Министерство образования, науки и молодежной политики Краснодарского края

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего и профессионального образования

«Краснодарский архитектурно-строительный техникум»

Методическое пособие

по проведению практических занятий и освоению практических

навыков определения расчетных характеристик материалов

при расчетах строительных конструкций студентами

по междисциплинарному курсу  МДК 01  Проектирование  зданий  и сооружений  Тема 2.1 Основы проектирования строительных конструкций

 для специальности 08.02.01.  «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Краснодар

2017г

Министерство образования, науки и молодежной политики Краснодарского края

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего и профессионального образования

«Краснодарский архитектурно-строительный техникум»

Методическое пособие

по проведению практических занятий и освоению практических

навыков определения расчетных характеристик материалов

при расчетах строительных конструкций студентами

для студентов специальности 08.02.01

 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Составитель: Лабутина Т.М.

Краснодар

2017

Методическое пособие рассмотрено и одобрено

на заседание УМО строительных дисциплин

Протокол №______________ от «_____» ____________ 2017 года.

Председатель  УМО __________________________Чернявская С.Д.

Введение

Междисциплинарный курс МДК 01.01.  Проектирование  зданий  и сооружений

Тема 2.1 Основы проектирования строительных конструкций имеет практическую направленность и проводится в тесной взаимосвязи с общепрофессиональными и  другими специальными дисциплинами.

Тема 2.1 Основы проектирования строительных конструкций в соответствии с Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования в качестве основной своей цели имеет обучение студентов указанного уровня основам расчета и проектирования конструкций, с которыми наиболее часто приходится иметь дело в строительной практике.

Учебный курс адресован техникам-строителям базового уровня, поэтому речь идет о наиболее простых и в то же время широко распространенных строительных конструкциях, используемых в зданиях и сооружениях.

         Для прочного усвоения и закрепления учащимися знаний, полученных при прохождении теоретического курса Темы 2.1 Основы проектирования строительных конструкций, важное место имеет выполнение практических работ. Тематика практических работ соответствует  рабочей программе междисциплинарного курса МДК 1. Проектирование  зданий  и сооружений, Теме 2.1 Основы проектирования строительных конструкций, разработанной для реализации государственных требований  к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 08.02.01.  Строительство и эксплуатация зданий и сооружений (приказ Министерства образования и науки РФ №965 от 11 августа 2014 г., зарегистрирован в Минюст России №33818 от 25 августа 2014 г.; укрупненная группа 80.00.00. Техника и технология строительства). 

Практические работы определяют объем знаний, подлежащих обязательному усвоению студентами и умение применить полученные знания на практике.

Методические разработки рекомендуются для пользования студентами при проведении практических работ, проведении проверочных самостоятельных расчетных работ, проведении расчетов при курсовом и дипломном проектировании.

Данное пособие включает в себя детальную разработку темы определения расчетных характеристик материалов, списком необходимой технической документации для выполнения задания.  

Расчетные характеристики материалов определяются при проведении любого расчета строительных конструкций и, соответственно, нахождение их является неотъемлемой частью абсолютно  всех расчетных практических работ, а также курсового и дипломного проектирования.

Методическая разработка содержит полное описание нахождения расчетных характеристик с приведением таблиц СНиП, что может быть использовано студентами при проведении абсолютно любого расчета, любой практической работы и при выполнении курсового и дипломного проектирования.

В соответствии с программой теоретического курса Темы 2.1 Основы проектирования строительных конструкций отводится два часа на практическую работу для первичного ознакомления с нормативной документацией и самостоятельного нахождения расчетных характеристик.

В данном пособие предложено проводить эту это занятие эвристическим методом обучения. Предложено осуществлять искомые характеристики по таблицам СНиП как первоисточнику.

Для упрощения нахождения студентами необходимой технической документации в данном пособии приведены извлечения из нормативной документации (с указанием источника), необходимые для расчетов.

Найденные значения сводят в предложенную табличную форму чтобы не возникло путаницы при нахождении данных для различных материалов.

В результате выполнения практической  работы по нахождению расчетных характеристик в целом студент должен

-        понимать сущность работы материалов под нагрузкой;        

-        пользоваться определениями, классификацией, терминологией согласно

1.  СНКК 20-303-2002. Нагрузки и воздействия;

2.  СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (с Изменениями №1,2);

3.  СП 16.13330.2011 Стальные конструкции.  Актуализированная

     Редакция СНиП II-23-81*.

4. СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции.

     Актуализированная редакция   СНиП II-25-80;

5.  СП 63.13330.1012 Бетонные и железобетонные конструкции.

Основные положения.  Актуализированная редакция СНиП 52-01-3003;

6.  СП  52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без

     предварительного напряжения арматуры

     (дата введения 2004-03- 01);

7.  СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции.

     Актуализированная редакция

-        уметь находить по СНиП коэффициенты условий работы,

        коэффициенты надежности по нагрузкам, коэффициенты надежности

 по материалу;

-        уметь применять определенные характеристики и коэффициенты в

        зависимости от проводимого расчета

Пособие также включает в себя пример нахождения требуемых параметров материалов, сноски (в примере)  на нормативную документацию, оформление материала в предложенной табличной форме.

         Данная методика определения расчетных характеристик будет применена в процессе всего дальнейшего курса, курсового проектирования, дипломного проектирования.

1. Основные положения

Характеристики материалов

1.  Сталь 

В соответствии со СП 16.13330.2011 Стальные конструкции.  Актуализированная редакция СНиП II-23-81*

При расчетах по предельным состояниям 1й и 2-й групп прочностным показателем материала является его сопротивление, которое может принимать нормативные и расчетные значения.

1. Rуn  - нормативное сопротивление стали, принятое по пределу текучести, МПа;  прочностной показатель материала.

Это контрольная или браковочная  характеристика сопротивления.

 Можно сказать, что нормативное сопротивление стали – это предельные напряжения, полученные при испытании образцов материалов на тот или иной вид работы (сжатие, растяжение, изгиб)

 Определяется по таблице 51 СНиП II-23-81*, СП 53-102-2004,

СП 16.13330.2011 Стальные конструкции.  Актуализированная редакция)

Извлечение из табл. В.5 СП 53-102-2004 Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката

2. Rу   _- расчетное сопротивление стали , принятое по пределу текучести, МПа.

Это величина сопротивления, принимаемая к расчету (по 1 группе предельных состояний).

Определяется по таблице 51 СНиП II-23-81* (СП 53-102-2004,

СП 16.13330.2011 Стальные конструкции.  Актуализированная редакция) – см. выше.

Расчетное сопротивление стали определяется по формуле:

Rу  = Rуn/ γm   , где

3. γm  - коэффициент надежности по материалу, коэффициент, учитывающий возможные отклонения сопротивления материалов в неблагоприятную сторону от нормативных значений, γm  > 1; учитывает несоответствие работы материала при испытаниях в образцах его фактической работе в изделиях.

Расчетные сопротивления следует принимать  с коэффициентом

4. γс  - коэффициент условий работы, учитывает особенности работы материалов, элементов и соединений конструкций, если эти особенности носят систематический характер.

γс принимают по:

Таблица 1 СП 53-102-2004,  СП 16.133330.2011
     

Для ряда расчетов необходимо знать модуль упругости:

5.  Е  -  модуль упругости стали, для прокатной стали и стальных отливок   Е = 2,06 ×105 МПа.

При расчетах по 1 группе предельных состояний к расчету принимаются  расчетные значения сопротивлений,

При расчетах по 2 группе предельных состояний к расчету принимаются расчетные сервисные значения сопротивлений

Rser = Rуn

1.2. Деревянные конструкции

В соответствии с СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции. Актуализированная редакция   СНиП II-25-80;

Работа древесины зависит от вида загружения:  растяжение, сжатие, изгиб, смятие, скалывание), направления действия усилия по отношению к направлению волокон древесины, длительности приложения нагрузки, породы древесины и других факторов.

Для расчетов  по первой группе предельных состояний применяют:

1.2.1. Расчетные сопротивления древесины

Rс – расчетное сопротивление сжатию вдоль волокон

Rсм - расчетное сопротивление смятию вдоль волокон

Rи - расчетное сопротивление изгибу вдоль волокон

Rр - расчетное сопротивление растяжению вдоль волокон

Rск - расчетное сопротивление  скалыванию вдоль волокон

Rс90 - расчетное сопротивление сжатию поперек волокон

Rсм90 - расчетное сопротивление смятию поперек волокон

Rр90 - расчетное сопротивление растяжению волокон

Rск90 - расчетное сопротивление скалыванию поперек волокон

Rсмα - расчетное сопротивление смятию под углом α к волокнам древесины

Rскα - расчетное сопротивление скалыванию под углом α к волокнам древесины

Эталоном, расчетные характеристики которого приведены в СНиП является ель, сосна, лиственница европейская и японская.

Расчетные сопротивления ели, сосны, лиственницы европейской и японской приведены в таблице:

Таблица 3 Расчетные сопротивления

Как видим из таблицы древесина подразделяется на 3 сорта, так как наличие пороков (косослоя, сучков, трещин) оказывает существенное влияние на прочность.

1.2.2. Переходные коэффициенты mн 

  В случае применения древесины других пород соответствующие сопротивления, установленные для сосны, следует умножать на переходные коэффициенты mн 

Таблица 5 Переходные коэффициенты

1.2.3. Коэффициенты условий работы

Условия эксплуатации, отличающиеся от стандартных (принятых для определения расчетных сопротивлений), учитываются коэффициентами условий работы.

5.2 Расчетные сопротивления, приведенные в таблицах 3 в соответствующих случаях следует умножать на коэффициенты условий работы:

а) для различных условий эксплуатации конструкций - на коэффициент mв , указанный в таблице 7;

Таблица 1

Таблица 7

б) для конструкций, эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха до +35°С, - на коэффициент mт = 1; при температуре +50 °С - на коэффициент mт = 0,8. Для промежуточных значений температуры коэффициент принимается по интерполяции;

в) для конструкций, в которых напряжения в элементах, возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок, - на коэффициент mд = 0,8;

д) для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон - на коэффициент , указанный в таблице 9;

Таблица 9

е) для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении - на коэффициент  0,8;

ж) для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением, - на коэффициент0,9;

1.2.4. Нормативные и временные сопротивления

Нормативные сопротивления Rн и  (с обеспеченностью 0,95) и средние значения временных сопротивлений Rвр и  соответственно сортной древесины пиломатериалов и чистой древесины, приведенные к влажности 12 %, даны для основных видов напряженного состояния ниже, в таблице (также -  по сортам)

Таблица В.2  Нормативные и временные сопротивления древесины сосны и ели

1.2.5. Модуль упругости древесины

Модуль упругости древесины вдоль волокон Е = 10000 МПа. Модуль упругости древесины также следует умножать на соответствующие коэффициенты условий работы, принятые для расчетных сопротивлений.

1.3. Камень

СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*

        Прочность каменной кладки  зависит в основном от прочности камня и раствора.

В каменной кладке возникают упругие и пластические деформации, что учитывается при расчете каменных конструкций.

1. Расчетные сопротивления R кладки – это показатель прочности кладки сжатию

Таблица 2

Модуль упругости каменной кладки Е0 зависит от временного сопротивления каменной кладки и принимается из уравнения:

Е0 = α Ru,    где

α – это упругая  характеристика кладки,

Ru  - временное сопротивление кладки,

Rи = k· R    (R – см. выше, k – коэффициент по таблице:

Таблица 15

2. Упругая характеристика кладки
   Таблица 16

Расчетные сопротивления кладки в расчетах следует учитывать   с коэффициентом условий работы γс.

Для столбов и простенков площадью сечения ≤ 0,3 м2 принимают γс = 0,8

3. СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции

Железобетон является комплексным строительным материалом, в котором совместно работают бетон и стальная арматура.

Рассмотрим каждый из входящих в его состав материалов.

3. Нормативные сопротивления бетона

Основным показателем качества бетона является класс прочности бетона на  сжатие. Его устанавливают в возрасте 28 суток.

Бетон под нагрузкой работает упруго-пластично, т.е. в бетоне появляются и упругие, и пластические деформации. На сжатие бетон работает лучше, чем на растяжение. Нормативные и расчетные значения сопротивлению бетона определяют по таблицам:

Извлечение из табл. 5.1 Нормативные сопротивления бетона сжатию и растяжению

1.4.2. Расчетные сопротивления бетона

Извлечение из табл. 5.2 Расчетные сопротивления бетона сжатию и растяжению

3. Коэффициенты условий работы  бетона

Расчетные характеристики бетона снижаются (иногда – повышаются)  в зависимости от условий эксплуатации. В любом случае к расчету принимаются значения расчетных сопротивлений, умноженные на коэффициенты условий работы бетона:

5.1.10  В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на следующие коэффициенты условий работы ɣbi, учитывающие особенности работы бетона в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т д.):

а)  - для бетонных и железобетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивлений  и  и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки:
=1,0 - при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки;
=0,9 - при продолжительном (длительном) действии нагрузки;

б)  - для бетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивления  и учитывающий характер разрушения таких конструкций;
;

в)  - для бетонных и железобетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона 
.
Влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур учитывают коэффициентом условий работы бетона 1,0. Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период минус 40 °С и выше, принимают коэффициент =1,0.
В остальных случаях значения коэффициента  принимают в зависимости от назначения конструкции и условий окружающей среды согласно специальным указаниям.

1.4.4 Модуль упругости бетона

Модуль упругости бетона зависит от класса прочности бетона на сжатие и определяется по таблице:

Таблица 5.4

4. Арматура

5.2.3 Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего Свода правил, следует предусматривать арматуру:
- гладкую класса А240 (A-I);
- периодического профиля классов А300 (А-II), А400 (A-III, А400С), А500 (А500С), В500 (Вр-I, В500С).

1.5.1. Модуль упругости арматуры 

5.2.10 Значения модуля упругости арматуры Еsпринимают одинаковыми при растяжении и сжатии и равными = 2,0·105 МПа.

1.5.2. Нормативные значения сопротивления

Таблица 5.7 Нормативные значения характеристик арматуры

4. Расчетные значения сопротивления

Таблица 5.8.Расчетные значения прочностных характеристик арматуры

1. Выполнение практической работы 1

Определение нормативных и расчетных сопротивлений и модулей упругости материалов по СНиПам

 При расчетах по 1 группе предельных состояний к расчету принимаются расчетные характеристики материалов.

При расчетах по 2 группе предельных состояний к расчету принимаются сервисные (являющиеся расчетными при расчетах  по 2 группе предельных состояний) характеристики материалов.

В процессе практической работы студенту необходимо определить по нормативной документации  оба значения характеристик. Задание выполняется по вариантам в табличной форме:

2.1. Табличная форма к заполнению для выполнения задания

2.2 . Задание по вариантам

Варианты заданий к практической работе 1.

2.3. Пример выполнения работы

Библиографический список

1. Долгун А.И. Строительные конструкции: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / А.И. Долгун, Т.Б. Меленцова. - М.: Издательский центр «Академия», 2012.

2. В.И .Сетков, Е.П. Сербин. Строительные конструкции.– М.: ИНФРА - М,2007.

Нормативно-техническая литература

2. СНКК 20-303-2002. Нагрузки и воздействия;
3.  СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (с Изменениями №1,2);
4.   СП 16.13330.2011 Стальные конструкции.  Актуализированная редакция       СНиП II-23-81*.
5. СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции.  Актуализированная редакция   СНиП II-25-80;
6. СП 63.13330.1012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.  Актуализированная редакция СНиП 52-01-3003;
7. СП  52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без

предварительного напряжения арматуры  (дата введения 2004-03- 01);

8. СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции.

Актуализированная редакция

Оглавление

Введение

1. Основные положения. Характеристики материалов

1. Сталь

1. Нормативное сопротивление стали, принятое по пределу текучести
2.  Расчетное сопротивление стали, принятое по пределу текучести
3. Коэффициент надежности по материалу
4. Коэффициент условий работы
5. Модуль упругости стали

2. Деревянные конструкции

1. Расчетные сопротивления древесины
2. Переходные коэффициенты
3. Коэффициенты условий работы
4. Нормативные и временные сопротивления
5. Модуль упругости древесины

3. Камень

1. Расчетные сопротивления кладки
2. Упругая характеристика кладки

4. Бетонные и железобетонные конструкции

1. Нормативные сопротивления бетона
2. Расчетные сопротивления бетона
3. Коэффициенты условий работы бетона
4. Модуль упругости бетона

5. Арматура

1. Модуль упругости арматуры
2. Нормативные значения сопротивления
3. Расчетные значения сопротивления
4.  Расчетные значения прочностных характеристик арматуры

2. Выполнение практической работы 1. Определение нормативных и расчетных сопротивлений и модулей упругости  по СНиП

1. Табличная форма к заполнении для выполнения задания
2. Задание по вариантам
3. Пример выполнения работы

Библиографический список

Нормативно-техническая литература

Оглавление