Нагрузки и воздействия. Классификация нагрузок.
Прежде, чем выполнить любой расчет, необходимо установить нагрузки, которые действуют на конструктивную схему в целом и на отдельные элементы конструкции.
Основным нормативным документом, регламентирующим величины, правила определения и приложения нагрузок является свод правил СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
В зависимости от продолжительности действия нагрузок различают постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.
Постоянные нагрузки - изменение расчетных значений в течение расчетного срока службы строительного объекта мало по сравнению с их средними значениями; к постоянным нагрузкам относятся: вес частей сооружений, несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление, гидростатическое давление, усилия предварительного напряжения.
Длительные нагрузки- сохраняющие расчетные значения в течение большого промежутка времени эксплуатации строительного объекта; к длительным нагрузкам относятся: вес перегородок, подливок, подбетонок; вес стационарного оборудования, инженерных коммуникаций; давление жидкостей, газов, сыпучих тел в емкостях; вес складируемых материалов; температурные и технологические воздействия от оборудования; вес отложений производственной пыли; воздействия, обусловленные деформациями основания, изменением влажности, усадкой, ползучестью.
Кратковременные- длительность действия расчетных значений значительно меньше срока службы сооружения; к кратковременным нагрузкам относятся: нагрузки от оборудования возникающие в пускоостановочном, переходном, испытательном режимах; при перестановке оборудования, вес людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания оборудования, нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытиях жилых, общественных, сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями; нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования, включая вес транспортируемых грузов, от транспортных средств, климатические (снеговые, ветровые, температурные, гололедные) нагрузки; нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций.
Особые - создающие аварийные ситуации;к особым нагрузкам относятся: сейсмические, взрывные воздействия; нагрузки вызываемые резким нарушением технологических процессов, неисправностью или поломкой оборудования, пожаром; воздействия, обусловленные деформациями основания, нагрузки от столкновения транспортных средств с частями сооружений. Расчетные значения особых нагрузок устанавливаются в соответствующих нормативных документах и задании на проектирование.
Сочетания нагрузок.
Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок.
В зависимости от учитываемого состава нагрузок различаются:
а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;
б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.
Основные и особые сочетания нагрузок вводятся в расчет с коэффициентами сочетаний, определяемым по нормам—ψ(пси)≤1…0,7(п.6 [7]).
Постоянные нагрузки.
Нормативное значение веса:
- конструкций заводского изготовления следует определять на основании стандартов, рабочих чертежей или паспортных данных заводов-изготовителей;
- других строительных конструкций и грунтов - по проектным размерам и удельному весу материалов и грунтов с учетом их влажности в условиях возведения и эксплуатации сооружений.
Расчетные значения нагрузок получают умножением нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке γf≥1,05…1,3 (табл. 7.1 [7]).
Временные нагрузки.
Нормативные значения временных длительных и кратковременных нагрузок определятся по нормам и технологическим заданиям. Расчетные значения временных нагрузок получают умножением нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке γf≥1,05…1,3 (п. 8.2; табл. 8.2 [7]).
Климатические нагрузки и воздействия: снеговые, ветровые, температурные, гололёдные, определяются по указаниям норм [7] с соответствующими коэффициентами надежности по нагрузке.
Класс сооружений.
В соответствии с требованиями Федерального закона от 30.12.2009 ФЗ-384ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" здание или сооружение должно быть отнесено к одному из следующих уровней ответственности:
1) повышенный — здания и сооружения, отнесённые в соответствии с Градостроительным кодексом Российской Федерации к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам, в том числе, строительные объекты: высотой более 100 м, с консольными вылетами более 20 м, с заглублением подземной части более чем на 15 м, покрытия строительных объектов пролётом более 100 м;
2) нормальный —все здания и сооружения, за исключением зданий и сооружений повышенного и пониженного уровней ответственности;
3) пониженный —здания и сооружения временного (сезонного) назначения, а также здания и сооружения вспомогательного использования, связанные с осуществлением строительства или реконструкции здания или сооружения либо расположенные на земельных участках, предоставленных для индивидуального жилищного строительства.
Перечень особо опасных и технически сложных объектов устанавливается федеральным законодательством.
В зависимости от уровня ответственности строительного объекта, при их проектировании необходимо использовать коэффициенты надежности по ответственности, значения которых должны быть не менее:
для пониженного - γn=0,8;
для нормальногоне менее - γn=1,0;
для повышенногоне менее - γn=1,1.
Класс строительного объекта и величину коэффициента надежности по ответственности устанавливает генеральный проектировщик по согласованию с заказчиком в задании на проектирование.
4. Основные требования к компоновке каркаса здания.
Конструктивные схемы каркасов здания весьма разнообразны. Они должны отвечать множеству требований, основными из которых являются: технологические, эксплуатационные, требования надежности и долговечности, экономические. Часто эти требования противоречат друг другу. Поэтому, при проектировании важно найти оптимальный компромисс между ними. Наиболее эффективно эта задача решается методами типизации, унификации, технико-экономическим сравнением вариантов. Сравнение вариантов наиболее удобно использовать при проектировании с использованием современных программных комплексов для расчета конструктивных схем (например:ЛИРА, ЛИРА-САПР, SCAD и др.).
В промышленных зданиях наибольшее влияние на конструктивную схему оказывают технологические и эксплуатационные требования.
До начала проектирования нужно получить необходимую и достаточную информацию о технологических режимах работы производственного и транспортного оборудования, категории пожарной и взрывной опасности помещений, степени огнестойкости здания, уровне ответственности здания и т.д.
К экономическим факторам относятся прежде всего затраты, связанные с изготовлением, транспортировкой и монтажом конструкций. Большую роль играет сокращение сроков строительства и скорейший ввод здания в эксплуатацию.
Наибольшую часть стоимости конструкций составляет стоимость материалов для конструкций, поэтому надо искать такие конструктивные решения, которые обеспечивают наименьшую массу каркаса. Эти задачи решаются при компоновке каркаса, конструировании отдельных элементов и узлов их сопряжения.
Задача снижения трудоемкости и стоимости конструкций требует сокращения количества их типоразмеров, то есть унификации. Уменьшение количества типоразмеров конструкций ускоряет монтажные работы и снижает их стоимость.
Типизация относится и к конструктивной схеме здания в целом, и к отдельным конструкциям. Процесс типизации конструктивных элементов определяется сведением к обоснованному минимуму размеров основных параметров здания (пролеты, шаг колонн, высота).
Типизация конструкций обеспечивает:
- уменьшение количества монтажных элементов;
- укрупнение монтажных элементов;
- транспортабельность элементов конструкций;
- сокращение сроков проектирования.
Унификация объемно-планировочных и конструктивных решений дает возможность для разработки типовых конструкций для многократного применения.
Сбор нагрузок на перекрытия и покрытия. Общие положения
На здания и сооружения действуют разнообразные нагрузки и воздействия. Для проверки несущей способности существующих конструкций, выполняется сбор нагрузок от собственного веса существующих конструкций и проектируемых временных нагрузок. При проектировании нового здания первоначальные сечения элементов и нагрузки от их собственного веса назначаются предварительно и уточняются при окончательном назначении сечений по расчету.
На здание действуют нагрузки, направленные в различных направлениях. В основном это вертикальные и горизонтальные нагрузки. Вертикальные (или гравитационные) нагрузки - это собственный вес конструктивных элементов и временные нагрузки на перекрытия и покрытие здания. Горизонтальные –крановые, ветровые и горизонтальная составляющая гравитационных нагрузок на скатные кровли или наклонные элементы конструкций.