Нагрузки и воздействия

Нагрузки и воздействия Лекция 3-4 Основные понятия СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» устанавливает требования по назначению нагрузок, воздействия и их сочетаний, учитываемых при расчетах зданий и сооружений по предельным состояниям первой и второй групп.  Нагрузки – внешние механические силы (вес конструкций, оборудования, снегоотложений, людей и т.п.), действующие на строительные объекты, в том числе на строительные конструкции и (или) основания здания или сооружения.  Воздействия – нагрузки, изменения температуры, влияния на строительный объект окружающей среды, действие ветра, осадка оснований, смещение опор, деградация свойств материалов во времени и другие эффекты, вызывающие изменения напряженно-деформированного состояния строительных конструкций. При проведении расчетов воздействия допускается задавать, как эквивалентные нагрузки. Классификация нагрузок  По способу приложения нагрузок: 1. Объемные (прикладываются к каждой частице конструкции): • сила гравитации • сила инерции Классификация нагрузок  По способу приложения нагрузок: 2. Поверхностные (возникают в месте соединения конструкций): • сосредоточенные (в случае, если площадь контакта соединяемых конструкций мала) обозначаются прописными буквами (N, F, G) • распределенные (в случае, если передача нагрузки осуществляется по линии или площади) обозначаются строчными буквами (p, q, g) Классификация нагрузок  По продолжительности действия: 1. Постоянные нагрузки (Pd) – нагрузки, действующие в течение всего расчетного срока службы строительного объекта К постоянным нагрузкам следует относить: а) вес частей сооружений, в том числе несущих и ограждающих строительных конструкций; б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление; гидростатическое давление. Классификация нагрузок  По продолжительности действия: 2. Длительные нагрузки (Pl) – нагрузки, изменения расчетных значений которых в течение расчетного срока службы строительного объекта пренебрежимо малы по сравнению с их средними значениями. а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование; б) вес стационарного оборудования; в) давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт; г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях; д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; е) вес слоя воды на плоских водонаполненных покрытиях; ж) вес отложений производственной пыли, если не предусмотрены соответствующие мероприятия по ее удалению; и) пониженные нагрузки от оборудования, людей, животных и транспортных средств на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, от мостовых и подвесных кранов, снеговых, температурных климатических воздействий; к) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов; л) воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов. Классификация нагрузок  По продолжительности действия: 3. Кратковременные нагрузки (Pt) – нагрузки, длительность действия расчетных значений которых существенно меньше срока службы сооружения. а) нагрузки от оборудования, возникающие в переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене; б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования; в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями, кроме нагрузок, г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, крановштабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением), включая вес транспортируемых грузов; д) нагрузки от транспортных средств; е) климатические (снеговые, ветровые, температурные и гололедные). Классификация нагрузок  По продолжительности действия: 4. Особые нагрузки (Ps) – нагрузки и воздействия (например, взрыв, столкновение с транспортными средствами, авария оборудования, пожар, землетрясение, некоторые климатические нагрузки, отказ работы несущего элемента конструкций), создающие аварийные ситуации с возможными катастрофическими последствиями. Сейсмические воздействия: Аварийные воздействия, в том числе: а) взрывные; б) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования; в) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (например, при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых г) нагрузки, обусловленные пожаром; д) нагрузки от столкновений транспортных средств снастями сооружения; е) климатические (снеговые, ветровые, температурные и гололедные) нагрузки, действие которых может привести к аварийной расчетной ситуации. Классификация нагрузок  По применению в расчетах: 1. Нормативное (базовое) значение нагрузки: Основная базовая характеристика, устанавливаемая соответствующими нормами проектирования, техническими условиями или заданием на проектирование (Используется в расчетах по 2-ой группе предельных состояний) 2. Расчетное значение нагрузки: Предельное (максимальное или минимальное) значение нагрузки в течение срока эксплуатации объекта (Используется в расчетах по 1-ой группе предельных состояний) Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке , соответствующий рассматриваемому предельному состоянию. Коэффициент надежности по нагрузке – коэффициент, учитывающий в условиях нормальной эксплуатации сооружений возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от нормативных значений. Классификация нагрузок  По характеру воздействия: 1. Статические нагрузки прикладываются постепенно или плавно (без ускорения) от начала до конечного значения (например, нагрузки на стены и фундамент здания) 2. Динамические нагрузки прикладываются с ускорением или ударно (например, при забивке свай) Сочетание нагрузок Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям 1-й и 2-й групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции или основания. Расчетные сочетания нагрузок – все возможные неблагоприятные комбинации нагрузок, которые необходимо учитывать при проектировании объекта. Коэффициент сочетаний нагрузок – коэффициент, учитывающий уменьшение вероятности одновременного достижения несколькими нагрузками их расчетных значений. В зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать: а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных; б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок. Сочетание нагрузок Основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных. где Сm — нагрузка для основного сочетания; li (i=1 ,2 ,3,...,) — коэффициенты сочетаний для длительных нагрузок; tj (j= 1,2, 3,...,) — коэффициенты сочетаний для кратковременных нагрузок. l1= 1,0; l2= l3= ...= 0,95 t1= 1,0; t2=0,9; t3=0,7 Постоянные нагрузки Собственный вес конструкций: Нормативное значение веса • конструкций заводского изготовления следует определять на основании стандартов, рабочих чертежей или паспортных данных заводов-изготовителей, • для других строительных конструкций и грунтов — по проектным размерам и удельному весу материалов и грунтов с учетом их влажности в условиях возведения и эксплуатации сооружений. Временные нагрузки Вес оборудования: Нормативное значение веса оборудования, в том числе трубопроводов, следует определять на основании стандартов, паспортных данных заводов изготовителей или рабочих чертежей. Складируемые материалы: При задании нормативных значений нагрузок в складских помещениях необходимо учитывать эквивалентную равномерно распределенную нагрузку, сосредоточенные нагрузки, прикладываемые для учета возможного неблагоприятного влияния местных нагрузок и воздействий. Временные нагрузки Коэффициент надежности по нагрузке f для веса оборудования и материалов: Временные нагрузки Полезная нагрузка: Нормативные значения равномерно распределенных кратковременных нагрузок на плиты перекрытий, лестницы и полы на грунтах приведены № 1 2 3 5 6 Помещения зданий и сооружений Квартиры жилых зданий; спальные помещения детских дошкольных учреждений и школинтернатов; жилые помещения домов отдыха и пансионатов, общежитий и гостиниц; палаты больниц и санаториев; террасы Служебные помещения административного, инженерно-технического, научного персонала организаций и учреждений; офисы, классные помещения учреждений просвещения; бытовые помещения. Залы: а) читальные б) обеденные (в кафе, ресторанах, столовых и т.п.) Нормативные значения равномерно распределенных нагрузок Pt, кПа, не менее 1,5 2,0 2,0 3,0 в) собраний и совещаний, ожидания, зрительные и концертные, спортивные, фитнес-центры, бильярдные 4,0 г) торговые, выставочные и экспозиционные Книгохранилища; архивы Сцены зрелищных предприятий 4,0 5,0 5,0 Коэффициенты надежности по нагрузке yf для равномерно распределенных нагрузок следует принимать: 1,3 — при полном нормативном значении менее 2,0 кПа; 1,2 — при полном нормативном значении 2,0 кПа и более Временные нагрузки Крановая нагрузка: Нормативные значения вертикальных нагрузок, передаваемых колесами кранов на балки кранового пути, и другие необходимые для расчета данные следует принимать в соответствии с требованиями государственных стандартов на краны, а для нестандартных кранов — в соответствии с данными, указанными в паспортах заводов-изготовителей. Коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок – yf = 1,2 для всех режимов работы. ГОСТ 7890-93 Краны мостовые однобалочные подвесные. Технические условия ГОСТ 22045-89 Краны мостовые электрические однобалочные опорные. Технические условия Временные нагрузки Снеговая нагрузка: Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия: где се — коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, устанавливается в зависимости от типа местности, формы покрытия и степени его защищенности от прямого воздействия ветра. ct—термический коэффициент; µ— коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; Sg — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли. Нормативное значение веса снегового покрова Sg на 1 м2 горизонтальной поверхности земли принимается в зависимости от снегового района для территории Российской Федерации. Временные нагрузки Снеговая нагрузка: Временные нагрузки Снеговая нагрузка: при 15° ≤ а ≤ 40°; при 10° ≤ а ≤ 30° только при наличии ходовых мостиков или аэрационных устройств по коньку покрытия Коэффициент надежности по нагрузке уf для снеговой нагрузки – 1,4 Временные нагрузки Снеговая нагрузка: Для зданий со сводчатыми и близкими к ним по очертанию покрытиями µ1=cos(1,5α); µ2 = 2 sin(3α) где α — уклон покрытия, град; при этом значения µ1 вычисляются в каждой точке покрытия; значения µ2 в точках с уклоном α = 30°, 60° и в крайнем сечении покрытия. Промежуточные значения µ определяются линейной интерполяцией. При α> 60° µ1 = 0 и µ2= 0. Коэффициент надежности по нагрузке уf для снеговой нагрузки – 1,4 Временные нагрузки Типы местности: А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с по стройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра; В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; С – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м. Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения: при высоте сооружения: h < 60 м – на расстоянии 30h h > 60 м – на расстоянии 2 км Временные нагрузки Ветровая нагрузка: а) основной тип ветровой нагрузки; б) пиковые значения ветровой нагрузки, действующие на конструктивные элементы ограждения и элементы их крепления; в) резонансное вихревое возбуждение; г) аэродинамически неустойчивые колебания типа галопирование, дивергенции и флаттера. Коэффициент надежности по нагрузке для основной и пиковой ветровых нагрузок – 1,4; при расчете на резонансное вихревое возбуждение коэффициент надежности по нагрузке – 1,0. Вихревое возбуждение (ветровой резонанс) - это интенсивное нарастание амплитуд аэроупругих колебаний конструкции поперек ветрового потока Графики развития аэроупругих явлений: 1 – флаттер; 2 – дивергенция; 3 – ветровой резонанс; 4 – галопирование; y – амплитуды колебаний Галопирование – поперечные колебания гибких элементов (как правило тросовых, реже стержневых) Флаттер – изгибно-крутильные колебания, как правило гибкие тонкие пластины (в основном мосты) Временные нагрузки Ветровая нагрузка: а) основной тип ветровой нагрузки Во всех случаях нормативное значение основной ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней wm и пульсационной wp составляющих: w = wm + wp Нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по формуле: wm = w0k(ze)c где w0 – нормативное значение ветрового давления принимается в зависимости от ветрового района; k(ze) – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze с – аэродинамический коэффициент Временные нагрузки Ветровая нагрузка: Временные нагрузки Гололедные нагрузки: Гололедные нагрузки необходимо учитывать для воздушных линий электропередачи и связи, контактных сетей электрифицированного транспорта, антенно-мачтовых устройств, канатов, решетчатых конструкций, шпилей и подобных сооружений, а также для вентилируемых фасадов зданий, металлических ограждений балконов, элементов стен и покрытий высотных зданий, расположенных на высоте более 100 м. Коэффициент надежности по нагрузке f для гололедной нагрузки – 1,8. Температурные климатические воздействия: Для конструкций, не защищенных от суточных и сезонных изменений температуры, следует учитывать изменение во времени Δt средней температуры и перепад температуры ϑ по сечению элемента, за исключением случаев, предусмотренных нормами проектирования конструкций. Для конструкций, защищенных от суточных и сезонных изменений температуры, температурные климатические воздействия учитывать не требуется. Прочие нагрузки Прогибы и перемещения: При расчете строительных конструкций должно быть выполнено условие f< fu, где f – прогиб (выгиб) и перемещение элемента конструкции (или конструкции в целом), определяемые с учетом факторов, влияющих на их значения, в соответствии с приложением Д; fu – предельный прогиб (выгиб) или перемещение, устанавливаемые настоящими нормами. Расчет необходимо производить исходя из следующих требований: а) технологических; б) конструктивных (обеспечение целостности примыкающих друг к другу элементов конструкций и их стыков, обеспечение заданных уклонов); в) физиологических (предотвращение вредных воздействий и ощущений дискомфорта при колебаниях); г) эстетико-психологических (обеспечение благоприятных впечатлений от внешнего вида конструкций, предотвращение ощущения опасности). Каждое из указанных требований должно быть выполнено при расчете независимо от других. Прочие нагрузки Предельные прогибы: