4.4. Сбор нагрузок

Несущие конструкции зданий и сооружений воспринимают все нагрузки от опирающихся на них конструкций, передают их на нижележащие конструкции и далее – на грунты основания.

Самонесущие конструкции воспринимают в основном нагрузки от собственного веса и передают их через фундаменты на грунты основания.

Сбор нагрузок на конструктивный элемент сводится к определению схемы передачи нагрузок, грузовой площади, вида и интенсивности нагрузок.

Схема передачи нагрузок выбирается на основе анализа реальной работы несущих конструкций. Например, в здании с каркасной конструктивной системой основными несущими конструкциями являются плиты и ригели покрытия, междуэтажных перекрытий, колонны и фундаменты. Плиты покрытия воспринимают распределенные по площади нагрузки от собственного веса, веса цементной стяжки, утеплителя, пароизоляции и кровли, а также снеговую. Плиты опираются на ригели и передают на них нагрузку в виде линейно распределенной. Ригели воспринимают нагрузки от плит и передают их (вместе с собственным весом) на колонны в виде сосредоточенных сил. Колонны передают нагрузки на фундаменты, а фундаменты – на грунт основания, при этом нагрузка на грунт становится распределенной по площади подошвы фундамента.

Грузовой площадью называется часть площади вышележащей конструкции, нагрузки с которой передаются на рассчитываемый конструктивный элемент.

Форма и размеры грузовой площади зависит от способа опирания вышележащей конструкции. При опирании стержневых элементов (балок, ферм) каждая из равнозначных опор воспринимает нагрузку с половины примыкающих к ней пролетов (рис. 4). При этом линейно распределенная по длине балки нагрузка передается на опоры в виде сосредоточенных сил. Например, равномерно распределенная нагрузка на ферму приводится к сосредоточенным нагрузкам в узлах путем суммирования нагрузок с половины пролета каждой панели, примыкающей к рассматриваемому узлу.

При опирании плоскостных элементов (плит) на параллельно расположенные линейные опоры нагрузка распределяется поровну между опорами. Так, при опирании сборных железобетонных плит покрытия по двум сторонам на ригели каждая плита передает свою нагрузку поровну на два ригеля. Грузовой площадью для ригеля является площадь покрытия между серединами примыкающих пролетов плит (рис. 4). При этом нагрузка, распределенная по площади плиты, передается на опоры в виде линейной нагрузки.

Рисунок 4. Грузовая площадь для разрезного ригеля.

Линейная нагрузка характеризуется интенсивностью, т.е. величиной нагрузки на единицу длины элемента, обычно на 1 м. Интенсивность нагрузки на ригель (рис. 4) определяется по грузовой площади l х1 м.

Если линейные опоры расположены под углом, то границами грузовых площадей для опор служат биссектрисы углов (рис. 5). При этом нагрузка на опоры распределена по длине неравномерно. Для схем, приведенных на рисунке 5, нагрузка на короткие опоры распределена по треугольнику, на длинные – по трапеции.

а) б)

Рисунок 5. Схемы к определению грузовых площадей при опирании плиты а - по контуру, б - по трем сторонам.

П р и м е р 13. Определить расчетную нагрузку на железобетонный ригель сборного железобетонного перекрытия. Ригель имеет прямоугольное поперечное сечение с размерами 250х700 мм, пролет ригеля l = 9 м. На ригель опираются сборные железобетонные плиты размером 1500х6000 мм, масса одной плиты 2800 кг. Вес 1 м² конструкций пола составляет 0,7 кН/м². Назначение здания – спортивно-оздоровительный центр.

Решение.

Нагрузка от перекрытия равномерно распределена по его площади. Эта нагрузка передается на ригели в виде линейной распределенной нагрузки. Значит, необходимо определить интенсивность линейной распределенной нагрузки q, кН/м, то есть величину нагрузки, действующей на единицу длины ригеля (на 1 м).

При двустороннем опирании плит ширина грузовой площади для ригеля равна пролету плит, т.е. 6 м. Длина грузовой площади 1 м.

Основными нагрузками на ригель являются:

- собственный вес ригеля;

- вес плит перекрытия;

- вес пола;

- временная полезная нагрузка.

Нормативную нагрузку от веса ригеля определяем по геометрическим размерам и плотности железобетона (ρ_жб = 2400 кг/м³).

Нормативную нагрузку от веса плит определяем по их массе. Так как размеры плиты 6,0х1,5 м, а грузовая площадь 6,0х1,0 м, то в грузовую площадь попадает 2/3 плиты; масса плит в грузовой площади (2/3)·2800 = 1870 кг.

Нормативная нагрузка от веса пола получается умножением нагрузки от веса 1 м² пола (по заданию 0,7 кН/м²) на грузовую площадь 6,0х1,0 м.

Временная полезная нагрузка на перекрытие определяется по СП «Нагрузки и воздействия» [4] и составляет для спортивных залов и фитнесс-центров 4 кПа. Грузовая площадь 6,0х1,0 м.

Расчетные нагрузки получаем умножением нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке.

Расчет нагрузок сведен в таблицу 17.

Таблица 17