Определение нагрузок на раму каракаса здания

Поскольку конструктивная схема каркаса рамно-связевая, допускается при расчете здания использовать плоские расчетные схемы. Для расчета выбираем поперечную раму каркаса здания в средней его части.

3.1.Распределенные нагрузки на перекрытие вычислены в соответствии с приведенными выше исходными данными и нормами /1/ и представлены в таблице 4.

Распределенные нагрузки на перекрытие

Таблица 4

№	Вид нагрузки	g0, кПа	γfm	gm, кПа
	Постоянная нагрузка
	Сборная плита перекрытия с приведенной толщиной 120 мм	3,00	1,1	3,30
	Засыпка толщиной 60 мм, удельный вес 1700 кг/м^3	1,02	1,3	1,33
	Цементная стяжка толщиной 30 мм	0,6	1,3	0,78
	Ламинатный паркет толщиной 10 мм	0,12	1,1	0,13
	Итого	4,74		5,54
Переменная нагрузка
	Равномерно распределенная нагрузка на перекрытие (таб. 6.2, п. 4г норм /1/)	4,0	1,2	4,8
	Вес перегородок	1,0	1,1	1,10
	Подвесной потолок	0,1	1,1	0,11
	Итого	5,1		6,01
	Всего по 1-7	9,84		11,55

Примечание: В таблице 4 приняты следуюющие обозначения: g₀ – характеристическое значение нагрузки (совподает с эксплуатационным расчетным значением нагрузки g_e); g_m - предельное расчетное значение нагрузки; γ_fm - коэффициент надежности по предельной нагрузке (п.п. 5.2 и 6.7 норм /1/); коэффициент надежности по эксплутационной нагрузке γ_fe равен 1,0.

3.2.Распределенные нагрузки на покрытие вычислены в соответствии с приведенными выше исходными данными и нормами /1/ и представлены в таблице 5. Снеговая нагрузка вычислена в соответствии с разделом 8 норм /1/.

Предельное расчетное значение снеговой нагрузки:

S_m = γ_fmS₀C,

где S₀ - характеристическое значение снеговой нагрузки, для г. Донецка S₀ = 1,5 кПа.

Коэффициент надежности по предельному значению снеговой нагрузки γ_fm определен по таблице 8.1 норм /1/ для срока экусплуатации здания 100 лет и составляет 1,14.

Коэффициент С определяется по формуле:

C = μC_eC_alt.

Коэффициент μ в соответствии с приложением Ж норм /1/ для плоской кровли равен 1,0.

Коэффициент C_e для утепленных кровель принимается равным 1,0.

Максимальная абсолютная отметка строительной площадки (см. таб. 1) составляет 198,4 м. При абсолютных отметках менее 500 м коэффициент C_alt принимается равным 1,0. С учетом установленных значений коэффициентов коэффициент С будет равен 1,0.

Предельное расчетное значение снеговой нагрузки будет равно:

S_m = 1,14∙1,5∙1,0 = 1,71 кПа.

Эксплуатационное расчетное значение снеговой нагрузки:

S_e = γ_feS₀C,

где γ_fe - коэффициент надежности по эксплуатационному значению снеговой нагрузки.

В соответствии с таблицей 8.3 норм /1/ для объектов массового строительства γ_fe = 0,49.

Эксплуатационное расчетное значение снеговой нагрузки будет равно:

S_e = 0,49∙1,5∙1,0 = 0,735 кПа.

Распределенные нагрузки на покрытие

Таблица 5

№	Вид нагрузки	gn, кПа	γfe	ge, кПа	γfm	gm,кПа
	Постоянная нагрузка
	Сборная плита перекрытия с приведенной толщиной 120 мм	3,00	1,0	3,00	1,1	3,30
	Цементная стяжка толщиной 20 мм	0,4	1,0	0,4	1,3	0,52
	Пароизоляция	0,03	1,0	0,03	1,3	0,04
	Засыпка толщиной 160 мм, удельный вес 1700 кг/м^3	2,72	1,0	2,72	1,3	3,54
	Цементная стяжка толщиной 30 мм	0,6	1,0	0,6	1,3	0,78
	Кровельный материал 3 слоя наплавляемого рубероида	0,2	1,0	0,2	1,3	0,26
	Итого			6,95		8,44
Переменная нагрузка
	Снеговая нагрузка S0C	1,5	0,49	0,74	1,14	1,71
	Равномерно распределенная на покрытие	0,5	1,0	0,5	1,3	0,65
	Подвесной потолок	0,1	1,0	0,1	1,1	0,11
	Итого			1,34		2,47
	Всего по 1-9			8,29		10,91

Примечание: В таблице 5 приняты следуюющие обозначения: g₀ – характеристическое значение нагрузки; g_e - эксплуатационное расчетное значением нагрузки; g_m - предельное расчетное значение нагрузки; γ_fm - коэффициент надежности по предельной нагрузке; γ_fe - коэффициент надежности по эксплуатационной нагрузке.

3.3.Нагрузка от навесных стен передается на колонны в уровне перекрытий. Расчетные эксплуатационные и предельные нагрузки можно вычислить по формулам:

N_e = γ_fe∙A_ст∙t_ст∙γ_b0∙k; N_m = γ_fm∙A_ст∙ t_ст∙γ_b0∙k,

где A_ст - грузовая площадь стены, примыкающая к колонне, равна произведению шага колонн на высоту этажа и составляет 21,6 м²;

t_ст - толщина стены, равна 0,35 м;

γ_b0 - характеристическое значение удельного веса бетона, равно 12 кН/м³;

k – коэффициент проемности стены, равный 0,7;

γ_fe и γ_fm - коэффициенты надежности соответственно по эксплуатационной и предельной нагрузке.

С учетом этого будем иметь:

N_e = 1,0∙21,6∙0,35∙12∙0,7 = 63,50 кН; N_m = 1,1∙21,6∙0,35∙12∙0,7 = 69,85 кН.

Нагрузки от веса парапетных панелей приложены на уровне покрытия. Значения нагрузок определены по вышн приведенной формуле при A_ст = 6∙1 = 6 м² и k = 1,0 и составляют:

N_e = 1,0∙6,0∙0,35∙12∙1,0 = 25,20 кН; N_m = 1,1∙6,0∙0,35∙12∙1,0 = 27,72 кН.

3.4.Ветровые нагрузки вычислены в соответствии с разделом 9 норм /1/.

Предельное расчетное значение ветровой нагрузки:

w_m = γ_fmw₀C,

где w₀ - характеристическое значение ветровой нагрузки, для г. Донецка w ₀ = 0,5 кПа.

Коэффициент надежности по предельному значению ветровой нагрузки γ_fm определен по таблице 9.1 норм /1/ для срока экусплуатации здания 100 лет и составляет 1,14.

Коэффициент С определяется по формуле:

C = C_aerC_hC_altC_relC_dirC_d.

Аэродинамический коэффициент C_aer определяется в соответствии с приложением И норм /1/ и для вертикальных стен будет равен: с наветренной стороны C_e1 = 0,8; с подветренной стороны C_e2 = 0,6. При расчете рам допускается ветровые нагрузки прикладывать в виде горизонтальных сил в уровне прекрытий. При этом можно принять C_aer = 1,4.

Коэффициенты высоты сооружения C_h определяются по п. 9.9 норм /1/ для типа местности IY – городские территории. Значения этих коэффициентов на уровне отметок этажей здания приведены в таблице 6.

Значения коэффициентов высоты сооружения

Таблица 6

Отметки,м	0,00	3,60	7,20	10,80	14,40	18,00	19,00
Ch	1,60	1,60	1,60	1,60	1,60	1,66	1,70

Примечание: высота здания, до которой коэффициент C_h является постоянным, составляет 16,7 м.

Максимальная абсолютная отметка строительной площадки (см. таб. 1) составляет 198,4 м. При абсолютных отметках менее 500 м коэффициент C_alt принимается равным 1,0.

Поскольку объект строительства не расположен на холме или склоне, коэффициент C_rel принимается равным 1,0.

Поскольку тип местности не является открытой равнинной, коэффициент C_dir принимается равным 1,0.

Коэффициент динамичности C_d определен по рис. 9.5 норм /1/ для высоты здания 19 м и ширине в сечении, перпендикулярном ветровому потоку, 36 м и равен 0,91.

Эксплуатационное расчетное значение ветровой нагрузки:

w_e = γ_few₀C,

где γ_fe - коэффициент надежности по эксплуатационному значению ветровой нагрузки.

В соответствии с таблицей 9.3 норм /1/ для объектов массового строительства γ_fe = 0,21.

Предельные и эксплуатационные расчетные значения ветровой нагрузки по высоте здания вычислены с учетом выше определенных коэффициентов и приведены в таблице 7.

Расчетные ветровые нагрузки по высоте здания

Таблица 7

Отметки, м	0,00	3,60	7,20	10,80	14,40	16,7	18,00	19,00
С	2,038	2,038	2,038	2,038	2,038	2,038	2,115	2,166
wm, кПа	1,162	1,162	1,162	1,162	1,162	1,162	1,206	1,235
we, кПа	0,214	0,214	0,214	0,214	0,214	0,214	0,222	0,227

3.5.Распределенные нагрузки на ригели вычисляются по ранее определенным распределенным нагрузкам на пререкрытия (п. 3.1) и покрытие (п. 3.2). Грузовая площадь на единицу длины ригеля при опирании на него плит пролетом 6 м с двух сторон составляет 6 м². С учетом этого вычислены расчетные эксплуатационные и предельные погонные нагрузки на ригели, значения которых приведены в таблицк 8.

Расчетные погонные нагрузки на ригели

Таблица 8

Вид конструкции	Постоянные нагрузки	Полные нагрузки
qe, кН/м	qm, кН/м	qe, кН/м	qm, кН/м
Перекрытие	28,44	33,24	59,04	69,30
Покрытие	41,70	50,64	49,74	65,46

3.6.Вертикальные и моментные сосредоточенные нагрузки на колонны определены по даным о нагрузках на колонны от навесных стен (п. 3.3). Указанные нагрузки являются постоянными. Эксцентрицитет приложения нагрузок от навесных стен равен e = (t_ст + l_к)/2, где l_к - высота сечения колонны, и равен 0,375 м. Значения нагрузок на раму от навесных стен приведены в таблице 9.

Нагрузки на раму от навесных стен

Таблица 9

Отметки, м	0,00	3,60	7,20	10,80	14,40	18,00
Ne, кН	63,50	63,50	63,50	63,50	63,50	25,20
Me, кНм	23,81	23,81	23,81	23,81	23,81	9,45
Nm, кН	69,85	69,85	69,85	69,85	69,85	27,72
Mm, кНм	26,19	26,19	26,19	26,19	26,19	10,40

3.7.Горизонтальные силы от ветровой нагрузки прикладываются к раме на уровне перекрытий и покрытий с наветренной стороны. Указанные нагрузки являются переменными. Это означает, что в расчетах они могут действовать как по направлению к раме, так и по направлению от рамы. Горизонтальные силы на раму вычисляются в предположении линейности эпюр ветровых давлений между расчетными точками, приведенными в таблице 7. Указанные силы представляют собой реакции в свободно опертых на перекрытия разрезных балках от распределенной ветровой нагрузки. При этом распределенная ветровая нагрузка определяется как произведение ветрового давления (см. таблицу 7) на ширину сечения ветрового потока, действующего на раму. В данном случае ширина сечения ветрового потока равна шагу колонн и равна 6 м. Для вычисления горизонтальных сил рекомендуется использовать следующую формулу:

W_i = B[w_i-1∙h_i-1/2 + (w_i – w_i-1) ∙h_i-1/3 + w_i∙h_i/2 + (w_i+1 – w_i) ∙h_i/6],

где В – ширина ветрового потока;

w_i-1, w_i, и w_i+1 - ветровые давления соответственно на уровне (i – 1) - го, i - го и (i +1) - го этажей;

h_i-1, h_i - соответствеено высоты нижнего и верхнего этажей относительно перекрытия i - го этажа.

Если в пределах этажа эпюра ветровых давлений имеет точку перегиба (в нашем примере точка с отметкой 16,7 м на уровне 5 – го этажа), горизонтальная сила W_i в этой точке является фиктивной и должна быть перераспределена между перекрытиями нижнего и верхнего этажей по формуле:

W_i-1 = W_i∙h_i/(h_i-1 + h_i); W_i+1 = W_i∙h_i-1/(h_i-1 + h_i).

Горизонтальные силы на раму в уровне перекрытий от действия ветровой нагрузки, вычисленные по выше приведенным формулам, будут иметь такие значения:

W_e(0) = 6∙[0∙0/2 + (0,214 – 0)∙0/3 + 0,214∙3,6/2 + (0,214 – 0,214) ∙3,6/6] = 2,31 кН;

W_m(0) = 6∙[0∙0/2 + (1,162 – 0)∙0/3 + 1,162∙3,6/2 + (1,162 – 1,162) ∙3,6/6] = 12,55 кН;

W_e(3,6) = 6∙[0,214∙3,6/2 + (0,214 – 0,214)∙3,6/3 + 0,214∙3,6/2 + (0,214 – 0,214) ∙3,6/6] = 4,62 кН;

W_m(3,6) = 6∙[1,162∙3,6/2 + (1,162 – 1,162)∙3,6/3 + 1,162∙3,6/2 + (1,162 – 1,162) ∙3,6/6] = 25,10 кН;

W_e(7,2) = W_e(10,8) = W_e(3,6) = 4,62 кН; W_m(7,2) = W_m(10,8) = W_m(3,6) = 25,10 кН;

W_e(14,4) = 6∙[0,214∙3,6/2 + (0,214 – 0,214)∙3,6/3 + 0,214∙(16,7 – 14,4)/2 + (0,214 – 0,214) ∙(16,7 – 14,4)/6] = 3,79 кН;

W_m(14,4) = 6∙[1,162∙3,6/2 + (1,162 – 1,162)∙3,6/3 + 1,162∙(16,7 – 14,4)/2 + (1,162 – 1,162) ∙(16,7 – 14,4)/6] = 20,57 кН;

W_e(16,7) = 6∙[0,214∙(16,7 – 14,4)/2 + (0,214 – 0,214)∙ (16,7 – 14,4)/3 + 0,214∙(18,0 – 16,7)/2 + (0,222 – 0,214) ∙(18,0 – 16,7)/6] = 2,32 кН;

W_m(16,7) = 6∙[1,162∙(16,7 – 14,4)/2 + (1,162 – 1,162)∙ (16,7 – 14,4)/3 + 1,162∙(18,0 – 16,7)/2 + (1,206 – 1,162) ∙(18,0 – 16,7)/6] = 12,61 кН;

W_e(18,0) = 6∙[0,214∙(18,0 – 16,7)/2 + (0,222 – 0,214)∙(18,0 – 16,7)/3 + 0,222∙(19,0 – 18,0)/2 + (0,227 – 0,222) ∙(19,0 – 18,0)/6] = 1,53 кН;

W_m(18,0) = 6∙[1,162∙(18,0 – 16,7)/2 + (1,206 – 1,162)∙(18,0 – 16,7)/3 + 1,206∙(19,0 – 18,0)/2 + (1,235 – 1,206) ∙(19,0 – 18,0)/6] = 8,29 кН;

W_e(19,0) = 6∙[0,222∙(19,0 – 18,0)/2 + (0,227 – 0,222)∙(19,0 – 18,0)/3 + 0,227∙0/2 + (0 – 0,227) ∙0/6] = 0,68 кН;

W_m(19,0) = 6∙[1,206∙(19,0 – 18,0)/2 + (1,235 – 1,206)∙(19,0 – 18,0)/3 + 1,235∙0/2 + (0 – 1,235) ∙0/6] = 3,68 кН;

Горизонтальная сила на отметке 16,7 м является фиктивной, в связи с чем она перераспределяется между перекрытием на отметке 14,4 м и покрытием на отметке 18,0 м:

W'_e(14,4) = 2,32∙(18,0 – 16,7)/3,6 = 0,84 кН; W'_e(18,0) = 2,32∙(16,7 – 14,4)/3,6 = 1,48 кН;

W'_m(14,4) = 12,61∙(18,0 – 16,7)/3,6 = 4,55 кН; W'_m(18,0) = 12,61∙(16,7 – 14,4)/3,6 = 8,06 кН;

Горизонтальная сила на отметке 19,0 м приводится к покрытию на отметке 18,0 с добавлением изгибающего момента, равного произведению этой силы на эксцентрицитет e = 1,0 м. С учетом этого будем иметь:

W_e(14,4) = 3,79 + 0,84 = 4,63 кН; W_m(14,4) = 20,57 + 4,55 = 25.12 кН;

W_e(18,0) = 1,53 + 1,48 + 0,68 = 3,69 кН; М_we(18,0) = 0,68∙1,0 = 0,68 кНм;

W_m(18,0) = 8,29 + 8,06 + 3,68 = 20,03 кН; М_wm(18,0) = 3,68∙1,0 = 3,68 кНм.

Данные о ветровых нагрузках на раму представлены в таблице 10.

Ветровые нагрузки на раму

Таблица 10

Дата добавления: 2015-07-16