Расчет строительных конструкций

Одной из составных частей проектной документации на объект капитального строительства является раздел 4 — «Конструктивные решения», а в составе рабочей документации конструктивные решения детализируются в разделах КМ – металлические конструкции, КЖ —  конструкции железобетонные и КД – конструкции деревянные.  Разработка этих разделов возможна только после расчета строительных конструкций и определения направления и величины усилий, воздействующих на них.

Принципы расчета строительных конструкций

Строительные конструкции рассчитываются в соответствии с положениями, приведенными в ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований». Расчеты производятся по предельным состояниям:

• первой группы – когда превышение уровня допускаемого состояния конструкций или их элементов может достичь величины, при которой ими будет превышена предельная несущая способность с последующим образованием аварийной ситуации;
• второй группы, превышение которой делает невозможной нормальную эксплуатацию конструкций; заканчивается лимит их долговечности или возникает дискомфорт;
• особым, превышение которых может привести к катастрофическим последствиям.    

Первую группу предельных состояний составляют:

• хрупкое, пластическое или любое другое разрушение;
• потеря устойчивости конструкций или всего строения;
• условия, требующие прерывания эксплуатации строения – заметные невооруженному глазу деформации, широкие трещины и др.

К второй группе предельных состояний относятся:

• возникновение критических прогибов, заметных поворотов и др., величина которых определена технологическими условиями, особенностями конструкции или эстетичностью;
• возникновение предельного уровня колебаний конструкций, препятствующих стабильной эксплуатации оборудования или стимулирующих возникновение физиологически вредных последствий;
• возникновение трещин, не препятствующих стабильной деятельности в строении;
• достижение видимыми трещинами максимальной величины раскрытия;
• прочие ситуации, ограничивающие длительность стабильной работы объекта.

Все виды строительных конструкций рассчитываются по предельным состояниям с учетом:

• определенного расчетом срока эксплуатации;
• механических характеристик материалов, установленных действующими нормативами, а грунтов – соответствующими изысканиями;
• наименее выгодными сочетаниями нагрузок и воздействий, образующихся в ходе строительства и эксплуатации строения;
• возможных негативных последствий при возникновении предельных состояний;
• утрате материалами паспортных характеристик;
• специфики технологии изготовления конструкций, возведения и эксплуатации объектов недвижимости.

Все расчеты производятся исходя из класса ответственности строения, который устанавливается согласно положений ГОСТ 27751-2014 и фиксируется заданием на проектирование. Действующий технический регламент устанавливает три класса ответственности зданий и сооружений:

• КС-1 – временные склады, сборно-разборные строения, теплицы и другие здания с ограниченным сроком работоспособности и без рабочих мест;
• КС-2 – объекты, не входящие в перечень объектов классов КС-1 и КС-3;
• КС-3 – особо опасные, технически сложные и уникальные объекты; сооружения, входящие в состав городской систем жизнеобеспечения, туннели, трубопроводы и др.

Надежность конструкций считается обеспеченной, если выполняются условия всех предельных состояний, подлежащие учету в конкретном случае, при воздействии наименее выгодного сочетания нагрузок при эксплуатации. 

Последовательность расчета строительных конструкций

Расчет строительных конструкций производится на надежность и устойчивость по правилам строительной механики и теории упругости исходя из возникающих в них усилиях, величина которых зависит от нагрузок, воздействующих на здание. Поэтому сначала составляется расчетная схема объекта, формируется состав и определяется величина вертикальных и горизонтальных нагрузок, воздействующих на элементы здания. При выборе расчетной схемы учитываются особенности элемента конструкции: его жесткое или шарнирное опирание, расчетная длина, количество пролетов неразрезной балки и др.

Расчет нагрузок на поперечник строения производится сверху вниз. К ним относятся следующие виды:

• снеговая нагрузка, величина которой зависит от снегового района, принятого согласно СП 131.13330.2018 «Строительная климатология», а также от профиля покрытия согласно СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Снеговая нагрузка увеличивается в местах снеговых мешков, возникающих в зоне перепада высот и при определенных направлениях ветра;

• вес кровли – гидроизоляционное покрытие, теплоизоляция (с учетом объемного веса и толщины), пароизоляция, обрешетка или прогоны;
• вес конструкций покрытия – железобетонных плит покрытия, стального профнастила, стропильных конструкций;
• нагрузки на междуэтажные перекрытия, величина которых нормируется действующими техническими регламентами и зависит от назначения здания или технологии производства;
• вес междуэтажных перекрытий – плит перекрытия, ригелей и элементов пола;
• вес несущих конструкций каркаса, ограждающих конструкций, подвесных и мостовых кранов.

Основным видом горизонтальных нагрузок являются ветровые, с интенсивностью зависящей от высоты строения и быстро увеличивается с повышением вертикальной отметки. В промышленных зданиях с мостовыми кранами учитывается еще одна горизонтальная нагрузка – усилие от торможения мостового крана.

Когда величины нагрузок определены, в соответствии с требованиями СП 20.13330.2016 выбираются их наименее выгодные сочетания, приводящие к возникновению максимальных значений крутящих и изгибающих моментов, нормальных и перерезывающих усилий, применяемых в расчетах строительных конструкций.

Расчет бетонных и железобетонных конструкций

Конструкции из бетона и железобетона рассчитываются в соответствии с положениями СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции» по предельным состояниям первой группы, куда входят:

• расчет по прочности, когда усилия, возникающие от воздействий со стороны, с учетом предварительного напряжения, не оказываются выше предельных величин, регламентированных действующими нормативами;
• расчет по устойчивости формы и положения, производимые для конкретного вида конструкций, регламентированных действующими нормативами.

Расчеты по второй группе предельных состояний выполняются исходя из необходимости восприятия конструкцией сочетаний кратковременных и длительных нагрузок:

• расчет по образованию трещин, который заключается в сравнении величин усилий, возникающих в конструкции, от фактических нагрузок со значением величин предельных усилий, воздействующих на конструкцию или ее элемент в момент возникновения трещин;
• расчет по раскрытию трещин, когда     сравнивается фактическая ширина трещины и ее допускаемая по эксплуатационным требованиям ширина;
• расчет по деформациям заключается в сравнении прогибов, углов поворота, перемещений с аналогичными предельно допустимыми величинами.

Расчеты конструкций из бетона и железобетона производятся для изделий с преднапряженной и ненапрягаемой арматурой, для этапов изготовления, перевозки, монтажа и эксплуатации.

Расчет стальных конструкций

 Расчет стальных конструкций производится согласно требований СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» с учетом их предназначения, специфики изготовления, перевозки, монтажа, а также физико-механических показателей металла. Технический регламент рассматривает следующие варианты расчетных схем металлоконструкций:

• стойки и балки постоянного сечения;
• несвободные плоские и пространственные системы, которые рассчитываются посредством расчета каждого из элементов с учетом их воздействия на основание и друг на друга;
• свободные плоские и пространственные системы, в ходе расчета которых кроме проверки каждого из элементов учитывается риск достижения предельного состояния системой в целом;
• оболочки вращения – листовые конструкции.

Металлические конструкции согласно ГОСТ 27751-2014 рассчитываются по предельным состояниям первой и второй групп.

Проектирование несущих и ограждающих строительных конструкций из других материалов:

• деревянных по СП 64.13330.2017;
• каменных и армокаменных по СП 15.13330.2020;
• алюминиевых по СП 128.13330.2016,

производятся с учетом специфики их изготовления, условий их использования, перевозки и монтажа.  Они должны соответствовать техническим регламентам в части расчетов по первой группе предельных состояний (по прочности) и по второй (по деформациям, позволяющим беспроблемную эксплуатацию) с учетом вида и продолжительности действия нагрузок. 

Расчет строительных конструкций в компании «ПРОЕКОМ»

Для основной массы инженерных расчетов существует специализированное программное обеспечение, позволяющее быстро и безошибочно определить усилия, воздействующие на строительную конструкцию и определить ее сечение и необходимое армирование или требуемый стальной профиль. Однако для получения результата в компьютер нужно ввести расчетную схему объекта расчета, его геометрические характеристики, климатический район и другие исходные данные, от правильности которых зависят результаты расчета.

Компания «ПРОЕКОМ», недавно вошла в сегмент инжиниринговых услуг строительного рынка Москвы и Московской области, однако уже получило немало заказов крупных федеральных и международных компаний на работы по проектированию, обследованиям и изысканиям, которые были выполнены в срок и качеством удовлетворившем требовательных заказчиков. В ООО «ПРОЕКОМ» можно заказать:

• разработку комплексного проекта здания или сооружения любого класса ответственности;
• обследование объекта недвижимости, необходимого для определения цены его продажи или для проведения реконструкции;
• геологические, экологические или геодезические изыскания на земельных участках, отведенных под застройку.

Для определения стоимости и получения подробной консультации по всем возникшим вопросам Вы можете позвонить по телефону +7(495)660-39-75, либо оставить заявку с помощью формы ниже.

Ответы на часто задаваемые вопросы

1. Какие параметры необходимо учитывать при расчете строительных конструкций?
При расчете важно учитывать не только геометрические размеры и нагрузки, но и свойства материалов, климатические условия, динамические воздействия, а также требования нормативной документации. Точный сбор информации позволяет определить надежность будущего здания.

2. Как проводят расчет несущих стен жилых домов?
Расчет несущих стен выполняется с учетом вертикальных и горизонтальных нагрузок, включая вес конструкций, мебели, снегового покрова и ветра. Обязательно проверяют прочность, устойчивость и деформации, чтобы обеспечить долговечность дома.

3. Почему при проектировании колонн обязателен поверочный расчет?
Колонны воспринимают значительные нагрузки, поэтому поверочный расчет необходим для проверки их устойчивости под действием сжимающих и изгибающих сил. Особое внимание уделяют соединениям, включая сварные швы и дополнительные крепления.

4. Какие документы нужны для выполнения расчета строительных конструкций?
Для работы требуются архитектурные чертежи, данные инженерных изысканий, нормативные документы и технические условия. Если речь идет о реконструкции, необходимо предоставить информацию о существующих конструкциях.

5. Как динамические нагрузки влияют на расчет многоэтажных зданий?
Динамические нагрузки, такие как ветер или вибрации, могут значительно воздействовать на конструкции, особенно высотных домов. При расчете учитывают возможные колебания, чтобы предотвратить разрушение и обеспечить комфорт в жилых помещениях.

6. Какие задачи решает расчет железобетонных конструкций?
Расчет определяет необходимую прочность, жесткость и трещиностойкость элементов. Особое внимание уделяют армированию, так как от него зависят несущие возможности балок, плит и отдельных узлов.

7. Можно ли отправить запрос на расчет только части конструкций?
Да, мы выполняем как комплексные расчеты всего здания, так и отдельных элементов – колонн, стен, перекрытий. Однако для точности важно предоставить полные данные о нагрузках и соединениях.