СН РК 5.04-08-2004 ПОСОБИЕ по проектированию стальных конструкций (к СНиП РК 5.04-23-2002) ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие разработано к СНиП РК 5.04-23-2002 «Стальные конструкции. Нормы проектирования» в целях:

разъяснения происхождения и смысла расчетных положений, принятых в СНиП РК 5.04-23-2002;

выполнения конкретных примеров расчета и конструирования наиболее распространенных несущих элементов и узлов их сопряжения с использованием расчетных положений СНиП РК 5.04-23-2002;

разъяснения тех положений СНиП, в которых в процессе его практического применения выявились неоднозначные толкования проектировщиками.

Основополагающим документом при разработке Пособия наряду со СНиП РК 5.04-23-2002 явилось «Пособие по проектированию стальных конструкций к СНиП II-23-81* , М., 1989, разработанное ЦНИИСК им. Кучеренко.

Разделы 1 - 11 Пособия повторяют структуру СНиП РК 5.04-23-2002. В них даются разъяснения к разделам и пунктам СНиП РК 5.04-23-2002. Такой же характер имеют разделы 12 , 13 и частично раздел 16 . Остальные разделы содержат материалы по расчету и применению профилированных настилов, фланцевых соединений на высокопрочных болтах, работающих на растяжение, по подбору сечений элементов, включая несущие элементы двутаврового сечения с продольно и поперечно гофрированными стенками, по оценке технического состояния стержневых конструкций с местными дефектами в виде погибов и вырезов при ремонте и реконструкции зданий и сооружений.

В Пособии номера пунктов СНиП РК 5.04-23-2002 приведены в скобках.

1.1.1 В настоящее время при расчетах конструкций используется концепция «наислабейшего элемента», согласно которой проверка и подбор сечений стержневых систем производится поэлементно. С точки зрения теории надежности [1] такая проверка хорошо соответствует последовательному соединению элементов. В то же время в действительности почти все конструкции являются статически неопределимыми, соответствуя таким образом, хотя бы частично параллельно-последовательной схеме соединения элементов. При данной схеме разрушение одного элемента не обязательно приводит к разрушению всей конструкции, что очень часто наблюдается в практике при расследовании причин аварий. Это обстоятельство подтверждает факт обладанием конструкцией определенных свойств живучести. В то же время теория живучести строительных конструкций в настоящее время развита недостаточно, обоснованных норм и проверок надежности и работоспособности конструкций на ее основе нет, поэтому в настоящем Пособии, как и в СНиП РК 5.04-23-2002 «Стальные конструкции. Нормы проектирования» используется метод поэлементной проверки в предположении, что расчетные усилия в элементах известны из расчетов на статические и динамические нагрузки, а проверки и подбор сечений стальных конструкций следует выполнять по методу предельных состояний [1, 2].

Предельные состояния конструкций - такие со стояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям производства работ. При этом нормальная эксплуатация зданий и сооружений становится невозможной.

1.1.2 Нормальная эксплуатация - это эксплуатация, которая осуществляется без ограничений в соответствии с технологическими и бытовыми условиями, предусмотренными в нормах и заданиях на проектирование и учитывающими безопасную работу людей, оборудования и сохранность ограждающих конструкций.

1.1.3 В соответствии с требованиями [2] при расчетах стальных конструкций на действие соответствующих нагрузок необходимо учитывать их пре дельные состояния, приведенные в табл. 1.

	
		
		
		
	
	

		

			

			
Группа предельных состояний     
			
			

			
Предельное состояние     
			
		
		

			

			
Вид     
			
			

			
Характеристика     
			
		
		

			

			
Первая     
			
			

			
Несущая способность     
			
			

			
Пластическое, хрупкое и усталостное разрушения      

			
Потеря устойчивости формы или положения      

			
Переход в изменяемую систему     
			
		
		

			

			
Полная непригодность к эксплуатации     
			
			

			
Неограниченная текучесть материала      

			
Неупругий сдвиг в соединениях      

			
Качественное изменение конфигурации     
			
		
		

			

			
Вторая     
			
			

			
Пригодность к нормальной эксплуатации     
			
			

			
Перемещения (прогиб, поворот или осадка)      

			
Колебания      

			
Изменение положения      

			
Сдвиг в соединениях     
			
		
	

1.1.4 Нормативные значения нагрузок, коэффициенты надежности по нагрузке f и коэффициенты сочетаний нагрузок для определения их расчетных значений следует принимать согласно [3]. При проверке конструкций по предельным состояниям первой группы необходимо принимать, как правило, f > 1,0 (за исключением усталостного разрушения и тех случаев расчета, когда уменьшение постоянной нагрузки ухудшает условия работы конструкций). При проверке усталостного разрушения (выносливости) и предельных состояний второй группы f  1,0.

Согласно [2] расчетные нагрузки, применяемые в расчетах по первой группе предельных состояний, могут быть названы предельными, а в расчетах по второй группе и на выносливость - эксплуатационными.

Поскольку при f > 1,0 расчетные предельные нагрузки повторяются редко (например, по литературным данным, от одного крана - один раз в 20 лет; ветровая - один раз в 10 -15 лет; снеговая - в среднем один раз в 10 -12 лет; на перекрытия - один раз в 15 - 20 лет), стальные конструкции при проверке по предельным состояниям первой группы (за исключением усталостного раз рушения) следует рассчитывать на однократное действие этих нагрузок.

1.1.5 Цель расчета - не допустить с определенной обеспеченностью наступления предельных состояний первой группы или перехода за предельные состояния второй группы в течение всего срока эксплуатации зданий и сооружений, а также в процессе их воз ведения при минимальном расходе материалов и наименьшей трудоемкости изготовления, транспортирования и монтажа конструкций.

1.1.6 При расчете несущей способности сечения или элемента конструкции наибольшее возможное за время эксплуатации (или возведения) усилие F в элементе от расчетных предельных нагрузок и воздействий не должно превышать соответствующей наименьшей предельной несущей способности S сечения или элемента с учетом начальных несовершенств

Усилие F (продольная и поперечная силы; изгибающий, крутящий моменты) следует определять по формуле

  где  n    - коэффициент надежности по ответственности [4];

            i     -  коэффициент перехода от нормативной нагрузки к усилию;

         F ni   -   нормативная нагрузка;

         fi   -  коэффициент надежности по нагрузке.  

         Предельную несущую способность S, соответствующую виду усилия (сжатию, растяжению, сдвигу, изгибу, кручению и т. д.), необходимо определять по формуле

где  -  коэффициент, учитывающий вид усилия, предельное состояние и работу стали за пределом упругости ( ; е ; b ; с  и т.д.);

Ф -  геометрическая характеристика сечения (A; W); 

Rn  - нормативное сопротивление материала;

c  - коэффициент условий работы;

m  - коэффициент надежности по материалу.

Начальными несовершенствами стальных конструкций являются совокупность геометрических отклонений формы и размеров, факторов, влияющих на свойства стали, и отступлений от принятой расчетной схемы, возникающих при изготовлении, транспортировании и монтаже конструкций.

Основное неравенство метода предельных состояний (1) может быть представлено в форме сравнения учитываемых в расчетах напряжений с их предельными значениями, устанавливаемыми СНиП РК 5.04-23-2002.

1.1.7 При расчете конструкций по предельным состояниям полной непригодности к эксплуатации перемещения (деформации), соответствующие рас четным значениям предельных нагрузок и воздействий, не должны превышать предельных значений перемещений (деформаций), устанавливаемых в нормативных документах по условиям необходимости прекращения эксплуатации в связи с качественным нарушением геометрической формы.

Условия расчета по предельным состояниям пол ной непригодности к эксплуатации допускается [1] представлять в форме проверки усилий или напряжений (как при расчетах несущей способности), определяемых с учетом неупругих деформаций; эта форма принята в СНиП РК 5.04-23-2002.

1.1.8 При расчете конструкций по предельным состояниям второй группы перемещения, параметры колебаний и изменения положения от расчетных эксплуатационных нагрузок1  не должны превышать предельно допустимых значений этих перемещений или указанных параметров, установленных в СНиП РК 5.04-23-2002 и в других нормативных документах, т. е.

                                         ,                                                                             (4)  

где f  - перемещения или параметры колебаний и изменения положения, возникающие в конструкциях от действия расчетных эксплуатационных нагрузок;

        f u    - предельно допустимые значения этих перемещений или параметров, регламентируемые нормами на основе требований нормальной эксплуатации.

При установлении нормативных значений fu учитываются нормальные условия для пребывания людей, работа технологического оборудования, сохранность ограждающих конструкций.

1.1.9 Расчет конструкций следует выполнять с использованием вычислительной техники по современным программам, позволяющим рассчитывать их как единые пространственные системы с учетом неупругих деформаций стали, деформированной схемы и при необходимости геометрической нелинейности.  

Допускается применять приближенные методы расчета и более простые расчетные схемы, основанные на разделении единых пространственных систем на плоские конструкции и отдельные элементы. При этом следует учитывать особенности взаимодействия элементов стальных конструкций между собой и с основанием. Вместе с тем, в общем случае предпочтение следует отдавать методам расчета стальных конструкций как единых пространственных систем.

1.1.10 (1.8) Для статически неопределимых стержневых конструкций расчетные усилия допускается определять по недеформированной схеме в предположении упругих деформаций стали. Расчет отдельных стержней при действии этих усилий следует выполнять по деформированной схеме с учетом неупругих деформаций.

1.1.11 Расчеты элементов стержневых и балочных конструкций, а также пластинок, образующих сечение, необходимо выполнять с учетом неупругих деформаций стали и, как правило, в предположении малости перемещений с использованием приближенного выражения для кривизны (т. е. на основе геометрически линейной теории). При этом рекомендуется применять теорию малых упругопластических деформаций при простом нагружении; в ряде случаев допускается использовать модель жесткопластического тела.

1.1.12 По своей физической природе строительные стали являются упругопластическим материалом с различными зависимостями между деформациями и напряжениями при нагрузке и разгрузке.

1 Поскольку для всех учитываемых нагрузок f =1,0, эти нагрузки в п.1.2 СНиП 2.01.07-85* названы «нормативными».