Классификация нагрузок и воздействий

Следовало бы говорить не столько о нагрузках, сколько о воздействиях.

Но и эта классификация неполна, так как не отражает специфических условий взаимодействия с окружающей средой (коррозия, химическое взаимодействие, изменение схемы сооружения в результате разрывов связей).

Нагрузки подразделяются на объемные и поверхностные.

Объемные прикла­дываются к каждой частице конструкции (тела), к ним относятся силы притяжения (гравитации) и силы инерции.

Поверхностные воздействуют в местах поверхности контакта при сопряжении конструкций между собой или их частей и в местах контакта ма­шин, механизмов с конструкциями.

Силы притяжения земли, приложенные к телу, принято называть его весом. Силы инерции передаются на конструкции производственных зданий, мостов и т.п., в простейших расчетах сталкиваться с ними не приходится.

Поверхностные нагрузки возникают в месте опирания (соеди­нения) различных конструкций и считаются:

а) сосредоточенными, если площадь (поверхность) контакта неве­лика, например при опирании балки на стену, колонну (рис. 3.2, а);

б) распределенными, если передача нагрузки (давления) осуществ­ляется по линии или площади. Такие нагрузки называют соответ­ственно распределенными по длине (погонными), например при опи­рании плиты на балку или стену (рис. 3.2, б), и распределенными по площади, например при опирании фундамента на грунт (рис. 3.2, в).

Нагрузки могут быть приложены неравномерно, например сне­говые; могут быть подвижными, например от мостовых кранов. С точки зрения характера воздействия нагрузки могут быть статичес­кими и динамическими. Статические нагрузки прикладываются по­степенно или плавно (без ускорения) от начала до конечного значе­ния, например на стены или фундамент здания, а динамические – с ускорением или ударно, например при забивке свай.

По своей природе и происхождению нагрузки и воздействия подразделяются на:

• нагрузки от веса несущих и ограждающих конструкций, значения ко­торых устанавливаются по геометрическим параметрам и значениям плотности используемых материалов;

• атмосферные нагрузки (снеговая, ветровая, гололедная, температурная, ледовая, волновая и др.), значения которых связаны с некоторым периодом повторяемости;

• технологические нагрузки (от воздействия оборудования, веса мате­риалов, людей, обстановки и др.), для которых значения принимаются по паспортным данным оборудования, а также с учетом прогнозируемых величин, предусматриваемых условиями эксплуатации;

• воздействия смещений земной поверхности (сейсмическими движениями, деформацией просадочных грунтов при замачивании, влиянием горных выработок, карстовыми процессами и т.п.), для которых значения регламентируются специальными нормативными документами;

• нагрузки, вызываемые чрезвычайными обстоятельствами (взрывные, от столкновения с движущимся транспортом, от пожара и т.п.).

В зависимости от причины возникновения нагрузки и воздействия делятся на:

• основные, которые появляются как неизбежный результат природных явлений или человеческой деятельности;

• аварийные, которые появляются как нежелательный результат человеческой деятельности вследствие грубых ошибок или же являются результатом неблагоприятного стечения обстоятельств (к аварийным могут быть отнесены и весьма редкие воздействия природного происхождения, такие как нагрузки от смерчей, цунами и др.).

Кроме того, нагрузки и воздействия делятся на постоянные и переменные (временные).

Временные в зависимости от характерной продолжительности непре­рывного действия на конструкцию T_d делятся на:

• длительные, для которых продолжительность T_d сопоставима с установ­ленным сроком эксплуатации T_ef;

• кратковременные, для которых T_d < < T_ef.

Кратковременные нагрузки, в свою очередь, могут быть многократно повторяющимися или эпизодическими.

В СНиП 2.01.07-85* приводятся перечни постоянных и временных нагрузок.

К постоянным нагрузкам относятся:

– вес частей зданий и сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

– вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление;

– воздействие предварительного напряжения в конструкциях.

К временным длительным нагрузкам относятся:

– вес временных перегородок, подбетонок;

– вес стационарного оборудования: станков, аппаратов и др.;

– давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

– нагрузки на перекрытия в складских помещениях, холодиль­никах, зернохранилищах, архивах, библиотеках и подсобных зда­ниях и помещениях;

– температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

– вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

– вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено;

– нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с по­ниженными нормативными значениями, приведенными в табл. 3 СНиП 2.01.07-85*;

– вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения на коэффициент;

– снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением, оп­ределяемым умножением полного расчетного значения на коэф­фициент 0, 5.

– температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями;

– воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;

– воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.

К кратковременным нагрузкам относятся:

– нагрузки на перекрытия жилых и общественных зданий с полными нормативными значениями;

– вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;

– снеговые нагрузки с полным расчетным значением;

– нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудова­ния (мостовых и подвесных кранов, тельферов, погрузчиков и т.п.);

– нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возве­дении конструкций, при монтаже и перестановке оборудования, а также нагрузки от веса временно складируемых на строительстве изделий и материалов (за исключением нагрузок в местах, специ­ально предназначенных для складирования и хранения материалов), кратковременные нагрузки от веса насыпного грунта и др.;

– нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режиме;

– ветровые нагрузки;

– температурные и климатические воздействия.

– гололедные нагрузки.

К особым нагрузкам относятся:

– сейсмические и взрывные воздействия;

– нагрузки, вызываемые резким нарушением технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

– воздействия неравномерных деформаций, сопровождающиеся изменением структуры грунта (например, деформации просадочных фунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при от­таивании), воздействия деформации земной поверхности в райо­нах влияния горных выработок и в карстовых районах.

Вес конструкций и грунтов

Нагрузки от веса конструкций и грунтов являются постоянными. Оп­ределение веса строительных конструкций осуществляется на основании стандартов или рабочих чертежей, а грун­тов — по удельному весу с учетом их влажности.

Коэффициенты надежности по нагрузке γ _f для веса строительных конст­рукций и фунтов в соответствии со СНиП 2.01.07-85* имеют значения, ука­занные в табл. 2.1.

В тех случаях, когда уменьшение веса конст­рукций и грунтов может ухудшить условия работы конструкций (например, при проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидыва­ния, всплытия, опрокидывания или скольжения), следует произвести расчет, принимая для веса конструкции или ее части коэффициент надежности по нагрузке γ _f = 0, 9.

Полезные нагрузки на перекрытия

Полезная нагрузка на перекрытия — это временная нагрузка от массы людей, оборудования, материалов, изделий, средств транспорта, техно­логического оборудования, временных перегородок и иных частей здания, местоположение которых во время эксплуатации изменяется.

Нормативные значения полезных нагрузок и коэффициенты их надеж­ности, как правило, приведены в общих нормах проектирования или в тех­нологических нормах проектирования в зависимости от назначения помеще­ния.

Коэффициенты на­дежности по нагрузке γ _f для указанных равномерно распределенных нагру­зок принимаются равными:

1, 3 — при полном нормативном значении менее 2, 0 кПа;

1, 2 — при полном нормативном значении 2, 0 кПа и более.

Полные значения полезных нагрузок на перекрытия соответствуют доста­точно редкой ситуации, когда, например, в помещении наблюдается большая скученность людей или нагромождение мебели во время проведения ремон­та. Полные значения классифицируются нормами как крат­ковременные нагрузки. Длительная нагрузка представлена как пониженное нормативное значение.

В СНиП 2.01.07-85 установлены также величины сосредоточенных нагру­зок для проверки:

• перекрытий и лестниц — 1, 5 кН (150 кгс);

• чердачных перекрытий, покрытий, террас и балконов — 1, 0 кН (100 кгс);

• покрытий, по которым можно передвигаться только с помощью тра­пов и мостиков, — 0, 5 кН (50 кгс).

Принятые величины нагрузок соответствует весу человека с инстру­ментом или возможной нагрузке от тяжелой мебели. Сосредоточенная нагрузка 150 кгс не учитывает случаи установки тяжелых сейфов, высоких стеллажей с книгами, технологического оборудования.

Грузовая площадь

Грузовая площадь являет­ся той частью площади перекрытия, загружение которой вызывает усилия в рассматриваемом элементе.

3.8. При расчете балок, ригелей, плит, а также колонн и фундаментов, воспринимающих нагрузки от одного перекрытия, полные нормативные значения нагрузок, указанные в табл. 3, следует снижать в зависимости от грузовой площади А, м2, рассчитываемого элемента умножением на коэффициент сочетания y_А, равный.

а) для помещений, указанных в поз. 1, 2, 12, а (при А > А1 = 9 м2),

(1)

б) для помещений, указанных в поз. 4, 11, 12, б (при А > А2 = 36 м2),

(2)

3.9. При определении продольных усилий для расчета колонн, стен и фундаментов, воспринимающих нагрузки от двух перекрытий и более, полные нормативные значения нагрузок. указанные в табл. 3, следует снижать умножением на коэффициент сочетания yn:

а) для помещений, указанных в поз. 1, 2, 12, а,

(3)

б) для помещений, указанных в поз 4, 11, 12, б,

(4)

где — определяются в соответствии с п. 3.8;

n — общее число перекрытий (для помещений, указанных в табл. 3, поз. 1, 2, 4, 11, 12, а, б), нагрузки от которых учитываются при расчете рассматриваемого сечения колонны, стены, фундамента.

Примечание. При определении изгибающих моментов в колоннах и стенах следует учитывать снижение нагрузок для примыкающих к ним балок и ригелей в соответствии с указаниями п 3.8.

Снеговая нагрузка

Можно условно разделить четыре группы основных схем распределения снега по поверхности покры­тия: покрытия однопролетных зданий, одноуровневые покры­тия многопролетных зданий, покрытия с перепадами высот, локальные из­менения формы покрытий.

В затруднительных случаях можно рекомендовать подход к оценке максимально возможной величины снегового мешка, основанный на полном заполнении его снегом (в разумных пределах). При этом наибольшая величина снеговой нагрузки

, (6.10)

где h - величина перепада высот либо высота препятствия, создающего снеговой мешок, в метрах; - плотность снега, которую в зависимости от его влажности и степени уплотнения можно принимать равной 2...3 кН/м³.

Для ответственных конструкций полезно выполнять сопоставительные расчеты, принимая распределение снега по покрытию по рекомендациям различных нормативных документов.

Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле

(5)

где S_g — расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с п. 5.2;

m — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с пп. 5.3 — 5.6.