Нормативные и расчетные нагрузки
Классификация нагрузок.
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 чрезмерно раскрытые трещины.
Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний.
Предельные состояния I группы(группа непригодности к эксплуатации):
Предельные состояния II группы(группа непригодности к нормальной эксплуатации):
· чрезмерные прогибы или выгибы;
· чрезмерное раскрытие трещин.
Расчет по предельным состояниям конструкции производят для всех стадий: изготовление, хранение, транспортирование, монтаж и эксплуатация.
Усилия в статически-неопределимых конструкциях определяют с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры, что очень существенно при длительном воздействии нагрузки, а также учитывается перераспределение усилий.
1) По природе возникновения:
а) технологические (от веса людей в жилых и общественных зданиях, оборудования и кранов в промышленных зданиях);
б) атмосферные (от снега, ветра, изменений температуры, гололед);
в) собственный вес несущих и ограждающих конструкций;
2) По длительности нагрузки бывают:
а) постоянные (собственный вес, давление грунтов, предварительное напряжение);
— длительные (вес стационарного оборудования на перекрытиях; давление газов, жидкостей, сыпучих тел; длительная часть крановых, снеговых нагрузок и т.д.);
— кратковременные (люди, кратковременная часть крановых, снеговых нагрузок, ветровые нагрузки);
а) вертикальные (нагрузки от веса конструкций и временные (полезные) нагрузки);
б) горизонтальные (ветровая нагрузка);
5) По применению в расчетах:
Иногда применяют термин «полезная нагрузка», т.е. нагрузка, являющаяся условием функционального использования той или иной конструкции или всего сооружения в целом.
Нагрузки, отвечающие нормальным условиям эксплуатации, называют нормативными. Нормативные нагрузки от технологического оборудования принимаются по паспортам заводов-изготовителей, атмосферные – по результатам многолетних наблюдений, полезные нагрузки от людей из расчета возможного скопления на единице площади и т.д.
Нагрузки, отвечающие предельным максимальным значениям, появление которых возможно в результате влияния неучтенных факторов – называют расчетными.
Переход от нормативной нагрузки к расчетной осуществляется путем умножения на коэффициент надежности по нагрузке:
.
Как правило, на сооружение действует не одна, а несколько нагрузок. При расчете конструкций необходимо выбрать наиболее неблагоприятное их сочетание. Поэтому в нормах на проектирование установлены две категории расчетных сочетаний нагрузок:
§ основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок;
§ особые сочетания, включающие кроме постоянных, длительных и кратковременных нагрузок одну из особых нагрузок.
Если в основное сочетание входит одна временная нагрузка, ее принимают без снижения. При двух и более временных нагрузках основного сочетания их умножают на коэффициент сочетания 
, учитывающий меньшую вероятность совместного действия расчетных значений. Для временных длительных нагрузок 
, для кратковременных 
. В особых сочетаниях , а 
, при этом особую нагрузку принимают без снижения.
Расчетные нагрузки строительных конструкций
Проектирование строительных конструкций должно производиться в соответствии с «Основными положениями проектирования строительных конструкций и оснований» (глава 11-А, 11-62 СНиП), утвержденными Госстроем 31 октября 1961 г. (приказ №311).
Расчетные нагрузки несущих строительных конструкций и оснований производится по методу расчетных предельных состояний. Расчетными предельными состояниями называются такие состояния конструкций, при которых величины усилий, напряжений, деформаций или местных повреждений превышают величины, указанные в «Строительных нормах и правилах» или в «Технических условиях».
Устанавливаются три расчетных предельных состояния:
Установленные нормами наибольшие величины внешних воздействий (нагрузок), допускаемых при нормальной эксплуатации конструкций или оснований; называются нормативными нагрузками.
Коэффициенты, учитывающие опасность превышения нагрузок по сравнению с их нормативными значениями, называются коэффициентами перегрузки.
Произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки называется расчетной нагрузкой. Расчетные, нормативные нагрузки и коэффициенты перегрузки приведены в таблице 6.
Сопротивление материала силовым воздействиям, установленное нормами в качестве характеристики его механических свойств, называется нормативным сопротивлением (Rн ).
Коэффициенты, учитывающие опасность снижения сопротивления материалов по сравнению с нормативными сопротивлениями вследствие изменчивости механических свойств материалов, называются коэффициентами однородности материалов (К).
Расчетным сопротивлением материала (R) называется сопротивление, равное произведению нормативного сопротивления на коэффициент однородности.
Коэффициент, учитывающий особенности работы конструкций или оснований (концентрация напряжений, возможность хрупкого разрушения, влияние агрессивной среды и других неблагоприятных или благоприятных факторов и их комбинаций, не учитываемых в расчете прямым путем), называется коэффициентом условий работы конструкций или оснований (m).
Расчет конструкций и оснований по первому предельному состоянию производится: по прочности или устойчивости — по расчетным нагрузкам, а по выносливости — по нормативным нагрузкам.
Расчет по второму предельному состоянию производится по нормативным нагрузкам.
Расчет по третьему предельному состоянию производится по нормативным или расчетным нагрузкам в зависимости от характера возникающих повреждений в соответствии с нормами проектирования конструкций или оснований.
Нагрузки при расчете принимаются в следующих сочетаниях:
Расчет конструкций и основании по первому предельному состоянию (прочности и устойчивости) производят по расчетным нагрузкам по формуле:
где N — расчетное усилие в конструкции (нормальные и поперечные силы, изгибающие моменты) от суммы воздействия расчетных нагрузок в наиболее невыгодной комбинации,
Понятие нормативных и расчетных нагрузок. Коэффициенты надежности.
В методе предельных состояний применяется система коэффициентов надежности и коэффициентов условий работы, учитывающая изменчивость нагрузок, свойств материалов и условий работы конструкции. В связи с этим в расчетах по методу предельных состояний используются нормативные и расчетные значения нагрузок.
Нормативные нагрузки – это нагрузки, установленные нормами по заданной заранее вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям.
Расчетные нагрузки – это нагрузки, используемые в расчетах конструкций на прочность и устойчивость и получаемые путем умножения нормативных значений нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке и по назначению здания:
где γf – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по актуализированной версии СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (СП 20.1330.2016),
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, зависящий от уровня ответственности сооружения.
Установлено три класса ответственности зданий и сооружений:
II – нормальный уровень ответственности: здания и сооружения массового строительства (жилые, общественные, проиводственные и сельскохозяйтсвенные здания и сооружения). Для них γn = 1.0.
III – пониженный уровень ответственности: сооружения сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и др.). Для них γn = 0.8.
Величина коэффициента надежности по нагрузке (0.9 ≤ γf ≤ 1.4) зависит от вида нагрузки и группы предельных состояний. Нагрузки, действующие на здание, делятся на постоянные, временные и особые.
Постоянные – нагрузки, действующие в течение всего периода эксплуатации. Это вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов для заглубленных сооружений, усилие предварительного обжатия.
Временными называются нагрузки, изменяющие в процессе эксплуатации по величине или положению. Временные нагрузки делятся на длительные и кратковременные.
К длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования, нагрузка от массы продуктов, заполняющих оборудование в процессе эксплуатации, пониженное значение снеговых и крановых нагрузок, давление жидкостей, газов и сыпучих материал в емкостях, трубопроводах и др.
К кратковременным нагрузкам относятся: вес людей, полное значение снеговых и крановых нагрузок, ветровые нагрузки, а также нагрузки, возникающие при монтаже и ремонте конструкций.
Расчет конструкций выполняется на действие нагрузок в различных сочетаниях. Одновременное действие постоянных, длительных и кратковременных нагрузок называется основным сочетанием. Вероятность одновременного воздействия наибольших нагрузок учитывается коэффициентами сочетаний.
При одновременном действии двух и более временных нагрузок эти коэффициенты для всех временных нагрузок, кроме тех, что оказывают наибольшее влияние, принимаются меньше единицы. Для длительных нагрузок они равны 0.95, а для кратковременных – 0.9 или 0.7 в зависимости от степени влияния нагрузки. Наиболее значимая временная нагрузка прикладывается без снижения.
Особые сочетания складываются из нагрузок из основного сочетания и одной из особых нагрузок. В особых сочетаниях кратковременные нагрузки умножаются на коэффициент 0.8 (кроме случая сейсмических воздействий). Особая нагрузка прикладывается без снижения.