Основные положения метода предельных состояний

При проектировании по методу предельных состояний сравниваются характеристики

сопротивления с суммой нагрузочных эффектов:

N

 R ≥∑  i Li,

i

 

(1.2)

где  – коэффициент сопротивления; R – сопротивление (или напряжение), обычно 5%-ой

обеспеченности (также известное как нормативное значение прочности);

 i – коэффици-

ент перегрузки для каждой i -ой нагрузки в рассматриваемом сочетании N нагрузок; Li – на-

грузочный эффект, созданный каждой i -ой нагрузкой в сочетании N нагрузок (в единицах из-

мерения R).

Формат метода предельных состояний консервативно откалиброван до уровня надеж-

ности, достигаемого по методу допускаемых напряжений. В США по методу предельных со-

стояний используются коэффициенты двух видов, одни из которых относятся к нагрузочно-

му эффекту, а другие – к сопротивлению (или прочности). Считается, что это более правиль-

но с точки зрения обеспечения надежности по отношению к методу допускаемых напряже-

ний.

Коэффициент сопротивления

 применяется к нормативному значению прочности

материала. Этот коэффициент находится в диапазоне 0,5 – 0,9 (с низкими значениями для

наиболее изменчивых прочностных характеристик или при возможности резких отказов без

появления предупреждающих признаков). Коэффициент сопротивления зависит и от норма-

тивного значения прочности (к нему относится значение среднее, или с 5%-ой обеспеченно-

стью, или самое малое из набора данных испытаний).

 

 

19

Коэффициент безопасности по методу до- пускаемых напряжений Нормативная скорость ветра, м/с Эквивалентный коэффициент Расчетная ско- рость ветра, м/с Период повто- ряемости рас- четной скоро- сти ветра, лет Уровень на- дежности 1,0         63,5% 2,0   1,4     7,2% 3,0   1,7     1,0% 4,0         0,2%

 

Жилой дом по-американски. Расчет и конструирование

 

Коэффициенты перегрузки

 

 i применяются к каждой i -ой нагрузке в составе сочета-

ния N нагрузок с тем, чтобы учесть изменчивость данной нагрузки. Они зависят от периодов

повторяемости нагрузок. Кроме того, в США коэффициенты перегрузки учитывают характер

распределения нагрузок в сочетании (учитывают корреляцию между вероятными значения-

ми нагрузок в случае, когда одна из нагрузок принимает максимальное значение). По методу

предельных состояний коэффициент перегрузки для максимальной нагрузки в составе соче-

тания нагрузок находится в диапазоне 1,0 – 1,6. Для других нагрузок в данном сочетании

принимаются коэффициенты, несколько меньше 1. В результате уровень надежности опреде-

ляется результирующим влиянием коэффициентов сопротивления и перегрузки на стороне

сопротивления и нагрузки, соответственно.

 

 

Жилой дом по-американски. Расчет и конструирование

 

 

Глава 2. Определение нагрузок

 

Нагрузки на жилые дома

Нагрузки на жилые дома вызываются разнообразными природными и техногенными

явлениями, возникающими в течение всего срока службы домов. Значения нагрузок зависят

от намеченного использования (предназначения и функций), конфигурации (формы и разме-

ров) и местоположения домов (климата и других местных условий на участке

строительства). Нагрузки оказывают влияние на выбор проектных решений (например, на

назначение архитектурной конфигурации дома и выбор материалов для строительных

конструкций).

В данном издании рассматриваются деревянные каркасные дома, предназначенные для

отдельного проживания одной или двух семей, однако, принципы и подходы, связанные с

определением нагрузок, справедливы и для других сооружений. Расчеты нагрузок на здания

и сооружения в США выполняются на основе положений стандарта ASCE 7-05 (2005). Этот

стандарт непрерывно совершенствуется, и он признан всеми американскими нормотворче-

скими организациями.

При проектировании жилых домов проводятся расчеты конструкций из различных ма-

териалов (см. главы 3 – 5). Некоторые расчеты выполняются по методу допускаемых напря-

жений, а другие – по методу предельных состояний. Например, при проектировании бетон-

ных конструкций рассматриваются предельные состояния, а для каменной кладки – допус-

каемые напряжения. Для деревянных конструкций обычно применяется метод допускаемых

напряжений, но в последние годы все активнее внедряется метод предельных состояний. Та-

ким образом, при проектировании одного и того же дома требуется определение нагрузок в

соответствии с различными методами проектирования. Ниже приводятся некоторые реко-

мендуемые сочетания нагрузок для названных методов. Ряд нагрузок, например, от наводне-

ния, обледенения или дождя, здесь не рассматриваются. За рекомендациями по учету таких

специальных нагрузок необходимо обращаться к стандарту ASCE 7-05 или к другим строи-

тельным нормам.

 

Сочетания нагрузок

При назначении сочетаний нагрузок обычно принимается, что при достижении какой-

-либо нагрузкой своего максимального значения другие нагрузки принимают произвольные

в пространстве и времени значения, соответствующие нормальными условиями нагружения.

В табл. 2.1 приведены типовые сочетания нагрузок, рекомендуемые в США для учета

при проектировании по методам допускаемых напряжений и предельных состояний. Данные

сочетания нагрузок отражают наиболее вероятные комбинации нагрузок, принимающих раз-

личные, в том числе, экстремальные значения. Необходимо отметить, что приведенные в

табл. 2.1 сочетания нагрузок предназначаются только для проектирования конструктивных

элементов жилых домов из легких деревянных конструкций.