В книге коллектива украинских авторов впервые сделана попытка комплексного освещения вопроса о нагрузках и воздействиях, которые учитываются при проектировании зданий и сооружений. Описаны основные виды нагрузок и воздействий, включая и особые нагружения аварийного типа. Для каждой из рассмотренной нагрузок приводится описание его физического происхождения и даются основные сведения о характерных параметрах этих нагрузок. Приводятся и сопоставляются данные из отечественных и зарубежных нормативных документов. Книга представляет собой справочное пособие для инженерно-технических работников проектных организаций и может быть использована в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся строительным специальностям.

Рецензенты: заведующий кафедрой металлических конструкций Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета, доктор технических наук, профессор Белый Г.К.; заведующий кафедрой строительной механики Московского государственного архитектурно-строительного университета, доктор технических наук, профессор Мондрус В.Л.

Предисловие

1. Нагрузки как элемент расчетной модели
1.1. Место нагрузок и воздействий в расчетах конструкций
1.2. Нагрузки как форма взаимодействия с внешней средой
1.3. Нагрузки как случайное явление
1.4. Нагрузки и метод предельных состояний
1.5. Классификация нагрузок и воздействий
1.6. Совместное действие различных нагрузок
1.7. Районирование по климатическим воздействиям
1.8. Пространственное распределение нагрузок, эквивалентные нагрузки
1.9. Управление нагрузкой
1.10. Нагрузки и воздействия в нормативных документах
Литература

2. Вес конструкций и грунтов
2.1. Нормативные и расчетные значения по СНиП
2.2. Изменчивость нагрузки от собственного веса
2.3. Нагрузки от собственного веса существующих конструкций
Литература

3. Полезные нагрузки на перекрытия
3.1. Общие сведения
3.2. Уточнение полезных нагрузок
3.3. Грузовая площадь
3.4. Случайное поле нагрузки и грузовая площадь
Литература

4. Крановые нагрузки
4.1. Общие сведения. Режимы работы кранов
4.2. Вертикальные давления колес крана
4.3. Горизонтальные крановые нагрузки
4.4. Нагрузка от удара крана о тупиковый упор
Литература

5. Нагрузки от внутрицехового транспорта
5.1. Общие сведения
5.2. Нагрузки от безрельсового транспорта
5.3. Нагрузки от ленточных конвейеров (транспортеров)
5.4. Нагрузки от подвесных конвейеров
5.5. Нагрузки от лифтов
5.6. Нагрузки от напольных завалочных машин
Литература

6. Снеговые нагрузки
6.1. Общая характеристика снежного покрова
6.2. Характеристика снеговой нагрузки на поверхности земли
6.3. Формирование снеговой нагрузки на покрытиях зданий
6.4. Снеговая нагрузка в нормах проектирования
6.5. Обеспеченность снеговой нагрузки в СНиП
6.6. Снеговая нагрузка в проекте норм Украины
6.7. Межгодовая изменчивость снеговой нагрузки
Литература

7. Ветровые нагрузки
7.1. Ветер как природное явление
7.2. Некоторые сведения из аэродинамики
7.3. Статическая ветровая нагрузка. Здания
7.4. Статическая ветровая нагрузка. Сквозные конструкции
7.5. Сооружения других типов
7.6. Колебания под воздействием пульсаций ветрового потока
7.7. Другие динамические эффекты
Литература

8. Гололедные нагрузки
8.1. Образование и изучение гололедных отложений
8.2. Гололедные нагрузки в нормах проектирования
8.3. Расчет гололедно-ветровых нагрузок по результатам наблюдений
8.4. Особенности гололедных нагрузок на элементы и сооружения
8.5. Вероятностное описание гололедных нагрузок
8.6. Нагрузки при сбросе гололеда
Литература

9. Температурные воздействия
9.1. Первоначальные сведения
9.2. Температурные климатические воздействия. Рекомендации СНиП
9.3. Параметры внешней среды
9.4. Значение температурных перепадов по сечению
9.5. Температура замыкания
9.6. Длительная и кратковременная часть температурного воздействия
9.7. Расстояние между температурными швами
9.8. Технологические температуры
9.9. Некоторые сведения о воздействии температуры пожара
Литература

10. Нагрузки от смерча
10.1. Описание смерча как природного явления
10.2. Расчетный смерч для объектов атомной энергетики
10.3. Нагрузки при смерче
Литература

11. Волновые воздействия
11.1. Виды волн и их элементы
11.2. Нагрузки от волн на непроницаемые преграды
11.3. Нагрузки от волн на сквозные сооружения
11.4. Динамическое воздействие
Литература

12. Ледовые нагрузки
12.1. Предварительные сведения
12.2. Строение ледового поля и характеристики льда
12.3. Нагрузки от движущихся ледовых полей
12.4. Нагрузки при температурной деформации сплошного ледового покрова
12.5. Нагрузки от примерзшего льда
12.6. Динамические эффекты    
12.7. Воздействия заторов и зажоров
Литература

13. Сейсмические воздействия
13.1. Общие сведения о землетрясениях
13.2. Оценка сейсмической опасности территории
13.3. Спектральный метод расчета
13.4. Нормирование сейсмических нагрузок по спектральной методике
13.5. Специальные проблемы спектральной методики
13.6. Акселерограммы. Интегрирование уравнений движения
Литература

14. Аэростатические нагрузки
14.1. Нагрузки от давления воздуха в герметичном объеме
14.2. Нагрузки от пониженного давления воздуха в сосудах
14.3. Нагрузка, вызванная разностью в плотности наружного и внутреннего воздуха
14.4. Нагрузка в помещениях с дымовыми трубами

15. Особые воздействия
15.1. Воздействия осадок оснований на подрабатываемых территориях
15.2. Удары транспортных средств
15.3. Воздействие промышленных взрывов
Литература

16. Нагрузки от производственной пыли
16.1. Природа нагрузки
16.2. Аварии покрытий от перегрузки пылью
16.3. Учет нагрузки от пыли в нормативных документах
Литература

17. Подвижные нагрузки автодорожных мостов
17.1. Вводные замечания
17.2. Модели подвижных нагрузок норм стран Западной Европы
17.3. Процедура построения модели подвижных нагрузок
17.4. Модель подвижных нагрузок проекта норм Украины
Литература

18. Выбор невыгодных сочетаний нагрузок
18.1. Расчетные сочетания усилий и комбинации загружений
18.2. Допустимые сочетания и их логическая взаимосвязь
18.3. Граф логической связи между загруженными
18.4. Язык описания сочетаний с заданием величин нагрузок
18.5. Язык описания сочетаний с заданием диапазонов
18.6. Критерии отбора невыгодных сочетаний
18.7. Использование выпуклой оболочки множества сочетаний
18.8. Максимизация квадратичной функции
18.9. Сочетания усилий при случайных нагрузках
18.10. Влияние выбранного сочетания на проектное решение
Литература

Предисловие

Предлагаемая вниманию читателей книга посвящена описанию нагрузок и воздействий на строительные конструкции зданий и сооружений. Авторы так и не смогли понять, почему такая книга не была написана ранее, хотя ее необходимость представляется абсолютно очевидной.

Недостаточное внимание к затрагиваемой проблеме также общеизвестно. Так, в процессе профессиональной подготовки инженера-строителя практически ничего не говорится о нагрузках и воздействиях на строительные конструкции. Точнее, они считаются откуда-то известными, хотя их свойства и особенности формирования не описываются. Это тем более удивительно, что в основном неравенстве метода расчетных предельных состояний, где несущая способность конструкции сопоставляется с нагрузочным эффектом, обе его части в равной степени важны. Но вот одной из них посвящена заметная часть курса стальных, железобетонных или деревянных конструкций, а другая стыдливо обходится стороной.

Результатом этого является слабое знание свойств, методов определения и способов регулирования нагрузок. Единственным источником данных о них являются нормы проектирования, которые в силу своей природы не дают никаких пояснений, но от частого употребления кажутся очевидными. Однако нормативные документы разных стран дают зачастую достаточно различающиеся указания относительно выбора нагрузок, и при работе на экспорт, когда эти указания приходится выполнять, возникает масса новых вопросов, связанных с тем, что «понятные» (точнее — привычные) отечественные нормы не корреспондируют с зарубежными. А сам факт расхождения отечественного и зарубежного подхода вызывает желание исправить «их ошибочную точку зрения», хотя в основе такого расхождения могут лежать очень убедительные соображения.

Имеются, правда, научные монографии, посвященные тем или иным видам нагрузок, например ветровым, однако большинство из них рассчитаны больше на читателя-исследователя, чем на практикующего проектировщика. Кроме того, такого рода книги зачастую требуют специальных знаний, которые отсутствует у специалистов с обычной профессиональной подготовкой инженера-строителя.

Достаточно характерным является и представление проблемы нагрузок и воздействий в справочной литературе. Появившийся было в популярном расчетно-теоретическом справочнике проектировщика, выпущенном в I960 году под редакцией проф. A.A. У майского, раздел «Нормы нагрузок и габариты», исчез из второго издания этого справочника, опубликованного в 1973 году. Больше повезло динамическим нагрузкам, которые достаточно полно представлены в трех томах справочника, вышедшего под редакцией Б. Г. Коренева и И.М. Рабиновича и под редакцией Б.Г. Коренева и А.Ф. Смирнова.

Целью настоящей работы является ознакомление инженера-строителя (проектировщика) со свойствами, методами определения и особенностями взаимодействия с конструкцией нагрузок и воздействий различного вида. Книги такого рода нам не известны, и авторам пришлось создавать ее структуру, отбирать необходимый материал и строить изложение, не используя никаких образцов. Такого рода новизна, с одной стороны, давала полную свободу творчества, но, с другой стороны, заставляла все время сомневаться в себе и гадать о возможной реакции читателя.

Авторы исходили из того, что понимание физической природы того или иного воздействия на конструкцию дает инженеру-проектировщику инструмент для активного регулирования величин этих воздействий. Кроме того, необходимость выполнения оценки технического состояния существующих конструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормам, требует во многих случаях индивидуального подхода к назначению нагрузок и воздействий (например, нормами по проектированию при реконструкции разрешается определять нагрузки по данным местных метеостанций).

При этом мы старались не свести изложение только к комментированию норм проектирования, хотя и посвящаем этой проблеме достаточно много внимания, в том числе и сопоставлению подходов, заложенных в нормативных документов различных стран. Много внимания уделено проекту Государственных строительных норм Украины по нагрузкам и воздействиям, к разработке которого некоторые авторы предлагаемой вашему вниманию книги имели непосредственное отношение. Такого типа «взгляд изнутри» может оказаться полезным тем специалистам, которые столкнутся с необходимостью выполнить аналогичные работы.

Итак, на кого же рассчитана предлагаемая вам книга? На прилавках книжных магазинов представлено много книг по компьютерным проблемам с грифом «Для чайников». В Польше они выходят с грифом «Не только для орлов», который представляется нам более приемлемым, поскольку за предупреждением «Не только для орлов...» угадывается продолжение «... и для них тоже». Такого рода направленность выбрали и авторы этой книги.

Авторы не стремились написать учебник, да и не существует в вузовском учебном плане такого предмета как «Нагрузки и воздействия на здания и сооружения» (здесь, возможно, следовало бы сказать — к сожалению). Но мы убеждены, что предлагаемая книга может служить учебным пособием для студентов старших курсов, магистрантов и аспирантов при изучении ими прочностных дисциплин. Возможно, что и преподаватели этих дисциплин найдут для себя в этой книге полезный педагогический материал, который может быть использован как в лекционных курсах, так и на специальных семинарских занятиях.

Мы не будем обсуждать содержание книги по главам, для этого достаточно прочесть ее оглавление. Отметим лишь, что главы 1, 9, 10, 12, 13 и 15 написаны A.B. Перельмутером, главы 4, 5, 8 и 16 — С.Ф. Пичугиным, глава 17 — А.И. Лантухом-Лященко, глава 14 — В.Н. Гордеевым, им же совместно с A.B. Перельмутером написаны главы 3 и 18, В.А. Пашинский с A.B. Перельмутером написали главы 2 и 6, A.B. Перельмутер с С.Ф. Пичугиным — главы 7 и 11. Коллектив авторов не имел возможности и желания полностью унифицировать стиль изложения отдельных разделов, поскольку многое из сказанного лежит в области их личных научных интересов, и не было никакого смысла скрывать свои пристрастия к той или иной стороне освещаемой проблемы (методологической, фактологической или прикладной) путем нивелирования стиля изложения. Это сказалось на расстановке акцентов, но (мы надеемся) ни в коем случае не на объективности оценок и суждений.

Во время работы над книгой авторский коллектив все время испытывал стимулирующее влияние компании SCAD Soft, которая хотела бы видеть в предлагаемой вниманию читателя книге неформальную компоненту эксплуатационной документации к программно-вычислительной системе SCAD Office. Мы все искренне признательны за эту поддержку.