Общие положения проектирования и расчета конструкций зданий и сооружений. Тема № 1

ОБЪЕКТЫ СТРОИТЕЛЬСТВА
подземные
(подводные)
2
надземные
(надводные)
наземные
(наводные)
Конструкции зданий - это часть архитектурного произведения, материально оформленный смысл сооружения. Грамотно запроектированные конструкции дают возможность осознать, что поиск рациональной, логичной конструкции – основной принцип работы архитектора, смысл его деятельности, которая связывает рациональность с эстетикой, логику инженера – с художественной утонченностью архитектора.
[ Н.В. Канчели]

ПОДЗЕМНЫЕ (ПОДВОДНЫЕ)
3
Мечеть Санжаклар

ПОДЗЕМНЫЕ (ПОДВОДНЫЕ)
4
Мечеть Санжаклар

НАЗЕМНО- НАДВОДНЫЕ
Австрийский павильон на 56-й художественном биеннале .
Венеция 2015 г.
5

НАЗЕМНО-НАДВОДНЫЕ
6
Австрийский павильон на 56-й художественном биеннале.
Венеция 2015 г.

Посетительский центр. Корпус здания покрыт желтым анодированным алюминием и выглядит плывущим над заключенным в стекло нижним уровнем, в котором расположены администрация и кафе. 60-метровый корабль вмещает в себя два выставочных зала и планетарий
7
НАДЗЕМНЫЕ
Археолого-космический музей. Германия 2007 г.

НАЗЕМНЫЕ
Обзорная башня.
8
Посетительский центр. Вид изнутри.
Археолого-космический музей
Германия 2007 г.

9
ПОДЗЕМНО-НАЗЕМНЫЕ
Национальный музей шейха Зайда

НАЗЕМНЫЕ
По прежнему современен взгляд на применение конструкций уже не современными архитекторами, приемы которых вызывают удивление у многих современников

НАДЗЕМНЫЕ
11
Вынос консоли – тридцать метров, максимально возможный для данной конструкции. Подъем в верхней точке – семнадцать, что на пять метров больше высоты основного здания, подчиненного двенадцати метрам высотных ограничений, заданных мастер-планом выставки.
Павильон Россия на всемирной выставке ЭКСПО г. Милан 2015 г.

НАДЗЕМНЫЕ
Павильон Россия на всемирной выставке ЭКСПО г. Милан 2015 г.
Основание летящего, плавно изогнутого козырька поддержано четырьмя круглыми зеркальными колоннами внутри прозрачного стеклянного тамбура: тонкие стыки стеклянных пластин делают входную часть павильона прекрасно просматриваемой насквозь. Консоль кажется лежащей на стекле
12

НАВОДНЫЕ
На острове, построенном в XIX веке, ранее размещался форт с 80 солдатами для защиты побережья Великобритании от нападения французов. В настоящий момент на нем расположен гостиничный комплекс, два ресторана, пять баров и две вертолетные площадки. В поперечнике постройка превышает 60 метров. Фундамент представляет собой гранитные глыбы, которые доставлялись на место специальными баржами.
13

НАДЗЕМНЫЕ И НАДВОДНЫЕ
Разводной мост для пешеходов и велосипедистов . Копенгаген.
Изящная конструкция имеет Y-образную форму и соединяет берега каналов Кристиансхаун и Транграун в самом центре датской столицы. Более короткая «ножка» (около 20 м) неподвижна, а два «крыла» могут подниматься – как вместе, так и по отдельности – обеспечивая свободное движение судов по каналам
14

НАДЗЕМНЫЕ И НАДВОДНЫЕ
15
Неподвижные части моста за счет специальных эластичных вкладышей и масляных амортизаторов мягко «принимают» створки.

НАЗЕМНЫЙ
HELIOS, штаб-квартира Национального института солнечной энергии в Савойе.
2007 г.
16

УРОВНИ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
В зависимости от градостроительных требований и социального значения места строительства здания и сооружения делятся на уровни ответственности в соответствии с требованиями ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».
Для учета ответственности зданий и сооружений, характеризуемой экономическими, социальными и экологическими последствиями их отказов, устанавливаются три уровня:
I — повышенный,
II — нормальный,
III — пониженный.

УРОВНИ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м3 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения).
Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения).
Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружения сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения).

ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
Расчет строительных конструкций должен обеспечить надежность их работы в процессе эксплуатации. Статический (или динамический) расчет заключается в составлении расчетных схем, наиболее близко отвечающих действительной работе конструкций, и определении внутренних усилий (изгибающих моментов М, поперечных сил Q, продольных сил N) в опасных сечениях проектируемых конструкций с учетом их жесткости и устойчивости. Этот расчет производится по общим правилам строительной механики, если предполагается упругая работа материала в конструкции, либо по методу предельного равновесия с учетом перераспределения усилий вследствие пластических деформаций.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
Предельные состояния первой группы характеризуются исчерпанием несущей способности или пригодностью конструкций к эксплуатации из-за потери устойчивости формы или положения, любого характера разрушения, качественного изменения конфигурации, резонансных колебаний или перехода в состояние, при котором возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести или чрезмерного раскрытия трещин.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
Предельные состояния второй группы – непригодностью к нормальной эксплуатации вследствие появления чрезмерных деформаций (прогибов, осадок, углов поворота и углов перекоса), колебаний, трещин и т.п.
Основным условием надежности строительных объектов являются выполнения требований (критериев) для всех учитываемых предельных
состояний при действии наиболее неблагоприятных сочетаний расчетных нагрузок в течение расчетного срока службы.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
Цель расчета по предельным состояниям – не допустить возможности наступления того или иного предельного состояния для конструкции в целом и отдельных ее частей в период изготовления, транспортировки и монтажа и эксплуатации. Расчет по несущей способности необходим для всех несущих конструкций, а по деформациям и образованию или раскрытию трещин – только для конструкций, в которых чрезмерные деформации, образование или значительное раскрытие трещин возможны и могут привести к потере эксплуатационных качеств, когда прочность еще не исчерпана.

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
Конструктивный расчет заключается в выборе материала, установлении рациональной формы элемента и размеров его сечения, выборе марки камня, класса и марки бетона и арматуры, количества и схемы размещения арматуры и т.д. Конструктивный расчет в подавляющем большинстве случаев производится по методу предельных состояний: по несущей способности (предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы).

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
17
НИТЬ – податливый элемент, диаметр (толщина), которого мал
по сравнению с длиной, провис ничтожно мал по сравнению с длиной)
СТЕРЖЕНЬ (БРУС, БАЛКА) – элемент, размеры поперечного сечения которого малы по сравнению с длиной
ОБОЛОЧКА – пространственно изогнутая пластина
ПЛАСТИНА (ДИСК, ПЛИТА) – плоский элемент, толщина которого мала по сравнению с шириной и длиной
МАССИВ – все три размера элемента величины одного порядка

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРУЕМОЕ СОСТОЯНИЕ. РАСТЯЖЕНИЕ.
18

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРУЕМОЕ СОСТОЯНИЕ. СЖАТИЕ.
19

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРУЕМОЕ СОСТОЯНИЕ. СДВИГ.
20

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРУЕМОЕ СОСТОЯНИЕ. ИЗГИБ.
21

РАЗРУШЕНИЯ
22

РАЗРУШЕНИЯ
23

РАЗРУШЕНИЯ
24

РАЗРУШЕНИЯ
25

РАЗРУШЕНИЯ
26

Условие расчета по первой группе предельных состояний в общем виде можно выразить так:
N (ρn, γn, γf) < Fu (Rn, A, γm, γd),
где: N - усилие в сечении от наиболее невыгодного сочетания нагрузок (нормальная сила, изгибающий момент и др.), зависящее от метода расчета, коэффициентов надежности по нагрузке и надежности по ответственности;
Fu - наименьшая несущая способность сечения, зависящая от нормативного сопротивления материала, геометрических размеров сечения, коэффициентов надежности по материалу и коэффициентов условий работы.

При расчетах по второй группе предельных состояний общая расчетная формула имеет вид:
f ≤ fu
где: f - расчетное значение деформации или перемещения с учетом пластических свойств материалов и длительности действия нагрузки;
fu - соответствующее предельное значение, установленное нормами и гарантирующее нормальную эксплуатацию.

РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ
Расчетная схема конструкции – это упрощенное изображение ее несущей и опорной систем. Стержни на расчетной схеме показывают в виде их центральных линий, пластины – в виде их серединных поверхностей, реальные опоры – в виде условных изображений. Расчетная схема учитывает только основные параметры конструкции: формы и размеры отдельных ее элементов, характер взаимодействия между ними, значение, расположение и характер нагрузок. Второстепенные свойства конструкции при этом не учитываются.

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
1. Выбор расчетной схемы – исследование заданной системы, принятие решений о назначении расчетной схемы наиболее отвечающей заданным условиям, уточнение опорных и соединительных узлов.
2. Сбор нагрузки – определение видов и типов нагрузки действующей на конструкцию, назначение коэффициентов условия работ по виду нагрузки и назначению конструкций и материалов, расчет поверхностной, погонной и точечной нагрузки. Сочетания нагрузки.
3. Статический расчет – определение внутренних усилий (М – изгибающий момент, Q – поперечная сила, N – продольная сила) в опасных сечениях расчетной схемы по правилам теоретической механики вручную или при помощи программного обеспечения на ПЭВМ.
4. Подбор сечения элемента конструкции – выбор материала конструкции, выбор формы поперечного сечения, определение требуемых геометрических характеристик сечения.
5. Проверки – по прочности, жесткости и устойчивости элемента конструкции.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Сбор нагрузок на 1 м2 покрытия и перекрытия.