Единицы измерения в строительстве

1.

Основы строительных конструкций
Практическое занятие для студентов очной формы
обучения на тему:
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

2.

Введение
Единица измерения – конкретная величина, определенная и
установленная по договоренности, с которой сопоставляются
другие величины того же рода, для того чтобы выразить их
размер по отношению к указанной величине.
Существует большое количество различных систем единиц,
которые различаются как системами величин, на которых они
основаны, так и выбором основных единиц.
Правила написания обозначений единиц измерений при
производстве научной литературы, учебников и другой
полиграфической продукции определены ГОСТ 8.417—2002
«Государственная система обеспечения единства измерений».

3.

Международная система единиц СИ – система единиц
физических величин, современный вариант метрической
системы. СИ является наиболее широко используемой системой
единиц в мире — как в повседневной жизни, так и в науке и
технике.
Основные единицы
Величина
Единица
Наименование
Обозначение
Наименование
Обозначение
Длина
L
метр
м
m
Масса
M
килограмм
кг
kg
Время
T
секунда
с
s
Сила электрического тока
I
ампер
А
A
Термодинамическая темп
ература
Θ
кельвин
К
K
Количество вещества
N
моль
моль
mol
Сила света
J
кандела
кд
cd

4.

Производные
единицы
Величина
Обозначение
Наименование
Выражение
через основные
единицы
Плоский угол
рад
радиан
м·м−1 = 1
Частота
Гц
герц
с−1
Сила
Н
ньютон
кг·м·c−2
Энергия, механическая
работа
Дж
джоуль
Н·м = кг·м2·c−2
Давление, механическое
напряжение
Па
паскаль
Н/м2 = кг·м−1·с−2

5.

Размерность
Единицы измерения обладают размерностью.
Размерность
физической
величины
—
выражение,
показывающее связь этой величины с основными величинами
данной системы физических величин; записывается в виде
произведения
степеней
сомножителей,
соответствующих
основным величинам, в котором численные коэффициенты
опущены.
Так, например, величина 1 Па имеет размерность Н/м2 - 1
Ньютон, деленный на 1 метр в квадрате.
Следует обращать внимание на размерность величин при
расчетах, чтобы исключить ошибку. Например, чтобы получить 1
Н/м2 , следует силу (Н), разделить на площадь ( м2 ), иначе
получится другая размерность.

6.

Кратные и дольные единицы измерения величин нужны для
краткого написания величины.
Приставка
Обозначение приставки
Множитель
международное
русское
тера
T
Т
1012
гига
G
Г
109
мега
M
М
106
кило
k
к
103
гекто
h
г
102
дека
da
да
101
деци
d
д
10−1
санти
c
с
10−2
милли
m
м
10−3
микро
µ
мк
10−6
нано
n
н
10−9
пико
p
р
10−12

7.

Единицы измерения в строительстве
В строительстве применяют различные единицы измерения
для обозначения размеров, количества, нагрузок, усилий,
напряжений, деформаций и пр.
Единицы
измерения
количества
применяются
для
обозначения величины строительных материалов и изделий.
Основные величины:
• 1 штука;
• 1 упаковка;
• 1 метр погонный;
• 1 метр квадратный;
• 1 литр/1 кубический метр;
• 1 килограмм/1 тонна.

8.

Нагрузки и воздействия
Основополагающим документом в данной области
является СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
Под воздействиями мы понимаем нагрузки, изменения
температуры, влияния на строительный объект окружающей
среды, действие ветра, осадка оснований, смещение опор,
деградация свойств материалов во времени и другие
эффекты,
вызывающие
изменения
напряженнодеформированного состояния строительных конструкций.
При проведении расчетов воздействия допускается
задавать как эквивалентные нагрузки.

9.

Нагрузки и воздействия
Внешние воздействия можно разделить на два
вида: силовые и несиловые или воздействия среды.
• К силовым воздействиям относятся различные виды
нагрузок:
постоянные,
временные
(длительные),
кратковременные, особые.
• К несиловым относятся: температурные воздействия,
воздействия атмосферной и грунтовой влаги, движения
воздуха, воздействие лучистой энергии, воздействие
агрессивных
химических
примесей,
биологические
воздействия, воздействие звуковой энергии.

10.

Единицы измерения нагрузок
Силовые нагрузки – внешние механические силы (вес
конструкций, оборудования, снегоотложений, людей и т.п.),
действующие на строительные объекты.
Нагрузки чаще всего обозначают в [кН] – килоньютон, однако в
литературе также встречается обозначение [кгс] – килограмм
силы.
Сила тяжести, действующая на тело массой 1 кг на
поверхности земли, называется 1 кгс.
В то же время 1 Н – это сила, которая сообщает телу массой 1
кг ускорение 1 м/с2 и является единицей Международной системы
единиц.

11.

Единицы измерения нагрузок
Чтобы перевести величину из одной единицы измерения в
другую, требуется знать их соотношение. Так, 1 кгс равен 10
Н, так как 1 килограмм силы давит на весы с силой 10 Н
(точнее 9,81 Н, но ускорение свободного падения, равное
9,81 м/с2 для простоты расчета округляют до 10 м/с2 ) :
1 кН = 1000 Н = 100 кгс

12.

Единицы измерения нагрузок
Приложенная нагрузка может быть распределена по длине
или площади строительной конструкции. В таком случае
меняется размерность величины.
Так, если сила приложена не в точке, а по длине чего-либо,
нагрузка
сила получает размерность
.
длина
Например, 1 кН, распределенный по длине 1 м, будет записан
как 1 кН/м.
В случае, если сила приложена к определенной площади, она
нагрузка
получает размерность
.
площадь
Например, 1 кН, распределенный по площади 1 м2 , будет
записан как 1 кН/м2 .

13.

Единицы измерения нагрузок
Нагрузки могут задаваться в виде сосредоточенной силы или
распределенной нагрузки по длине или площади:
Вид нагрузки
Точечная
Распределенная по
длине
Распределенная по
площади
Размерность
кН
кН/м
кН/м2
Нагрузка приложена
сосредоточенно в
определенную точку,
площадью
пренебрегают.
Нагрузка
распределена по
длине элемента
(например, по длине
балки). Для сбора
нагрузки необходимо
знать длину.
Нагрузка
распределена по
площади элемента
(например, по плите).
Для сбора нагрузки
необходимо знать
длину и ширину.
Вид нагрузки
Описание

14.

Единицы измерения усилий, напряжений,
длины
Внутренние усилия – силы взаимодействия между частицами
тела (кристаллами, молекулами, атомами), возникающие внутри
элемента конструкции как противодействие внешним нагрузкам.
Выделают:
• усилия (продольное, поперечное) [кН] – килоньютон.
• Моменты (изгибающий, крутящий) [кН∙м] – килоньютон,
умноженный на метр.

15.

Единицы измерения усилий, напряжений,
длины
Напряжение – это интенсивность внутренних сил на
некотором участке внутри материала. Его используют при
исследовании прочности элемента либо материала.
Напряжения в материале конструкции возникает от усилий,
которые в свою очередь возникли от приложенной нагрузки.
Напряжения непосредственно связаны с прочностными
свойствами
материалов.
Соответственно
при
расчете
строительных конструкций напряжения от расчетной нагрузки не
должны превышать максимальных напряжений для данного
материала.

16.

Единицы измерения усилий, напряжений,
длины
Напряжения обозначают σ с соответствующим индексом в
размерности [МПа] – мегапаскаль.
1 МПа = 1 МН / 1 м2
Для строительных конструкционных материалов существует
понятие расчетного сопротивления:
Расчетное сопротивление – результат деления нормативных
сопротивлений на коэффициенты надежности.
Нормативное сопротивление – это установленное нормами
предельное значение напряжений в материале.
Расчетное сопротивление обозначают R с соответствующим
индексом в той же размерности, что и напряжения, так как эти две
величины подлежат сравнению.
Напряжения от расчетной нагрузки не должны превышать
расчетного сопротивления.

17.

Единицы измерения усилий, напряжений
Величина
Обозначение
Масса
m
кг (килограмм)
Объем
V
м3 (метры кубические)
Плотность материала
ρ
кг/м3
Удельный вес
Нормативная
сосредоточенная
нагрузка, сила
Напряжение,
давление,
распределенная
по площади нагрузка
γ = ρ*g
Н/м3, кН/м3
Nn = m*g,
Nn = γ *V
Н, кН
(ньютон, килоньютон)
σ = N/A,
p = N/A
Па, кПа, МПА
(паскаль, килопаскаль,
мегапаскаль)
q = N/l
Н/м, кН/м
Нагрузка, распределенная
по длине элемента
(погонная нагрузка)
Единица измерения

18.

Единицы измерения усилий, напряжений,
длины
Геометрические размеры строительных конструкций могут
обозначать в метрах, сантиметрах, миллиметрах. Соответственно,
могут встречаться площади в единицах измерения метр квадратный,
сантиметр квадратный, миллиметр квадратный.
ГОСТ
28984-91
«Модульная
координация
размеров
в
строительстве. Основные положения» (МКРС) устанавливает правила
назначения следующих категорий размеров:
• основных координационных размеров: шагов и высот этажей
зданий и сооружений;
• координационных размеров элементов: длины, ширины, высоты,
толщины, диаметра;
• конструктивных размеров элементов: длины, ширины, высоты,
толщины, диаметра.

19.

Согласно ГОСТ 28984-91 для координации размеров принят
основной модуль, равный 100 мм и обозначенный буквой М.
Для назначения координационных размеров объемнопланировочных и конструктивных элементов, строительных
изделий, оборудования, а также для построения систематических
рядов
однородных
координационных
размеров
должны
применяться наряду с основным следующие производные
модули:
• укрупненные модули (мультимодули) 60М; 30М; 15М; 12М; 6М;
3М, соответственно равные 6000; 3000; 1500; 1200; 600; 300 мм;
• дробные модули (субмодули) 1/2М; 1/5М; 1/10М; 1/20М; 1/50М;
1/100М, соответственно равные 50; 20; 10; 5; 2; 1 мм.
Укрупненный модуль 15М допускается при необходимости
дополнения ряда размеров, кратных 30М и 60М, при наличии
технико-экономических обоснований.

20.

Взаимосвязь между модулями различной крупности

21.

Перевод различных единиц измерения

22.

Пример перевода единиц измерения:
Имеем 1 кН силы, действующий на 1 см2 стали, тогда для
расчета напряжений с размерностью кН/м2 следует перевести
см2 в м2 .
1 м = 1 ∙ 102 см,
следовательно,
1 м2 = (1 м) ∙ (1 м) = (1 ∙ 102 см) ∙ (1 ∙ 102 см) = 1 ∙ 104 см2 ;
В таком случае получаем:
1 кН
1 кН
кН
МН
4
σ = 1∙ см2 = 1∙ 10−4м2 = 1∙ 10 м2 = 10 м2 = 10 МПа.

23.

Задачи
1) Дано усилие 16379,01 Н, перевести величину в кН;
2) Дано усилие 163 кгс, перевести величину в кН;
3) Нагрузка в 15 кН распределена на площади в 100 см2 ,
определить действующее давление в кПа (кН/м2 );
4) Площадь элемента состоит из двух частей: 0,5 м2 , 200 см2 ,
найти общую площадь в м2 .