Tema 3. Calculul structurilor metalice prin metoda limitei
state
Conceptul de stări limită ale structurilor; situatii calculate. Calculul structurilor pentru prima grupă de stări limită. Calculul structurilor pentru al doilea grup de state. Rezistențe standard și de proiectare
Toate structurile clădirilor, inclusiv cele metalice, sunt în prezent calculate folosind metoda stării limită. Metoda se bazează pe conceptul de stări limită ale structurilor. Prin limitare înțelegem astfel de stări în care structurile nu mai îndeplinesc cerințele impuse acestora în timpul exploatării sau în timpul construcției, specificate în conformitate cu scopul și responsabilitatea structurilor.
ÎN structuri metalice Există două grupe de stări limită:
Stări limită ale primului grup caracterizat prin pierderea capacității portante și inadecvarea completă a structurilor pentru utilizare. Stările limită ale primului grup includ:
Eșec de orice natură (ductil, casant, oboseală);
Pierderea generală a stabilității formei;
Pierderea stabilității poziției;
Tranziția structurii într-un sistem variabil;
modificarea configurației calitative;
Dezvoltarea deformațiilor plastice, deplasări excesive ale îmbinărilor
Depășirea limitelor primului grup de stări limită înseamnă o pierdere completă a operabilității structurii.
Stări limită ale celui de-al doilea grup caracterizat prin neadecvare pentru funcționarea normală din cauza apariției unor mișcări inacceptabile (deformații, unghiuri de rotație, vibrații etc.), precum și deschiderea inacceptabilă a fisurilor (pentru structuri din beton armat).
În conformitate cu standardele actuale la calcul structuri de construcție se realizează două situații de proiectare: de urgență și stabilă.
Calculul pentru primul grup de stări limită are ca scop prevenirea unei situații de proiectare de urgență care poate apărea nu mai mult de o dată pe toată durata de viață a structurii.
Calculul pentru a doua grupă de stări limită caracterizează situația de proiectare constantă corespunzătoare condițiilor standard de funcționare.
Calculul unui proiect care vizează prevenirea stărilor limită ale primului grup (situație de proiectare de urgență) este exprimat prin inegalitatea:
N ≤ Ф (3.1)
Unde N– forța în elementul luat în considerare ( forță longitudinală, moment încovoietor, forță tăietoare)
F– capacitatea portantă a elementului
Într-o situație de proiectare de urgență, forța N depinde de sarcina maximă de proiectare F m, determinată de formula:
F m = F 0 ∙ g fm
Unde F 0
g fm- coeficient de fiabilitate pentru valoarea maximă a sarcinii, ținând cont de posibila abatere a sarcinii într-o direcție nefavorabilă. Valoarea caracteristică a sarcinii F 0și coeficient g fm determinat de valorile DBN.
La calcularea sarcinilor, de regulă, se ia în considerare coeficientul de fiabilitate în scopul structurii g n, in functie de gradul de responsabilitate al structurii
F m = F 0 ∙ g fm ∙ g n
Valoarea coeficientului g n sunt date în tabel. 3.1
Tabelul 3.1 Factori de fiabilitate în funcție de scopul structurii g n
| Clasa de obiecte | Gradul de responsabilitate | Exemple de obiecte | g n |
| eu | Semnificație economică și (sau) socială națională deosebit de importantă | Cladirile principale ale centralelor termice, unitati centrale de furnal, cosuri de peste 200 m inaltime, turnuri de televiziune, spatii sportive acoperite, teatre, cinematografe, gradinite, spitale, muzee. | |
| II | Importantă semnificație economică și (sau) socială națională | Obiecte neincluse în clasele I și III | 0,95 |
| III | Semnificație economică și socială națională limitată | Depozite fără procese de sortare și ambalare pentru depozitarea produselor agricole, îngrășăminte, chimicale, turbă etc., sere, clădiri rezidențiale cu un etaj, turnuri de comunicații și iluminat, garduri, clădiri și structuri temporare etc. | 0,9 |
Partea dreaptă a inegalității (3.1) poate fi reprezentată ca
Ф = SR y g c(3.2)
Unde Ry- rezistența de proiectare a oțelului, stabilită prin limita de curgere, S- caracteristicile geometrice ale secțiunii (sub tensiune sau compresiune - aria secțiunii transversale O, la încovoiere – moment de rezistență W etc.),
g c- coeficientul condițiilor de funcționare a structurii, ale cărui valori
SNiP-urile sunt stabilite și sunt date în tabel. A 1 anexa A.
Înlocuind valoarea (3.2) în formula (3.1), obținem
N ≤ SR y g c
Pentru elemente intinse cu S=A
N ≤ AR y g c
Împărțirea părților stânga și dreaptă ale inegalității în O, obţinem condiţia de rezistenţă pentru elementul de tracţiune
Pentru elementele pliabile când S=W
M ≤ WR y g c
Starea de rezistență a unui element de încovoiere
Formula pentru verificarea stabilității unui element comprimat
Când se calculează structuri care funcționează sub sarcini repetate (de exemplu, când se calculează grinzi de macara) pentru determinarea forțelor, se utilizează o sarcină de proiectare ciclică, a cărei valoare este determinată de formula
F c = F 0 g fc g n
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii macaralei;
g fc- coeficient de fiabilitate bazat pe valoarea de proiectare ciclică a sarcinii macaralei
Calculul structurilor de oțel care vizează prevenirea stărilor limită ale celui de-al doilea grup este exprimat prin inegalitate
d ≤ [d], (3.3)
Unde d- deformaţii sau mişcări ale structurilor ce decurg din valoarea de proiectare operaţională a sarcinilor; pentru a determina, puteți utiliza metode de mecanică structurală (de exemplu, metoda lui Mohr, parametri inițiali);
[d] - deformatii sau deplasari maxime stabilite prin standarde.
Valoarea de proiectare operațională a sarcinii caracterizează condițiile normale de funcționare și este determinată de formulă
F l = F 0 g f e g n
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii,
g f e- factor de fiabilitate pentru sarcina de proiectare operațională.
Pentru elementele de îndoire (grinzi, ferme), deformarea relativă este normalizată f/l, Unde f- deformare absolută, l- deschiderea fasciculului.
Formula de verificare a rigidității unei grinzi pe două suporturi are forma
(3.4)
unde este deviația relativă maximă;
pentru faza lungă = 1/400,
pentru grinzi de podea = 1/250,
q e- valoarea de proiectare operațională a sarcinii, determinată de formulă
q e = q 0 g fe g n
Valoarea caracteristică a sarcinii q eși coeficientul de fiabilitate pentru sarcina de proiectare operațională g fe sunt acceptate conform instructiunilor standardelor.
Al doilea grup de stări limită include și calcule pentru rezistența la fisuri în structurile din beton armat.
Unele materiale, de exemplu, materialele plastice, se caracterizează prin fluaj - instabilitatea deformărilor în timp. În acest caz, verificarea rigidității structurale trebuie efectuată ținând cont de fluaj. În astfel de calcule, se utilizează o sarcină de proiectare cvasi-constantă, a cărei valoare este determinată de formula:
F p = F 0 g fp g n
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii cvasi-constante;
g fp- factor de siguranță pentru sarcina de proiectare cvasi-constantă.
În structurile metalice, există două tipuri de rezistență de proiectare: R:
- Ry- rezistenta de proiectare stabilita prin limita de curgere si utilizata in calcule presupunand functionarea elastica a materialului;
- R u- rezistența de proiectare stabilită prin rezistența finală și utilizată în calculele structurilor în care sunt admise deformații plastice semnificative.
Rezistenta de proiectare RyŞi R u sunt determinate de formulele:
R y = R yn /g mŞi R u = R un /g m
în care RynŞi Fugi- rezistente standard, respectiv egale
Ryn = s m
R un = s in
Unde s m - stresul de randament,
s in- rezistența finală (rezistența la tracțiune) a materialului;
g m- coeficientul de fiabilitate al materialului, luând în considerare variabilitatea proprietăților materialului și caracterul selectiv al probelor de testare prin definiție s mŞi s in, precum și factorul de scară - caracteristici mecanice sunt determinate pe eșantioane mici sub tensiune uniaxială de scurtă durată, în timp ce metalul lucrează timp îndelungat în structuri de dimensiuni mari.
Valoarea rezistențelor standard Ryn = s mŞi R un = s in, precum și valorile coeficientului g m sunt stabilite statistic. Rezistențele standard au o probabilitate statistică de cel puțin 0,95, adică în 95 de cazuri din 100 s mŞi s in nu vor fi mai mici decât valorile specificate în certificat. Factor de fiabilitate în funcție de material g m stabilit pe baza analizei curbelor de distribuție a rezultatelor testelor de oțel. Valorile acestui coeficient în funcție de GOST sau de specificațiile pentru oțel sunt date în tabel. 2 SNiP. Valorile acestui coeficient variază de la 1,025 la 1,15.
de reglementare RynŞi Fugi si decontare RyŞi R u rezistenta pentru diferite mărci otel in functie de tipul de produs laminat (tabla sau stil) si grosimea acestuia sunt prezentate in tabel. 51 SNiP. Calculele folosesc, de asemenea, rezistența calculată la forfecare R s =0,58Ry, a mototoli R p = R u etc.
Rezistențele standard și calculate pentru unele dintre cele mai frecvent utilizate clase de oțel sunt date în tabel. 3.2.
Tabelul 3.2. Rezistențe standard și de proiectare ale oțelului conform
GOST 27772-88.
| Oţel | Masa de inchiriere | Rezistență standard, MPa, laminată | Rezistență de proiectare, MPa, laminată | ||||||
| cu frunze | în formă | cu frunze | în formă | ||||||
| Ryn | Fugi | Ryn | Fugi | Ryn | Fugi | Ryn | Fugi | ||
| S235 | 2-20 2-40 | ||||||||
| S245 | 2-20 2-30 | - | - | - | - | ||||
| S255 | 4-10 10-20 20-40 | ||||||||
| S275 | 2-10 10-20 | ||||||||
| S285 | 4-10 10-20 | ||||||||
| S345 | 2-10 20-20 20-40 | ||||||||
| S345 | 4-10 | ||||||||
| S375 | 2-10 10-20 20-40 |
Astfel, în metoda stării limită, toate mărimile inițiale, de natură aleatorie, sunt reprezentate în standarde de anumite valori normative, iar influența variabilității lor asupra proiectării este luată în considerare de coeficienții de fiabilitate corespunzători. Fiecare dintre coeficienții introduși ține cont de variabilitatea unei singure valori inițiale (sarcina, condițiile de lucru, proprietățile materialului, gradul de responsabilitate al structurii). Acești coeficienți sunt adesea numiți parțiali, iar metoda de calcul bazată pe stări limită se numește metoda coeficienților parțiali în străinătate.
Literatură:, p. 50-52; Cu. 55-58.
Teste de autocontrol
I. Pierderea stabilității se referă la stările limită:
1. Grupa I;
2. Grupa II;
3. Grupa III.
II. Coeficient γm ia in considerare:
1. conditiile de functionare ale structurii;
3. variabilitatea sarcinii.
III. Rezistenta de proiectare Ry determinat de formula:
1. Ry = Ryn / γ m ;
2. Ry = Run / γ n ;
3. Ry = Run / γ c.
IV. Inadecvarea structurilor pentru funcționare este caracterizată de limită
stare noua:
1. Grupa I;
2. Grupa II;
3. Grupa III.
V. Coeficient γn ia in considerare:
1. Gradul de responsabilitate al structurii;
2. variabilitatea proprietăților materialelor;
3. variabilitatea sarcinii.
VI. Rezistenta de proiectare Ry set:
1. prin limita elastica;
2. prin limita de curgere;
3. prin rezistenţa la rupere.
VII. Coeficient γ fm utilizat pentru a determina sarcina de proiectare:
1. limită;
2. operațional
3. ciclic.
VIII. Calculele de stabilitate sunt efectuate ținând cont de sarcina de proiectare:
1. limită;
2. operațional
3.ciclice.
IX. Fractura fragilă se referă la stări limitative:
1. Grupa I;
2. Grupa II;
3. Grupa III.
X. Pentru clădirile rezidențiale cu un etaj, coeficientul γn accepta
1. y n = 1;
2. yn = 0,95;
3. y n = 0,9;
XI. Pentru clădirile deosebit de critice coeficientul γn accepta
1.y n = 1;
2.yn = 0,95;
3.y n = 0,9;
XII. Al doilea grup de stări limită include calculul:
1. pentru putere;
2. pentru rigiditate;
3. pentru stabilitate.
3.2 Clasificarea sarcinilor. Sarcina din greutatea structurii și a solului. Încărcări pe podele și acoperișuri ale clădirilor. Sarcina de zapada. Sarcina de vant. Combinații de încărcare .
În funcție de natura impactului, sarcinile sunt împărțite în: mecanice și nemecanice natură.
Sarcini mecanice (forțe aplicate structurii, sau deformații forțate) sunt luate în considerare direct în calcule.
Impacturi natură nemecanică , de exemplu, influența unui mediu agresiv este de obicei luată în considerare indirect în calcul.
În funcție de cauzele sarcinii și impactului, acestea sunt împărțite în:
Xia mai departe de bază Şi episodic.
În funcţie de variabilitatea în timp a încărcăturii şi de impactul compartimentării
sunt pornite permanent Şi variabile (temporar). Variabile (temporar)
sarcinile se împart în: pe termen lung; Pe termen scurt; episodic.
Baza pentru atribuirea sarcinilor este lor valori caracteristice.
Valorile de sarcină calculate sunt determinate prin înmulțirea caracteristicii
valori pentru factorul de fiabilitate a sarcinii, în funcție de tipul de sarcină
nia. În funcție de natura sarcinilor și de scopurile calculului, sunt utilizate patru tipuri de valori de proiectare - maxim; operațional; ciclic; cvasipermanentă.
Valorile lor sunt determinate în consecință de formulele:
F m = F 0 · γ f m · γ n ,(3.5)
F e = F 0 · γ f e · γ n ,(3.6)
F c = F 0 · γ f c · γ n ,(3.7)
F p = F 0 · γ f p · γ n ,(3.8)
Unde F 0– valoarea caracteristică a sarcinii;
γ f m , γ f e , γ f c , γ f p- factori de fiabilitate pentru sarcină;
γ n – coeficientul de fiabilitate în scopul structurii, luând în considerare
gradul de responsabilitate a acestuia (vezi Tabelul 3.1).
Greutatea structurilor portante și de închidere a clădirii;
Greutatea și presiunea solurilor (diguri, rambleuri);
Forța de la precomprimare în structuri.
Greutatea pereților despărțitori provizorii, cimentare, suporturi pentru echipamente;
Greutatea echipamentului staționar și umplerea acestuia cu lichide, vrac
Presiunea gazelor, lichidelor și corpurilor granulare în containere și conducte;
Încărcări pe podele din materiale depozitate în depozite, arhive etc.;
Efectele tehnologice ale temperaturii de la echipamente;
Greutatea stratului de apă în acoperiri umplute cu apă;
Greutatea sedimentului praf industrial;
Impacturi cauzate de deformarile bazei fara modificarea structurii
tranșee de sol;
Impactul cauzat de schimbările de umiditate, agresivitatea mediului,
contracția și curgerea materialelor.
încărcături de zăpadă;
Sarcini de vant;
încărcături de gheață;
Încărcături de la echipamentele mobile de ridicare și transport, inclusiv puterea
macarale și rulouri rulante;
Influențe climatice ale temperaturii;
Încărcături de la oameni, animale, echipamente de pe etajele rezidențiale și publice
cladiri rezidentiale si agricole;
Greutatea oamenilor, materiale de reparații în zona de întreținere a echipamentelor;
Sarcinile de la echipamente apărute la pornire, tranziție și
moduri de testare.
Impacturi seismice;
Efecte explozive;
Sarcini de urgență cauzate de încălcări proces tehnologic, de-
defectarea echipamentului;
Sarcini cauzate de deformarile bazei cu modificare radicala
structura solului (la înmuierea solurilor de tasare) sau tasarea acestuia
în zonele miniere şi zonele carstice.
Se determină valorile caracteristice și de proiectare ale sarcinilor episodice
special documente de reglementare.
Greutatea caracteristică a structurilor prefabricate trebuie determinată pe baza cataloagelor, standardelor, desenelor de lucru sau
datele pașapoartelor producătorilor. Pentru alte structuri (monolitice
beton armat, zidărie, pământ) valoarea greutății se determină în funcție de proiect
diferite dimensiuni și densități ale materialelor. Pentru densitatea betonului armat acceptat
ρ = 2500 kg/m 3,pentru oțel ρ = 7850 kg/m 3, Pentru zidărie ρ = 1800 kg/m3.
O sarcină moartă poate avea trei valori de proiectare:
Limită, determinată de formula:
F m = F 0 · γ f m · γ n ,
Operațional, determinat de formula:
F e = F 0 · γ f e · γ n ,
Cvasi-constantă, determinată de formula:
F p = F 0 · γ f p · γ n ,
În formulele date γn – coeficientul de fiabilitate pentru scopul propus
structuri (vezi tabelul (3.1). Valorile coeficientului de fiabilitate la limită
valoarea de încărcare γ f m acceptate conform tabelului 3.3. Valoarea factorului de fiabilitate bazată pe valoarea sarcinii operaționale γ f e se ia egal cu 1,
aceste γ f e = 1 ; egal 1 se accepta si valoarea coeficientului γ f p = 1, folosiți
utilizat pentru determinarea valorii de proiectare cvasi-constante a sarcinii aplicate
luate în considerare în calculele fluajului.
Tabelul 3.3 Valoarea coeficientului γ f m
Valorile din paranteze trebuie folosite la verificarea stabilității unei structuri împotriva răsturnării și în alte cazuri când reducerea greutății structurilor și a solurilor poate înrăutăți condițiile de funcționare ale structurii.
Tabelul 3.4 prezintă valorile caracteristice distribuite uniform
ny sarcini pe etajele rezidentiale si clădiri publice.
Continuarea tabelului 3.4.
Se determină valoarea operațională maximă a sarcinilor de podea
dupa formulele:
q m = q 0 · γ fm · γ n ,
q e = q 0 · γ fe · γ n .
Factori de siguranță pentru sarcina finală γ fm = 1,3 la q 0 < 2кН/м 2 ; la q 0≥ 2kN/m2 γ fm = 1,2 . Factorul de siguranță pentru sarcina operațională γfe = 1.
este o variabilă pentru care se stabilesc trei valori de proiectare: limită, operațională și cvasi-constante. Pentru calcule fără a lua în considerare proprietățile reologice ale materialului, se utilizează valorile maxime și operaționale de proiectare ale încărcăturii de zăpadă.Valoarea maximă calculată a încărcăturii de zăpadă pe proiecția orizontală
Raportul de acoperire este determinat de formula:
S m = S 0 · C · γ fm ,(3.9)
Unde S 0– valoarea caracteristică a încărcăturii de zăpadă, egală cu greutatea stratului de zăpadă pe 1 m 2 din suprafața pământului. Valori S 0 determinată în funcție de zona de zăpadă folosind harta de zonare sau Anexa E. Pe teritoriul Ucrainei au fost identificate șase regiuni de zăpadă; valoarea maximă a sarcinii caracteristice pentru fiecare dintre zonele de zăpadă este dată în Tabelul 3.5. Zaporozhye este situat în regiunea III de zăpadă.
Tabel 3.5.- Valori maxime ale încărcăturii caracteristice de zăpadă
| Zona de zapada | eu | II | III | IV | V | VI |
| S0, Pa |
Valori mai precise ale încărcăturii caracteristice de zăpadă pentru unii
orașele din Ucraina sunt prezentate în Tabelul A.3 din Anexa A.
Coeficient Cu în formula (3.9) este determinată de formula:
С = μ Ce Сalt,
Unde: Xie– coeficient ținând cont de modul de funcționare al acoperișului;
Сalt
μ - coeficientul de conversie din greutatea stratului de zăpadă de pe suprafața pământului
la sarcina de zăpadă de pe înveliș, în funcție de forma acoperișului.
Pentru clădirile cu acoperișuri cu o singură pantă și cu două paturi (Fig. 3.1) valori
coeficient μ sunt luate egale cu:
μ = 1 la α ≤ 25 0
μ = 0 la α > 60 0,
Unde α – unghiul de înclinare a acoperișului. Opțiunile 2 și 3 ar trebui luate în considerare pentru clădirile cu
profile de fronton (profil b), cu opțiunea 2 – 20 0 ≤ α ≤ 30 0,
iar opțiunea 3 – 10 0 ≤ α ≤ 30 0 numai în prezența podurilor de navigație sau a aerării
ny dispozitive de-a lungul coamei acoperișului.
Valoarea coeficientului μ pentru clădiri
cu acoperiri de alte forme este posibil
dar găsiți-l în Anexa G.
Coeficient Xie în formula (3.9), preda-
influenţând influenţa modului de funcţionare
pentru acumularea de zăpadă pe acoperiș
(curățare, topire etc.), instalat
sarcina de proiectare. Pentru neinflamabile
acoperiri de ateliere cu crescut
generarea de căldură cu pante de acoperiș peste 3% și asigurarea corespunzătoare
trebuie luată scurgerea apei topite
Xie=0,8. În lipsa datelor despre modul
neutilizarea acoperișului este permisă
accepta Xie =1 . Coeficient Сalt – ia în considerare înălțimea geografică H (km) a șantierului deasupra nivelului mării. La N< 0,5км, Сalt = 1 , la valoarea Н ≥ 0,5 km Сalt poate fi determinat prin formula:
Alt = 1,4H + 0,3
Coeficient γ fm conform valorii maxime calculate a încărcăturii de zăpadă în
formula ( 3.9) determinată în funcție de perioada medie de repetare specificată
viabilitate T conform tabelului 3.6
Tabelul 3.6. Coeficient γ fm conform valorii maxime de proiectare
sarcina de zapada
Valori intermediare γ fm
Pentru proiectele de construcție în masă, este permisă o perioadă de repetare situație de urgență T T e f (Tabelul A.3, Anexa A).
Valoarea de proiectare operațională a încărcăturii de zăpadă este determinată de formula:
S e = S o · C · γ fe , (3.10)
Unde S oŞi C – la fel ca în formula (3.9);
γfe – coeficient de fiabilitate bazat pe valoarea operațională a zăpezii
sarcina, determinata conform tabelului 3.7 in functie de proportia de timp
η timp în care pot fi încălcate condiţiile celei de-a doua limită
nici un stat; valoare intermediară γfe trebuie determinată liniar
prin interpolare.
Tabelul 3.7. Coeficient γfe în funcţie de valoarea operaţională a încărcăturii de zăpadă
| η | 0,002 | 0,005 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,1 |
| γfe | 0,88 | 0,74 | 0,62 | 0,49 | 0,4 | 0,34 | 0,28 | 0,1 |
Sens η acceptate conform standardelor de proiectare a structurilor sau instalatiilor
este determinată de sarcina de proiectare în funcție de scopul lor, responsabil
itatea și consecințele depășirii stării limită. Pentru proiecte de construcție în masă
guvernului i se permite să accepte η = 0,02 (2% din timp de la durata de viață a structurii
este o variabilă pentru care se stabilesc două calcule -valorile finale: limitative şi operaţionale.
Valoarea maximă de proiectare a sarcinii vântului este determinată de formula:
W m = W 0 · C γ fm , (3.11)
Unde CU – coeficient determinat prin formula (3.12);
γ fm – factor de fiabilitate pentru valoarea maximă a sarcinii vântului;
W 0 - valoarea caracteristică a încărcăturii vântului egală cu media (statistică)
chesk) componentă a presiunii vântului la o înălțime de 10 m deasupra suprafeței
teren. Valoarea lui W 0 se determină în funcţie de regiunea vântului conform
harta de zonare sau conform Anexei E.
Pe teritoriul Ucrainei au fost identificate cinci regiuni eoliene; caracteristici maxime
Valorile sarcinii ristice pentru fiecare dintre regiunile vântului sunt date în tabel
fata 3.8. Zaporozhye este situat în regiunea eoliană III.
Tabelul 3.8. Valori maxime ale sarcinii caracteristice ale vântului
| Districtul vântului | eu | II | III | IV | V |
| W0, |
Valori mai precise ale încărcăturii caracteristice vântului pentru unele orașe din Ucraina sunt date în tabelul A.2 apendicele. O.
Coeficient CU în formula (3.11) este determinată de formula:
C = Caer Ch Calt Crel Cdir Cd (3.12)
Unde Sayer – coeficient aerodinamic; CH - coeficient ținând cont de înălțimea structurii; Calt – coeficientul de înălțime geografică; Crel – coeficientul de relief; Cdir – coeficient de direcție; CD – coeficientul dinamic.
Standardele moderne prevăd mai mulți coeficienți aerodinamici:
Influența externă Xie;
Frecare C f;
Influența internă C i;
Trageți C x ;
Forța laterală C y .
Valorile coeficienților aerodinamici sunt determinate conform Anexei I
în funcţie de forma structurii sau element structural. La calcularea cadrelor cadrelor clădirii, se utilizează de obicei coeficientul aerodinamic influență externă Xie . Figura 3.2 prezintă structurile cea mai simplă formă, modelele presiunii vântului la suprafață și coeficienții aerodinamici de influență externă asupra acestora.
a – structuri solide plate de sine stătătoare; b – cladiri cu acoperis in frontone.
Fig.3.2. Diagrame de încărcare a vântului
Pentru cladirile cu acoperis in frontone (Fig. 3.2, b) coeficient aerodinamic
presiune activă Ce = + 0,8; valorile coeficientului Ce1 și Ce2 în funcție de
dimensiunile clădirii sunt date în masă 3.9, coeficient Ce3– în tabelul 3.10.
Tabelul 3.9. Valorile coeficientului Ce1 Şi Ce2
| Coeficient | α, deg. | Valori Xie 1 ,Ce2 la h/l, egal | ||||
| 0,5 | ≥ 2 | |||||
| Ce1 | - 0,6 | - 0,7 | - 0,8 | |||
| + 0,2 | - 0,4 | - 0,7 | - 0,8 | |||
| + 0,4 | +0,3 | - 0,2 | - 0,4 | |||
| + 0,8 | +0,8 | +0,8 | +0,8 | |||
| Ce2 | ≤ 60 | - 0,4 | - 0,4 | - 0,5 | - 0,8 | |
Tabelul 3.10. Valorile coeficientului Ce3
| b/l | Valori Ce3 la h/l, egal | ||
| ≤ 0,5 | ≥ 2 | ||
| ≤ 1 | - 0,4 | - 0,5 | - 0,6 |
| ≥ 2 | - 0,5 | - 0,6 | - 0,6 |
Semnul plus al coeficienților corespunde direcției presiunii vântului pe suprafață, semnul minus - departe de suprafață. Valorile intermediare ale coeficienților ar trebui determinate prin interpolare liniară. Valoarea coeficientului maxim pentru panta Ce3= 0,6.
Coeficientul de înălțime al structurii CH ia în considerare creșterea încărcăturii vântului de-a lungul înălțimii clădirii și depinde de tipul zonei înconjurătoare și se determină conform tabelului 3.11.
Tabelul 3.11. Valorile coeficientului CH
| Z(m) | CH pentru tipul de teren | |||
| eu | II | III | IV | |
| ≤ 5 | 0,9 | 0,7 | 0,40 | 0,20 |
| 1,20 | 0,90 | 0,60 | 0,40 | |
| 1,35 | 1,15 | 0,85 | 0,65 | |
| 1,60 | 1,45 | 1,15 | 1,00 | |
| 1,75 | 1,65 | 1,35 | 1,10 | |
| 1,90 | 1,75 | 1,50 | 1,20 | |
| 1,95 | 1,85 | 1,60 | 1,25 | |
| 2,15 | 2,10 | 1,85 | 1,35 | |
| 2,3 | 2,20 | 2,05 | 1,45 |
Tipurile de teren din jurul structurii sunt determinate pentru fiecare calcul -
direcție diferită a vântului separat:
I – suprafețe deschise ale mării, lacurilor, precum și câmpii fără obstacole, supuse
rezistent la vant pe o lungime de cel putin 3 km;
II – zonă rurală cu garduri (garduri), clădiri mici, case
mi și copaci;
III – zone suburbane și industriale, zone forestiere extinse;
IV – zone urbane în care este ocupată cel puțin 15% din suprafață
cladiri cu inaltimea medie mai mare de 15 m.
Structura este considerată a fi situată pe un anumit tip de teren de determinat
direcția calculată a vântului, dacă este în direcția luată în considerare astfel
teren disponibil la distanță 30Z la inaltimea intreaga structurilor Z< 60м sau
2 km la Z> 60m (Z – înălțimea clădirii).
Coeficientul de altitudine geografică Calt tine cont de inaltime N (km) cazare
șantier deasupra nivelului mării și este determinat de formula:
Calt = 2H, la N > 0,5 km,
Calt = 1, la H ≤ 0,5 km.
Coeficientul de relief Crel are în vedere microrelieful zonei din apropierea zonei
ki, pe care se află șantierul și este acceptat egal cu unu
cu excepția cazului în care șantierul este situat pe un deal sau pe
Coeficientul de direcție Cdir ia în considerare sarcina neuniformă a vântului
în direcția vântului și, de regulă, este luată egală cu unitatea. Cdir ≠ 1 la-
se ia in considerare cu justificare speciala numai pentru terenuri plat deschise
Coeficientul dinamic CD ia in considerare influenta componentei de pulsatie
sarcina curentă de vânt și corelarea spațială a presiunii vântului pe
construcție. Pentru structuri care nu necesită calcule ale dinamicii vântului CD = 1.
Factorul de fiabilitate bazat pe valoarea maximă de proiectare a sarcinii vântului -
ruzki γ fm determinată în funcție de perioada medie de repetare specificată
poduri T conform tabelului 3.12.
Tabelul 3.12. Factor de fiabilitate bazat pe valoarea maximă de proiectare a sarcinii vântului γ fm
Valori intermediare γ fm ar trebui determinată prin interpolare liniară.
Pentru proiecte de construcție în masă este permis perioada mijlocie repetabilitate T luate egale cu durata de viață stabilită a structurii T ef
(conform Tabelului A.3. Anexa A).
Valoarea de proiectare operațională a sarcinii vântului este determinată de formula:
We = Wo C γfe, (3.13)
Unde WoŞi C – la fel ca în formula (3.12);
γfe – coeficient de fiabilitate bazat pe valoarea de proiectare operațională
Calculul unui proiect care vizează prevenirea stărilor limită ale primului grup este exprimat prin inegalitatea:
N ≤ Ф, (2.1)
Unde N– forța în elementul luat în considerare (forța longitudinală, momentul încovoietor, forța transversală) din acțiunea valorilor maxime de proiectare ale sarcinilor; F– capacitatea portantă a elementului.
Pentru a verifica stările limită ale primului grup, se folosesc valorile maxime de proiectare ale sarcinilor F m, determinate de formula:
F m = F 0 g fm ,
Unde F 0- valoarea caracteristică a sarcinii, g fm,– factor de fiabilitate pentru valoarea maximă a sarcinii, ținând cont de posibila abatere a sarcinii într-o direcție nefavorabilă. Valori caracteristice de sarcină F 0și valorile coeficienților g fm determinată în conformitate cu DBN. Secțiunile 1.6 – 1.8 ale acestei dezvoltări metodologice sunt dedicate acestor probleme.
La calcularea sarcinilor, de regulă, se ia în considerare coeficientul de fiabilitate în scopul structurii g n, ale căror valori, în funcție de clasa de responsabilitate a structurii și de tipul situației de proiectare, sunt date în tabel. 2.3. Apoi, expresia pentru determinarea valorilor maxime de sarcină va lua forma:
F m = F 0 g fm ∙g n
Partea dreaptă a inegalității (1.1) poate fi reprezentată ca:
Ф = S R y g c ,(2.2)
Unde Ry– rezistența de proiectare a oțelului, stabilită prin limita de curgere; S– caracteristicile geometrice ale secțiunii (sub tensiune sau compresiune S reprezintă aria secțiunii transversale O, la încovoiere – moment de rezistență W); g c– coeficientul condițiilor de funcționare a structurii, ale cărui valori, în funcție de materialul structurii, sunt stabilite de standardele relevante. Pentru valorile structurilor metalice g c sunt date în tabel. 2.4.
Înlocuind valoarea (2.2) în formula (2.1), obținem condiția
N ≤ S R y g c
Pentru elemente intinse cu S=A
N ≤ A R y g c
Împărțirea părților stânga și dreaptă ale inegalității la suprafață O, obținem condiția pentru rezistența unui element la tracțiune sau comprimat:
Pentru elementele pliabile când S = W, Apoi
M ≤ W R y g c
Din ultima expresie urmează o formulă de verificare a rezistenței unui element de încovoiere
Formula pentru verificarea stabilității unui element comprimat este:
Unde φ – coeficient de flambaj în funcţie de flexibilitatea tijei
Tabel 2.4 – Coeficientul condițiilor de funcționare g c
| Elemente structurale | g cu |
| 1. Grinzi pline și elemente comprimate de ferme de podea sub sălile teatrelor, cluburilor, cinematografelor, sub incinta magazinelor, arhivelor etc. sub o sarcină temporară care nu depășește greutatea planșeului 2. Coloane de clădiri publice și suporturi de turnuri de apă. 3. Coloane de clădiri industriale cu un etaj cu macarale rulante 4. Elemente principale comprimate (cu excepția celor de susținere) ale unei zăbrele compozite de la colțurile fermelor sudate ale acoperirilor și plafoanelor la calculul stabilității acestora cu flexibilitate l ≥ 60 5. Strângeri, tije, tiranți, agățați în calculul rezistenței în secțiuni neslăbite 6. Elemente structurale din oțel cu o curgere de până la până la 440 N/mm 2, sarcină statică portantă, în calcule de rezistență în secțiunea slăbită de găurile pentru șuruburi (cu excepția conexiunilor de frecare) 8. Elemente comprimate din unghiuri simple atașate printr-o flanșă (pentru unghiuri inegale - o flanșă mai mică) cu cu excepția elementelor de zăbrele ale structurilor spațiale și ferme plane din unghiuri simple 9 Plăci de bază din oțel cu o limită de curgere de până la 390 N/mm 2, care suportă o sarcină statică, grosime, mm: a) până la 40 inclusiv b) de la 40 la 60 inclusiv c) de la 60 la 80 inclusiv | 0,90 0,95 1,05 0,80 0,90 1,10 0,75 1,20 1,15 1,10 |
| Note: 1. Coeficienţi g c< 1 при расчете одновременно учитывать не следует. 2. При расчетах на прочность в сечении, ослабленном отверстиями для болтов, коэффициенты gCu poz. 6 și 1, 6 și 2, 6 și 5 ar trebui luate în considerare simultan. 3. La calculul plăcilor de bază, coeficienții dați la poz. 9 și 2, 9 și 3, ar trebui luate în considerare simultan. 4. La calcularea conexiunilor, coeficienții g c pentru elementele date la poz. 1 și 2 trebuie luate în considerare împreună cu coeficientul g g cu =1 |
V
. 5. În cazurile nespecificate în acest tabel, formulele de calcul ar trebui să ia Atunci când se calculează structurile care funcționează în condiții de încărcare repetate (de exemplu, când se calculează grinzile macaralei), se utilizează o sarcină de proiectare ciclică pentru a determina forțele, a căror valoare este determinată de formulă.Şi Stări limită- sunt conditii in care structura nu mai poate fi folosita ca urmare a actiunii
sarcini externe
tensiuni interne . În structurile din lemn și materiale plastice, pot apărea două grupuri de stări limită - prima și a doua. sarcini pe sisteme cu indicatori aleatori de rezistență. Trăsătură caracteristică Metoda stărilor limită este că toate valorile inițiale operate în calcul, de natură aleatorie, sunt reprezentate în standarde prin valori normative deterministe, bazate științific, iar influența variabilității lor asupra fiabilității structurilor este luată în considerare. prin coeficienții corespunzători. Fiecare dintre coeficienții de fiabilitate ia în considerare variabilitatea unei singure valori inițiale, adică. este de natură privată. Prin urmare, metoda stării limită este uneori numită metoda coeficientului parțial. Factorii a căror variabilitate afectează nivelul de fiabilitate al structurilor pot fi clasificați în cinci categorii principale: sarcini și impacturi; dimensiunile geometrice ale elementelor structurale; gradul de responsabilitate al structurilor; proprietățile mecanice ale materialelor; conditiile de functionare ale structurii. Să luăm în considerare factorii enumerați. O posibilă abatere a sarcinilor standard în sus sau în jos este luată în considerare de factorul de siguranță la sarcină 2, care, în funcție de tipul de sarcină, are o valoare diferită mai mare sau mai mică decât unu. Acești coeficienți, împreună cu valorile standard, sunt prezentați în capitolul SNiP 2.01.07-85 Standarde de proiectare. „Încărcări și impacturi”. Probabilitatea acțiunii combinate a mai multor sarcini este luată în considerare prin înmulțirea sarcinilor cu factorul de combinare, care este prezentat în același capitol al standardelor. Posibila abatere nefavorabilă a dimensiunilor geometrice ale elementelor structurale este luată în considerare de coeficientul de precizie. Cu toate acestea, acest coeficient nu este acceptat în forma sa pură. Acest factor este utilizat în calcul caracteristici geometrice, luând parametrii calculați ai secțiunilor cu toleranță în minus. Pentru a echilibra în mod rezonabil costurile clădirilor și structurilor pentru diverse scopuri, se introduce un coeficient de fiabilitate pentru scopul propus.< 1. Степень капитальности и ответственности зданий и сооружений разбивается на три класса ответственности. Этот коэффициент (равный 0,9; 0,95; 1) вводится в качестве делителя к значению расчетного сопротивления или в качестве множителя к значению расчетных нагрузок и воздействий.
Principalul parametru al rezistenței unui material la influențele forței este rezistența standard stabilită prin documentele de reglementare pe baza rezultatelor studiilor statistice ale variabilității proprietăților mecanice ale materialelor prin testarea probelor de material folosind metode standard. O posibilă abatere de la valorile standard este luată în considerare de coeficientul de fiabilitate pentru materialul ym > 1. Acesta reflectă variabilitatea statistică a proprietăților materialelor și diferența lor față de proprietățile probelor standard testate. Caracteristica obținută prin împărțirea rezistenței standard la coeficientul m se numește rezistența de proiectare R. Această caracteristică principală a rezistenței lemnului este standardizată de SNiP P-25-80 „Standarde de proiectare”.
Influența nefavorabilă a mediului și a mediului de exploatare, cum ar fi: vântul și sarcinile de instalare, înălțimea secțiunii, condițiile de temperatură și umiditate, sunt luate în considerare prin introducerea coeficienților de condiții t Coeficientul t poate fi mai mic de unu dacă acest factor sau o combinație a factorilor se reduce capacitatea portantă structuri, iar mai multe în cazul opus. Pentru lemn, acești coeficienți sunt prezentați în SNiP 11-25-80 „Standarde de proiectare.
Valorile limită standard ale abaterilor îndeplinesc următoarele cerințe: a) tehnologice (asigurarea condițiilor de funcționare normală a mașinilor și echipamentelor de manipulare, instrumentare etc.); b) structurale (asigurarea integrității elementelor structurale adiacente, a îmbinărilor acestora, a prezenței unui decalaj între structurile portante și structurile despărțitoare, semi-cherestea etc., asigurarea pantelor specificate); c) estetice şi psihologice (oferind impresii favorabile din aspect structuri, prevenind senzația de pericol).
Mărimea deformațiilor maxime depinde de lungimea și tipul de sarcini aplicate. Pentru structuri din lemn acoperișul clădirilor din acțiunea sarcinilor constante și temporare pe termen lung, deformarea maximă variază de la (1/150) - i la (1/300) (2). Rezistența lemnului este, de asemenea, redusă sub influența anumitor chimicale de la daune biologice, încorporate sub presiune în autoclave la o adâncime considerabilă. În acest caz, coeficientul de stare de funcționare Tia = 0,9. Influența concentrației tensiunilor în secțiunile de proiectare ale elementelor de tracțiune slăbite de orificii, precum și în elementele de îndoire din lemn rotund cu tăiere în secțiunea de proiectare, este reflectată de coeficientul de stare de funcționare t0 = 0,8. Deformabilitatea lemnului la calcularea structurilor din lemn pentru al doilea grup de stări limită este luată în considerare de modulul de bază de elasticitate E, care, atunci când forța este direcționată de-a lungul fibrelor de lemn, se presupune că este de 10.000 MPa și 400 MPa în lungime. fibrele. La calcularea stabilității, modulul elastic a fost presupus a fi de 4500 MPa. Modulul de forfecare de bază al lemnului (6) în ambele direcții este de 500 MPa. Raportul lui Poisson al lemnului între fibrele cu tensiuni direcționate de-a lungul fibrelor se presupune a fi egal cu pdo o = 0,5 și de-a lungul fibrelor cu tensiuni direcționate peste fibre, n900 = 0,02. Deoarece durata și nivelul de încărcare afectează nu numai rezistența, ci și proprietățile de deformare ale lemnului, valoarea modulului de elasticitate și a modulului de forfecare este înmulțită cu coeficientul mt = 0,8 la calcularea structurilor în care solicitările în elementele decurgând din permanență. iar sarcinile temporare pe termen lung depășesc 80% din tensiunea totală de la toate sarcinile. La calcularea structurilor metal-lemn, caracteristicile elastice și rezistențele de proiectare ale oțelului și conexiunilor elementelor din oțel, precum și armăturile, sunt luate conform capitolelor din SNiP pentru proiectarea structurilor din oțel și beton armat.
Dintre toate cele cu frunze materiale de constructii folosind materii prime lemnoase se recomanda a fi folosit ca elemente numai placaj structuri portante, ale căror rezistențe de proiectare de bază sunt date în Tabelul 10 din SNiP P-25-80. În condiții de funcționare adecvate pentru structurile din lipici-placaj, calculele bazate pe primul grup de stări limită prevăd înmulțirea rezistențelor de proiectare de bază ale placajului cu coeficienții condițiilor de funcționare TV, TY, TN și TL. La calculul conform celui de-al doilea grup de stări limită, caracteristicile elastice ale placajului în planul tablei sunt luate conform tabelului. 11 SNiP P-25-80. Modulul de elasticitate și modulul de forfecare pentru structurile situate în conditii diferite funcționarea, precum și cele expuse influenței combinate a sarcinilor constante și temporare pe termen lung, trebuie înmulțite cu coeficienții corespunzători ai condițiilor de funcționare adoptați pentru lemn.
Primul grup cel mai periculos. Este determinat de nepotrivirea utilizării atunci când o structură își pierde capacitatea portantă ca urmare a distrugerii sau a pierderii stabilității. Acest lucru nu se întâmplă în timp ce este normal maxim O sau tensiunile de forfecare din elementele sale nu depasesc rezistenta calculata (minima) a materialelor din care sunt realizate. Această condiție este scrisă prin formula
la
Stările limită ale primului grup includ: distrugerea de orice fel, pierderea generală a stabilității unei structuri sau pierderea locală a stabilității unui element structural, încălcarea îmbinărilor care transformă structura într-un sistem variabil, dezvoltarea deformațiilor reziduale de amploare inacceptabilă. . Calculul capacității portante se efectuează pe baza celui mai rău caz probabil și anume: cea mai mare sarcină și cea mai mică rezistență a materialului, găsite luând în considerare toți factorii care îl influențează. Combinațiile nefavorabile sunt date în norme.
A doua grupă mai putin periculos. Este determinat de neadecvarea structurii pentru funcționarea normală atunci când se îndoaie la o cantitate inacceptabilă. Acest lucru nu se întâmplă până când deviația relativă maximă a /// nu depășește valorile maxime admise. Această condiție este scrisă prin formula
G/1<. (2.2)
Calculul structurilor din lemn conform celei de-a doua stări limită pentru deformații se aplică în principal structurilor îndoibile și are ca scop limitarea mărimii deformațiilor. Calculele se bazează pe sarcini standard fără a le înmulți cu factori de siguranță, presupunând funcționarea elastică a lemnului. Calculul deformațiilor se efectuează pe baza caracteristicilor medii ale lemnului, și nu pe cele reduse, ca la verificarea capacității portante. Acest lucru se explică prin faptul că o creștere a deformarii în unele cazuri, atunci când se utilizează lemn de calitate scăzută, nu reprezintă un pericol pentru integritatea structurilor. Acest lucru explică, de asemenea, faptul că calculele de deformare sunt efectuate pentru sarcini standard și nu pentru sarcini de proiectare. Pentru a ilustra starea limită a celui de-al doilea grup, putem da un exemplu când, ca urmare a deformarii inacceptabile a căpriorii, apar fisuri în acoperiș. Scurgerile de umiditate în acest caz perturbă funcționarea normală a clădirii, ducând la o scădere a durabilității lemnului datorită umidității sale, dar în același timp clădirea continuă să fie folosită. Calculul bazat pe a doua stare limită, de regulă, are un sens subordonat, deoarece principalul lucru este de a asigura capacitatea portantă. Cu toate acestea, limitările deflexiunilor sunt deosebit de importante pentru structurile cu conexiuni ductile. Prin urmare, deformațiile structurilor din lemn (stâlpi compozit, grinzi compozite, structuri de scândură și cuie) trebuie determinate ținând cont de influența conformității legăturilor (SNiP P-25-80. Tabelul 13).
Încărcături, care acționează asupra structurilor sunt determinate de Codurile și Regulile de Construcție - SNiP 2.01.07-85 „Încărcări și impacturi”. La calcularea structurilor din lemn și materiale plastice, se ia în considerare în principal sarcina constantă din greutatea proprie a structurilor și a altor elemente de construcție. gși sarcini de scurtă durată din greutatea zăpezii S, presiunea vântului W. Se iau în considerare și sarcinile din greutatea oamenilor și a echipamentelor. Fiecare sarcină are o valoare standard și de proiectare. Este convenabil să notăm valoarea standard cu indicele n.
Sarcini standard sunt valorile inițiale ale sarcinilor: sarcinile temporare sunt determinate ca urmare a prelucrării datelor din observații și măsurători pe termen lung. Sarcinile constante sunt calculate pe baza greutății și volumului structurilor, altor elemente de construcție și echipamentelor. Încărcările standard sunt luate în considerare la calcularea structurilor pentru al doilea grup de stări limită - pentru deformații.
Sarcini de proiectare sunt determinate pe baza celor normative, ținând cont de posibila variabilitate a acestora, în special ascendentă. Pentru a face acest lucru, valorile sarcinilor standard sunt înmulțite cu factorul de siguranță a sarcinii y, ale căror valori sunt diferite pentru diferite sarcini, dar toate sunt mai mari decât unitatea. Valorile de sarcină distribuite sunt date în kilopascali (kPa), ceea ce corespunde cu kilonewtoni pe metru pătrat (kN/m). Majoritatea calculelor folosesc valori de sarcină liniare (kN/m). Încărcările de proiectare sunt utilizate la calcularea structurilor pentru primul grup de stări limită, pentru rezistență și stabilitate.
g", care acționează asupra structurii constă din două părți: prima parte este sarcina de la toate elementele structurilor de închidere și materialele susținute de această structură. Sarcina fiecărui element este determinată prin înmulțirea volumului acestuia cu densitatea materialului și cu distanța dintre structuri; a doua parte este sarcina din greutatea proprie a structurii principale de susținere. Într-un calcul preliminar, sarcina din greutatea proprie a structurii principale de susținere poate fi determinată aproximativ, având în vedere dimensiunile reale ale secțiunilor și volumele elementelor structurale. egal cu produsul standardului înmulțit cu factorul de fiabilitate a sarcinii u. Pentru încărcarea din greutatea proprie a structurilor y= 1.1, și pentru sarcinile de la izolație, acoperiș, barieră de vapori și altele y = 1.3. Sarcină constantă de la suprafețele convenționale înclinate cu un unghi de înclinare O este convenabil să ne referim la proiecţia lor orizontală împărţind-o la cos O.Încărcarea standard de zăpadă s H se determină pe baza greutății standard a stratului de zăpadă deci, care este dată în standardele de încărcare (kN/m 2) ale proiecției orizontale a stratului în funcție de regiunea de zăpadă a țării. Această valoare este înmulțită cu coeficientul p, care ia în considerare panta și alte caracteristici ale formei acoperirii. Apoi sarcina standard s H = s 0 p- Pentru acoperișuri în două frontoane cu a ^ 25°, p = 1, pentru a > 60° p = 0 și pentru unghiuri de pantă intermediare de 60° >*<х > 25° p == (60° - a°)/35°. Acest. sarcina este uniformă și poate fi bifață sau unilaterală.
La acoperiri boltite pe ferme sau arcade segmentate, sarcina uniforma de zapada se determina tinand cont de coeficientul p, care depinde de raportul dintre lungimea travei / la inaltimea arcului /: p = //(8/).
Când raportul dintre înălțimea arcului și deschiderea f/l= O sarcină de zăpadă de 1/8 poate fi triunghiulară cu o valoare maximă la un suport s" și 0,5 s" la celălalt și valoare zero la creastă. Coeficienții p care determină sarcina maximă de zăpadă la rapoarte f/l= 1/8, 1/6 și 1/5, respectiv egal cu 1,8; 2.0 și 2.2. Încărcarea de zăpadă pe învelișurile în formă de lancet poate fi determinată ca la învelișurile frontoanelor, considerând că învelișul este condiționat în fronton de-a lungul planurilor care trec prin coardele axelor planșeului la arcade. Sarcina de proiectare pe zăpadă este egală cu produsul dintre sarcina standard și factorul de siguranță la sarcină 7- Pentru majoritatea structurilor ușoare din lemn și plastic, cu raportul dintre sarcinile standard constante și cele de zăpadă g n/s H< 0,8 коэффициент y = 1.6. Pentru rapoarte mari ale acestor sarcini la=1,4.
Sarcina din greutatea unei persoane cu o sarcină se presupune a fi egală - standard p"= 0,1 kN și proiectare R= p și y = 0,1 1,2 = 1,2 kN. Sarcina de vant. Sarcina de vant standard w constă din presiune w"+ și aspirație w n - vânt. Datele inițiale la determinarea sarcinii vântului sunt valorile presiunii vântului direcționate perpendicular pe suprafețele acoperișului și pereților clădirilor. Wi(MPa), în funcție de regiunea eoliană a țării și acceptate conform normelor de încărcări și impacturi. Sarcini standard de vant w" sunt determinate prin înmulțirea presiunii normale a vântului cu coeficientul k, luând în considerare înălțimea clădirilor și coeficientul aerodinamic Cu, tinand cont de forma acestuia. Pentru majoritatea clădirilor din lemn și plastic a căror înălțime nu depășește 10 m, k = 1.
Coeficient aerodinamic Cu depinde de forma clădirii, dimensiunile sale absolute și relative, pante, înălțimi relative ale acoperirilor și direcția vântului. Pe majoritatea acoperișurilor înclinate, al căror unghi de înclinare nu depășește a = 14°, sarcina vântului acționează sub formă de aspirație W-.În același timp, în general, nu crește, ci mai degrabă reduce forțele din structuri de la sarcinile constante și de zăpadă și este posibil să nu fie luate în considerare în factorul de siguranță la calcul. Sarcina vântului trebuie luată în considerare la calcularea stâlpilor și a pereților clădirilor, precum și la calcularea structurilor triunghiulare și în formă de lancet.
Sarcina de vânt calculată este egală cu sarcina standard înmulțită cu factorul de siguranță y= 1.4. Astfel, w = = w"y.
Rezistenta de reglementare lemn RH(MPa) sunt principalele caracteristici ale rezistenței lemnului în zonele lipsite de defecte. Acestea sunt determinate din rezultatele a numeroase teste de laborator pe termen scurt de mici mostre standard de lemn uscat cu un conținut de umiditate de 12% pentru întindere, compresie, îndoire, strivire și ciobire.
95% din probele de lemn testate vor avea o rezistență la compresiune egală sau mai mare decât valoarea sa standard.
Valorile rezistențelor standard date în anexă. 5 sunt utilizate practic la testarea în laborator a rezistenței lemnului în timpul confecționării structurilor din lemn și la determinarea capacității portante a structurilor portante în exploatare în timpul verificărilor acestora.
Rezistențe calculate lemn R(MPa) sunt principalele caracteristici ale rezistenței elementelor din lemn real ale structurilor reale. Acest lemn are defecte naturale și a fost supus stresului de mulți ani. Rezistențele calculate sunt obținute pe baza rezistențelor standard ținând cont de coeficientul de fiabilitate al materialului lași coeficientul duratei de încărcare t al conform formulei
R= R H m a Jy.
Coeficient la semnificativ mai mult de unul. Se ia în considerare scăderea rezistenței lemnului real ca urmare a eterogenității structurii și a prezenței diferitelor defecte care nu apar în probele de laborator. Practic, rezistența lemnului este redusă prin noduri. Ele reduc aria secțiunii transversale de lucru prin tăierea și răspândirea fibrelor longitudinale ale acesteia, creând o excentricitate a forțelor longitudinale și o înclinare a fibrelor în jurul nodului. Înclinarea fibrelor face ca lemnul să se întindă peste și într-un unghi față de fibre, a cărui rezistență în aceste direcții este mult mai mică decât de-a lungul fibrelor. Defectele lemnului reduc rezistența la tracțiune a lemnului cu aproape jumătate și de aproximativ o dată și jumătate la compresiune. Fisurile sunt cele mai periculoase în zonele în care lemnul este tăiat. Pe măsură ce dimensiunile secțiunilor transversale ale elementelor cresc, tensiunile la distrugerea lor scad datorită eterogenității mai mari a distribuției tensiunilor pe secțiuni, care este luată în considerare și la determinarea rezistențelor de proiectare.
Coeficientul duratei sarcinii t dl<С 1- Он учитывает, что древесина без пороков может неограниченно долго выдерживать лишь около половины той нагрузки, которую она выдерживает при кратковременном нагружении в процессе испытаний. Следовательно, ее длительное Rin rezistenţă eu sunt aproape ^^ jumătate pe termen scurt /tg.
Calitatea lemnului afectează în mod natural valorile rezistențelor sale calculate. Lemnul de clasa I - cu cele mai puține defecte, are cea mai mare rezistență calculată. Rezistențele calculate ale lemnului de clasa a II-a și respectiv a III-a sunt mai mici. De exemplu, rezistența calculată la compresiune a lemnului de pin și molid de clasa a II-a se obține din expresia
%. = # s n t dl /y = 25-0,66/1,25 = 13 MPa.
Rezistențele calculate ale lemnului de pin și molid la compresiune, întindere, încovoiere, ciobire și strivire sunt date în anexă. 6.
Coeficienții condițiilor de lucru T Rezistența de proiectare a lemnului ține cont de condițiile în care sunt fabricate și exploatate structurile din lemn. Coeficientul de rasă T" ia în considerare rezistența diferită a lemnului de diferite specii, diferită de rezistența lemnului de pin și molid. Factorul de sarcină t„ ia în considerare durata scurtă a vântului și sarcinile instalației. Când se zdrobește tn= 1,4, pentru alte tipuri de tensiuni t n = 1.2. Coeficientul de înălțime a secțiunii la îndoirea lemnului grinzilor din lemn lipit cu o înălțime a secțiunii mai mare de 50 cm /72b scade de la 1 la 0,8 și chiar mai mult cu o înălțime a secțiunii de 120 cm. Coeficientul de grosime al straturilor de elemente din lemn lipit ține cont de creșterea rezistenței acestora la compresiune și încovoiere pe măsură ce grosimea plăcilor care se lipesc, drept urmare crește omogenitatea structurii lemnului lipit. Valorile sale sunt în intervalul 0,95...1,1. Coeficientul de încovoiere m rH ia în considerare tensiunile suplimentare de încovoiere care apar atunci când plăcile se îndoaie în timpul procesului de fabricație a elementelor din lemn îndoite lipite. Depinde de raportul dintre razele de îndoire și grosimea plăcilor r/b și are valori de 1,0...0,8 deoarece acest raport crește de la 150 la 250. Coeficient de temperatură m t ia în considerare reducerea rezistenței lemnului în structurile care funcționează la temperaturi de la +35 la +50 °C. Acesta scade de la 1,0 la 0,8. Coeficient de umiditate tow are în vedere reducerea rezistenței structurilor din lemn care funcționează în mediu umed. Când umiditatea aerului din interior este de la 75 la 95%, tvl = 0,9. În aer liber în zone uscate și normale t ow = 0,85. Cu hidratare constantă și în apă t ow = 0,75. Factorul de concentrare a stresului t k = 0,8 ia în considerare reducerea locală a rezistenței lemnului în zonele cu tăieturi și găuri în timpul tensiunii. Coeficientul de durată a sarcinii t dl = 0,8 ia în considerare scăderea rezistenței lemnului ca urmare a faptului că sarcinile pe termen lung reprezintă uneori mai mult de 80% din încărcările totale care acționează asupra structurii.
Modulul de elasticitate al lemnului, determinată în teste de laborator pe termen scurt, E cr= 15-10 3 MPa. Când se iau în considerare deformațiile sub încărcare pe termen lung, când se calculează prin deformații £=10 4 MPa (Anexa 7).
Rezistențele standard și calculate ale placajului de construcție au fost obținute folosind aceleași metode ca și pentru lemn. În acest caz, s-a luat în considerare forma sa foii și un număr impar de straturi cu direcții de fibre reciproc perpendiculare. Prin urmare, rezistența placajului în aceste două direcții este diferită, iar de-a lungul fibrelor exterioare este puțin mai mare.
Cel mai utilizat în structuri este placajul cu șapte straturi marca FSF. Rezistențele sale calculate de-a lungul fibrelor furnirurilor exterioare sunt egale cu: tracțiune # f. p = 14 MPa, compresie #f. c = 12 MPa, îndoire în afara planului /? f.„ = 16 MPa, forfecare în planul # f. sk = 0,8 MPa și forfecare /? f. medie - 6 MPa. De-a lungul granulelor furnirurilor exterioare, aceste valori sunt, respectiv, egale cu: tracțiune eu f_r= 9 MPa, compresie # f. s = 8,5 MPa, încovoiere # F.i = 6,5 MPa, forfecare R$. CK= 0,8 MPa, tăiat # f. av = = 6 MPa. Modulele de elasticitate și forfecarea de-a lungul fibrelor exterioare sunt egale, respectiv, Ё f = 9-10 3 MPa și b f = 750 MPa și între fibrele exterioare £ f = 6-10 3 MPa și G$ = 750 MPa.
Calculele de rezistență pot fi făcute folosind una din două metode - în funcție de starea limită sau în funcție de tensiunile admise. Metoda de calcul pentru tensiunile admisibile este adoptată în calculul structurilor de inginerie mecanică, iar bazele utilizării acesteia sunt prezentate în cursul „Rezistența materialelor”. La calcularea structurilor clădirii s-a adoptat o metodă de calcul a stării limită, care este mai avansată decât metoda de calcul bazată pe tensiunile admisibile.
Stare de stres supremă– o stare când apare o stare tensionată într-un punct, care duce la apariția unui nou proces. De exemplu, la dezvoltarea deformării plastice, la formarea unei fisuri etc. Diferite PNS apar cu diferite tipuri de încărcare.
Stare limită- o stare în care structura își pierde funcționalitatea sau starea sa devine nedorită. Eforturile care provoacă o stare limitativă se numesc limitare.
Este necesar să se facă distincția între stările limită și stările limită de stres. Aceste concepte nu coincid întotdeauna. Exemple:
O creștere a tensiunii în timpul îndoirii grinzii până la punctul de curgere duce la realizarea PNS în puncte cât mai îndepărtate de linia neutră. O creștere suplimentară a sarcinii duce la atingerea tensiunilor la nivelul limitei de curgere în întreaga secțiune - starea limită în secțiune apar modificări calitative în structură, deplasările cresc brusc, deoarece se formează o balama plastică în cea mai încărcată; secțiune.
O creştere a tensiunilor de întindere duce la apariţia secvenţială a următoarelor stări limitative de solicitare: a) începutul deformării plastice uniforme; b) formarea cervicală; c) distrugere.
Metoda de calcul a stării limită
În conformitate cu GOST 27751-88 „Fiabilitatea structurilor și fundațiilor clădirii. Dispoziții de bază pentru calcul” stările limită sunt împărțite în două grupuri:
prima grupă include stările limită care conduc la inadecvarea completă pentru utilizarea structurilor, fundațiilor (cladiri sau structuri în ansamblu) sau la o pierdere completă (parțială) a capacității portante a clădirilor și structurilor în ansamblu;
a doua grupă include stări limită care împiedică funcționarea normală a structurilor (fundațiilor) sau reduc durabilitatea clădirilor (structurilor) în comparație cu durata de viață prevăzută.
Stările limită ale primului grup sunt caracterizate prin:
eșec de orice natură (de exemplu, plastic, fragil, oboseală);
pierderea stabilității formei, ceea ce duce la inadecvarea completă pentru utilizare;
pierderea stabilității poziției;
trecerea la un sistem schimbător;
modificarea calitativă a configurației;
alte fenomene în care este necesară oprirea funcționării (de exemplu, deformații excesive ca urmare a fluajului, plasticității, forfecarea în îmbinări, deschiderea fisurilor și, de asemenea, formarea de fisuri).
Stările limită ale celui de-al doilea grup sunt caracterizate prin:
realizarea deformarilor maxime ale structurii (de exemplu, deformari maxime, rotatii) sau deformatii maxime ale bazei;
atingerea nivelurilor maxime de vibrații ale structurilor sau fundațiilor;
formarea de fisuri;
atingerea deschiderilor sau lungimii maxime a fisurilor;
pierderea stabilității formei, ceea ce duce la dificultăți în funcționarea normală;
alte fenomene în care este necesar să se limiteze temporar funcționarea unei clădiri sau structuri din cauza unei reduceri inacceptabile a duratei de viață a acesteia (de exemplu, deteriorarea coroziunii).
Prima stare limită pentru elementele tensionate și comprimate este exprimată prin relația:
Unde 
– rezistenta de proiectare in functie de limita de curgere;
– limita de curgere;
– coeficient de fiabilitate pentru material (γ C >1);
– rezistența de proiectare la tracțiune;
- rezistență la tracțiune;
– coeficientul condițiilor de funcționare (γ C<1);
-coeficientul de fiabilitate pentru elementele structurale calculat pentru rezistenta folosind rezistentele calculate R u ;
– aria secțiunii transversale a elementului întins (comprimat).
Pentru elemente flexibile:
|
|
În mod formal, putem lua valoarea din partea dreaptă a inegalităților (2 .0), (2 .0), (2 .0) ca tensiuni admisibile, metodele de calcul bazate pe starea limită și tensiunile admisibile coincid , la calcularea utilizând stări limită, factorul de siguranță general și nemodificat este înlocuit cu mai multe variabile. Acest lucru permite, atunci când se calculează pe baza stării limită, să se proiecteze structuri cu rezistență egală din punct de vedere operațional.
La determinarea rezistențelor de proiectare pentru sudurile R W se iau în considerare următoarele: materialul principal al structurii sudate, materialele auxiliare utilizate în sudare (mărci de electrozi acoperiți, fire de electrozi), prezența sau absența metodelor fizice de control al sudurii. .
16 noiembrie 2011Când se calculează folosind această metodă, structura este considerată în starea limită de proiectare. Starea limită de proiectare este considerată starea structurii în care încetează să îndeplinească cerințele operaționale impuse acesteia, adică fie își pierde capacitatea de a rezista influențelor externe, fie primește deformații inacceptabile sau daune locale.
Pentru structurile din oțel, sunt stabilite două stări limită de proiectare:
- prima stare limită de proiectare determinată de capacitatea portantă ( , stabilitate sau rezistență); toate structurile din oțel trebuie să îndeplinească această stare limită;
- a doua stare limită de proiectare, determinată de dezvoltarea deformațiilor excesive (deformații și deplasări); Această stare limită trebuie să fie satisfăcută de structuri în care magnitudinea deformațiilor poate limita posibilitatea de funcționare a acestora.
Prima stare limită calculată este exprimată prin inegalitate
unde N este forța de proiectare în structură din suma efectelor sarcinilor de proiectare P în combinația cea mai defavorabilă;
Ф este capacitatea portantă a structurii, care este o funcție de dimensiunile geometrice ale structurii, rezistența de proiectare a materialului R și coeficientul de condiții de funcționare m.
Sarcinile de proiectare P pentru care se calculează structura (pe baza stării limită) sunt considerate a fi puțin mai mari decât cele normative. Sarcina de proiectare este definită ca produsul sarcinii standard cu factorul de suprasarcină n (mai mare decât unitatea), ținând cont de pericolul depășirii sarcinii în comparație cu valoarea sa standard din cauza posibilei variații a sarcinii:
Valorile coeficienților p sunt date în tabelul sarcini standard și de proiectare, factori de suprasarcină.
Astfel, structurile sunt considerate mai degrabă sub influența sarcinilor de proiectare decât a sarcinilor operaționale (standard). Din influența sarcinilor de proiectare dintr-o structură se determină forțele de proiectare (forța axială N sau momentul M), care se regăsesc conform regulilor generale de rezistență a materialelor și mecanicii structurale.
Partea dreaptă a ecuației principale (1.I)- capacitatea portantă a structurii F - depinde de rezistența maximă a materialului la influențe de forță, caracterizată prin proprietățile mecanice ale materialului și numită rezistență standard R n, precum și de caracteristicile geometrice ale secțiunii (secționale). aria F, momentul de rezistență W etc.).
Pentru oțel de construcții, rezistența standard se presupune a fi egală cu limita de curgere,
(pentru cel mai comun oțel de construcție de calitate St. 3 σ t = 2.400 kg/cm 2).
Rezistența de proiectare a oțelului R este considerată o tensiune egală cu rezistența standard înmulțită cu coeficientul de uniformitate k (mai mic decât unitatea), ținând cont de riscul de scădere a rezistenței materialului față de valoarea standard a acestuia datorită variabilitatea proprietăților mecanice ale materialului
Pentru oțelurile obișnuite cu conținut scăzut de carbon k = 0,9, iar pentru oțelurile de înaltă calitate (scăzut aliat) k = 0,85.
Astfel, rezistența calculată R- aceasta este o tensiune egală cu cea mai mică valoare posibilă a limitei de curgere a materialului, care este acceptată pentru structură ca valoare limită.
Astfel, ecuația principală de proiectare (1.I) va avea următoarea formă:
- la testarea rezistenţei unei structuri sub acţiunea forţelor sau momentelor axiale
unde N și M sunt forțele axiale sau momentele calculate din sarcinile calculate (ținând cont de factorii de sarcină); F nt - suprafața netă a secțiunii transversale (excluzând găurile); W nt este momentul de rezistență al secțiunii plasei (minus găurile);
- la verificarea stabilității structurii
unde F br și W br sunt aria și momentul de rezistență al secțiunii brute (fără scăderea găurilor); φ și φ b sunt coeficienți care reduc rezistența de proiectare la valori care asigură un echilibru stabil.
De obicei, atunci când se calculează structura prevăzută, se selectează mai întâi secțiunea transversală a elementului și apoi se verifică solicitarea din forțele de proiectare, care nu trebuie să depășească rezistența de proiectare înmulțită cu coeficientul condițiilor de funcționare.
Prin urmare, împreună cu formulele de forma (4.I) și (5.I), vom scrie aceste formule sub formă de lucru în termeni de tensiuni calculate, de exemplu:
- la testarea forței
- când se verifică stabilitatea
unde σ este efortul de proiectare în structură (pe baza sarcinilor de proiectare).
Este mai corect să scrieți coeficienții φ și φ b în formulele (8.I) și (9.I) în partea dreaptă a inegalității ca coeficienți care reduc rezistența calculată la solicitări critice. Și numai de dragul confortului calculelor și al comparării rezultatelor, acestea sunt scrise în numitorul din partea stângă a acestor formule.
* Valorile rezistențelor standard și ale coeficienților de uniformitate sunt date în „Normele și regulile de construcție” (SNiP), precum și în „Normele și condițiile tehnice pentru proiectarea structurilor din oțel” (NiTU 121-55).
„Proiectarea structurilor din oțel”,
K.K. Muhanov
Există mai multe categorii de tensiuni: principală, locală, suplimentară și internă. Tensiunile fundamentale sunt tensiuni care se dezvoltă în interiorul corpului ca urmare a echilibrării efectelor sarcinilor externe; sunt luate în considerare în calcul. Atunci când fluxul de putere este distribuit inegal pe secțiunea transversală, cauzat, de exemplu, de o schimbare bruscă a secțiunii transversale sau de prezența unei găuri, are loc o concentrare locală a tensiunii. Cu toate acestea, în materialele plastice, care includ oțelul de construcție,...
La calcularea tensiunilor admisibile, structura este considerată în starea sa de funcționare sub influența sarcinilor permise în timpul funcționării normale a structurii, adică sarcini standard. Condiția pentru rezistența structurii este ca tensiunile din structură de la sarcinile standard să nu depășească tensiunile admise stabilite de standarde, care reprezintă o anumită parte din solicitarea maximă a materialului acceptat pentru construcția oțelului...