Кафедра «Теория сооружений и строительных конструкций»

Кафедра «Теория сооружений и строительных конструкций»

 

 

РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ КОНСТРУКЦИЙ

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

 

Учебное пособие для направления подготовки 08.03.01 «Строительство»

 

 

Саратов, 2015

 

УДК 624.03

ББК 38.5

Р24

 

Расчетные модели конструкций зданий и сооружений: Учебное пособие для направления подготовки 08.03.01 «Строительство» / Сост. Т.В. Варламова // ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.» – Саратов, 2015.

 

 

Изложены сведения о расчетных моделях зданий, сооружений и их конструкций. Приведены рекомендации по выбору расчетных схем в зависимости от конструктивного решения и условий эксплуатации объектов. Изложена методика проектирования конструкций по предельным состояниям. Рассмотрены методы определения нагрузок на конструкции зданий и сооружений. В приложении приведены справочные материалы для определения нагрузок в соответствии с СП 20.13330.

 

УДК 624

ББК 38.1

© Варламова Т.В.

© ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет им. Гагарина Ю.А.»

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЯХ

Расчетные модели и схемы конструктивных систем

Конструктивное решение здания включает строительную и конструктивную системы, а также конструктивную схему.

Строительная система здания определяется материалом, наиболее массовой конструкцией и технологией возведения несущих элементов.

Конструктивная система здания или сооружения представляет собой совокупность взаимосвязанных несущих конструкций здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость [2].

Проектирование конструкций зданий и сооружений начинается с выбора расчетной модели (расчетной схемы). Расчетной моделью называют модель конструктивной системы, используемую при выполнении расчетов. Она включает физическую модель конструкции и данные о нагрузках.

От выбора расчетной схемы зависит достоверность расчета конструкций, поэтому схема должна максимально точно отражать работу сооружения под действием нагрузок и в то же время быть простой и четкой.

Например, в расчетной схеме монолитного железобетонного здания ребристые и пустотные плиты перекрытий заменяются условной анизотропной пластиной постоянной толщины; колонны и балки заменяются стержнями, приведенными к оси, а плиты и стены - пластинами, приведенными к срединной плоскости.

Конструкции зданий и сооружений, положенные в основу расчётной модели, подразделяются на массивные, пластинчатые, оболочковые и стержневые.

К массивным сооружениям относятся плотины, подпорные стены, каменные сводчатые перекрытия и т.п. Все три геометрических размера таких сооружений сопоставимы по величине.

У пластинчатыхконструкций(плиты перекрытий, стеновые панели)итонкостенныхоболочекодин из размеров – толщина - значительно меньше двух других (длины и ширины).

К стержневым системамотносятся балки, арки, колонны; поперечные размеры таких сооружений значительно меньше их длины.

Среди стержневых систем выделяют пространственные и плоские. В пространственных системах (структуры, металлические каркасы покрытий) оси всех стержней не лежат в одной плоскости. В плоских системах (балки, рамы, арки, плоские фермы) оси всех стержней и силы, действующие на систему, лежат в одной плоскости. Для упрощения расчета пространственные стержневые системы иногда можно расчленять на плоские системы.

Согласно ГОСТ Р 54257-2010 [1], расчетные модели (расчетные схемы) строительных объектов должны отражать действительные условия их работы и соответствовать рассматриваемой расчетной ситуации. При этом учитываются конструктивные особенности строительных объектов, особенности их поведения, нагрузки и воздействия, а также возможные геометрические и физические несовершенства.

Расчетная модель (схема) в общем виде включает в себя:

- расчетные модели нагрузок и воздействий;

- расчетные модели, описывающие напряженно-деформированное состояние элементов конструкций и оснований;

- расчетные модели сопротивления материалов.

Расчетные модели нагрузок отражают их интенсивность (величину), место приложения, направление и продолжительность действия. В некоторых случаях учитывают также зависимость воздействий от реакции сооружения (например, аэроупругие эффекты при взаимодействии потока ветра с гибкими сооружениями).

Расчетные модели напряженно-деформированного состояния описывают условия взаимодействия конструктивных элементов между собой и с основанием, а также реакцию сооружений и их элементов при динамических и статических нагрузках.

Расчетные модели сопротивления строительных объектов описывают прочность и устойчивость элементов и системы в целом, в том числе с учетом накопления повреждений во времени, а также прочность и деформирование основания.

Неразрезные балки и рамы

Неразрезной является непрерывная балка, не имеющая промежуточных шарниров и опирающаяся на три и более опоры.

Неразрезные балки статически неопределимы. Усилия в элементах такой конструкции зависят от свойств материала и размеров сечения.

Плоской рамой является плоское стержневое сооружение, все стержни которого жестко соединены в узлах.

Рама является несвободной, если под действием внешней нагрузки ее узлы поворачиваются около своих центров, но не смещаются, аналогично неизменяемой шарнирно-стержневой системе. То есть каждый внеопорный узел рамы последовательно прикреплен к неподвижным точкам двумя стержнями, расположенными не на одной прямой. В несвободной раме число стержней n равно удвоенному числу внеопорных узлов s: n = 2s.

Рама является свободной, если ее узлы под действием внешней нагрузки могут не только поворачиваться, но и смещаться в горизонтальном направлении. В свободной раме число стержней меньше удвоенного числа внеопорных узлов: n < 2s. Количество недостающих стержней показывает степень свободы рамы.

Если рама имеет ось симметрии, она называется симметричной. Такие рамы при симметричной нагрузке всегда деформируются как несвободные, то есть их узлы не смещаются.

При расчете симметричных рам основную расчетную схему можно заменять упрощенной, рассматривая в расчете одну половину рамы. Если ось симметрии рамы совпадает с осью колонны, то внеопорные узлы по оси симметрии заменяют опорными с жесткой заделкой (поворот и смещение в узлах невозможны). Если ось симметрии не совпадает с колонной и пересекает ригели посередине, то в этих точках принимают фиктивные скользящие опоры, так как стержни могут смещаться по вертикали.

П р и м е р 2. Определить, являются ли плоские рамы на рисунке 2 свободными.

Рисунок 2. Схемы плоских рам.

Р е ш е н и е.

Для плоской рамы на рисунке 2, а число стержней n = 8, число внеопорных узлов s = 4. Рама является несвободной, так как:

n = 2s;

8 = 2· 4.

Для плоской рамы на рисунке 2, б число стержней n = 10, число внеопорных узлов s = 6. Рама является свободной, так как:

n < 2s;

10 < 2· 6 = 12.

 

Полезные нагрузки

Нагрузка, для которой предназначено здание или сооружение, называется полезной нагрузкой.

К полезной нагрузке относится нагрузка от людей, животных, складируемых материалов и изделий, оборудования и технологических процессов. Такая нагрузка, как правило, является неоднородной, и распределение ее по площади несущих конструкций неравномерно. В расчетных моделях конструкций полезная нагрузка обычно принимается равномерно распределенной. Интенсивность полезной нагрузки определяется по СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» [4]

При расчете конструкций и оснований могут рассматриваться следующие варианты загружения отдельных перекрытий полезной нагрузкой:

- сплошное загружение принятой нагрузкой;

- неблагоприятное частичное загружение (при этом нагрузка на перекрытия не должна превышать нагрузку при сплошном загружении);

- отсутствие временной нагрузки.

Равномерно распределенные нагрузки

Нормативные значения равномерно распределенных временных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах принимаются по таблице 7.

Таблица 7.

№ п/п	Помещения зданий и сооружений	Нормативные значения равномерно распределенных нагрузок qn, кПа
	Квартиры жилых зданий; спальные помещения детских дошкольных учреждений и школ-интернатов; жилые помещения домов отдыха и пансионатов, общежитий и гостиниц; палаты больниц и санаториев; террасы	1, 5
	Служебные помещения административного, инженерно-технического, научного персонала организаций и учреждений; офисы, классные помещения учреждений просвещения; бытовые помещения промышленных предприятий и общественных зданий и сооружений	2, 0
	Кабинеты и лаборатории учреждений здравоохранения, лаборатории учреждений просвещения, науки; помещения электронно-вычислительных машин; кухни общественных зданий; помещения учреждений бытового обслуживания населения; технические этажи жилых и общественных зданий высотой менее 75 м; подвальные помещения	Не менее 2, 0
	Залы:
	а) читальные	2, 0
	б) обеденные (в кафе, ресторанах, столовых и т.п.)	3, 0
	в) собраний и совещаний, ожидания, зрительные и концертные, спортивные, фитнес-центры, бильярдные	4, 0
	г) торговые, выставочные и экспозиционные	Не менее 4, 0
	Книгохранилища; архивы	Не менее 5, 0
	Сцены зрелищных предприятий	Не менее 5, 0
	Трибуны:
	а) с закрепленными сиденьями	4, 0
	б) для стоящих зрителей	5, 0
	Чердачные помещения	0, 7
	Покрытия на участках:
	а) с возможным скоплением людей (выходящих из производственных помещений, залов, аудиторий и т.п.)	4, 0
	б) используемых для отдыха	1, 5
	в) прочих	0, 5
	Балконы (лоджии) с учетом нагрузки:
	а) полосовой равномерной на участке шириной 0, 8 м вдоль ограждения балкона (лоджии)	4, 0
	б) сплошной равномерной на площади балкона (лоджии), воздействие которой не благоприятнее, чем определяемое по 10, а	2, 0
	Участки обслуживания и ремонта оборудования в производственных помещениях	Не менее 1, 5
	Вестибюли, фойе, коридоры, лестницы (с относящимися к ним проходами), примыкающие к помещениям, указанным в позициях:
	а) 1, 2 и 3	3, 0
	б) 4, 5, 6 и 11	4, 0
	в) 7	5, 0
	Перроны вокзалов	4, 0
	Помещения для скота:
	а) мелкого	Не менее 2, 0
	б) крупного	Не менее 5, 0
Примечания 1 Нагрузки, указанные в поз.8, следует учитывать на площади, не занятой оборудованием и материалами. 2 Нагрузки, указанные в поз.9, не следует учитывать одновременно со снеговой нагрузкой.

 

Нормативные нагрузки на ригели и плиты перекрытий от веса временных перегородок допускается принимать как равномерно распределенные добавочные нагрузки величиной не менее 0, 5 кПа.

Коэффициенты надежности по нагрузке для равномерно распределенных нагрузок составляют:

γ _f = 1, 3 - при полном нормативном значении менее 2, 0 кПа;

γ _f = 1, 2 - при полном нормативном значении 2, 0 кПа и более.

Нагрузки от веса временных перегородок определяются в зависимости от их конструкции, но составляют не менее 0, 5 кН/м². Коэффициент надежности по нагрузке от веса временных перегородок принимают по таблице 2.

Снеговые нагрузки

Нагрузки на конструкции от веса снегового покрова зависят от толщины и плотности снегового покрова, а также от формы покрытия здания. Удержанию снега способствуют фонари, парапеты и другие выступающие конструктивные элементы. Неравномерность загружения конструкций у препятствий учитывается коэффициентом неравномерности μ.

Учитывая изменчивость плотности снега в течение зимнего периода, при выполнении инженерных расчетов нормативный вес снегового покрова s_о определяют по средней высоте слоя воды, полученного из снега, взятого на защищенном участке местности; при этом вероятность превышения составляет 10%.

Нормативная снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле:

S₀ = 0, 7· c_e· c_t· µ· S_g; (12)

где c_e - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытия под действием ветра; c_t - термический коэффициент; µ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; S_g - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли.

Вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для территорий, расположенных на высоте не более 1500 м над уровнем моря, принимается в зависимости от снегового района РФ по таблице 11.

Таблица 11.

 

Снеговые районы (принимаются по карте, прил. 4 )	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Sg, кПа	0, 8	1, 2	1, 8	2, 4	3, 2	4, 0	4, 8	5, 6

 

В расчетах необходимо рассматривать схемы как равномерно распределенных, так и неравномерно распределенных снеговых нагрузок, образуемых на покрытиях, в их наиболее неблагоприятных расчетных сочетаниях.

Значения коэффициента μ и схемы распределения снеговой нагрузки и для покрытий с наибольшим размером в плане не более 100 м, принимаются по приложению 2.

В тех случаях, когда более неблагоприятные условия работы элементов конструкций возникают при частичном загружении покрытия, следует рассматривать схемы со снеговой нагрузкой, действующей на половине или четверти его площади.

Коэффициент сноса снега c_e определяется:

- для пологих покрытий (с уклонами до 12% или с f/l ≤ 0, 05) однопролетных и многопролетных зданий без фонарей в районах со средней скоростью ветра V ≥ 2 м/с по формуле:

c_e = (1, 2 – 0, 1V√ k)(0, 8 + 0, 002b),

где k - принимается по таблице 13; b - ширина покрытия, b ≤ 100 м; V – средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца [4];

- для покрытий с уклонами от 12 до 20% однопролетных и многопролетных зданий без фонарей в районах с V ≥ 4 м/с: c_e = 0, 85;

- для покрытий высотных зданий (h > 75 м) с уклонами до 20%: c_e = 0, 7;

- для купольных сферических и конических покрытий зданий на круглом плане диаметром d при равномерно распределенной снеговой нагрузке:

c_e = 0, 85 при d ≤ 60 м;

c_e = 1, 0 при d > 100м;

c_e = 0, 85 + 0, 00375(d – 60) – в промежуточных случаях;

- в остальных случаях c_e = 1, 0.

Коэффициент c_e не учитывается:

- в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше (-5°С),

- для покрытий зданий, защищенных от ветра соседними более высокими зданиями, удаленными менее чем на 10· Δ h (где Δ h - разность высот зданий),

- для участков покрытий у перепадов высот зданий и парапетов.

Термический коэффициент c_t учитывает понижение снеговых нагрузок на покрытия с высоким коэффициентом теплопередачи вследствие таяния:

- для неутепленных покрытий зданий с повышенными тепловыделениями, при уклонах кровли свыше 3% и обеспечении водоотвода c_t = 0, 8;

- остальных случаях c_t = 1, 0.

Коэффициент надежности по снеговой нагрузке γ _f = 1, 4.

П р и м е р 11. Определить расчетную снеговую нагрузку на покрытие двухэтажного здания, расположенного в г. Саратове. Уклон покрытия α = 18˚. Здание отапливаемое.

Р е ш е н и е.

Город Саратов относится к 3-му снеговому району (см. прил. 4). Вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли определяем по таблице 11.

Определяем уклон покрытия при угле наклона α = 22˚:

i = tgα = tg18˚ = 0, 404 = 40, 4%.

Коэффициент сноса снега для покрытия с уклоном больше 20%: c_e= 1.

Термический коэффициент для здания с нормальным тепловыделением и утепленным покрытием: c_t = 1.

Значение коэффициента μ определяем по прил. 2 линейной интерполяцией: μ = 0, 653. Для двускатного покрытия с углом наклона α = 22˚ (20˚ ≤ α ≤ 40˚ ) принимаем второй вариант загружения:

с наветренной стороны μ ₁ = 0, 75· μ = 0, 75· 0, 653 = 0, 49;

с подветренной стороны μ ₂ = 1, 25· μ = 1, 25· 0, 653 = 0, 98.

При таком варианте возникают наиболее неблагоприятные условия работы несущих конструкций здания.

Определяем максимальную нормативную снеговую нагрузку на горизонтальную проекцию покрытия (с подветренной стороны) по формуле (12):

S₀ = 0, 7· 1· 1· 0, 98· 1, 8 = 1, 23 кПа.

Расчетная снеговая нагрузка получается умножением нормативного значения S₀ на коэффициент надежности по снеговой нагрузке γ _f = 1, 4:

S = S₀· γ _f = 1, 23· 1, 4 = 1, 72 кПа.

Ветровая нагрузка

При обтекании здания или сооружения потоком ветра с наветренной стороны образуется зона повышенного давления («ветровой напор»); одновременно с подветренной стороны возникает зона пониженного давления («ветровой отсос»). Нагрузки, вызываемые давлением ветра на конструкции, называют ветровыми, они относятся к кратковременным климатическим нагрузкам.

Ветровые нагрузки в зоне повышенного (активного) и пониженного (пассивного) давлений считаются приложенными перпендикулярно к поверхности фасада здания. Интенсивность ветровых нагрузок зависит от формы здания или сооружения и от скорости ветра, которая в свою очередь зависит от климатического района, типа местности (открытая или застроенная) и высоты над поверхностью земли. С удалением от поверхности земли скорость ветра увеличивается.

Согласно СП 20.13330.2011 [4], в расчетах конструкций зданий и сооружений могут учитываться следующие ветровые воздействия:

- основной тип ветровой нагрузки;

- пиковые значения ветровой нагрузки, действующие на конструктивные элементы ограждения и элементы их крепления;

- резонансное вихревое возбуждение;

- аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера.

Резонансное вихревое возбуждение и аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования учитываются только для зданий и сплошностенчатых сооружений при h/d > 10, где h - высота, d - характерный поперечный размер.

Для большинства зданий и сооружений высотой до 40 метров нормативная ветровая нагрузка w определяется как совокупность:

- нормального давления w_e, приложенного к внешней поверхности сооружения или элемента,

- сил трения w_f, направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее горизонтальной или вертикальной проекции,

- нормального давления w_i, приложенного к внутренним поверхностям сооружений с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами.

При расчете высотных зданий, гибких башен, труб и висячих мостов выбирают другой вариант ветровой нагрузки, учитывающий нагрузки как вдоль, так и поперек ветрового потока w_x и w_y, а также вызываемый ими крутящий момент w_z относительно оси z.

Нормативная ветровая нагрузка w равна сумме средней w_m и пульсационной w_p составляющих:

w = w_m + w_p. (13)

При определении внутреннего давления w_i пульсационная составляющая w_p не учитывается.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m в зависимости от эквивалентной высоты z_e над поверхностью земли следует определять по формуле:

w_m = w₀· k(z_e)· c, (14)

где w₀ - нормативное значение ветрового давления; k(z_e) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e; c - аэродинамический коэффициент.

Нормативное значение ветрового давления w₀ принимается в зависимости от ветрового района по таблице 12.

Таблица 12

Ветровые районы (принимаются по прил. 5)	Iа	I	II	III	IV	V	VI	VII
w0, кПа	0, 17	0, 23	0, 30	0, 38	0, 48	0, 60	0, 73	0, 85

 

Эквивалентная высота z_e принимается для башенных сооружений, мачт, труб z_e= z.

Для зданий:

а) если h ≤ d, то принимают z_e = h;

б) если d < h ≤ 2d, то: для 0 < z < h – d принимают z_e = d,

для z ≥ h – d принимают z_e = h;

в) если h > 2d, то: для 0 < z ≤ d принимают z_e = d,

для d < z < h – d принимают z_e = z,

для z ≥ h – d принимают z_e = h;

 

здесь z - высота от поверхности земли; d – поперечный размер здания; h - высота здания.

Коэффициент k(z_e) определяется по таблице 13 в зависимости от типов местности:

А - открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С - городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h - при высоте сооружения h до 60 м и на расстоянии 2 км - при h > 60 м.

Таблица 13

Высота ze, м	Коэффициент k для типов местности
	А	В	С
5	0, 75	0, 5	0, 4
	1, 0	0, 65	0, 4
	1, 25	0, 85	0, 55
	1, 5	1, 1	0, 8
	1, 7	1, 3	1, 0
	1, 85	1, 45	1, 15
	2, 0	1, 6	1, 25
	2, 25	1, 9	1, 55
	2, 45	2, 1	1, 8
	2, 65	2, 3	2, 0
	2, 75	2, 5	2, 2
	2, 75	2, 75	2, 35
≥ 480	2, 75	2, 75	2, 75

 

При определении компонентов ветровой нагрузки w_e, w_f, w_i используются соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления c_e, трения c_f, внутреннего давления c_i. Аэродинамические коэффициенты определяются по приложению 3. Для активного давления ветра на поверхность коэффициенты имеют знак «+», для пассивного давления – знак «-».

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки w_p на эквивалентной высоте z_e при расчете многоэтажных зданий высотой до 40 м и одноэтажных производственных зданий высотой до 36 м, размещаемых в местностях типа А и В, при отношении высоты к пролету h/l < 1, 5 определяется по формуле:

w_p = w_m· ζ (z_e)· v, (15)

где w_m – нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки; ζ (z_e) - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 14 для эквивалентной высоты z_e; v - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.

Таблица 14

Высота ze, м	Коэффициент пульсаций давления ветра ζ (ze) для типов местности
	А	В	С
5	0, 85	1, 22	1, 78
	0, 76	1, 06	1, 78
	0, 69	0, 92	1, 50
	0, 62	0, 80	1, 26
	0, 58	0, 74	1, 14
	0, 56	0, 70	1, 06
	0, 54	0, 67	1, 00
	0, 51	0, 62	0, 90
	0, 49	0, 58	0, 84
	0, 47	0, 56	0, 80
	0, 46	0, 54	0, 76
	0, 46	0, 52	0, 73
≥ 480	0, 46	0, 50	0, 68

 

Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления v определяется для расчетной поверхности сооружения или отдельной конструкции.

Расчетная поверхность включает в себя те части наветренных и подветренных поверхностей, боковых стен, кровли и т.п., с которых давление ветра передается на рассчитываемый элемент сооружения.

Если расчетная поверхность близка к прямоугольнику (см. рис. 3), то коэффициент v определяется по таблице 15 в зависимости от параметров ρ и χ, принимаемых по таблице 16.

Рисунок 3 - Основная система координат при определении коэффициента корреляции v.

Таблица 15

ρ, м	Коэффициент v при χ, м, равном
0, 1	0, 95	0, 92	0, 88	0, 83	0, 76	0, 67	0, 56
	0, 89	0, 87	0, 84	0, 80	0, 73	0, 65	0, 54
	0, 85	0, 84	0, 81	0, 77	0, 71	0, 64	0, 53
	0, 80	0, 78	0, 76	0, 73	0, 68	0, 61	0, 51
	0, 72	0, 72	0, 70	0, 67	0, 63	0, 57	0, 48
	0, 63	0, 63	0, 61	0, 59	0, 56	0, 51	0, 44
	0, 53	0, 53	0, 52	0, 50	0, 47	0, 44	0, 38
Таблица 16
Основная координатная плоскость, параллельно которой расположена расчетная поверхность	ρ	χ
zoy	b	h
zox	0, 4a	h
xoy	b	a

 

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке равен 1, 4.

 

П р и м е р 12. Определить расчетную ветровую нагрузку на стены одноэтажного однопролетного промышленного здания прямоугольной формы в плане, расположенное на территории г. Саратова. Размеры здания в плане: длина (в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра) b = 120 м, поперечный размер d = 24 м, высота h = 14, 4 м. Шаг колонн a = 6 м.

Р е ш е н и е.

1) Выбираем расчетную схему. В каркасе одноэтажного однопролетного здания с упругой конструктивной схемой соединение ригелей с колоннами принимается шарнирным, заделка колонн в фундаментах - жесткой. Нормальное давление ветра w_e с наветренной и подветренной сторон передается стеновыми панелями на колонны в виде распределенной нагрузки p = w_e· a, где a – шаг колонн.

2) По карте районирования (прил. 4) Саратов относится к третьему ветровому району. Скоростной напор ветра определяем по таблице 12: w₀ = 0, 38 кПа.

3) Эквивалентная высота z_e при высоте здания h = 14, 4 м и поперечном размере d = 24 м определяется по условию h ≤ d:

z_e = h = 14, 4 м.

4) Городская территория, равномерно покрытая препятствиями высотой более 10 м, относится к местности типа В.

По таблице 13 определяем коэффициенты k(z_e), учитывающие изменение ветрового давления для высоты z_e = 14, 4 м:

k(14, 4)=0, 74.

4) По приложению 3 определяем аэродинамические коэффициенты:

с наветренной стороны: с_е = 0, 8 (активное давление);

с подветренной стороны: с_е = - 0, 5 (пассивное давление).

5) Вычисляем среднюю составляющую ветровой нагрузки по формуле (14):

с наветренной стороны (активное давление):

w_m = w₀· k(z_e)· c = 0, 38· 0, 74· 0, 8 = 0, 225 кПа;

с подветренной стороны (пассивное давление):

w_m = 0, 38· 0, 74· 0, 5 = 0, 141 кПа;

6) В зависимости от эквивалентной высоты по таблице 14 определяем коэффициент пульсации давления ветра ζ (z_e): ζ (14, 4)=0, 998.

7) Выбираем основную координатную плоскость zoy, по таблице 16: ρ = b = 120 м; χ = h = 14, 4 м. По таблице 15 определяем коэффициент пространственной корреляции пульсаций v = 0, 57.

8) Вычисляем пульсационную составляющую ветровой нагрузки по формуле (15):

с наветренной стороны (активное давление):

w_p = w_m· ζ (z_e)· v = 0, 225· 0, 998· 0, 57 = 0, 128 кПа;

с подветренной стороны (пассивное давление):

w_р = 0, 141· 0, 998· 0, 57 = 0, 080 кПа.

9) Нормативное значение ветровой нагрузки на стены здания определяем по формуле (13):

wⁿ = w_m + w_p = (0.225 + 0, 141) + (0, 128 + 0, 080) = 0, 573 кПа;

10) Расчетное значение ветровой нагрузки:

w = wⁿ· γ _f = 0, 573· 1, 4 = 0, 802 кПа.

11) Расчетная равномерно распределенная ветровая нагрузка, передаваемая стеновыми панелями на колонны каркаса:

p = w_e· a = w· a= 0, 802· 6 = 4, 812 кН/м.

МЕТОД ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ

Сущность метода

Конструкции зданий и сооружений должны быть запроектированы таким образом, чтобы обладать достаточной надежностью при возведении и эксплуатации. Надежность конструкций должна быть обеспечена в течение всего срока службы с учетом изменчивости свойств материалов, грунтов, нагрузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций, условий их работы, а также степени ответственности проектируемых объектов

В настоящее время инженерные конструкции рассчитывают по методу предельных состояний.

Предельными состояниями называют состояния, при которых конструкция, здание или сооружение в целом перестают удовлетворять требованиям, предъявляемым в процессе эксплуатации или возведения.

Предельные состояния подразделяются на две группы.

Первая группа - предельные состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации конструкций или к потере несущей способности зданий и сооружений в целом.

Вторая группа – предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или уменьшающие долговечность зданий.

Предельные состояния первой группы характеризуются:

- разрушением;

- потерей устойчивости формы или положения;

- переходом в изменяемую систему;

- качественным изменением конфигурации и др.

Предельные состояния второй группы характеризуются:

- достижением предельных деформаций конструкций (прогибов, поворотов) или основания;

- образованием трещин;

- достижением предельных раскрытий или длин трещин;

- потерей устойчивости формы, приводящей к затруднению нормальной эксплуатации и др.

При расчете по предельным состояниям надежность конструкций считается обеспеченной, если расчетные значения нагрузок или вызванных ими усилий, напряжений, деформаций не превышают предельных значений, устанавливаемых нормами проектирования.

Учет условий работы

Возможные отклонения принятой расчетной модели от реальных условий работы элементов конструкций, соединений, зданий и сооружений и их оснований, а также изменения свойств материалов вследствие влияния температуры, влажности, длительности воздействия, его многократной повторяемости и других факторов, не отражаемых непосредственно в расчетах, учитываются коэффициентами условий работы γ _с.

Порядок расчета

При расчете отдельных элементов строительных конструкций по предельным состояниям, как правило, приходится решать основные задачи сопротивления материалов [13].

На начальном этапе проектирования конструкций при известных нагрузках и конструктивной схеме подбирают размеры поперечного сечения элементов из условий обеспечения прочности, устойчивости или допустимых деформаций.

При выполнении поверочных расчетов эксплуатируемых конструкций для известных нагрузок и размеров элемента выполняют проверки прочности, устойчивости, деформативности.

В некоторых случаях расчет сводится к определению допустимых нагрузок при известных прочностных характеристиках и размерах элемента конструкции.

Расчет элементов конструкций зданий и сооружений обычно выполняется в два этапа.

I этап – статический расчет. В ходе статического расчета определяются расчетные усилия, действующие в элементе (изгибающие моменты, продольные и поперечные силы).

Статический расчет ведется в следующем порядке:

а) выбирается расчетная схема элемента, схематизируются закрепления элемента на опорах;

б) определяются расчетные длины и пролеты элементов;

в) собираются все нагрузки, действующие на элемент;

г) определяются расчетные усилия в элементах.

II этап – конструктивный расчет. По известным значениям расчетных усилий определяются требуемые размеры поперечного сечения элемента из условий прочности, устойчивости, деформативности, трещиностойкости и пр.

Схематизация опор

Для определения внутренних напряжений в элементе необходимо знать внешние нагрузки и реакции опор. Для вычисления опорных реакций следует схематизировать устройство опор элемента. Опоры элементов строительных конструкций обычно рассматриваются как шарнирно-подвижные, шарнирно-неподвижные или жесткая заделка (защемление).

При схематизации опор следует установить, допускает ли устройство опор хотя бы небольшой поворот или перемещение; этого достаточно, чтобы считать опору шарнирной или подвижной. Например, при небольшой глубине заделки деревянной или металлической балки в кладку стены возможен поворот концов балки на опорах, поэтому опоры можно считать шарнирными.

Для сложных конструктивных решений схематизация опор элементов выполняется с учетом рекомендаций и норм проектирования.

Для определения усилий в элементе необходимо знать расчетные пролеты или расчетные длины элементов.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Основания и фундаменты зданий и сооружений
2. Б3.Б.1«Теория государства и права»
3. Более подробно о теоретических основаниях курса сказано в разделе «Теория и методика изучения разделов науки о языке и развития речи».
4. В главу 8 «Временные здания и сооружения» включаются средства на строительство временных зданий и сооружений.
5. Возведение зданий и сооружений в зимних условиях
6. Возведение конструкций подземных сооружений и подземной части ЗиС в устроенных выемках
7. Возведение сооружений в подъемно-переставной опалубке
8. ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ
9. Какой из перечисленных ниже жанров традиционно звучит в каждом из сооружений? Впишите соответствующую букву в таблицу на с. 7.
10. Кафедра 505 «Экономика инноваций и управление проектами»
11. Кафедра «Автоматизированные системы управления»
12. Кафедра «Бухгалтерский учет и аудит»