9097

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

“Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет”

Б.Б.Лампси, Н.Ю.Трянина, С.Г.Юдников, А.А.Юлина, Б.Б.Лампси, П.А.Хазов

СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА

Часть I. Статически определимые системы

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям по дисциплине

«Строительная механика» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Экспертиза и управление недвижимостью

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

2

УДК 624.04(075)

Лампси Б.Б. Строительная механика Часть I. Статически определимые системы

[Электронный ресурс]: учеб.-метод.пос./ Б.Б.Лампси, Н.Ю.Трянина, С.Г.Юдников, А.А.Юлина, Б.Б.Лампси, П.А.Хазов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т – Н.Новгород: ННГАСУ , 2016. – 68; электрон. опт. диск (CD-RW)

Пособие содержит теоретические сведения и основные методы расчета плоских статически определимых стержневых систем на неподвижные и подвижные нагрузки. Даются рекомендации по самостоятельной работе обучающимся по дисциплине «Строительная механика». Указываются необходимая литература и источники, разъясняется последовательность их изучения, выделяются наиболее сложные вопросы и даются рекомендации по их изучению.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным

занятиям по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Экспертиза

и управление недвижимостью.

©Б.Б.Лампси,Н.Ю.Трянина, С.Г.Юдников, .А.Юлина, Б.Б.Лампси, П.А.Хазов, 2016

©ННГАСУ, 2016

3

Литература…………………………………………………………………………………………67

4

Введение

Для студентов направления 08.03.01 Строительство строительная механика является одной из базовых дисциплин. Строительная механика – это наука о способах статических и динамических расчетов сооружений на прочность, жесткость и устойчивость. В строительной механике используют методы теоретической механики, сопротивления материалов, теории упругости и пластичности. Применяемые методы расчета должны обеспечивать возможность проектирования конструкций, рациональных с точки зрения указанных расчетных требований и одновременно удовлетворяющие экономическим требованиям.

Согласно требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, студент должен:

знать:

–основные положения и расчетные методы, на которых базируется изучение специальных курсов всех строительных конструкций, машин и оборудования;

уметь:

–разрабатывать конструктивные решения простейших зданий и ограждающих конструкций, вести технические расчёты по современным нормам;

владеть:

–основными современными методами постановки, исследования и решения задач механики;

–навыками расчёта элементов строительных конструкций и сооружений на прочность, жёсткость и устойчивость.

Изучению курса строительной механики должно предшествовать усвоение дифференциального и интегрального исчислений, основ матричной алгебры, теоретической механики и сопротивления материалов. Сопротивление материалов дает студенту общие положения оценки прочности, жёсткости и устойчивости применительно к простым системам. Основными видами сооружений, рассматриваемых в строительной механике являются : балки, арки, фермы, рамы, подпорные стены, пространственные конструкции и ряд других.

Встроительной механике под расчетом сооружений обычно принято подразумевать расчет его основной части, а именно: определение внутренних усилий в элементах расчетной схемы (статические или динамические расчеты сооружения) и перемещений элементов и узлов.

Изучив курс строительной механики студент должен обладать знаниями, необходимыми для проектирования сооружений промышленного и гражданского строительства, уметь оценивать их прочность и надёжность, владеть современными методами расчетов, получившими большое развитие за последние годы в связи с внедрением в практику проектирования программных комплексов.

Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для студентов направления 08.03.01 Строительство. Главной формой изучения курса строительной механики является самостоятельная работа с учебниками и учебными пособиями. В пособии даны ссылки на учебную литературу, необходимую для изучения данной темы. В строительной механике большое значение имеет умение решать конкретные задачи, но сначала нужно изучить теорию, проработать изучаемую тему по учебнику, усвоить принципы решения избираемого класса задач, после этого используя рекомендованные пособия приступить к самостоятельному решению задач. Усвоение любого предмета достигается только в процессе самостоятельной работы.

5

Исходя из выделенного объема лекционных часов в пособии изложены следующие темы курса:

1.Строительная механика как наука. Краткий исторический обзор

2.Нагрузки и воздействия

3.Расчетная схема сооружения

4.Кинематический анализ стержневых систем

5.Анализ геометрической структуры сооружений

6.Плоские статически определимые рамы.

7.Многопролетные статически определимые балки

8.Основы расчета сооружений на подвижную нагрузку

9.Плоские статически определимые фермы

10.Арочные конструкции

11.Теория перемещений статически определимых систем

12.Общие теоремы строительной механики

1. Строительная механика как наука

Строительная механика является частью общей механики. В XIX веке, после бурного начала строительства железных дорог, мостов больших пролетов, крупных гидротехнических и промышленных сооружений строительная механика стала самостоятельной наукой. А в XX веке в результате развития методов расчета и компьютерных технологий строительная механика поднялась на современный высокий уровень. Она является и теоретической, и прикладной наукой. Строительная механика занимается разработкой методов статических и динамических расчетов сооружений на прочность, жесткость и устойчивость.

Статика сооружений изучает работу сооружений при статическом действии нагрузки - медленном ее приложении в определенный конечный промежуток времени. При динамическом действии нагрузки, меняющейся во времени, учитываются динамические эффекты нагрузки и вводятся в рассмотрение силы инерции. Расчеты на динамическую нагрузку освещаются в разделе динамика сооружений.

Встроительной механике наряду с теоретическими методами широко используют

иэкспериментальные методы – как натурные, так и испытания моделей. Результаты экспериментальных исследований в ряде случаев позволяют сделать обобщающие выводы, уточнить теоретические предпосылки и внести в расчетные формулы необходимые кор-

рективы. Таким образом, инженерные методы расчета должны отражать фактическую работу сооружений.

Основными видами сооружений, рассматриваемых в строительной механике, являются: фермы, арки, рамы, разрезные и неразрезные балки, подпорные стены, пространственные конструкции стержневые и оболочечные и многие другие.

Последние годы ознаменовались развитием сложных строительных конструкций больших пролетов и высоты, для расчета которых требуются более совершенные методы с использованием современных вычислительных комплексов. На современном этапе развития строительная механика, широко используя математические методы и современные компьютерные технологии, имеет большие возможности для выбора и сравнения многих

6

вариантов решения между собой с наименьшей затратой времени, а это позволяет подойти к решению вопросов оптимального проектирования зданий и сооружений.

Задания для самостоятельной работы.

Литература: [1, гл. 1]; [2, гл. 1]; [4, гл. 1].

Вопросы для самопроверки:

1.Что изучает строительная механика?

2.Строительная механика как наука. Краткий исторический обзор.

2. Нагрузки и воздействия

Внешние активные силы, действующие на здание или сооружение, называются на-

грузками. Расчет и проектирование зданий и сооружений производится на нагрузки, определение и учет которых принимают в соответствии с СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия” (Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Москва, 2011 г.). СП устанавливает наибольшие величины внешних воздействий при нормальной эксплуатации конструкций, т.е. так называемые нормативные нагрузки (или нагрузки с базовыми значениями). Расчетные нагрузки получают путем умножения нормативных значений нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке f (для каждого вида нагрузки f имеет свое численное значение).

В зависимости от продолжительности действия нагрузок, различают:

-постоянные нагрузки Pd ;

-временные нагрузки (длительные Pl и кратковременные Pt);

-особые нагрузки Ps.

Кпостоянным нагрузкам Pd относят:

-собственный вес частей сооружений, т.е. вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

-вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление;

-гидростатическое давление;

-усилия от предварительного напряжения, сохраняющееся в конструкции в течении всего срока ее эксплуатации.

Кдлительным нагрузкам Pl относят:

-вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

-вес стационарного оборудования с пониженным нормативным значением с учетом веса жидкостей и твердых тел, заполняющих это оборудование – случай учета влияния длительности действия нагрузки (станков, аппаратов, емкостей, моторов и т.д.);

-давление газов, жидкостей, сыпучих тел в емкостях и трубопроводах; избыточное давление и разрежение воздуха;

-нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования;

-температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

-воздействия, обусловленные деформацией основания, не сопровождаемые коренным изменением структуры грунта;

7

-воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.

Ккратковременным нагрузкам Pt относят:

-нагрузки от оборудования, возникающие в пусконаладочном, переходном или испытательном режимах, а также при его перестановке и замене;

-вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;

-снеговые нагрузки и температурные климатические воздействия с полным нормативным значением; ветровые и гололедные нагрузки;

-нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытиях жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями.

Кособым нагрузкам Ps относят:

-сейсмические воздействия;

-взрывные воздействия;

-нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, поломкой оборудования,

-воздействия, обусловленные деформациями основания (например, карстовый провал), сопровождающимися коренным изменением структуры грунта или его оседанием;

-нагрузки, обусловленные пожаром;

-нагрузки от столкновений транспортных средств с частями сооружений.

Расчетные значения особых нагрузок устанавливаются в соответствующих нормативных документах или в задании на проектирование.

Нормативные значения нагрузок устанавливают на основе экспериментальных данных после соответствующей статистической обработки результатов на основе теории вероятностей.

По характеру действия различают статические и динамические нагрузки. Статической называют нагрузку, величина и положение которой при расчете при-

нимается не зависящей от времени или изменяющейся столь медленно, что введение в

расчет сил инерции не является необходимым.

Динамической называют такую нагрузку, величина и положение которой изменяется во времени настолько быстро, что становится необходимым вводить в расчет силы инерции.

Всвязи с тем, что на здание или сооружение может действовать сразу несколько видов нагрузок (постоянных, временных и особых), расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп выполняют с учетом неблагоприятных со-

четаний нагрузок или соответствующих им усилий. Для разных элементов одной и той же конструкции (например, фермы) могут быть разные неблагоприятные сочетания нагрузок.

Взависимости от учитываемого состава нагрузок различают основное сочетание нагрузок и особое.

Основное сочетание включает постоянные и временные (длительные и кратковременные) нагрузки.

Особое сочетание включает постоянные, временные (длительные и кратковременные) нагрузки и одну из особых нагрузок.

8

Для особых сочетаний коэффициенты сочетаний для всех кратковременных нагрузок принимаются равными 0,8 за исключением некоторых случаев, которые оговорены в нормах проектирования сооружений в сейсмических районах , а также в нормах проектирования конструкций и оснований. Во всех случаях особая нагрузка принимается без снижения.

Задания для самостоятельной работы.

Литература: [1, гл. 1]; [4, гл. 1]; [2, гл. 1].

Вопросы для самопроверки:

1.Нагрузки и воздействия: виды нагрузок и их классификация по продолжительности и характеру действия.

2.Нормативные и расчетные значения нагрузок; сочетания нагрузок.

3.Расчетная схема сооружения

При расчете оперируют не с действительными сооружениями, а с их расчетными схемами.

Расчетной схемой называют идеализированную, упрощенную схему действительного сооружения.

Все расчетные схемы можно разделить по определенным признакам.

а) По геометрическому признаку:

- сооружения, составленные из элементов, поперечные размеры которых значительно меньше их длин – стержневые системы. Их выполняют из металла, железобетона и дерева.

- сооружения, составленные из элементов, толщина которых относительно мала по сравнению с шириной и длиной, например пластинки, оболочки. Элементы этих сооружений выполняют также из металла, железобетона и дерева.

9

- сооружения массивные, у которых поперечные размеры по сравнению с длинной достаточно велики – массивы, блоки, сплошные среды. Сооружения этой категории выполняют из материала, способного воспринимать преимущественно напряжения сжатия – камень, бетон. К подобным конструкциям могут быть отнесены подпорные стенки, сводчатые перекрытия, плотины и ряд других сооружений.

Стержневые расчетные схемы в свою очередь подразделяют на плоские, в которых оси всех стержней, а также силы, действующие на систему, лежат в одной плоскости и пространственные, в которых оси всех стержней не лежат в одной плоскости.