Классификация строительных конструкций

Вопросы к кандидатскому экзамену

Основные требования к строительным конструкциям.

Все строения можно поделить на здания и сооружения. Здания, в свою очередь, подразделяются на гражданские (жилые и общественные) и производственные (промышленные и сельскохозяйственные). К сооружениям относят инженерные постройки (объекты), предназначенные для выполнения каких-либо технических задач. Требования к зданиям и сооружениям, как и сами они, изучаются в курсе «Архитектурные конструкции». К таким требованиям относятся: функциональные, технические, архитектурно-художественные, экономические, природоохранные и др.

В курсе «Строительные конструкции» рассматривают главным образом несущие конструкции зданий и сооружений, которые воспринимают силовые и другие воздействия и передают их на нижележащие конструкции, затем на фундаменты и, наконец, на грунт. Несущие конструкции должны отвечать требованиям, предъявляемым к самим зданиям и сооружениям в отношении долговечности, огнестойкости, индустриальности, унификации и др.

Не останавливаясь на подробном описании всех предъявляемых к конструкциям требованиий, которые являются предметом изучения других дисциплин, ограничимся рассмотрением такого свойства, как надежность, т.е. способность конструкции сохранять свои эксплуатационные качества в течение всего срока службы сооружения, а также в период ее транспортирования с завода на строительную площадку и в момент монтажа. С точки зрения изучаемой дисциплины главным показателем надежности несущей конструкции является безопасная (безаварийная) ее работа под действием внешних нагрузок и различных воздействий, возникающих при эксплуатации (температурных, коррозионных, сейсмических и др.). С понятиями надежности и безопасной работы конструкций тесно связаны такие более частные проявления этих свойств, как прочность, жесткость и устойчивость, которые относятся как к зданиям и сооружениям в целом, так и к отдельно взятым несущим конструкциям. Для того чтобы обеспечить прочность, жесткость и устойчивость зданий и их конструкций, выполняются соответствующие расчеты, позволяющие назначить материалы, размеры и формы конструкций и выполнить их соединения такими, чтобы они были надежными и долговечными.

Понятие прочности не однозначно, но если охватить самое существенное, то ее можно определить, как неразрушаемость конструкции в течение всего периода ее эксплуатации.

Когда говорят о жесткости конструкции, прежде всего имеют в виду сопротивляемость деформациям, например, прогибам или поворотам сечения. Такие деформации происходят в направлении действия нагрузок. Если они превосходят какие-то значения, установленные нормами, то говорят о недостаточной жесткости или чрезмерной гибкости.

Устойчивость — это сохранение формы конструкции. Так, в случае потери устойчивости конструкция, которая до приложения нагрузки имела одну форму, например, прямолинейную, после приложения нагрузки принимает другую — криволинейную. Деформации, возникающие при потере устойчивости, в отличие от изгиба, как правило, не совпадают с плоскостью действия нагрузок.

Здесь говорилось о возможной потере устойчивости и деформациях, возникающих в простых конструкциях; потеря устойчивости здания или недостаточная его жесткость в целом описываются более сложно.

Обеспечение безопасной работы конструкций является главной, но не единственной задачей расчетов; их целью является также проектирование конструкций, отвечающих требованиям экономичности, складывающейся из стоимости конструкции при изготовлении, трудоемкости ее возведения или монтажа, а также расходов на содержание в период эксплуатации. Поэтому развитие строительной науки и отражающие современный научный уровень строительные нормы и правила проектирования конструкций и зданий направлены на изыскание дальнейших резервов экономии.

Классификация строительных конструкций.

Строительные конструкции очень разнообразны по-своему на­значению и применению. Тем не менее, их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств, т.е. про­классифицировать, уточнив при этом некоторые понятия. Воз­можны различные подходы к классификации конструкций.

Имея в качестве основной конечной цели учебника расчет кон­струкций, целесообразнее всего проклассифицировать их по сле­дующим признакам:

I) по геометрическому признаку конструкции принято разде­лять на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. l.l) и стержне­вые системы (рис. 1.3):

• массив — конструкция, в которой все размеры одного поряд­ка, например у фундамента размеры могут быть такими: а = 1,8 м; b= 1,2 м; h= 1,5 м. Размеры могут быть и другими, но порядок их один — метры;

• брус — элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего, т.е. они разного порядка: b «l, h «l. Например, у же­лезобетонной балки они могут быть такими: b = 20см, h = 40 см, а l = 600 см, т.е. они могут отличаться друг от друга на целый по­рядок (в 10 и более раз).

Брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью — аркой (рис. 1.2, а, б)

• плита — элемент, в котором один размер во много раз мень­ше двух других: h «a, h «l. В качестве примера можно приве­сти ребристую железобетонную плиту (точнее, поле плиты), у ко­торой толщина собственно плиты h может быть 3—4 см, а длина и ширина порядка 150 см. Плита является частным случаем более общего понятия — оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание (рис. 1.1, г). Рассмотрение оболочек вы­ходит за рамки нашего курса;

• стержневые системы представляют собой геометрически не­изменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балоч­ные или консольные) (рис. 1.3).

Размеры во всех примерах приведены в качестве ориентира и не исключают их многообразия. Есть случаи, когда трудно отнес­ти конструкцию к тому или иному виду по этому признаку. В рам­ках данного учебника все конструкции вполне вписываются вприведенную классификацию;

2) с точки зрения статики конструкции делятся на стати­чески определимые и статически неопределимые. К. первым от­носятся системы (конструкции), усилия или напряжения в ко­торых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым — такие, для которых од­них уравнений статики недостаточно. В настоящем учебнике преимущественно рассматриваются статически определимые конструкции;

3) по используемым материалам конструкции делятся на сталь­ные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);

4) с точки зрения напряженно-деформированного состояния, т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряже­ний и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их на три группы: простейшие, простые и слож­ные (табл. 1.1). Такое разделение не является общепринятым, но позволяет привести в систему характеристики видов напряжен­но-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике и будут рассмотрены в учебнике. В представленной таблице трудно отразить все тон­кости и особенности указанных состояний, но она дает возмож­ность сравнить и оценить их в целом. Подробнее о стадиях напряженно деформированных состояний будет сказано в соответ­ствующих главах.