Составить алгоритм определения нагрузок
Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные значения. Расчетное значение нагрузки получают путем умножения ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке γf. Этот коэффициент учитывает возможное отклонение значений нагрузок, принятых в проекте, в условиях реального строительства. Коэффициенты надежности по нагрузке γt для веса строительных конструкций и грунтов приведены в таблице 1; для временных нагрузок — в таблице 2.
Таблица 1
Коэффициент надежности по нагрузке γt для веса
Строительных конструкций и грунтов
| Конструкции сооружений и вид грунтов | Коэффициент надежности по нагрузке γt |
| Конструкции: металлические | 1,05 |
| бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м3), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные | 1,1 |
| бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м3 и менее), изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засылки, стяжки и т.п.), выполняемые: в заводских условиях | 1,2 |
| на строительной площадке | 1,3 |
| Грунты: в природном залегании насыпные | 1,1 1,15 |
| Примечание: 1. При проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидования, а также в других случаях, когда уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшить условия работы конструкций, следует произвести расчет, принимая для веса конструкции или ее части коэффициент надежности по нагрузке γt = 0,9. 2. При определении нагрузок от грунта следует учитывать нагрузки от складируемых материалов, оборудования и транспортных средств, передаваемых на грунт. 3. Для металлических конструкций, в которых усилия от собственного веса превышают 50% общих усилий, следует принимать γt = 1,1. |
На строительной площадке, к примеру, точно выдержать толщину стяжки по плите перекрытия достаточно проблематично, обязательно будет отклонения в большую или меньшую сторону. Возможность такого отклонения и учитывает коэффициент надежности по нагрузке. Для стяжки, выполненной на строительной площадке, он равен 1,3, в то время как если было бы возможно выполнить ее в заводских условиях и с должным контролем, то принимался бы коэффициент 1,2. Металлические конструкции всегда изготавливаются на заводе, поэтому и коэффициент надежности по нагрузке для них минимальный — 1,05.
Таблица 2
Коэффициент надежности по нагрузке γt для временных нагрузок
| Источник нагрузки | γt |
| Нагрузки, указанные в табл.1: — при полном нормативном значении менее 2,0 кПа — при полном нормативном значении 2,0 кПа и более | 1,3 1,2 |
| снег | 1,4 |
| ветер | 1,4 |
| автотранспорт | 1,2 |
| сосредоточенные | 1,2 |
Другими словами, коэффициенты надежности по нагрузке страхуют нас от возможных отклонений нагрузок на конструкции в большую сторону. Однако есть случаи, когда принимать коэффициенты γt по вышеприведенным таблицам нельзя. Речь идет о проверке устойчивости конструкций против опрокидывания (например, подпорные стены), всплытия, устойчивости фундаментов в условиях морозного пучения, устойчивости элементов на стадии монтажа и других подобных случаях, когда необходимо учитывать не возможное увеличение нагрузки, а ее возможное уменьшение. В таких случаях принимается коэффициент надежности по нагрузке γt = 0,9. Прочие необходимые значения коэффициентов для подобных случаев содержатся в нормативной литературе.
В методе предельных состояний применяется система коэффициентов надежности и коэффициентов условий работы, учитывающая изменчивость нагрузок, свойств материалов и условий работы конструкции. В связи с этим в расчетах по методу предельных состояний используются нормативные и расчетные значения нагрузок.
Нормативные нагрузки – это нагрузки, установленные нормами по заданной заранее вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям.
Расчетные нагрузки – это нагрузки, используемые в расчетах конструкций на прочность и устойчивость и получаемые путем умножения нормативных значений нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке и по назначению здания:
q = qn·γf·γn,
где γf – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по актуализированной версии СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (СП 20.1330.2016),
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, зависящий от уровня ответственности сооружения.
Установлено три класса ответственности зданий и сооружений:
I – повышенный: резервуары для нефти и нефтепродуктов емкостью более 10000 м3, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетом 100 м и более, сооружения высотой более 100 м, уникальные здания и сооружения. Здания, разрушение которых может привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям. Для таких сооружений величина γn принимается больше 1.
II – нормальный уровень ответственности: здания и сооружения массового строительства (жилые, общественные, проиводственные и сельскохозяйтсвенные здания и сооружения). Для них γn = 1.0.
III – пониженный уровень ответственности: сооружения сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и др.). Для них γn = 0.8.
Величина коэффициента надежности по нагрузке (0.9 ≤ γf ≤ 1.4) зависит от вида нагрузки и группы предельных состояний. Нагрузки, действующие на здание, делятся на постоянные, временные и особые.
Постоянные – нагрузки, действующие в течение всего периода эксплуатации. Это вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов для заглубленных сооружений, усилие предварительного обжатия.
Временными называются нагрузки, изменяющие в процессе эксплуатации по величине или положению. Временные нагрузки делятся на длительные и кратковременные.
К длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования, нагрузка от массы продуктов, заполняющих оборудование в процессе эксплуатации, пониженное значение снеговых и крановых нагрузок, давление жидкостей, газов и сыпучих материал в емкостях, трубопроводах и др.
К кратковременным нагрузкам относятся: вес людей, полное значение снеговых и крановых нагрузок, ветровые нагрузки, а также нагрузки, возникающие при монтаже и ремонте конструкций.
К особым нагрузкам относятся: сейсмические, взрывные и прочие аварийные воздействия.
Расчет конструкций выполняется на действие нагрузок в различных сочетаниях. Одновременное действие постоянных, длительных и кратковременных нагрузок называется основным сочетанием. Вероятность одновременного воздействия наибольших нагрузок учитывается коэффициентами сочетаний.
При одновременном действии двух и более временных нагрузок эти коэффициенты для всех временных нагрузок, кроме тех, что оказывают наибольшее влияние, принимаются меньше единицы. Для длительных нагрузок они равны 0.95, а для кратковременных – 0.9 или 0.7 в зависимости от степени влияния нагрузки. Наиболее значимая временная нагрузка прикладывается без снижения.
Особые сочетания складываются из нагрузок из основного сочетания и одной из особых нагрузок. В особых сочетаниях кратковременные нагрузки умножаются на коэффициент 0.8 (кроме случая сейсмических воздействий). Особая нагрузка прикладывается без снижения.
Практическое занятие
Определение нормативных и расчетных значений нагрузок
Цель работы: Научиться собирать нагрузку на строительные конструкции.
Исходные данные:
Схема перекрытия – 1
Схема покрытия – 2
Район строительства – по выбору
Помещение – квартира
Количество этажей – 4
Пролет L, м. – 3,6
Шаг колонн В, м. – 3,6
Вес балки, кН – 4,30
Вес колонны, кН – 18,0
Ход работы:
Собрать нагрузку на 1 кв.м.
Сбор нагрузки на 1 кв.м. перекрытия
| Вид нагрузки | Нормативная нагрузка, кН/м2 | Коэф. Надежности по нагрузке, γf | Расчетная нагрузка, кН/м2 |
| I. Постоянные | 0,015 · 2000/100 = 0,3 | 1,3 | 0,39 |
| Плиточный пол t = 0,015м, р = 2000кг/м3 | |||
| Цементный раствор t = 0,015 м, р = 2000кг/м3 | 0,015 · 2000/100 = 0,3 | 1,3 | 0,39 |
| ж/б многопустотная плита t = 0,22 м, р = 2500 кг/м3 | 3,2 | 1,1 | 3,52 |
| Итого: | 3,8 | 4,3 | |
| II. Временная | 1,5 | 1,3 | 1,95 |
| Всего | 5,3 | 6,25 |
| Вид нагрузки | Нормативная нагрузка, кН/м2 | Коэф. Надежности по нагрузке, γf | Расчетная нагрузка, кН/м2 |
| 4 слоя рубероида | 4· 0,05 = 0,2 | 1,3 | 0,26 |
| Цементно-песчанная стяжка t = 0,02 м, р = 2000кг/м3 | 2000 · 0,02/100 = 0,4 | 1,3 | 0,52 |
| Утеплитель минераловатные плиты t=0,12 м, р = 300кг/м3 | 0,12 · 300/100 = 0,36 | 1,2 | 0,43 |
| Пароизоляция, 1 слой рубероида | 0,05 | 1,3 | 0,065 |
| ж/б многопустотная плита t = 0,22 м, р = 2500кг/м3 | 3,2 | 1,1 | 3,52 |
| Всего: | 4,21 | 4,79 | |
| II. Временные | |||
| 1.Снеговая для Екатеринбурга | 1,8 · 0,7 = 1,26 | 1,8 | |
| Всего | 5,48 | 6,59 |
Сбор нагрузки на 1 кв.м покрытия.
2. Собрать нагрузку на 1 м.п. балки перекрытия (железобетонной, металлической, деревянной)
Нагрузка на 1 м.п. железобетонной балки
Нормативная:
Б1 qн= 5,30 · 1,8 + 4,30/3,6 = 9,84+1,19 = 11,03 кН
Расчетная:
q = (6,25 · 1,8)+(4,30/3,6 · 1,1) = 11,25+1,24 = 12,49 кН
Металлическая балка
Нормативная:
qн= 5,30 · 1,8+0,25 = 9,79 кН
Расчетная:
q = (6,25 · 1,8) + (0,25 · 1,05) = 11,25+0,26 = 11,51 кН
Деревянная балка
Нормативная:
qн= 5,30 · 1,8+0,5 = 9,54+0,5 = 10,04 кН
Расчетная:
q = (6,25 · 1,8)+(0,5 · 1,1) = 11,25+0,55 = 11,8 кН
3.Собрать нагрузку на колонну 1 этажа (железобетонную, металлическую, деревянную, каменную)
3.1 Продольная сила, действующая от нагрузки на железобетонную колонну
Расчетная
N = (6,25 · 12,96) · (4-1)+6,59 · 12,96+4,30 · 4 · 1,1+18 · 4 · 1,1 = 426,02 кН
3.2 Продольная сила, действующая от нагрузки на металлическую колонну
Расчетная:
N = (6,25 · 12,96) · (4-1)+6,59 · 12,96+0,25 · 3,6 · 4 · 1,05+3 · 4 · 1,05 = 344,78 кН
3.3 Продольная сила, действующая от нагрузки на деревянную стойку
Расчетная:
N = (6,25 · 12,96) · (4-3)+6,59 · 12,96+0,54 · 3,6 · 4 · 1,1+2 · 4 · 1,1 = 345,12 кН
3.4 Продольная сила, действующая от нагрузки на каменную колонну
Расчетная:
N = (6,25 · 12,96) · (4-1)+6,59 · 12,96+4,30 · 4 · 1,1+14 · 4 · 1,1 = 408,3 кН
| Конструкции | Нормативная нагрузка | Расчетная нагрузка |
| Плита перекрытия | 5,3 Кн/м2 | 6,25 кН/м2 |
| Плита покрытия | 5,47 кН/м2 | 6,59 кН/м2 |
| Сбор нагрузки на 1 п.м. | ||
| На ж/б балку | 11,03 кН/м | 12,49 кН/м |
| металлическую | 9,79 кн/м | 11,51 кН/м |
| деревянную | 10,04 | 11,8 кН/м |
| Сбор нагрузки на колонну 1-ого этажа | ||
| Ж/б колонна | 426,02 кН | |
| металлическая | 344,78 кН | |
| каменная | 408,3 кН | |
| деревянная | 345,12 кН |