Тема 2. Расчетная статическая схема несущего остова здания

Современная практика строительства зданий характеризуется многообразием конструктивных систем, которые классифицируются главным образом по статической схеме и обеспечению жесткости несущего остова.

Пространственная жесткость и устойчивость несущего остова здания обеспечивается совместной работой всех его элементов – вертикальных опор, диафрагм жесткости, горизонтальных элементов перекрытий, покрытия и фундаментов. Вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются различными конструктивными элементами несущего остова. При этом учитывается вид сопряжения между следующими несущими элементами:

- несущими стенами и несущими элементами перекрытий и покрытия;

- колоннами и ригелями каркаса.

1. Нагрузки, действующие на здания.

Нагрузки по времени действия подразделяются на три основных вида: постоянные (q _пост), временные (q _вр), в том числе и особые (рис. 1.44).

Постоянные нагрузки – это нагрузки, направление, место и время приложения которых можно считать неизменными. К постоянным нагрузкам относится масса элементов здания, вес и давление грунтов q⁰ _пост.

Временные нагрузки – это нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации здания могут отсутствовать. Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

К длительным временным нагрузкам относятся: масса стационарного оборудования, нагрузка на перекрытия складов, библиотек, архивов и подобных помещений (q⁰ _пол).

К кратковременным нагрузкам относятся: снеговые (s), ветровые (w) и температурные (T) климатические воздействия; нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий от массы людей, мебели и подобного легкого оборудования.

К особым нагрузкам относятся сейсмические нагрузки и нагрузки, вызванные возникновением чрезвычайных ситуаций.

Величина нормативной полезной нагрузки на перекрытие зависит от функционального назначения здания и помещения. Например, для жилых зданий q⁰_пол = 1,5 кн/м², для читальных, спортивных залов q⁰_пол = 4 кн/м² и т. д.

Нагрузки разделяют на нормативные и расчетные. Нормативные значения нагрузок приведены в нормативной литературе [СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия] (снеговая s₀, полезная q⁰ _пол, ветровая w⁰ _пол).

Расчетная нагрузка определяется умножением нормативной нагрузки на соответствующий коэффициент надежности по нагрузке γ_f согласно СНиП 2.01.07-85:

- постоянная q_пост= γ_f q⁰ _пост ( где γ_f ≈1,1 – 1,3); (1)

- снеговая s = 1,8 (кН/м²); (для Саратовской области); (2)

- полезная q_{по л} = γ_f q⁰ _пол (где γ_f ≈1,2 – 1,4). (3)

Коэффициент надежности по нагрузке γ_f учитывает изменение нагрузки в большую или меньшую сторону (в неблагоприятную) за период эксплуатации здания.

Вертикальную нагрузку на покрытие и перекрытия принимают в виде равномерно распределенной нагрузки по их площади. Она состоит из суммы постоянных и временных нагрузок: вертикальная нагрузка на покрытие: q_пост + s (кН/м²);

вертикальная нагрузка на перекрытие: q_пост + q_{по л} (кН/м²).

Нагрузки, воспринимаемые перекрытиями и покрытием, передаются вертикальным опорам (стенам, колоннам, диафрагмам жесткости) в виде опорных реакций (сосредоточенных нагрузок), которые приложены в уровнях перекрытий и покрытия. Вертикальные опоры передают суммарную нагрузку на фундамент.

Горизонтальная нагрузка от давления ветра действует на стены здания и через перекрытия (покрытие) передается диафрагмам жесткости. Различают активное (с наветренной стороны) и пассивное (с подветренной стороны) давления ветра.

.

Рис. 1.45. Схема действия нагрузок на элементы несущего остова

Ветровая нагрузка распределяется по высоте неравномерно (рис. 1.45). Изменение нагрузки по высоте определяется коэффициентом k, величина которого зависит от типа местности. Многоэтажное здание считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны здания на расстоянии: 30 h - при высоте здания h до 60 м и 2 км - для большей высоты.

С противоположной стороны здания действует пассивное давление ветра W_пас (отсос), величина которого определяется по приведенной выше формуле, в которой аэродинамический коэффициент принимается со знаком минус (-с_е) (ветровая нагрузка действует от поверхности стен здания) (рис. 1.45).