Метод расчета конструкций по предельным состояниям по ГОСТ 27751-2014

Расчет по предельным состояниям конструкций применяется для обеспечения их безопасности, устойчивости и долговечности. Этот метод используется при проектировании зданий и сооружений, когда необходимо учесть возможные воздействия, такие как нагрузки, температуры, вибрации и другие факторы, которые могут привести к разрушению или получению конструкцией неоптимальных характеристик. Основными предельными состояниями являются: предельное состояние прочности, предельное состояние деформативности и предельное состояние эксплуатационной годности.

Особенности расчета по методу предельных состояний

В соответствии с ГОСТ 27751-2014:

«Предельное состояние строительного объекта: состояние  строительного объекта, при превышении характерных параметров которого  эксплуатация строительного объекта недопустима, затруднена или нецелесообразна.»

 Согласно п.5.1.1 ГОСТ 27751-2014:

• первая группа предельных состояний - состояния строительных объектов, превышение которых ведет к потере несущей способности строительных конструкций и возникновению аварийной расчетной ситуации;
• вторая группа предельных состояний - состояния, при превышении которых нарушается нормальная эксплуатация строительных конструкций, исчерпывается ресурс их долговечности или нарушаются условия комфортности;
• особые предельные состояния - состояния, возникающие при особых воздействиях и ситуациях и превышение которых приводит к разрушению сооружений с катастрофическими последствиями.

К первой группе предельных состояний относят: разрушения любого характера (пластическое, хрупкое, усталостное), потерю устойчивости (как отдельных конструктивных элементов, так и здания целиком), различные условия, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации (чрезмерные деформации в результате деградации свойств материала, пластичности, сдвига в соединениях, а также чрезмерное раскрытие трещин).

Расчет по несущей способности производится на воздействие наибольших нагрузок, возможных в процессе эксплуатации (расчетных нагрузок). При этом максимально возможное усилие в элементе или в конструкции не должно превышать минимальной несущей способности элемента или конструкции:

где N – максимальное усилие, зависящее от нагрузок и расчетной схемы;

Ф – минимальная несущая способность, зависящая от материала и геометрических параметров сечения.

Основная прочностная характеристика стали — это нормативное сопротивление. Для элементов, работающих на сжатие, растяжение и изгиб, нормы рассматривают две величины нормативного сопротивления:

• нормативное сопротивление по пределу текучести Ryn (определяется по пределу текучести образцов σy);
• временное сопротивление или нормативное сопротивление по пределу прочности Run (определяется по временному сопротивлению образцовσu).

Поскольку фактический характер работы конструкций в процессе реальной эксплуатации отличается от условий их работы в условиях лабораторных исследований материалов, то расчет прочности принято производить по расчетным сопротивлениям:

1. расчетное сопротивление по пределу текучести Ry;
2. расчетное сопротивление по пределу прочности Ru.

Расчетные сопротивления определяются путем деления нормативных сопротивлений на коэффициент надежности по материалу (γu=1,3).

Уровень ответственности здания учитывают с помощью коэффициента надежности по ответственности (γn). Разделение зданий и сооружений по уровню ответственности осуществляется в соответствии с Техническим регламентом о безопасности зданий и сооружений.

К зданиям и сооружениям повышенного уровня ответственности относятся здания и сооружения, отнесенные в соответствии с Градостроительным кодексом Российской Федерации к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам (объекты использования атомной энергии, крупные гидротехнические сооружения, ответственные сооружения связи, линии электропередач напряжением 330 ≥ кВ, объекты космической инфраструктуры, объекты инфраструктуры воздушного и железнодорожного транспорта, метрополитены, подвесные канатные дороги, производственные объекты, связанные с получением и переработкой опасных веществ, расплавов металлов, добычей и переработкой полезных ископаемых, все сооружения высотой более 100 м, имеющие пролеты более 100 м, консоли вылетом более 20 м, подземную часть, заглубленную ниже планировочной отметки более чем на 15 м). Для таких объектов минимальное значение коэффициента надежности по ответственности γn = 1,1.

К зданиям и сооружениям пониженного уровня ответственности относятся здания и сооружения временного (сезонного) назначения, а также здания и сооружения вспомогательного использования, связанные с осуществлением строительства или реконструкции здания, или сооружения, расположенные на земельных участках, предоставленных для индивидуального жилищного строительства. Минимальное значение коэффициента надежности по ответственности для них γn = 0,8.

К зданиям и сооружениям нормального уровня ответственности относятся все здания и сооружения, за исключением зданий и сооружений повышенного и пониженного уровней ответственности. К этой категории относятся объекты массового строительства жилого, общественного и производственного назначения. Для них минимальное значение коэффициента надежности по ответственности γn = 1,0.

Ко второй группе предельных состояний следует относить: достижение предельных деформаций конструкций (например, предельных прогибов, углов поворота) или предельных деформаций оснований, устанавливаемых исходя из технологических, конструктивных или эстетико-психологических требований, достижение предельных уровней колебаний конструкций или оснований, нарушающих нормальную работу оборудования или вызывающих вредные для здоровья людей физиологические воздействия, образование трещин, не нарушающих нормальную эксплуатацию строительного объекта и достижение их предельной ширины раскрытия, а также другие явления, при которых возникает необходимость ограничения во времени эксплуатации сооружения из-за нарушения работы оборудования, неприемлемого снижения эксплуатационных качеств или расчетного срока службы сооружения (например, коррозионные повреждения).

Расчет по предельным состояниям II группы (расчет по деформациям) производится в основном для изгибаемых элементов (определяется прогиб).

Расчет по деформациям производится на действие нормативных нагрузок. При этом фактическая деформация не должна превышать нормируемой величины деформации:

где f – фактическая деформация, определяемая по формулам строительной механики; f_u – нормируемая величина деформации, задаваемая в СП 20.13330–2016.

Специалисты нашей компании проведут расчет строительных конструкций вашего объекта методом предельных состояний в оптимальные сроки и по конкурентной цене.