Классификация нагрузок. Постоянные и временные нагрузки и их виды. Особые нагрузки. Нормативные и расчетные значения нагрузок. Сопротивление материалов. Основные задачи раздела. Классификация нагрузок По каким признакам классифицируют нагрузки

Статистические нагрузки не меняются со време­нем или меняются очень медленно. При действии статистических нагрузок проводится расчет на прочность.

Повторно-переменные нагрузки многократно меня­ют значение или значение и знак. Действие таких нагрузок вызывает усталость металла.

Динамические нагрузки меняют свое значение в короткий промежуток времени, они вызывают большие ускоре­ния и силы инерции и могут привести к внезапному разрушению конструкции.

Из теоретической механики известно, что по способу приложе­ния нагрузки могут быть сосредоточенными или распределенными по поверхности.

Реально передача нагрузки между деталями происходит не в точке, а на некоторой площадке, т. е. нагрузка является распреде­ленной.

Однако если площадка контакта пренебрежительно мала по сравнению с размерами детали, силу считают сосредоточенной.

При расчетах реальных деформируемых тел в сопротивлении материалов заменять распределенную нагрузку сосредоточенной не следует.

Аксиомы теоретической механики в сопротивлении материалов используются ограниченно.

Нельзя переносить пару сил в другую точку детали, перемещать сосредоточенную силу вдоль линии действия, нельзя систему сил за­менять равнодействующей при определении перемещений. Все выше­перечисленное меняет распределение внутренних сил в конструкции.

В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на себе действие различных нагрузок. Внешние воздействия можно разделить на два вида: силовые и несиловые или воздействия среды.

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

постоянные – от собственного веса (массы) элементов здания, давления грунта на его подземные элементы;

временные (длительные) – от веса стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственного веса постоянных элементов здания (например, перегородок);

кратковременные – от веса (массы) подвижного оборудования (например, кранов в промышленных зданиях), людей, мебели, снега, от действия ветра;

особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварий оборудования и т.п.

К несиловым относятся:

температурные воздействия , вызывающие изменения линейных размеров материалов и конструкций, которое приводит в свою очередь к возникновению силовых воздействий, а также влияющие на тепловой режим помещения;

воздействия атмосферной и грунтовой влаги , а также парообразной влаги содержащейся в атмосфере и в воздухе помещений, вызывающие изменение свойств материалов из которых выполнены конструкции здания;

движения воздуха вызывающее не только нагрузки (при ветре), но и его проникновение внутрь конструкции и помещений, изменение их влажностного и теплового режима;

воздействие лучистой энергии солнца (солнечная радиация) вызывающие в результате местного нагрева изменение физико-технических свойств поверхностных слоев материала, конструкций, изменение светового и теплового режима помещений;

воздействие агрессивных химических примесей , содержащихся в воздухе, которые в присутствии влаги могут привести к разрушению материала конструкций здания (явлении коррозии);

биологические воздействия , вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций из органических строительных материалов;

воздействие звуковой энергии (шума) и вибрации от источников внутри или вне здания.

По месту приложения усилий нагрузки разделяются на сосредоточенные (например, вес оборудования) и равномернораспределенные (собственный вес, снег).

По характеру действия нагрузки могут быть статическими , т.е. постоянными по величине во времени и динамическими (ударными).

По направлению – горизонтальные (ветровой напор) и вертикальные (собственный вес).

Т.о. на здание действует самые различные нагрузки по величине, направлению, характеру действия и месту приложения.

Рис. 2.3. Нагрузки и воздействия на здание.

Может получится такое сочетание нагрузок, при котором все они будут действовать в одном направлении, усиливая друг друга. Именно на такие неблагоприятные сочетания нагрузок рассчитывают конструкции здания. Нормативные значения всех усилий, действующих на здание, приведены в ДБН или СНиПе.

5. Центрально-растянутые стальные элементы: схема работы, применение, расчет на прочность

Центрально-растянутые элементы – это элементы, в нормальном сечении которых точка приложения продольной растягивающей силы N совпадает с точкой приложения равнодействующей усилий в продольной арматуре.

К центрально-растянутым элементам относятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие раскосы ферм и другие элементы (рис. 51).

Центрально-растянутые элементы проектируют, как правило, предварительно-напряженными.

Основные принципы конструирования центрально-растянутых элементов:

Стержневую рабочую арматуру без предварительного напряжения соединяют по длине сваркой;

Стыки внахлестку без сварки допускаются только в плитных и стеновых конструкциях;

Растянутая предварительно-напряженная арматура в линейных элементах не должна иметь стыков;

В поперечном сечении предварительно напряженную арматуру размещают симметрично (чтобы избежать внецентренного обжатия элемента);

Внецентренно-растянутые элементы – это элементы, которые одновременно растягиваются продольной силой N и изгибаются моментом М , что равносильно внецентренному растяжению силой N с эксцентриситетом e o относительно продольной оси элемента. При этом различают 2 случая: когда продольная растягивающая сила N приложена между равнодействующими усилий в растянутой и сжатой арматуре, и положение, когда сила приложена за пределами данного расстояния.

К внецентренно-растянутым элементам относятся нижние пояса безраскосных ферм и другие конструкции.

Как показывает практика, тема сбора нагрузок вызывает наибольшее количество вопросов у молодых инженеров, начинающих свою профессиональную деятельность. В данной статье хочу рассмотреть, что такое постоянные и временные нагрузки, чем длительные нагрузки отличаются от кратковременных и для чего такое разделение необходимо и т.п.

Классификация нагрузок по продолжительности действия.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки и воздействия делятся на постоянные и временные . Временные нагрузки в свою очередь подразделяются на длительные, кратковременные и особые .

Как следует из самого названия, постоянные нагрузки действуют на всем протяжении эксплуатации. Временные нагрузки проявляются в отдельные периоды строительства или эксплуатации.

относятся: собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов. В случае применения в проекте конструкций заводского изготовления (ригели, плиты, блоки и т.п.), нормативное значение их веса определяется на основании стандартов, рабочих чертежей или паспортных данных заводов — изготовителя. В прочих случаях вес конструкций и грунтов определяется по проектным данным на основании их геометрических размеров как произведение их плотности ρ на объем V с учетом их влажности в условиях возведения и эксплуатации сооружений.

Ориентировочные плотности некоторых основных материалов приведены в табл. 1. Ориентировочные веса некоторых рулонных и отделочных материалов приведены в табл. 2.

Таблица 1

Плотность основных строительных материалов

Материал	Плотность, ρ, кг/м3
Бетон: — тяжелый — ячеистый	2400 400-600
Гравий	1800
Дерево	500
Железобетон	2500
Керамзитобетон	1000-1400
Кирпичная кладка на тяжелом растворе: — из полнотелого керамического кирпича — из пустотелого керамического кирпича	1800 1300-1400
Мрамор	2600
Мусор строительный	1200
Песок речной	1500-1800
Раствор цементно — песчаный	1800-2000
Минераловатные теплоизоляционные плиты: — неподвергающиеся нагрузке — для теплоизоляции железобетонных покрытий — в системах вентилируемого фасада — для теплоизоляции наружных стен с последующим оштукатуривание	35-45 160-190 90 145-180
Штукатурка	1200

Таблица 2

Вес рулонных и отделочных материалов

Материал	Вес, кг/м2
Битумная черепица	8-10
Гипсокартонный лист толщиной 12,5 мм	10
Керамическая черепица	40-51
Ламинат толщиной 10 мм	8
Металлочерепица	5
Паркет дубовый: — толщиной 15 мм — толщиной 18 мм — толщиной 22 мм	11 13 15,5
Рулонная кровля (1 слой)	4-5
Сэндвич — панель кровельная: — толщиной 50 мм — толщиной 100 мм — толщиной 150 мм — толщиной 200 мм — толщиной 250 мм	16 23 29 33 38
Фанера: — толщиной 10 мм — толщиной 15 мм — толщиной 20 мм	7 10,5 14

Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

относятся:

— нагрузка от людей, мебели, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями;

— нагрузки от автотранспорта с пониженными нормативными значениями;

— вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

— снеговые нагрузки с пониженными нормативными значениями;

— вес стационарного оборудования (станки, моторы, емкости, трубопроводы, жидкости и твердые тела, заполняющие оборудование);

— давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разряжение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

— нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стелажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах подобных помещениях;

— температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

— вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

— вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана в каждом пролете здания на коэффициент:

0,5 — для групп режимов работы кранов 4К-6К;

0,6 — для группы режима работы кранов 7К;

0,7 — для группы режима работы кранов 8К.

Группы режимов кранов принимаются по ГОСТ 25546.

относятся:

— вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования с полными нормативными значениями;

— нагрузки от автотранспорта с полными нормативными значениями;

— снеговые нагрузки с полными нормативными значениями;

— ветровые и гололедные нагрузки;

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

— температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;

— нагрузки от подвижного подъемно — транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов — штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением).

относятся:

— сейсмические воздействия;

— взрывные воздействия;

— нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

— воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.

Грамотно дозированные физические нагрузки оказывают благотворное воздействие на организм. Они позволяют добиться идеальной фигуры, повысить тонус мышц и даже укрепить иммунитет человека. Однако чтобы получить желаемый результат, нужно правильно составить комплекс упражнений и выбрать их оптимальную интенсивность. Какие виды физических нагрузок существуют и для каких целей они наиболее подходят, мы расскажем в нашей статье.

Классификация нагрузок

Занятия спортом выполняются с какой-то определенной целью. Это может быть поддержка мышечного тонуса, похудение, восстановление после травмы либо подготовка к спортивным состязаниям. В каждом случае виды физических нагрузок и их интенсивность будут отличаться, поэтому их принято разделять в соответствии со следующей классификацией:

• аэробные;
• анаэробные;
• интервальные;
• гипоксические.

Некоторым из этих нагрузок наш организм подвергается ежедневно, а другие могут быть совершенно не под силу начинающему спортсмену. Давайте разберем, в чем же отличия каждого вида и для каких задач следует выбирать тот или иной вариант.

Группа аэробных нагрузок

Аэробные физические нагрузки (или же кардионагрузки) представляют собой комплекс простейших упражнений, которые направлены на обогащение клеток необходимым количеством кислорода, повышение защитных сил организма и тренировку его устойчивости.

Этим нагрузкам наш организм подвергается ежедневно: во время похода в магазин, в процессе уборки квартиры, в дороге на работу и во время пешей прогулки. Также сюда можно отнести:

• езду на велосипеде;
• занятия водным спортом;
• катание на лыжах, коньках, роликах;
• ежедневную гимнастику;
• ходьбу по лестнице;
• занятия танцами и т. п.

В эту группу входят практически все варианты активного времяпрепровождения. Для поддержки организма в хорошей форме это идеальный вид физической нагрузки.

Упражнения аэробного типа считаются самыми безопасными. Их могут выполнять люди разного возраста вне зависимости от уровня подготовки. Пациентам, перенесшим тяжелые травмы и имеющим хронические заболевания, рекомендуются именно такие нагрузки. Однако в данном случае интенсивность занятий и реакцию организма должен строго контролировать лечащий врач.

Анаэробные упражнения и способы их выполнения

Анаэробная группа упражнений включает в себя виды физических нагрузок, отличающихся повышенной тяжестью и интенсивностью. Сюда входят которые выполняются спортсменами с целью увеличения мышечной массы, и тренировки выносливости организма.

Упражнения выполняются при помощи тяжелых гантелей, штанги и различных тренажеров. Их основная суть - кратковременное перемещение тяжести без движения тела. Итоговым результатом считается значительное увеличение объема мышечной ткани и высокие силовые показатели. Однако следует знать, что в процессе быстрого наращивания объема мышц их эластичность существенно снижается.

Анаэробные нагрузки имеют противопоказания и не рекомендуются людям старше 40 лет. Тем не менее можно выполнять упражнения с умеренным отягощением, позволяющие поддерживать тело в хорошей физической форме: поднимать гантели до 5 кг, использовать резиновые либо пружинные эспандеры.

Группа интервальных упражнений: в чем их особенности?

Во время тренировки спортсменов могут чередоваться и сочетаться различные виды физических нагрузок (и их интенсивность). В таком случае говорят об интервальной нагрузке, когда занятия включают в себя элементы первого и второго вида.

Например, молодым и здоровым мужчинам, занимающимся тяжелым видом спорта, в обязательном порядке рекомендуется выполнять аэробные упражнения. То есть во время их тренировок чередуются тяжелые упражнения и легкий бег. В то же время легкоатлеты могут дополнительно использовать большие нагрузки, воздействующие на определенную группу мышц. В спорте виды физических нагрузок чередуются постоянно, особенно если речь идет о профессиональных тренировках.

Гипоксические нагрузки

Они применяются для тренировки выносливости профессиональных спортсменов. Гипоксические нагрузки относятся к тяжелым упражнениям, так как их выполняют в условиях недостатка кислорода, когда человек находится на пределе своих возможностей.

Основная цель этого вида тренировок - минимизация процесса акклиматизации организма в непривычной ему обстановке. применяются для тренировки дыхательной системы альпинистов, которые часто пребывают в условиях высокогорья, где преобладает

Принцип выбора видов физической нагрузки (по характеру воздействия)

Правильный выбор оптимальных упражнений - залог получения нужного результата. Именно поэтому перед началом тренировок нужно четко обозначить итоговую цель. Это может быть:

• реабилитация после перенесенных травм, операций и хронических заболеваний;
• оздоровление и восстановление сил, снятие напряжения после трудового дня;
• поддержание организма в имеющейся физической форме;
• повышение выносливости и увеличение сил организма.

Выбор нагрузки во втором и третьем варианте обычно не вызывает сложностей. А вот упражнения с лечебной целью самостоятельно выбрать гораздо сложнее. Задумываясь о том, какие виды физических нагрузок наиболее эффективно восстанавливают, следует брать во внимание нынешнее состояние и возможности человека.

Одно и то же упражнение может быть очень эффективным для спортсмена в умеренной физической форме и абсолютно бесполезно для начинающего легкоатлета. Поэтому выбор программы тренировок должен осуществляться по принципу пороговых нагрузок, и лучше, если тренер хорошо осведомлен о состоянии и возможностях спортсмена.

Виды нагрузок

Помимо основной классификации тренировок, существует разделение упражнений на несколько видов. Каждый из них направлен на развитие конкретного качества.

По характеру воздействия на организм различают несколько основных видов физических нагрузок:

• силовые;
• скоростные;
• на гибкость;
• на развитие ловкости и координационных способностей.

Чтобы от тренировок была получена максимальная польза, их следует выполнять в соответствии с определенными правилами, о которых мы поговорим ниже.

Силовые упражнения

Занятия силовыми упражнениями помогают держать организм в тонусе, замедляют процессы старения тканей, предупреждают развитие различных сердечно-сосудистых заболеваний. Важно, чтобы нагрузку получали все поскольку бездействующие ткани лишаются необходимых веществ, что приводит к их старению.

Положительное воздействие от силовых упражнений достигается в том случае, если нагрузка постепенно увеличивается, но при этом она соответствует состоянию здоровья человека. Отягощение нагрузок и их повторение также должно возрастать постепенно. Упражнения с бесконтрольным количеством повторений абсолютно безрезультатны для тренировки выносливости и силы.

В оздоровительных упражнениях физическая нагрузка (классификацию и виды которой назначает врач) основывается на непредельном отягощении и четко установленном числе повторений. Такой метод выбора нагрузок позволяет добиться результата и избежать травматизма.

На начальных этапах тренировок следует использовать отягощение не более 40% от максимально возможного по состоянию организма. Далее нагрузку можно подбирать так, чтобы максимальное количество повторений упражнения составляло порядка 8-12 раз. А для мышц предплечья, шеи, голени и живота достигало бы 15-20 раз (с паузами между подходами по 1-3 минуты).

Нагрузки скоростного типа

Подобные тренировки не требуют от человека большой выносливости и сильного напряжения. Они оказывают положительное влияние как на молодой, так и на стареющий организм. В последнем случае скоростные упражнения считаются особо актуальными. Ведь основным признаком увядания организма является не только угасание его двигательных функций, но и замедление движений.

Скоростные нагрузки не следует проводить дольше 10-15 секунд. Длительные упражнения (от 30 до 90 секунд) должны выполняться с понижением мощности. Именно такие упражнения, чередуемые с небольшими временными интервалами для отдыха, в максимальной степени способствуют замедлению процессов старения клеток. С целью поддержки организма в оптимальной форме скоростные упражнения рекомендуется выполнять во время каждого занятия спортом.

Польза эластичности мышц, связок, суставов

Упражнения на гибкость - самые популярные виды нагрузок в Их включают в школьные занятия детей самых младших классов. Такие нагрузки способствуют сохранению гибкости и подвижности суставов и позвоночника. Кроме того, к положительным воздействиям таких нагрузок можно отнести:

• профилактику чрезмерного износа суставов;
• предотвращение развития артрита;
• улучшение состояния суставной сумки;
• профилактику остеохондроза.

Эластичность мышц, суставов и связок значительно уменьшает вероятность получения травм, способствует скорейшему восстановлению мышечных тканей после физических нагрузок. Упражнения на гибкость отлично расслабляют мышцы, улучшают их тонус.

Отсутствие таких нагрузок приводит к закрепощению тканей. Энергия, которая могла бы использоваться для восстановления, растрачивается впустую, а сама мышца страдает от нехватки кислорода.

Какие еще необходимы тренировки

Ловкость и координационные способности - не менее важные качества, требуемые человеку в течение всей его жизни. При отсутствии систематических тренировок эти навыки постепенно уменьшаются. Какие виды физических нагрузок следует включать в тренировки для развития данных способностей? Тут все проще простого. Самым лучшим вариантом будут различные спортивные игры: большой теннис, настольный, бадминтон и пр.

Легкие виды спорта отлично тренируют ловкость и являются хорошей профилактикой сердечно-сосудистых заболеваний. Возрастных ограничений такие нагрузки не имеют, однако дозировать их очень сложно. По этой причине в процессе тренировки нужно контролировать собственное дыхание и следить за частотой сердечного ритма.

Тренировки ловкости при помощи спортивных игр значительно увеличивают адаптационные способности организма, а упражнения, требующие постоянного внимания, хорошо тренируют мыслительную реакцию. Человек начинает быстрее принимать сложные решения и быстрее действует в непредвиденных ситуациях.

Как мы увидели, любой вид физической нагрузки способен положительно влиять на человека. Однако чтобы добиться максимального результата, тренировки должны иметь систематический характер и включать в себя одновременно несколько видов упражнений. Таким образом можно обеспечить высокую степень устойчивости организма к неблагоприятным факторам, а также постоянно развивать и совершенствовать новые навыки. Главное - помните, какой бы вид нагрузок вы ни выбрали, важно всегда знать меру!

Постоянные нагрузки. (q ) В зависимости от продолжи­тельности действия нагрузки делят на постоянные и вре­менные. Постоянными нагрузками являются вес несу­щих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения железобетонных конструкций.

Временные нагрузки. Длительные нагрузки(P) . К ним относятся: вес стационарного оборудования на перекрытиях - станков, аппаратов, двигателей, емкостей и т. п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в емко­стях; вес специфического содержимого в складских по­мещениях, холодильников, архивов, библиотек и подоб­ных зданий и сооружений; установленная нормами часть временной нагрузки в жилых домах, в служебных и бы­товых помещениях; длительные температурные техноло­гические воздействия от стационарного оборудования; нагрузки от одного подвесного или одного мостового кра­на, умноженные на коэффициенты: 0,5, 0,6..в зависимости от вида крана

Кратковременные нагрузки.(S) К ним отно­сятся: вес людей, деталей, материалов в зонах обслужи­вания и ремонта оборудования - проходах и других сво­бодных от оборудования участках; часть нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций; нагрузки от подвесных и мосто­вых кранов, используемых при возведении или эксплуа­тации зданий и сооружений; снеговые и ветровые нагруз­ки; температурные климатические воздействия.

Особые нагрузки. К ним относятся: сейсмиче­ские и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резким нарушением технологического процесса (например, при резком повышении или понижении температуры и т.п.); воздействия неравномерных деформаций основания, со­провождающиеся коренным изменением структуры грун­та (например, деформации просадочных грунтов при замачивании или вечиомерзлых грунтов при оттаива­нии), и др.

Нормативные нагрузки . Они устанавливаются норма­ми или по номинальным значениям. Норма­тивные постоянные нагрузки принимают по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные вре­менные технологические и монтажные нагрузки уста­навливают по наибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации; снеговые и ветровые - по средним из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным значениям, соответствующим определенному среднему периоду их повторений.

Расчетные нагрузки. Их значения при расчете конст­рукций на прочность и устойчивость определяют умно­жением нормативной нагрузки на коэффициент надеж­ности по нагрузке γf, обычно больше, чем единица.Коэффициент надежности при действии веса бетонных и железобетонных конструкций γ f -1>1. Коэффициент надежности при действии веса кон­струкций, применяемый в расчете на устойчивость по­ложения против всплытия, опрокидывания и скольже­ния, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, принят γ f=0,9. При расчете конструкций на стадии возведения расчетные кратковременные нагрузки умножают на ко­эффициент 0,8. При расчете конструкций по деформаци­ям и перемещениям (по второй группе предельных со­стояний) расчетные нагрузки принимают равными нор­мативным значениям с коэффициентом γt = 1.

Сочетание нагрузок. Конструкции должны быть рас­считаны на различные сочетания нагрузок или соответ­ствующие им усилия, если расчет ведут по схеме неупру­гого состояния. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают: основные сочетания, включающие постоянные, длительные и кратковременные нагрузки или усилия от них; особые сочетания, включающие по­стоянные, длительные, возможные кратковременные и одна из особых нагрузки или усилия от них.

В основных сочетаниях при учете не менее двух вре­менных нагрузок их расчетные значения (или соответст­вующих им усилий) умножают на коэффициенты соче­тания равные: для длительных нагрузок ф1 = 0,95; для кратковременных ф2=0,9. При учете же одной времен­ной нагрузки ф1=ф2 = l. Нормами допускается при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения умножать на коэффициенты сочетаний: ф 2 =l- для первой по степени важности кратковременной на­грузки; ф 2 = 0,8 - для второй; ф2 = 0,6 - для остальных.

В особых сочетаниях для длительных нагрузок ф1= 0,95, для кратковременных ф 2 =0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования зданий и соору­жений в сейсмических районах.

Решили вы, например, сделать себе дом. Самостоятельно, без привлечения архитекторов-конструкторов. И в какой-то момент времени, обычно почти сразу, возникает необходимость рассчитать вес этого дома. И тут начинается череда вопросов: какова величина снеговой нагрузки, какую нагрузку должно выдерживать перекрытие, какой коэффициент использовать при расчёте деревянных элементов. Но прежде, чем дать конкретные цифры, нужно понять, какова зависимость между длительностью воздействия нагрузки и её величиной.
Нагрузки в общем виде делятся на постоянные и временные. А временные в свою очередь на длительные, кратковременные и мгновенные. Наверняка у неподготовленного читателя возникнет вопрос: а какая, собственно, разница, как классифицировать нагрузку? Возьмём, к примеру, нагрузку на междуэтажное перекрытие. В СНиПе прописано нормативное значение 150 кгс на квадратный метр. При внимательном прочтении документа легко заметить, что 150 кгс/м² (полное нормативное значение) применяется при классификации нагрузки как "Кратковременная", но если мы классифицируем её как "длительная", то нагрузка на перекрытие принимается уже всего-то 30 кгс/м²! Почему так происходит? Ответ кроется в глубинах теории вероятности, но для простоты поясню на примере. Представьте вес всего, что есть у вас в комнате. Возможно, вы коллекционер чугунных люков от колодцев, но статистически, если рассматривать тысячи комнат разных людей, то в среднем люди ограничиваются полутонной всевозможных предметов на комнату в 17 м². Полтонны - это не мало для комнаты! Но поделив нагрузку на площадь получим всего-то 30 кг/м². Цифра статистически подтверждена и закреплена в СНиП. А теперь представьте себе, что вы (весом 80 кг) входите в комнату, садитесь на кресло (весом 20 кг) и к вам на колени устраивается жена (весом 50 кг). Получается, на достаточно малую площадь действует нагрузка в 150 кг. Вы, конечно можете в таком тандеме всегда перемещаться по квартире, или просто самостоятельно весить все 150 кг, но вы не можете сидеть на месте неподвижно 10 лет. А значит, что нагрузку в эти 150 кг вы создаёте каждый раз в разном месте, в то время как в другом месте этой нагрузки нет. Т.е. в длительной перспективе вы не выйдите за среднестатистические 500 кг на 17 м², или 30 кг/м², но в кратковременный промежуток вы можете создать нагрузку в 150кг/м². А если вы занимаетесь прыжками на батуте при весе в 150 кг - то это уже будет "Мгновенная" нагрузка, и её расчёт проводится на основании индивидуальных особенностей, ибо статистики для таких случаев просто нету.

Итак, с разницей между терминами немного разобрались, теперь к вопросу: а какая разница для нас, как проектировщиков? Если на доску давить небольшой массой на протяжении десятилетий - она таки прогнётся, а если надавить посильнее, а потом отпустить - доска вернёт своё исходное состояние. Вот именно этот эффект и учитывают присвоением классов нагрузки при расчёте прочности древесины.

Вся информация для статьи приведена из СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" . Поскольку я сторонник деревянного домостроения, я также буду ссылаться на частный случай классификации нагрузок по действующему на 2017 год , а так же упомяну Еврокод EN 1991.

Классификация нагрузок по СНиП 2.01.07-85

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные нагрузки.

​

Постоянные нагрузки

вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

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

гидростатическое давление;

сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения так же следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.

Временные нагрузки

Временные нагрузки разделяются ещё на три класса:

1. Длительные нагрузки

вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;

давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;

температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;

нагрузки от людей с пониженными нормативными значениями ;

снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения на коэффициент:

• 0,3 - для III снегового района,

  0,5 - для IV района;

  0,6 - для V и VI районов;

температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями;

воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;

воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.

2. Кратковременные нагрузки

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

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

нагрузки от людей , животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями ;

нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением);

снеговые нагрузки с полным нормативным значением;

температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;

ветровые нагрузки;

гололедные нагрузки.

3. Особые нагрузки

сейсмические воздействия;

взрывные воздействия;

нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.

Нормативные нагрузки, упоминаемые выше, приведены в таблице:

В актуализированной на 2011 год версии этого документа пониженные нормативные значения равномерно распределённых нагрузок определяются умножением их полных нормативных значений на коэффициент 0,35.
Такая классификация была принята довольно продолжительное время и уже успела укорениться в сознании "постсоветского инженера". Однако, постепенно, вслед за всей Европой, мы переходим к так называемым Еврокодам.

Классификация нагрузок по Еврокоду EN 1991

По еврокоду всё немного разнообразнее и сложнее. Все расчётные воздействия следует принимать согласно соответствующим разделам EN 1991:

EN 1991-1-1 Удельный вес, постоянные и временные нагрузки

EN 1991-1-3 Снеговые нагрузки

EN 1991-1-4 Ветровые воздействия

EN 1991-1-5 Температурные воздействия

EN 1991-1-6 Воздействия при производстве строительных работ

EN 1991-1-7 Особые воздействия

В соответствии с ТКП ЕN 1990 при рассмотрении воздействий применяют следующую классификацию:

постоянные воздействия G . Например, воздействия собственного веса, стационарного оборудования, внутренних перегородок, отделки и косвенные воздействия в результате усадки и/или осадки;

переменные воздействия Q . Например, прилагаемые полезные нагрузки, ветровые, снеговые и температурные нагрузки;

особые воздействия А . Например, нагрузки от взрывов и ударов.

Если с постоянным воздействием всё более-менее понятно (просто берём объём материала и умножаем его на среднюю плотность этого материала и так по каждому материалу в конструкции дома), то переменные воздействия требуют пояснения. Особые воздействия в контексте частного строительства я рассматривать не буду.
По Еврокоду величина воздействий характеризуется категориями использования строения по таблице 6.1:

Не смотря на всю приведённую информацию Еврокод подразумевает использование национальных приложений, разрабатываемых к каждому разделу Еврокода индивидуально в каждой стране, использующей этот Еврокод. Эти приложения учитывают различные климатические, геологические, исторические и прочие особенности каждой страны, позволяя, тем не менее, придерживаться единых правил и стандартов в расчёте конструкций. К Еврокоду EN1991-1-1 национальное приложение имеется и оно в части величин нагрузок целиком и полностью ссылается на СНиП 2.01.07-85, рассмотренный в первой части этой статьи.

Классификация нагрузок при проектировании деревянных конструкций по Еврокоду EN1995-1-1

На 2017 год в Беларуси действует документ на основе еврокода ТКП EN 1995-1-1-2009 "Проектирование деревянных конструкций" . Поскольку документ относится к Еврокодам, предыдущая классификация по EN 1991 полностью применима и к деревянным конструкциям, однако имеет дополнительное уточнение. Так, в расчётах на прочность и пригодность к эксплуатации следует обязательно учитывать длительность действия нагрузки и влияние влажности!

Классы длительности действия нагрузок характеризуются воздействием постоянной нагрузки, действующей в определённый период времени при эксплуатации сооружения. Для переменного воздействия определяется соответствующий класс на основе оценки взаимодействия между типовой вариацией нагрузки и временем.

Это общая классификация, рекомендованная Еврокодом но, структура Еврокодов, как я уже упоминал, подразумевает использование Национальных Приложений, разрабатываемых в каждой стране индивидуально, и, конечно, для Беларуси это приложение тоже имеется. В нём немного сокращена классификация длительности:

Данная классификация в достаточной степени коррелирует с классификацией по СНиП 2.01.07-85.

Зачем нам знать всё это?

• Влияние на прочность древесины

В контексте проектирования и расчёта деревянного дома и любого его элемента классификация нагрузок совместно с классом эксплуатации имеет важное значение и может более чем вдвое (!) изменять расчётную прочность древесины. Например, все расчётные значения прочности древесины, помимо прочих коэффициентов, умножаются на так называемый коэффициент модификации kmod:

Как видно из таблицы, в зависимости от класса длительности воздействия нагрузки и условий эксплуатации одна и та же доска I сорта способна выдержать нагрузку, к примеру на сжатие 16,8 МПа при кратковременном воздействии в отапливаемом помещении и лишь 9,1 МПа при постоянной нагрузке в пятом классе условий эксплуатации.

• Влияние на прочность композитной арматуры

При проектировании фундаментов и железобетонных балок иногда используют композитную арматуру. И если на стальную арматуру длительность действия нагрузок не оказывает существенного влияния, то с композитной всё очень по другому. Коэффициенты влияния длительности нагрузки для АКП приведены в Приложении Л к СП63,13330:

В формуле расчёта сопротивления растяжению, приведённой в табличке выше есть коэффициент yf - это коэффициент надёжности по материалу, принимаемый при расчёте по предельным состояниям второй группы равным 1, а при расчётен по первой группе - равным 1,5. Например, в балке на открытом воздухе прочность стеклопластиковой арматуры может быть 800*0,7*1/1=560 МПа, но при длительной нагрузке 800*0,7*0,3/1=168 МПа.

• Влияние на величину распределённой нагрузки

Согласно СНиП 2.01.07-85, нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий принимаются с пониженным нормативным значением, если мы относим эти нагрузки к длительным. Если мы их классифицируем как кратковременные - то принимаем полные нормативные значения нагрузок. Такие различия формируются теорией вероятностей и математически просчитаны, но в Своде правил представлены в виде уже готовых ответов и рекомендаций. Такое же влияние классификации есть и на снеговые нагрузки, но снеговые нагрузки я рассмотрю уже в другой статье.

Что нужно считать?

Мы уже разобрались немного с классификацией нагрузок и поняли, что нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки относятся ко временным нагрузкам, но при этом могут относится как к длительным, так и к кратковременным. Причём их величина может значительно отличаться в зависимости от того, к какому классу мы их причислим. Неужели в таком важном вопросе решение зависит от нашего желания? Конечно нет!
В ТКП EN 1995-1-1-2009 "Проектирование деревянных конструкций" есть следующее предписание: если сочетание нагрузки состоит из воздействий, которые принадлежат к разным классам длительности действия нагрузки, то нужно применять значение коэффициентов модификации, которое соответствует воздействию меньшей длительности, например для комбинации собственного веса и кратковременной нагрузки применяется значение коэффициента, соответствующего кратковременной нагрузке.
В СП 22.13330.2011 "Основания зданий и сооружений" указание таково: нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки, которые согласно СП 20.13330 могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считают кратковременными, а при расчете по деформациям - длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считают кратковременными.