Следует отметить, что если постоянная нагрузка, определяемая собственным весом несущих конструкций, действует в течение всего срока службы сооружения, то вес и положение в пространстве ограждающих конструкций могут изменяться во время эксплуатации здания, например, в результате реконструкции.

При обследовании существующих конструкций имеется принципиальная возможность уточнить фактические размеры и плотность материала, а не использовать номинальные значения и справочные сведения. Согласно СП 13-102–2003, постоянные нагрузки на покрытиях и перекрытиях определяют по результатам вскрытий с определением плотности и толщины слоёв или по результатам взвешиваний материалов на вырезанных участках площадью от 0,04 до 0,25 м2; при этом число вскрытий должно быть не менее трёх на этаж и не м енее шести на 500 м2 площади.

В зависимости от числа n вскрытий нормативная нагрузка вы-

2.4. Полезные нагрузки на перекрытия

Кроме постоянных нагрузок на перекрытия многоэтажных зданий, покрытия, лестницы и полы по грунту действуют нагрузки от людей, животных, оборудования, изделий, материалов и временных перегородок. Такие нагрузки, по крайней мере, в определённых пределах поддаются контролю. Общие характеристики этих нагрузок типичны для разных видов зданий, однако численные значения расчётных нагрузок существенно различаются.

Нагрузки на перекрытия состоят из двух компонент: длительной, которая нормируется с пониженными значениями, и кратковременной, обусловленной скоплениями этих же нагрузок на отдельных участках. Пониженные нормативные значения равномерно распреде-

70

ленных нагрузок определяются умножением полных нагрузок на коэффициент 0,35.

Длительная и кратковременная нагрузки различаются не только продолжительностью их действия, но и частотой возникновения и изменения в процессе эксплуатации зданий. Длительные нагрузки возникают сразу же после ввода здания в эксплуатацию и могут изменяться во времени в течение суток (приход людей на работу и уход после окончания рабочего дня) и годами (накопление в помещениях вещей, мебели и оборудования). Возможны резкие изменения интенсивности нагрузок, вызываемые перестановками, сменой владельца и перепланировкой помещений. Кратковременные нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации, могут быть регулярными (периодическими) и нерегулярными. Регулярные нагрузки связаны с различными циклами эксплуатации здания (скопления людей в связи с собраниями, праздниками или скопления мебели и строительными материалами в связи с текущим ремонтом). Относительная продолжительность такой нагрузки относительна мала. Нерегулярность нагрузок

− отсутствие временной нагрузки.

Суммарная временная нагрузка на перекрытия многоэтажного здания при неблагоприятном частичном их загружении не должна превышать нагрузку при сплошном загружении перекрытий, определенную с учетом коэффициентов сочетаний φ3 и φ4, значения которых вычисляются по формулам (2.16) и (2.17).

При замене фактических нагрузок на перекрытия эквивалентными равномерно распределенными нагрузками последние следует определять расчетом, обеспечивающим несущую способность и жесткость элементов. Для складских зданий и помещений такие нагрузки ограничены строительными заданиям и нормами (табл. 2.8).

71

При технико-экономическом обосновании допускается учитывать перспективное увеличение нагрузок от оборудования и складируемых материалов.

Коэффициенты надежности по нагрузке γf для веса оборудования приведены в табл. 2.9.

Нормативные значения нагрузок на ригели и плиты перекрытий от веса временных перегородок учитывают как равномерно распределенные добавочные нагрузки с нормативными значениями не менее

0,5 кПа.

Нормативные значения равномерно распределенных временных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах приведены в табл. 2.10.

72

Для нагрузок по табл. 2.10 коэффициент надежности по нагрузке при нормативном значении менее 2,0 кПа γf = 1,3, а при 2,0 кПа и более γf = 1,2.

73

Окончание табл. 2.10

Коэффициент надежности от веса временных перегородок принимается в зависимости от материала, из которого они изготовлены, в соответствии с табл. 2.3.

При расчете конкретных элементов перекрытий и покрытий, а также колонн и фундаментов учитывают только часть площади помещения, загружение которой вызывает в рассматриваемом элементе усилия. Эту зону перекрытия называют грузовой площадью, размеры и конфигурацию которой иногда определить непросто, особенно в статически неопределимых конструктивных системах. Для решения этой задачи в работе [42] рассматривается модель в виде случайного некоррелированного поля.

74

При известном значении грузовой площади элемента А1 или А2 нормативные значения нагрузок (см. табл. 2.10) в помещении с п лощадью А допускается снижать умножением на коэффициент сочета-

и фундаментов, воспринимающих нагрузки от двух перекрытий и бо-

п и n

где − общее число перекрытий, нагрузки от которых учитываются при расчете рассматриваемого сечения колонны, стены, фундамента.

Несущие элементы перекрытий, покрытий, лестниц и балконов (лоджий) проверяют также на сосредоточенную вертикальную нагрузку, нормативные значения которой принимают, не менее:

−для перекрытий и лестниц − 1,5 кН;

−для чердачных перекрытий, покрытий, террас и балконов −

1,0 кН;

−для покрытий, по которым можно передвигаться только с по-

мощью трапов и мостиков, − 0,5 кН.

Элементы, рассчитанные на возможные при возведении и экс-

плуатации местные нагрузки от оборудования и транспортных

75

средств, допускается не проверять на указанную сосредоточенную нагрузку.

Нормируются значения горизонтальных нагрузок, которые, как

и вертикальные, принимаются с коэффициентом надежности γf = 1,2. Нормы устанавливают также эквивалентные нагрузки от транс-

портных средств с коэффициентом надежности γf = 1,2 (табл. 2.11).

случайно изменяется во времени (в течение срока эксплуатации) и в пространстве (на разных участках данного перекрытия нагрузка может быть различной). При изучении изменчивости возможен двоякий подход: анализ повседневных фактических нагрузок или оценка вероятности перегрузок, связанных с выбросом пиковых значений за некоторый уровень.

Наиболее полное количественное описание пространственной изменчивости нагрузки может быть осуществлено с помощью теории случайных процессов. Существует модель временной нагрузки в виде суммы двух независимых случайных процессов: установившейся (длительной) и эпизодической (кратковременной) [4]. Реализация такой модели требует решения проблемы сочетания нагрузок и знания всей картины случайного процесса, для чего необходимы наблюдения

76

за изменениями нагрузки в разных зданиях в течение многих лет. Имеются подтверждения, что длительные нагрузки математически хорошо представляются двухпараметрическими импульсными, а кратковременные – трёхпараметрическими процессами с очень коротким периодом [70].

Под пространственной изменчивостью нагрузок понимается возможность их одновременного возникновения на разных участках перекрытия или на разных перекрытиях зданий определённого назначения. Математическую модель, описывающую пространственную изменчивость длительной нагрузки, можно определить по формуле

ε(x, y) – случайное отклонение от средней интенсивностиИ нагрузки. В более полном виде модель длительной нагрузки описана в ра-

где Q(x, y) – мгновенная интенсивность нагрузки на единицу площади в отдельной точке с координатами (x, y); Q – осреднённая по площа-

ди помещения (участка) нагрузка, обладающая изменчивостью;

боте [4]. Она может быть реализована при наличии характеристик

крытия. Коэффиц ент корреляцииб на участках, расположенных на расстоянии |l − d| с коорд натами центров участков l и d, может быть

представлен в виде ρи= |l−d| при опытной константе С, например, при

С = 0,5 и d = 1,5.

где mi – число сосредоточенных нагрузок Qi на рассматриваемой площади.

77

Таблица 2.12

Пределы изменения параметров распределений нагрузок на перекрытия

если вероятность того, что случайная величина может принять определённое целоч сленное значение m, выражается формулой

личины, равноеСдисперсии). Применительно к нашему случаю приведённая формула отражает вероятность появления независимо друг от друга m = ∑miQi ∑Qi нагрузок на площади А при среднем числе на-

Pm = amm! exp(−a) (здесь а – математическое ожидание случайной ве-

грузок а. Распределение Пуассона играет особую роль в теории надёжности, поскольку при широких условиях оно описывает закономерности появления внезапных отказов в сложных системах.

Пуассоновский процесс или поток в виде последовательности событий, происходящих одно за другим в какие-то моменты времени, используется в моделях кратковременных нагрузок на перекрытиях [4]. В пространстве такая нагрузка характеризуется случайным числом случайно расположенных ячеек, имеющих случайные размеры и содержащих случайное число элементарных нагрузок (например, лю-

78

дей). Название «пуассоновский» связано с тем, что число событий, попадающих на любой фиксированный интервал времени, будет распределено по закону Пуассона.

Более простым представляется учёт изменчивости нагрузки с помощью случайных величин: суточных максимумов, относительных

максимумов за 1−3 года или за период эксплуатации без перестановки мебели и перепланировки помещений. При этом эффективно использовать распределение за период времени T в виде

где Pλ(Q) и P(Q) – функции распределения нагрузки с учётом возможных изменений в использовании помещений и без учёта по дан-

ным обследования; λ – среднее количество изменений нагрузки в единицу времени (например, год).

И рицательную корреляцию, такАкак при большом количестве мебели

Подобный подход для описания длительной нагрузки с приме-

нением стохастической модели рассмотрен в работе [76].

нию, основные группы полезных нагрузок на перекрытия имеют от-

нельзя ожидать большого скопления людей, и наоборот. Скопления

Другой подход предложен А.Р.ДРжаницыным [55]. По его мне-

людей имеют место во время соответствующих мероприятий, имеющих относительно регулярныйбхарактер. Периодичность скоплений t может иметь порядокиот одного месяца и более, продолжительность

перегрузки δ − порядок одного часа, а зона корреляции – 1 сутки. Кривая распределен я нагрузки от людей ограничена 2 – 6 чел. на 1 м2, т.е. околоСq = 15 – 40 кПа, что и принимается за расчётную нагрузку в помещениях различного назначения.

Нагрузка от мебели имеет более продолжительный характер и обычно невелика. Наиболее опасна нагрузка от книжных шкафов и сейфов. Важным фактором является расположение мебели относительно несущих конструкций перекрытий. Опасна сдвижка мебели на середину пролёта балочных конструкций, которая может происходить во время ремонта, т.е. с периодичностью 5 – 6 лет. Продолжительность перегрузки и зона корреляции – около недели. Распределение этой нагрузки весьма неопределённо. Для лестниц за основу расчётных нагрузок берутся скопления людей и перемещение тяжёлых вещей.

Нагрузки, действующие на любой конструктивный элемент, как правило, неравномерно распределены на перекрытии. Возможно распределение нагрузки по элементам при помощи поверхностей влия-

79