2011 со СНиП II-23-81* см. по ссылке.
- Примечания изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________
Дата введения 2011-05-20
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛИ: ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко - институт ОАО "НИЦ "Строительство", ЦНИИПСК им.Мельникова и др.
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 27 декабря 2010 г. N 791 и введен в действие с 20 мая 2011 г.
Информация об изменениях к настоящему актуализированному своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет
ВНЕСЕНЫ правки на основании информации об опечатках, опубликованной в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 6, 2011 г.
Правки внесены изготовителем базы данных
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных
Настоящий свод правил составлен с целью повышения уровня безопасности людей в зданиях и сооружениях и сохранности материальных ценностей в соответствии с Федеральным законом от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", повышения уровня гармонизации нормативных требований с европейскими и международными нормативными документами, применения единых методов определения эксплуатационных характеристик и методов оценки.
Актуализация СНиП II-23-81* выполнена следующим авторским коллективом: Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им.В.А.Кучеренко (ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко) - институт ОАО "НИЦ "Строительство" в составе специалистов: д-ра техн. наук И.И.Ведяков, П.Д.Одесский, П.Г.Еремеев, кандидаты техн. наук Г.Е.Бельский, Л.А.Гильденгорн, М.И.Гукова, Б.Н.Решетников, Ю.Н.Симаков, М.Р.Урицкий, М.И.Фарфель, Б.С.Цетлин, инженеры А.П.Лавров, Л.С.Сошникова; Электростальский политехнический институт МИСиС (д-р техн. наук, проф. В.И.Моисеев); ЦНИИПСК им.Мельникова: д-р техн. наук, проф. чл.-корр. РААСН А.Б.Павлов, д-р техн. наук В.М.Горицкий, кандидаты техн. наук В.В.Евдокимов, Е.М.Баско, инженеры Г.Р.Шеляпина, М.М.Ефремов, В.И.Мейтин, В.М.Бабушкин; МГСУ (д-р техн. наук А.Р.Туснин); СПбГАСУ (д-р техн. наук Г.И.Белый); ЮФУ (канд. техн. наук Б.А.Пушкин), Челябинский ЗМК (инж. А.В.Гайдамако); "Институт Теплоэлектропроект" - ОАО "Инженерный центр ЕЭС" (инж. И.К.Вишницкий).
1.1 Настоящие правила следует соблюдать при проектировании стальных строительных конструкций зданий и сооружений различного назначения, работающих при температуре не выше 100°С и не ниже минус 60°С.
Нормы не распространяются на проектирование стальных конструкций мостов, транспортных тоннелей и труб под насыпями.
1.2 При проектировании конструкций, находящихся в особых условиях эксплуатации (например, конструкций доменных печей; магистральных и технологических трубопроводов; резервуаров специального назначения; конструкций зданий, подвергающихся сейсмическим воздействиям, интенсивным воздействиям температуры, радиации, агрессивных сред; конструкций гидротехнических и мелиоративных сооружений), конструкций уникальных зданий и сооружений, зданий атомных электростанций, а также специальных видов конструкций (например, предварительно напряженных, пространственных, висячих), следует соблюдать дополнительные требования, предусмотренные соответствующими нормативными документами, в которых отражены особенности работы этих конструкций.
Перечень нормативных документов и стандартов, на которые имеются ссылки в настоящих нормах, приведен в приложении А.
Примечание - При пользовании настоящим СП целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национальных органов Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим СП следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
В настоящем своде правил применены термины по ГОСТ 2601, ГОСТ Р ИСО 857-1, ГОСТ Р ИСО 17659 и ГОСТ 28548.
4 Общие положения
4.1 Основные требования к конструкциям
4.1.1 При проектировании стальных строительных конструкций следует:
принимать конструктивные схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом и их отдельных элементов при транспортировании, монтаже и эксплуатации;
соблюдать требования СП 28.13330 в части защиты строительных конструкций от коррозии и требования [1];
стальные конструкции следует проектировать и возводить с учетом их огнестойкости, а также соблюдать их огнезащиту в соответствии с СП 2.13130;
увеличение толщины проката и стенок труб с целью защиты от коррозии и повышения предела огнестойкости конструкций допускается только при технико-экономическом обосновании;
соблюдать требования государственных стандартов и других нормативных документов на конструкции соответствующего вида; при необходимости выполнять расчет точности размеров конструкций и их элементов согласно нормативным документам;
Не допускается использование восстановленных (т.е. бывших в употреблении и выведенных из первичной эксплуатации или прошедших комплекс диагностических и восстановительных работ) стальных труб, профилей, балок, листов, полос, свай, шпунтов и других видов металлоконструкций предусматривать в проектной и рабочей документации на строительство, реконструкцию и капитальный ремонт зданий и сооружений повышенного и нормального уровня ответственности без заключения специализированной научной организации.
4.1.2 Открытые конструкции, не замурованные в бетоне или в кирпичной кладке и т.п., должны быть доступны для наблюдения, оценки технического состояния, выполнения профилактических и ремонтных работ, не должны задерживать влагу и затруднять проветривание. Замкнутые профили должны быть герметизированы.
4.1.3 Рабочие чертежи стальных конструкций должны соответствовать требованиям по изготовлению (СП 53-101) и монтажу конструкций (СП 70.13330).
В рабочих чертежах конструкций (марок КМ и КМД) и в документации на заказ материалов следует указывать:
марки стали и дополнительные требования к ним, предусмотренные государственными стандартами или техническими условиями и настоящими нормами;
способ выполнения сварных соединений, вид и режим сварки; типы, марки, диаметры электродов и материалов для автоматической и механизированной сварки, положение шва при сварке, тип подкладки для стыковых швов;
классы прочности и точности болтов;
способ подготовки контактных поверхностей для фрикционных соединений;
расположение и размеры сварных, болтовых и фрикционных соединений с указанием выполнения их в заводских или монтажных условиях и, при необходимости, последовательность наложения швов и установки болтов;
способы и объем контроля качества;
требования к защите конструкций от коррозии.
4.2 Основные расчетные требования
4.2.1 Стальные конструкции и их расчет должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 54257.
Расчет стальных конструкций следует выполнять с учетом назначения конструкций, условий их изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации, а также свойств материалов.
В расчетных схемах должны быть учтены деформационные характеристики опорных закреплений, оснований и фундаментов.
4.2.2 При расчете конструкций значения нагрузок и воздействий, а также предельные значения прогибов и перемещений элементов конструкций следует принимать согласно требованиям СП 20.13330, СП 43.13330 и разделов 16 и 17 настоящих норм.
4.2.3 За расчетную температуру в районе строительства следует принимать температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98, определенную согласно СП 131.13330.
Расчетная технологическая температура устанавливается заданием на разработку строительной части проекта.
4.2.4 Расчетные схемы и основные предпосылки расчета должны отражать действительные условия работы стальных конструкций.
Рассматриваются следующие расчетные модели несущих конструкций:
отдельные конструктивные элементы (например, растянутые и сжатые стержни, балки, стойки и колонны сплошного сечения и др.);
плоские или пространственные системы, раскрепленные (несвободные - рисунок 1, а); систему следует считать раскрепленной, если конструкция раскрепления не менее чем в 5 раз уменьшает горизонтальные перемещения системы; расчет таких конструкций может быть выполнен путем расчета отдельных элементов с учетом их взаимодействия между собой и с основанием;
плоские или пространственные системы, нераскрепленные (свободные - рисунок 1, б); при расчете таких конструкций, наряду с проверкой отдельных элементов, следует учитывать возможность достижения предельного состояния системы в целом;
листовые конструкции (оболочки вращения).
Рисунок 1 - Схемы систем раскрепленных (а) и не раскрепленных от перемещений (б)
4.2.5 Пространственные стальные конструкции следует, как правило, рассчитывать как единые системы с учетом факторов, определяющих напряженное и деформированное состояние, особенности взаимодействия элементов конструкций между собой и с основанием, геометрической и физической нелинейности, свойств материалов и грунтов.
Допускается выполнять проверку устойчивости стержневых конструкций (в том числе пространственных) с использованием сертифицированных вычислительных комплексов как идеализированных систем в предположении упругих деформаций стали.
4.2.6 Оценку общей устойчивости каркаса допускается производить по недеформированной схеме для каркасов рамной (с жесткими узлами ригелей с колоннами), рамно-связевой (рамный каркас с вертикальными диафрагмами жесткости или жесткими вставками) или связевой (безригельный каркас или с нежесткими узлами ригелей с колоннами) систем, которые имеют в своем составе продольные и поперечные рамы и связи, установленные в соответствии с 15.4 настоящих норм.
В рамно-связевой или в связевой системах, когда узлы связевого блока не совпадают с узлами каркаса, расчет следует выполнять по деформированной схеме (с учетом геометрической нелинейности системы).
4.2.7 Элементы конструкций, рассматриваемые в настоящих нормах, подразделяются на три класса в зависимости от напряженно-деформированного состояния (НДС) расчетного сечения:
1-й класс - НДС, при котором напряжения по всей площади сечения не превышают расчетного сопротивления сталиЧитайте также: