Нормативные и расчётные нагрузки и сопротивления материалов, коэффициенты надёжности и условий работы ЖБ конструкций

При проектировании сле­дует учитывать нагрузки, возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

В расчетах используют нормативные и расчетные зна­чения нагрузок. Установленные нормами наибольшие значения нагрузок, которые могут действовать на кон­струкцию при ее нормальной эксплуатации, называют нормативными. Фактическая нагрузка в силу разных обстоятельств может отличаться от нормативной в боль­шую или меньшую сторону. Это отклонение учитывается коэффициентом надежности по нагрузке.

Расчет конструкций производится на расчетные нагрузки:q =q_n γ_f

гдеq_n— нормативная нагрузка; γ_f — коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий рассматривае­мому предельному состоянию.

При расчете по первой группе предельных состояний γ_f принимают: для постоянных нагрузок γ_f=1,1...1,3; временных γ_f = 1,2... 1,6, при расчете на устойчивость положения (опрокидывание, скольжение, всплытие), когда уменьшение веса конструкции ухудшает условия ее работы, принимают γ_f<1.

Расчет конструкций по второй группе предельных со­стояний, учитывая меньшую опасность их наступления, производят на расчетные нагрузки при γ_f = 1. Исключе­ние составляют конструкции, относящиеся к I категории трещиностойкости, для которых γ_f>1.

Кроме того для обеспечения того, чтобы за время нормальной эксплуатации сооружения не наступило ни одного из предельных состояний, вводится также и другие расчетных коэффициенты, учитываю­щие возможные отклонения (в неблагоприятную сторо­ну) различных факторов, влияющих на надежную работу конструкций: 1)коэффициенты надежности по бетону γ_b и ар­матуре γ_s, учитывающие изменчивость их прочностных свойств; 2) коэффициенты надежности по назначению конструкции γ_nучитывающие степень ответственности и капитальности зданий и сооружений; 3) коэффициенты условий работы γ_biи γ_si, позволяющие оценить некото­рые особенности работы материалов и конструкций в це­лом, которые не могут быть отражены в расчетах прямым путем.

Расчетные коэффициенты устанавливают на основе вероятностно-статистических методов. Они обеспечивают требуемую надежность работы конструкций для всех ста­дий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации.

Нагрузки и воздействия на здания и сооружения мо­гут быть постоянными и временными. Последние в зави­симости от продолжительности действия подразделяются на длительные, кратковременные и особые. К постоянным нагрузкам относятся вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих конст­рукций; вес и давление грунтов (насыпей, засыпок); воз­действие предварительного напряжения.

К временным длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования — станков, моторов, емкос­тей, конвейеров; вес жидкостей и твердых тел, заполня­ющих оборудование; нагрузка на перекрытия от склади­руемых материалов и стеллажей в складах, холодильни­ках, книгохранилищах, библиотеках и подсобных помещениях.

В тех случаях, когда требуется учитывать влияние длительности действия нагрузок на деформации и обра­зование трещин, к длительным нагрузкам относится часть кратковременных. Это нагрузки от кранов с пони­женным нормативным значением, определяемым умно­жением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана в каждом пролете на коэффициент; снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения на коэффициент 0,3 — для III снегового района, 0,5 — для IV района, 0,6-—для районов V, VI; нагрузки от лю­дей, оборудования на перекрытия жилых и общественных зданий с пониженными нормативными значениями. Эти нагрузки отнесены к длительным вследствие того, что могут действовать в течение времени, достаточного, чтобы проявились деформации ползучести, увеличиваю­щие прогиб и ширину раскрытия трещин.

К кратковременным нагрузкам относятся: нагрузки от веса людей, оборудования на перекрытия жилых и об­щественных зданий с полными нормативными значения­ми; нагрузки от кранов с полным нормативным значени­ем; снеговые нагрузки с полным нормативным значени­ем; ветровые нагрузки, а также нагрузки, возникающие при монтаже или ремонте конструкций.

Особые нагрузки возникают при сейсмических, взрыв­ных или аварийных воздействиях.

Здания и сооружения подвергаются одновременному действию различных нагрузок, поэтому расчет их должен выполняться с учетом наиболее неблагоприятного соче­тания этих нагрузок или усилий, вызванных ими. В зави­симости от состава учитываемых нагрузок различают: основные сочетания, состоящие из постоянных, длитель­ных и кратковременных нагрузок; особые сочетания, со­стоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

Временные нагрузки включаются в сочетания как длительные — при учете пониженного нормативного зна­чения, как кратковременные — при учете полного норма­тивного значения.

Вероятность одновременного появления наибольших нагрузок или усилий учитывается коэффициентами соче­таний ψ₁ и ψ₂. Если в основное сочетание включается по­стоянная и только одна временная нагрузка (длительная и кратковременная), то коэффициенты сочетаний прини­мают равными 1, при учете двух и более временных на­грузок последние умножают на ψ₁=0,95 при длительных нагрузках и ψ₁= 0,9 при кратковременных, так как счи­тается маловероятным, чтобы они одновременно дости­гали наибольших расчетных значений.

При расчете конструкций на особое сочетание нагру­зок, включающих взрывные воздействия, допускается не учитывать кратковременные нагрузки,

В Значения расчетных нагрузок должны умножаться также на коэффициент надежности по назначению конструкций, учитывающий степень ответственности и капитальности зданий и сооружений. Для сооружений I класса (объектов особо важного народнохозяйственного значения) γ_n =1, для сооружений II класса (важные народохозяйственные объекты) γ_n =0,95, для сооружений III класса (имеющих ограниченное народнохозяйственное Значение) γ_n =0,9, для временных сооружений со сроком службы до 5 лет γ_n =0,8.

Нормативные и расчётные сопротивления бетона

При проектировании нормативное сопротивление бе­тона принимается численно равным прочности бетона, соответствующей его классу.

Нормативное сопротивление бетонных призм осево­му сжатию R_b,n (призменная прочность) определяется по нормативному значению кубиковой прочности с уче­том зависимости, связывающей призменную и кубиковую прочность.

Нормативные сопротивления бетона осевому растя­жению R_bt,n в случаях, когда прочность бетона на растя­жение не контролируется, определяются по нормативно­му значению кубиковой прочности с учетом зависимости, связывающей прочность на растяжение с прочно­стью на сжатие.

Если же прочность бетона на растяжение контроли­руется непосредственным испытанием образцов на про­изводстве, то нормативное сопротивление осевому рас­тяжению принимается равным R_bt,n = R_bt,m (1-1,64ν) и характеризует класс бетона по прочности на растяже­ние.

Расчетные сопротивления бетона для предельных со­стояний первой группы R_b и R_bt определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэф­фициенты надежности бетона при сжатии γ_bcили γ_bt при растяжении: R_{b =}R_b,n/ γ_bc, R_{bt =} R_bt,n/ γ_bt

Для тяжелого бетона γ_bс = 1,3; γ_bе=1,5. Эти коэффициенты учитывают возможность пониже­ния фактической прочности по сравнению с нормативной вследствие отличия прочности бетона в реальных конст­рукциях от прочности в образцах и ряд других факторов, зависящих от условий изготовления и эксплуатации кон­струкций.

Расчетные сопротивления бетона для предельных со­стояний 2-ой группы R_b,serи R_bt,_ser определяются при коэфффициентах надежности γ_bс = γ_bt= 1, т.е. принимаются равными нормативным сопротивлениям. Это объясняет­ся тем, что наступление предельных состояний II группы менее опасно, чем I группы, поскольку оно, как правило, не приводит к обрушению сооружений и их элементов. При расчете бетонных и железобетонных конструк­ций расчетные сопротивления бетона в необходимых случаях умножают на коэффициенты условий работы γ_bi, учитывающие: длительность действия и повторяе­мость нагрузки, условия изготовления, характер рабо­ты конструкции и т. п. Например, с целью учета сниже­ния прочности бетона, имеющего место при длительнойнагрузке, вводят коэффициент γ_b2= 0,85...0,9, при учёте нагрузок малой длительности γ_b2 = 1,1

Нормативные и расчетные сопротивления армату­ры. Нормативные сопротивления арматуры принима­ют равными наименьшим контролируемым значениям для стержневой арматуры, высокопрочной проволо­ки и арматурных канатов — пределу текучести, физи­ческому (σ_y, или условному σ_0,02; для обыкновенной арма­турной проволоки — напряжению, составляющему 0,75 от временного сопротивления разрыву, Значения нормативных сопротивлений R_snпринима­ют в соответствии с действующими стандартами на арматурные стали, как и для бетона, с надежностью 0,95.Расчетные сопротивления арматуры растяжению R_s и R_s.ser для предельных состояний I и II группы определяются делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по ар­матуре γ_s:R_s= R_sn / γ_s

Коэффициент надежности устанавливают, чтобы ис­ключить возможность разрушения элементов в случае чрезмерного сближения R_sи R_snОн учитывает изменчи­вость площади поперечного сечения стержней, раннее развитие пластических деформаций арматуры и т.п. Его значение для стержневой арматуры классов А-1, А-П со­ставляет 1,05; классов А-Ш — 1,07...1,1; классов А-1V, А-V—1,15; классов А-VI —1,2; для проволочной арма­туры классов Вр-1, В-1 — 1,1; классов В-П, Вр-П, К-7, К-19— 1,2.

При расчете по предельным состояниям II группы значение коэффициента надежности для всех видов ар­матуры принято равным единице, т.е. расчетные сопро­тивления численно равны нормативным.

При назначении расчетных сопротивлений арматуры сжатию R_scучитываются не только свойства стали, но и предельная сжимаемость бетона. Принимая ε _bcu=2*10^-3, модуль упругости стали E_s=2*10 ^-5 МПа, можно получить наибольшее напряжение, достигаемое в ар­матуре перед разрушением бетона из условия совмест­ных деформаций бетона и арматуры σ _cs= ε _bcuE_s Согласно нормам расчетное сопротивление армату­ры сжатию R_sv принимают равным R_s, если оно не превышает 400 МПа; для арматуры с более высоким зна­чением R_s, расчетное сопротивление принимают 400 МПа (или 330 МПа при расчете в стадии обжатия). При длительном действии нагрузки ползучесть бетона приводит к повышению напряжения сжатия в арматуре. Поэтому если расчетное сопротивление бетона прини­мают с учетом коэффициента условий работы γ_b2 =0,85...0,9 (т.е. с учетом продолжительного действия нагрузки), то допускается при соблюдении соответству­ющих конструктивных требований повышать значе­ние R_зс до 450 МПа для сталей класса А-1V и до 500 МПа для сталей классов Ат-1V и выше.

При расчетах конструкций по I группе предельных состояний расчетные сопротивления арматуры в необхо­димых случаях умножаются на коэффициенты условий работы γ_si, учитывающие неравномерность распределе­ния напряжений в сечении, наличие сварных соединений, многократное действие нагрузки и др. Например, работа высокопрочной арматуры при напряжениях выше услов­ного предела текучести учитывается коэффициентом ус­ловий работы у₈б, величина которого зависит от класса арматуры и изменяется от 1,1 до 1,2