В статье автор раскрывает суть применения системы коэффициентов запаса в расчетах при проектировании для обеспечения надежности строительных конструкций.
Ключевые слова: надежность, коэффициент надежности, конструкция, нормальная эксплуатация, расчет конструкций, метод предельных состояний.
В настоящее время уделяется большое внимание рассмотрению вопроса о мероприятиях по компенсированию несоответствий расчетной схемы строительных конструкций с реальной моделью и ее фактическими нагрузками.
Данная тема является актуальной, потому что расчетные модели конструкций зданий и сооружений должны отражать действительные условия работы. Ведь даже однотипные несущие конструкции и нагрузки, которые на них действуют, неоднозначны, что отражается в случайном характере поведения конструкций при эксплуатации. Это происходит за счет того, что на этапе проектирования создается упрощенная расчетная модель строительных конструкций, не учитывающая все факторы, которые в последующем будут оказывать воздействие на конструкцию, так как выполнить расчет реальных строительных конструкций, учитывающий все конструктивные особенности достаточно сложно, а порой и невозможно. И тем не менее строительные конструкции обязаны быть запроектированы так, чтобы они обладали достаточной надежностью при возведении и эксплуатации.
Рассмотрим понятие надежности, методику расчета строительных конструкций и принятые меры в расчетах для компенсации отличий расчетной модели от действительной.
Согласно ГОСТ 27751–2014 надежность имеет следующее определение:
Надежность строительного объекта — способность строительного объекта выполнять требуемые функции в течение расчетного срока эксплуатации [1].
Разберем методику расчета строительных конструкций в нашей стране. В основу нормативно-технической документации проектирования положен метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям.
Предельные состояния — состояния, при которых конструкция, основание (здание или сооружение в целом) перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ (возведении) [1].
Метод предельных состояний был разработан профессором Стрелецким Н. С. в 1950-е годы. Цель метода — с заданной обеспеченностью избежать наступления предельных состояний при производстве работ и при эксплуатации в течение срока службы здания или сооружения.
Согласно ГОСТ 27751–88 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету» выделяют две группы предельных состояний:
– Первая группа предельных состояний — предельные состояния, наступление которых ведет к полной непригодности эксплуатации конструкций зданий и сооружений (разрушение любого характера, потеря устойчивости формы/положения, переход в изменяемую систему и др.).
– Вторая группа предельных состояний — предельные состояния, наступление которых затрудняет нормальную эксплуатацию конструкций зданий и сооружений (достижение предельных деформаций конструкций, образование трещин, достижение предельных раскрытий и длина трещин, потеря устойчивости формы, вызывающая затруднение нормальной эксплуатации и др.).
Стандартами на проектирование определяются предельные состояния, по которым следует выполнять расчеты.
Условия обеспечения надежности заключаются в том, чтобы расчетные значения нагрузок или ими вызванных усилий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытий трещин не превышали соответствующих им предельных значений, устанавливаемых нормами проектирования конструкций.
При этом в расчет строительных конструкций вводят систему коэффициентов надежности и коэффициентов условий работы, учитывающая изменчивость нагрузок, свойств материалов и условий работы конструкции [3]:
- Коэффициент надежности по нагрузке (коэффициент перегрузки) γf. Данный коэффициент учитывает возможные отклонения фактической нагрузки от нормативной. В СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» приведены коэффициенты надежности по нагрузке для веса строительных конструкций, грунтов, коэффициенты для веса оборудования и материалов.
- Коэффициент надежности по материалу (коэффициент однородности материала) γm. Данный коэффициент учитывает возможные отклонения механических свойств и прочности материала от нормативных значений.
- Коэффициент условий работы γc. Этот коэффициент учитывает возможное воздействие различных неблагоприятных факторов: влияние условий изготовления конструкций, неполное соответствие идеализированной расчетной схемы с реальной моделью здания или сооружения.
- Коэффициент ответственности γn учитывает ответственность сооружения и влияние на требуемый уровень надежности. Класс сооружения, уровень ответственности и значение данного коэффициента принимает генпроектировщик по согласованию с заказчиком, но данное значение должно быть не меньше величины, указанной ГОСТ 27751:
– для КС-3 (повышенный уровень ответственности) — 1,1;
– для КС-2 (нормальный уровень ответственности) — 1,0;
– для КС-1 (пониженный уровень ответственности) — 0,8 [1].
Для разных конструктивных элементов зданий и сооружение разрешено принимать разные уровни ответственности, а значит и численные значения коэффициента надежности по ответственности.
Таким образом, введение вышеперечисленных коэффициентов позволяет выполнить расчет конструкций, зданий и сооружений, прибегая к некоторым упрощениям в расчетной схеме, а также учесть возможные неблагоприятные факторы, оказывающие воздействие на реальные строительные конструкции.
Литература:
- ГОСТ 27751–2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. — Москва: Изд-во стандартов, 2014. — 16 с.
- СП 20.13330.2016. Актуализированная редакция «СНиП 2.01.07–85*» Нагрузки и воздействия. — М., 2016 г.
- Черных А. Г., Бызов В. Е. Краткий курс лекций «Международная нормативная база проектирования (Еврокоды)". — СПб.: СПбГАСУ, 2014. — 80 с.
