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
|
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.