Что характеризует расчетное значение нагрузки

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 γ_f – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по актуализированной версии СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (СП 20.1330.2016),

γ_n – 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 γ_n = 1.0.

III – пониженный уровень ответственности: сооружения сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и др.). Для них γ_n = 0.8.

Величина коэффициента надежности по нагрузке (0.9 ≤ γ_f ≤ 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.

Источник

Классификация и учет нагрузок согласно нормативных документов, общие положения

Расчет любых строительных конструкций начинается с выбора расчетной схемы (расчетной модели) и сбора (учета) нагрузок. А так как нагрузки могут быть самыми разнообразными и к тому же их может быть много, то учет нагрузок может представлять определенные трудности.

При расчете по предельным состояниям для сбора нагрузок раньше использовался СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». В данном нормативном документе достаточно подробно описаны основные виды нагрузок и учет их возможного сочетания. Но время идет и относительно недавно (12.02.2016) был актуализирован новый нормативный документ СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Именно этим документом следует пользоваться при сборе нагрузок.

Чисто для себя я хотел бы разобраться, насколько сильно изменились основные понятия и определения и можно ли по старинке пользоваться не актуализированным СНиПом. Дело в том, что во множестве статей, посвященных расчету конструкций, я ссылаюсь именно на СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», и просто так вносить правки в эти статьи не хотелось бы (слишком много времени).

Поэтому я, как человек уважающий чужие авторские права, по возможности не буду полностью или частично приводить текст данного документа, а просто приведу понятия и определения из СНиПа, впрочем также немного измененные (копипаст в любом случае не имеет смысла), а затем курсивом свой комментарий. Запрашивать разрешение на частичное воспроизведение текста я также не вижу смысла.

Перед тем, как приступать к рассмотрению нормативных документов, я советую вам сначала ознакомиться с основными видами нагрузок с точки зрения строительной механики для лучшего понимания материала. Основное внимание будет уделено нагрузкам на жилые здания и сооружения, которым и посвящен данный сайт. Особенности определения нагрузок для промышленных зданий и сооружений будут по возможности пропущены.

Настоящие нормы распространяются на проектирование строительных конструкций и оснований зданий и сооружений и устанавливают основные положения и правила по определению и учету постоянных и временных нагрузок и воздействий, а также их сочетаний.

Нагрузки и воздействия на строительные конструкции и основания зданий и сооружений, отличающихся от традиционных, допускается определять по специальным техническим условиям.

В СП данные положения, не имеющие вообще никакой нумерации, вынесены в отдельный раздел 1.Область применения. Кроме того, теперь нагрузки не определяются и учитываются, а назначаются в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 27751. В частности данный ГОСТ теперь четко регламентирует расчеты по группам предельных состояний, классы сооружений, нагрузки и воздействия и много чего другого. Возможно когда-нибудь этот ГОСТ, введенный впервые, я рассмотрю отдельно.

Так как в СНиПе не было отдельных разделов 2. Нормативные ссылки и 3. Термины и определения, то и рассматривать мы их не будем. К тому же решающего значении при учете нагрузок они не имеют.

1. Общие положения

1.1. При расчете конструкций необходимо учитывать основные нагрузки, которые будут действовать на строительные конструкции в процессе возведения и эксплуатации зданий и сооружений, а также возможные технологические нагрузки, которые будут действовать на строительные конструкции при их изготовлении, хранении, транспортировке и монтаже.

В СП данный пункт оставлен без изменений, за исключением того что имеет другую нумерацию, а именно п.1.4.

1.2. Нормативное значение является основной характеристикой нагрузки.

Для некоторых видов нагрузок устанавливаются два нормативных значения: полное и пониженное. Пониженное значение используется в расчетах, если необходимо учесть влияние длительности нагрузок, проверить на выносливость, а также в других случаях, оговоренных в соответствующих нормах проектирования строительных конструкций и оснований.

К нагрузкам, имеющим два нормативных значения, относятся нагрузки на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий от людей, животных и оборудования, снеговые и температурные климатические воздействия.

1.3. Расчетное значение нагрузки определяется, как произведение нормативного значения нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке γ_n, принимаемый согласно рассматриваемому предельному состоянию:

а) при расчетах на прочность и устойчивость — в соответствии с пп. 2.2, 3.4, 3.7, 3.11, 4.8, 6.11, 7.3 и 8.7;

1.3.1. При наличии статистических данных расчетные значения нагрузок можно определять непосредственно по заданной вероятности их не превышения.

В СП уточняется, что речь идет о климатических нагрузках и воздействиях соответственно имеются в виду климатические данные. Важность этого дополнения еще и в том, что данные по климатическим нагрузкам собираются и обрабатываются в течение десятилетий, на основании этих данных в нормативные документы и вносятся соответствующие изменения, а потому при определении расчетных значений нагрузок для выбранного района строительства можно пользоваться не только нормативными документами, но и непосредственно климатическими данными. Это особенно важно, если расчетные значения нагрузок определенные на основе анализа климатических данных, превышают расчетные значения нагрузок, определенных по действующему нормативному документу. Впрочем для малоэтажного строительства данное уточнение большого значения не имеет.

1.3.2. При расчетах конструкций и оснований на период возведения зданий и сооружений расчетные значения снеговых, ветровых, гололедных нагрузок, а также температурных климатических воздействий следует уменьшать на 20 %.

1.3.3. Если необходимо выполнить расчет на прочность и устойчивость в условиях пожара, при взрывных воздействиях, столкновении транспортных средств с частями зданий и сооружений, то следует принимать γ_n = 1 для всех учитываемых при таких расчетах нагрузок.

В СП данный пункт был разбит на несколько отдельных пунктов и в них внесены на мой взгляд правильные структурные изменения, теперь не упоминаются расчеты на прочность и устойчивость, а есть просто расчеты по первой группе предельных состояний, не упоминаются расчеты на выносливость и по деформациям, а есть просто расчеты по второй группе предельных состояний. Тем не менее общий смысл п.1.3 никак не изменился за исключением приведенного выше уточнения о климатических нагрузках.

Примечание. Расчетные значения для нагрузок, имеющих два нормативных значения, определяются с одинаковым коэффициентом надежности по нагрузке для рассматриваемого предельного состояния.

Данное примечание в какой-либо форме в СП отсутствует, да и правду сказать мне оно не совсем понятно.

Классификация нагрузок

1.4. В зависимости от времени действия нагрузки бывают постоянные и временные: длительные, кратковременные и особые.

1.5. Нагрузки, возникающие при возведении сооружений, изготовлении, хранении и перевозке конструкций, учитываются в расчетах как кратковременные нагрузки.

Нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации сооружений, учитываются в соответствии с пп. 1.6— 1.9.

Данный пункт в СП оставлен без изменений за исключением того, что поменялись номера пунктов. Кроме того примечательно, что нагрузки опять учитываются, а не назначаются.

1.6. К постоянным нагрузкам относят:

а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.

Усилия от предварительного напряжения, сохраняющиеся в конструкциях или основаниях, учитываются в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.

В СП данный пункт дополнен подпунктом в), куда относится гидростатическое давление, возникающее при высоком уровне грунтовых вод. Данный подпункт важен при проектировании фундаментов и оснований.

1.7. К длительным нагрузкам относят:

а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

В данном случае у меня всегда возникают вопросы, какие именно перегородки можно относить к временным, а какие к постоянным и можно ли рассматривать стяжку, как подливку под оборудование, так как отдельно стяжка нигде не упоминается? Например, перегородка в полкирпича или стяжка по перекрытию могут оставаться на своем месте в течение всего времени эксплуатации здания или сооружения и тогда это постоянная перегородка или постоянная стяжка и учитывать нагрузки от них следует согласно п.1.6.а). С другой стороны перегородку можно перенести, а стяжку поменять на другую, более легкую и тогда мы имеем дело с временной перегородкой или временной стяжкой. К сожалению данный подпункт оставлен в СП без изменений.

Для себя я эти вопросы решаю так: вес перегородок из натурального или искусственного камня и вес стяжки я всегда учитываю как постоянную нагрузку.

б) вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;

Данный подпункт оставлен в СП без изменений, а в жилищном строительстве может использоваться разве что при расчете перекрытий гаражей.

г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;

Подпункты в), а также ж), и) имеют отношение только к промышленным зданиям и сооружениям, поэтому я их исключил из общего списка по указанным выше причинам. А подпункт г) оставил потому, что сейчас в квартирах и домах классические архивы, кабинеты и просто книжные полки встречаются все реже, но тем не менее встречаются.

д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

е) вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

Данные подпункты в СП оставлены без изменений. И хотя вероятность учета подобных нагрузок при расчете жилых домов крайне низка, но на всякий случай оставлю.

з) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями, приведенными в табл. 3;

Теперь в СП это просто пониженные нагрузки, указанные в п.1.2 (п.4.1 в СП).

к) снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением, определяемым умножением полного расчетного значения на коэффициент 0,5.

л) температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями, определяемыми в соответствии с указаниями пп. 8.2-8.6 при условии θ₁ = θ₂ = θ₃ = θ₄ = θ₅ = 0, Δ_I = Δ_VII = 0;

В СП данные подпункты отсутствуют, а потому на подобные требования теперь можно не обращать внимания.

м) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;

н) воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.

Примечание. В районах со средней температурой января минус 5 °С и выше (по карте 5 приложения 5 к СНиП 2.01.07-85*) снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением не устанавливаются.

В СП данные подпункты оставлены без изменений, а примечание отсутствует, в частности потому, что теперь нет подпункта к).

1.8. К кратковременным нагрузкам относят:

а) нагрузки от оборудования, возникающие в пуско-остановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;

В СП данный подпункт оставлен без изменений, а мной не удален потому, что обычную стиральную машину вполне можно рассматривать, как оборудование, часто создающее дополнительные нагрузки на перекрытие в процессе работы и в пуско-остановочном режиме.

б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;

в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями, кроме нагрузок, указанных в п. 1.7, а, б, г, д;

В целом конечно же движущийся автомобиль создает нагрузку как минимум в 2 раза больше собственного веса, потому что нагрузка эта динамическая (а возможно и ударная), а потому более правильно рассчитывать перекрытия гаражей с учетом кратковременной нагрузки от движущегося автомобиля с учетом динамического коэффициента. Но это опять же сугубо мое личное мнение.

д) снеговые нагрузки с полным расчетным значением;

е) температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;

ж) ветровые нагрузки;

з) гололедные нагрузки.

В СП теперь все эти подпункты объединены в один 5.6.е) климатические нагрузки. Из контекста следует, что это нагрузки с полным расчетным значением, однако прямо об этом не говорится.

1.9. К особым нагрузкам относят:

а) сейсмические воздействия;

в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.

В СП данные подпункты оставлены без изменений, а кроме того добавлены еще два подпункта д) нагрузки, возникающие во время пожаров, и е) нагрузки возникающие в результате столкновения транспортных средств с частями зданий и сооружений. На мой взгляд, достаточно нужные и важные дополнения.

Пункт, посвященный описанию особых нагрузок, заканчивается следующим предложением: «Расчетные значения особых нагрузок устанавливаются в соответствующих нормативных документах или задании на проектирование.» Т.е. в данном своде правил не приводятся расчетные значения особых нагрузок в отличие от множества других, вышеперечисленных в классификации.

Сочетания нагрузок

1.10. Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп выполняется с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий.

Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции или основания.

1.11. В зависимости от учитываемого состава нагрузок различают:

а) основные сочетания нагрузок, включающие постоянные, длительные и кратковременные нагрузки;

б) особые сочетания нагрузок, включающие перечисленные в п.1.11.а) и одну из особых нагрузок.

1.11.1. Временные нагрузки, имеющие два нормативных значения, включаются в сочетания при пониженном нормативном значении как длительные, если учитывается пониженное нормативное значение, как кратковременные, если учитывается полное нормативное значение.

1.12. При учете сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок или соответствующих им усилий следует умножать на коэффициенты сочетаний ψ, равные:

1.12.1. В основных сочетаниях для длительных нагрузок ψ₁ = 0,95; для кратковременных ψ₂ = 0,9:

1.12.2. в особых сочетаниях для длительных нагрузок ψ₁ = 0,95; для кратковременных ψ₂ = 0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений для сейсмических районов и в других нормах проектирования конструкций и оснований. При этом особая нагрузка принимается без снижения.

1.12.3. При учете основных сочетаний, состоящих из постоянных нагрузок и одной временной нагрузки (длительной или кратковременной), коэффициенты ψ1, ψ2 не вводятся.

Эти два пункта в СП подверглись наибольшей правке. Это в частности связано с тем, что нет и быть не может точного ответа на вопрос: на какое сочетание нагрузок следует рассчитывать ту или иную конструкцию? Приблизительный ответ на этот вопрос дает теория вероятности и соответственно коэффициенты сочетаний в указанных пунктах определяются с помощью теории вероятности.

А дальше все усложняется, т.е. чем больше возможных сочетаний с временными нагрузками, тем меньше вероятность их одновременного совместного действия на рассчитываемую конструкцию или основание, что и оговаривается пп.1.12.1 и 1.12.4.

В особых сочетаниях вероятность воздействия особых нагрузок составляет 100%, на то они и особые сочетания, при этом вероятность воздействия других кратковременных нагрузок снижается, а некоторые из них могут вообще не учитываться, что и оговаривается пп.1.11.2 и 1.12.2. Кроме того, подпункт 1.11.2 является как бы дополнением подпункта 1.3.3.

для основных сочетаний C_m

для особых сочетаний С_s

Так 1 означает основную степень влияния. Как определить степень влияния той или иной нагрузки, в нормативных документах не оговаривается.

Чисто для себя я пользуюсь следующим правилом: чем больше значение нагрузки, тем больше ее степень влияния.

— при равномерно распределенных длительных нагрузках:

— для всех остальных нагрузок

Как видим, теперь основная по влиянию длительная нагрузка всегда учитывается со 100% вероятностью вне зависимости от того, сколько всего временных нагрузок действует. Если я правильно понимаю контекст документа, то под всеми остальными нагрузками имеются в виду сосредоточенные или неравномерно распределенные нагрузки.

Из этого следует, что если для упрощения расчетов несколько длительных сосредоточенных нагрузок приводятся к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке, то все равно в любом сочетании эту нагрузку следует учитывать со 100% вероятностью.

— при кратковременных нагрузках:

— для всех остальных нагрузок

Кратковременные нагрузки можно не учитывать в особых сочетаниях при нагрузках, вызываемых пожаром, столкновением транспортных средств с частями зданий и сооружений и при взрывном воздействии.

Как видим, и для кратковременных нагрузок в новом нормативном документе вероятность их совместного действия увеличена.

1.13. При учете сочетаний нагрузок в соответствии с указаниями п. 1.12 за одну временную нагрузку принимается:

В СП данный пункт оставлен без изменений за исключением того, что поменялась нумерация. Кроме того я исключил некоторые виды нагрузок имеющих отношение только к промышленным объектам.

2. Вес конструкций и грунтов

2.2. Коэффициенты надежности по нагрузке γ_n для веса строительных конструкций и грунтов приведены в таблице 509.1:

Таблица 509.1. Коэффициенты надежности по нагрузке (согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»)

1. При проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидывания и в других случаях, когда уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшить условия работы конструкций, производится расчет с коэффициентом надежности по нагрузке γ_n = 0,9 для веса конструкции или ее части.

2. При определении нагрузок от грунта также учитываются нагрузки от складируемых материалов, оборудования и транспортных средств, передаваемые на грунт.

3. Для металлических конструкций, в которых усилия от собственного веса превышают 50 % общих усилий, следует принимать γ_n = 1,1.

В СП формулировки данного раздела немного изменились, но общий смысл и значения коэффициентов остались прежними. Изменилась нумерация, теперь это раздел 7. Примечание 1 вынесено в отдельный пункт 7.4 и дополнено «если другое значение не предусмотрено в нормах проектирования этих конструкций». Примечание 3 также вынесено в отдельный пункт 7.3 и оставлено без изменений. Кроме того, в таблице в строке металлические сделано примечание: «кроме указанных в п.2.3. Вот только никакого п.2.3. в СП нет, а это опечатка. Вместо «п.2.3» следует читать «п.7.3».

Общий вывод:

В целом классификация нагрузок и значения коэффициентов надежности для грунтов и веса конструкций не изменились и в этой части можно пользоваться не актуализированным СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». При учете сочетаний нагрузок следует пользоваться более жесткими требованиями СП 20.13330.2011.

Впрочем те, кто учитывал все нагрузки как постоянные, могут не беспокоиться. Для них совершенно ничего не поменялось, разве что возможный коэффициент запаса прочности теперь будет немного меньше.

Влияние изменений в других разделах СНиПа будет рассмотрено отдельно.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

Источник