Варіанти снігового навантаження (табл. 2)

Номер навантаження	Схема снігового навантаження	Посилання на ДБН
Задана будівля
1		Схема 5. Варіант 1
2		Схема 5. Варіант 2
3		Схема 4. Варіант 2+ Схема 1б. Варіант 2
4		Схема 5. Варіант 2+ Схема 1. Варіант 1
5		Схема 5. Варіант 1+ Схема 1. Варіант 2

Для визначення найгіршого випадку снігового навантаження для колони № 1 знайдемо умовну площу снігового навантаження, яке передаватиметься на цю колону:

• Для навантаження за схемою 1: F₁= 6000·1=6000;

• Для навантаження за схемою 2: F₂= 4930·0,6+1070·1,4=4458;

• Для навантаження за схемою 3: F₃= 4930·1,4+0,6·1070=7544;

• Для навантаження за схемою 4: F₄= F₃=7544;

• Для навантаження за схемою 5: F₅=6000·1=6000;

• Таким чином найгіршим вважатиметься снігове навантаження, яке буде розташоване за схемою №3 та №4.

Із всіх отриманих варіантів снігового навантаження виберемо найгірший.

Розрахуємо снігове навантаження:

4. Вітрове навантаження

Обов’язково враховується для всіх конструкцій, розташованих на відкритому повітрі. Її граничне і експлуатаційне значення визначається по формулі:

Коефіцієнт надійності за експлуатаційним значенням визначаємо згідно вказівок п. 9.15 за табл. 9.3 ДБН. При цьому, так само як і при визначенні цього коефіцієнту для снігового навантаження, необхідний параметр для об’єктів масового будівництва допускається приймати рівним 0,02. Оскільки задана за вихідними даними будівля – читальні зали бібліотеки – може бути віднесена до таких об’єктів, то коефіцієнт = 0,21.

Коефіцієнт надійності за граничним значенням визначаємо згідно вказівок п. 9.14 за табл. 9.1 ДБН. Він для розглядуваної будівлі (бібліотеки) становить 100 років, тому коефіцієнт .

Характеристичне значення W₀ визначаємо згідно вказівок п. 9.6 за картою рис. 9.1 ДБН. Так, відповідно до кліматичної карти рис. 9.1 місто будівництва (м. Донецьк) виявляється розташованим 2-му вітровому районі, тому величина характеристичного значення вітрового навантаження дорівнює W₀ = 450 Па = 0,45 кПа.

Коефіцієнт висоти споруди визначаємо згідно вказівок п. 9.9 ДБН. Відповідно до табл. 9.02 за вихідними даними І типу місцевості випишемо значення коефіцієнту для всіх висот до найближчої більшої, ніж найбільша висота заданої будівлі. В розглядуваному випадку вона дорівнює 20,2 м, тому потрібно виписати три значення коефіцієнту:

• при висоті 5 м

• при висоті 10 м ;

• при висоті 20 м ;

Послідовність використання цього коефіцієнту буде розглянута далі, при визначенні величин вітрового навантаження.

Коефіцієнт висоти місця будівництва над рівнем моря визначаємо згідно вказівок п. 9.10 ДБН за виразами:

Висоти над рівнем моря

(при H 0,5 км) .

Коефіцієнт мікрорельєфу місцевості визначаємо згідно вказівок п. 9.11 ДБН. Оскільки дані про мікрорельєф місцевості за умовами розрахунково-графічної роботи відсутні, то цей коефіцієнт .

Коефіцієнт напрямку вітру визначаємо згідно вказівок п. 9.12 ДБН. Оскільки необхідних статистичних даних для його знаходження за умовами розрахунково-графічної роботи не передбачено, то цей коефіцієнт . Коефіцієнт динамічності визначаємо згідно вказівок п. 9.13 ДБН. Його величина знаходиться за графіками рис. 9.5 – 9.7 в залежності від матеріалу каркасу будівлі та її генеральних розмірів. Розглядувана будівля має залізобетонний каркас (матеріал каркасу визначається за матеріалом несучого шару перекриття), тому будемо користуватись рис. 9.5. На ньому по горизонталі в якості параметру “діаметр” відкладемо ширину будівлі – 24 м, в якості параметру “висота” відкладемо висоту найбільшої точки будівлі – 20,2 м. На перехресті цих двох ліній, зробивши графічну інтерполяцію, визначимо значення коефіцієнту .

Визначаємо аеродинамічний коефіцієнт . В загальному випадку вітре на будівлю може діяти під будь-яким кутом, але найгірші ситуації спостерігаються тільки при дії вітру перпендикулярно до вертикальних поверхонь.

1. Визначаємо аеродинамічний коефіцієнт для вертикальних поверхонь (стін) будівлі за схемою 2 додатку І ДБН

Для трьох інших стін будівлі аеродинамічний коефіцієнт визначається як коефіцієнт . Визначається за доданою до схеми 2 таблицею (нижня таблиця), відповідно до параметрів і , де в якості приймається висота підвітряної стіни будівлі (стіни, протилежної до тої, на яку діє вітер), - довжина будівлі, а - повна ширина будівлі. Для розглядуваної нами будівлі ці параметри дорівнюють: , ,

≤1 -0,4

1,5 Х

≥2 -0,5

Відповідно до таблиці, роблячи інтерполяцію, отримуємо значення аеродинамічного коефіцієнту для трьох стін .

Основні можливі напрямки вітру (рис 7).

Аеродинамічні коефіцієнти для стін будівлі (напрямок 1) (рис. 8):

2. За формою першого зі сторони дії вітру прольоту будівлі найбільш схожою на розглядуваний випадок є схема 7 додатку І ДБН. Відповідно до неї будівля поділяється на дві ділянки: частина АВ (лівий проліт), для якого відповідно до коментарів схеми значення аеродинамічного коефіцієнту треба відшукувати за схемою 2, і частина ВС (правий проліт), для якого значення аеродинамічного коефіцієнту є сталою величиною .

Рис. 9 Використання схеми 7 для визначення аеродинамічного коефіцієнту (напрямок 1)

Для ділянки АВ відповідно до схеми 2 в якості аеродинамічного коефіцієнту згідно з напрямком нахилу покрівлі треба приймати коефіцієнт . При його визначенні за відповідною таблицею (верхня таблиця) в якості необхідних параметрів слід приймати розміри тільки розглядуваного одного прольоту: , ,

_{отримаємо значення коефіцієнту}

_{так як} =2,7, що ≥2.

Визначимо для ділянки АВ відповідно до схеми 2 коефіцієнт шляхом інтерполяції:

20 -0,8

25 х

40 -0,4 -0,8-х= _.

Рис. 10 Використання схеми 2 для визначення аеродинамічного коефіцієнта. (напрямок 1)

Рис. 11. Аеродинамічні коефіцієнти для покрівлі будинку (напрямок 1)

Напрям вітру 2.

Розвертаємо розглядувану будівлю на 180ͦ

1. Відповідно до схеми 2 додатку І ДБН аеродинамічний коефіцієнт для навітряної стіни є сталою величиною і дорівнює .

Для трьох інших стін будівлі аеродинамічний коефіцієнт визначається як коефіцієнт . Відповідно до таблиці, роблячи інтерполяцію, отримуємо значення аеродинамічного коефіцієнту для трьох стін .

.

1 1,35 2

-0,6 х -0,6 х = -0,6 = .

Рис. 12. Аеродинамічні коефіцієнти для стін будівлі. (напрямок 2)

2. За формою першого зі сторони дії вітру прольоту будівлі найбільш схожою є схема 6, посилання якої ведуть на схему 2 для знаходження коефіцієнтів та , та на схему 5 для визначення коефіцієнту на ділянці АВ, що є рівний = = -0,5.

Рис 13. Використання схеми …. Для визначення аеродинамічного коефіцієнту (напрямок 2).

Рис. 14 Використання схеми 2 для визначення коефіцієнтів та (напрямок 2).

Напрямок вітру 3.

Для напрямоку вітру 3 послідовність визначення аеродинамічних коефіцієнтів нічим не відрізняється від напряму 4.

Відповідно до схеми 2 додатку І ДБН аеродинамічний коефіцієнт для навітряної стіни є сталою величиною і дорівнює . Для трьох інших стін будівлі аеродинамічний коефіцієнт визначається як коефіцієнт .Приймаємо висоту 20,2м, довжину 36м, ширину 24м. Відповідно до таблиці, роблячи інтерполяцію, отримуємо значення аеродинамічного коефіцієнту для трьох стін .

≤ 0,5 0,56 1

-0,5 х -0,6

-0,06 -0,5

-0,5-х 0,1 -0,5-х = ; х = -0,012-0,5= -0,512= .

При вітрі перпендикулярному торці будівлі коефіцієнт = -0,7.

Рис. 15. Аеродинамічні коефіцієнти для стін будівлі та покрівлі (напрямок 3).

Порівняємо вітрові епюри і знайдемо найгірше значення відносно заданої колони - №1.

Для стіни найгірший 1-й і .

З покрівлі вітрове навантаження буде передаватися з лівого прольоту . Для визначення найгіршого випадку вітрового навантаження необхідно розрахувати умовну площу.

• Для напрямку 1: F₁=5440 ;

• Для напрямку 2: F₂=5440 ;

• Для напрямку 3: F₃=5440 .ґ

Таким чином найгірше вітрове навантаження з покрівлі приймаємо те, що діє за напрямком 3.

Таблиця 2 Варіанти дії вітрового навантаження

Номер навантаження	Схема снігового навантаження	Посилання на ДБН
1		Стіни: схема 2 Покрівля: схема 7 схема 2
2		Стіни: схема 2 Покрівля: схема 6 схема 5 схема 2
3		Стіни: схема 2 Покрівля: схема 2

Для стіни будівлі епюра вітрового навантаження буде скорегована коефіцієнтом висоти споруди , який для різної висоти споруди різний. Визначимо для висоти 16,2 м:

10 16,2 20

1,8 х 1,95 ; 1,8+0,093=х=1,893

_(16,2)=1,893.

Значення вітрового навантаження буде дорівнювати:

- на відмітці 5,00 м

- на відмітці 10,00 м

- на відмітці 16,20 м

.

Рис. 16. Остаточна епюра вітрового навантаження для стіни будівлі.

Для покрівлі коефіцієнт висоти споруди приймається сталою величиною незалежно від форми покрівлі і визначається за максимальною висотною відміткою для кожної з ділянок покрівлі.

В розглядуваному випадку маємо одну ділянку. Для неї найбільш висока точка буде мати висоту 18,5 м.

Коефіцієнт висоти визначаємо згідно інтерполяції :

10 18,5 20

1,8 х 1,95 ; 1,8+0,128=х=1,928

_(18,5)=1,928.

Тоді значення вітрового навантаження для покрівлі дорівнюють:

;

.

Отже на даний проліт за середньостатистичних умов експлуатації буде діяти вітрове навантаження в 17,1 кг на кожен 1 м² покрівлі, а в найгіршому можливому випадку воно збільшиться до 93 кг.

5. збір НАВАНТАЖЕНЬ і складання сполучень навантажень

Спочатку виконаємо збір навантажень, для чого визначимо необхідні вантажні площі для заданої за вихідними даними колони № 1.

Для перекриття вантажна площа колони визначиться лініями, які поділяють відстані до найближчих сусідніх колон навпіл. Для розглядуваної в роботі колони № 1 ця вантажна площа зображена на рис. 17 і чисельно дорівнює площі прямокутника, що утворився: м².

Рис. 17. Вантажна площа на перекритті для колони № 1.

Визначимо вантажну площу для покриття. Проекція цьої площі на горизонтальну поверхню (перекриття будівлі) буде являти собою вантажну площу .

Розрахуємо відповідні значення вантажних площ на покрівлі:

А₂₁=5,44·4,5=24,48 м².

А₂₂=2,58·4,5=11,61 м².

Графічне зображення цих вантажних площ наведено на рис. 18

Збір розподілених по перекриттю і покриттю навантажень полягає в тому, що визначають зосереджену силу, яка за своєю дією на елемент конструкції (в розглядуваному випадку – колону будівлі) є еквівалентною вихідному розподіленому навантаженню. Визначимо такі сили для розрахованих в попередніх розділах роботи навантажень.

Для власної ваги перекриття збір виконується з вантажної площі :

;

.

Для навантаження від людей на перекриття збір виконується з вантажної площі :

;

.

Для навантаження від устаткування на перекриття збір виконується з вантажної площі :

;

.

Снігове навантаження визначається як навантаження на горизонтальну проекцію покриття. Такими проекціями для вантажних площ покриття і є половини вантажної площі :

;

Для вітрового навантаження на покриття збір слід виконувати з вантажних площ і . Однак, сумувати отримані значення для кожного з прольотів будівлі і (також і ) не можна, оскільки зосереджені сили будуть прикладені під різними кутами до вертикалі, адже вітрове навантаження є перпендикулярним до покрівлі. Тому вони визначаються роздільно:

;

;

;

.

Далі треба знайти проекції цих навантажень на вертикальну вісь OZ:

;

;

;

.

Тепер знайдені проекції можна просумувати, отримуючи вертикальну зосереджену силу від вітрового навантаження на покрівлю:

;

.

Визначимо власну вагу покриття. Приймемо конструкцію покриття такою самою, як і для перекриття. Тоді збір цього навантаження можна виконати з вантажних площ і , використовуючи при цьому відповідні розрахункові значення для навантаження від власної ваги перекриття, отримані в першому розділі розрахунково-графічної роботи:

;

.

Вітер зі сторони А₃: Приймаємо В=6 м.

Епюра навантаження прийме вигляд, зображений на рис. 16, а його значення в характерних точках (точках перелому) будуть дорівнювати:

- на відмітці 5,00 м

;

;

- на відмітці 10 м

;

;

- на відмітці 16,2 м

;

.

Вітер зі сторони А₄: Приймаємо В=4,5 м.

Значення в характерних точках будуть дорівнювати:

- на відмітці 5,00 м

;

;

- на відмітці 10 м

;

;

- на відмітці 16,2 м

;

.

Розрахункова схема колони представляє собою балку з проміжними опорами і не рівномірно навантажена. У проектуванні цю розрахункову схему спрощують, відкидаючи проміжні опори і замінюючи навантаження на рівномірне (рис 18).

Величина еквівалентного навантаження визначається із умов рівності площ епюр навантажень до і після спрощення.

Визначаємо значення найбільшого згинального моменту на рівні підлоги, що відповідають граничному та експлуатаційному значенням навантаження, будуть дорівнювати:

Робимо сполучення навантажень.

1. Навантаження від власної ваги перекриття – постійне (П1);

2. Навантаження від людей на перекриття – короткочасне (К1);

3. Навантаження від устаткування на перекриття – тривале (Т);

4. Снігове навантаження – короткочасне(К2);

5. Вітрове навантаження – короткочасне (К3);

6. Навантаження від власної ваги покриття – постійне (П2).

В дужках наведені скорочені позначення типів навантажень разом з їх послідовними номерами.

Зобразимо всі зібрані навантаження для розглядуваної колони на рис. 19

.

Рис. 20. Зібрані навантаження на колону

Складання сполучень навантажень будемо виконувати для т. А колони. При цьому всі розраховані сили спрямовані вертикально і для кожного з навантажень для цієї точки їх можна просумувати:

- для навантаження П1

;

;

- для навантаження К1

;

;

- для навантаження Т

;

;

- для навантаження К2

;

;

- для навантаження К3

;

;

- для навантаження П2

;

.

Відомо, що при кількості змінних навантажень , можна скласти сполучень навантажень. Для нашого випадку і тому кількість можливих сполучень дорівнює .

Складання навантажень виконаємо у вигляді таблиці (табл. 3).

Таблиця 3