Нормативные и расчетные нагрузки

Лекция 2.

По СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» все нагрузки на здание делятся на постоянные и временные, а временные, в свою очередь, делятся на длительные, кратковременные и особые.

Постоянные нагрузки: собственный вес конструкций, масса и давление грунта или усилие преднапряжения (нагрузка искусственного происхождения).

Длительно действующие нагрузки: вес временных перегородок и стационарного оборудования (станки, трубопроводы), вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование в процессе эксплуатации, нагрузка на перекрытия в технических этажах, часть нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий, температурные технологические воздействия, неравномерные деформации оснований, усадка и ползучесть, полный вес или часть веса снегового покрова.

Кратковременные нагрузки: вес людей (часть нагрузки на перекрытия), вес подъемно-транспортного и ремонтного оборудования, полная снеговая нагрузка, ветровые нагрузки, гололедные, полные климатические температурные воздействия.

Особые нагрузки: сейсмические и взрывные, нагрузки при авариях оборудования, неравномерные деформации оснований (просадка при замачивании, или при оттаивании вечномерзлых грунтов), деформации земной поверхности в районах горных выработок.

Расчетные нагрузки для 1-й и 2-й групп предельных состояний определяют q=q_nγ_f, где q_n – нормативная нагрузка, γ_f – коэффициент надежности по нагрузке.

Нормативные нагрузки q_n – наиболее часто повторяемые или близкие к ним.

Расчетные нагрузки – максимальные, которые могут появиться за время существования конструкции. Таким образом, коэффициент надежности по нагрузке учитывает ее изменчивость. В отдельных случаях может быть γ_f<1, например, если рассчитывается фундамент на опрокидывание, введение γ_f<1 повышает надежность расчета.

Чем более изменчив параметр, тем больше коэффициент надежности по нагрузке.

Нормативные значения собственного веса конструкций принимаются по среднестатистическим значениям плотности материала, по опыту строительства или по эмпирическим формулам, как, например, для деревянных ферм.

Коэффициенты надежности по нагрузкам всех видов для расчетов 2-й гр.п.с. принимаются равным γ_f=1, поэтому говорят, что расчет ведется по нормативным нагрузкам, корректнее сказать – по расчетным нагрузкам с коэффициентом надежности равным 1.

Для 1-й гр.п.с. γ_f при подсчете собственного веса зависит от материала и от способа изготовления – заводской или построечный. Коэффициент варьируется от 1,05 до 1,3.

Нормативная полезная нагрузка на перекрытия, лестницы и полы на грунтах (СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», табл. 3) и коэффициенты надежности по нагрузке γ_f (табл.2) даны в нормах в зависимости от назначения помещения. В нормах даны два значения этой нагрузки – полная величина (и тогда она учитывается как кратковременно действующая) и пониженное ее значение, учитываемое как длительно действующая временная нагрузка.

Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяют по формуле S=S_g·μ, где S_g – расчетное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли (табл.4*); μ – коэффициент перехода от значения веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие (прил.3*), зависит от профиля покрытия.

Нормативное значение снеговой нагрузки следует определять умножением расчетного значения на коэффициент 0,7.

Коэффициент надежности по нагрузке от снега γ_f=1,4, а в случае, если собственный вес покрытия не превышает 80% веса снега S_g, то γ_f=1,6.

Полная величина снеговой нагрузки принимается как кратковременно действующая, а пониженное ее значение – как длительно действующая нагрузка.

Пониженное значение получают умножением полного значения на коэффициенты 0,3 и 0,5 для 3-го и 4-го снеговых районов и 0,6 для 5-го, 6-го, 7-го и 8-го районов, т.е. для районов с устойчивым снеговым покровом. Кроме того, имеется система коэффициентов снижения снеговой нагрузки в зависимости от уклона покрытия, его общего профиля при большой скорости ветра – учет сдувания снега с покрытия.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки W_m на высоте z над поверхностью земли относится к кратковременно действующим нагрузкам и определяется W_m =w₀kc, где w₀ – нормативное значение ветрового давления для одного из 7-ми ветровых районов, k – коэффициент, учитывающий нарастание ветрового давления с увеличением высоты, с – аэродинамический коэффициент, зависящий от формы (обтекаемости) сооружения.

Для зданий высотой более 40м кроме указанной статической составляющей ветровой нагрузки учитывают динамическую составляющую, которая вызвана пульсацией скоростного напора. Коэффициент надежности для ветровой нагрузки принят γ_f=1,4.

Кроме того, для высотных зданий выполняется проверочный расчет на ветровой резонанс и галопирование (для плохо обтекаемых гибких конструкций).

Нормы учитывают, что не могут все нагрузки для одной конструкции проявляться по максимальным своим значениям – такие случаи практически не имеют места. Поэтому рассматриваются невыгодные сочетания нагрузок.

Расчеты ведут на наиболее невыгодные сочетания нагрузок. Различают: основное сочетание из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок; особое сочетание, когда кроме указанных учитывается одна из особых нагрузок. Если в сочетании учитываются две или более временных нагрузок, то для них вводится коэффициент сочетаний ψ по п. 1.12 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

Основные сочетания:

Σq=q_пост+0,95(Σq_длит)+0,9(Σq_кратк) – если временных нагрузок не менее двух;

Σq=q_пост+0,95(Σq_длит)+1_*q^I_кратк+0,8q^II_кратк+0,6Σq^{III, IV…}_кратк – если кратковременных нагрузок не менее трех, при этом они учитываются по степени влияния;

Σq=q_пост+q_врем – если только одна временная нагрузка.

Особые сочетания:

Σq=q_пост+0,95(Σq_длит)+0,8(Σq_кратк)+ q_особ.

Кроме того, для многоэтажных зданий нагрузка на перекрытие также снижается, что означает невозможность максимального загружения всей площади перекрытий всех этажей.

Коэффициент надежности по нагрузке обеспечивает высокую надежность расчета, но должна ли она быть одинаково высокой для всех зданий?

Коэффициент надежности по назначению γ_n (или по ответственности) учитывает степень ответственности зданий и сооружений и значимость последствий наступления тех или иных предельных состояний. Коэффициент γ_n назначается в зависимости от ответственности зданий и сооружений.

По степени ответственности все здания разделены на три уровня:

I – повышенный – γ_n=0,95-1,2;

II – нормальный – γ_n=0,95;

III – пониженный – γ_n=0,8-0,95.

На коэффициент надежности по назначению (по ответственности) следует умножать расчетные значения нагрузок и воздействий (или делить на него значения расчетных сопротивлений материалов конструкций).

Таким образом, обобщенная расчетная нагрузка на конструкцию q=f(Σq_niγ_fi) γ_nγ_c,

где γ_c – коэффициент сочетаний нагрузок.

Дата добавления: 2014-01-05