Цель данной статьи: составить список наиболее вероятных воздействий на монолитный железобетонный каркас здания и дать краткие инструкции по определению этих воздействий. Для примера рассмотрим расчётную модель рамы многоэтажного здания с подземным и пристроенным паркингом.
Из всего каркаса выделяется одна рама, т.к. такой приём (фрагментация) допустим при условии, что конструктивная схема здания представляет собой регулярный каркас, в котором вертикальные несущие конструкции расположены с определённым шагом вдоль взаимно перпендикулярных осей.
Описание конструктивного решения
Офисное здание включает в себя подвальный, а также 14 надземных этажей, на кровле здания расположена крышная котельная. В подвале находятся технические помещения. На 1-м этаже расположен холл, на 2-13 этажах расположены офисные помещения, на тех. этаже расположены технические помещения.
Пристроенный паркинг включает в себя подземный этаж а также 4 надземных этажа. На каждом этаже расположены парковочные места.
Подземная часть соединяет между собой подвал офисного здания и паркинга и служит для размещения парковочных мест. Кровля подземной части эксплуатируемая и является пожарным проездом.
В качестве основной несущей системы офисного здания принят монолитный железобетонный остов, состоящий из несущих стен, колонн, балок и перекрытий, жёстко сопряжённых между собой и образующих единую пространственную конструкцию.
Наружные стены здания ненесущие с опиранием на междуэтажные перекрытия, представляют собой многослойную конструкцию. Кровля здания плоская.
Наиболее вероятные воздействия на железобетонный каркас
Для того, чтобы составить список наиболее вероятных воздействий, обратимся к СП 20.13330.2016, раздел 5 «Классификация нагрузок»: 5.1 в зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.
Постоянные нагрузки:
- Собственный вес;
- Вес конструкции пола и кровли;
- Вес ограждающих конструкций (наружные стены и постоянные перегородки);
- Вес грунта обратной засыпки;
- Гидростатическое давление;
Временные длительные нагрузки:
- Вес временных перегородок;
- Вес стационарного оборудования;
- Вес подливок и подбетонок под оборудование;
Кратковременные нагрузки:
- Полезная нагрузка (подвал, офисы, квартиры, чердак, парковка)
- Климатические нагрузки (снег, ветер, температура);
- Нагрузка на поверхность грунта обратной засыпки;
Особые нагрузки:
- Вес пожарной машины;
В данном списке не упомянуты сейсмические воздействия, т.к. в рамках статьи рассмотрен случай проектирования здания в несейсмических районах.
Справочная информация по сбору нагрузок
Ниже приведены ссылки на нормативные документы, которыми следует руководствоваться при сборе нагрузок, а также правила приложения собранных нагрузок к расчётной модели и учёта их в комбинациях загружений в ЛИРА САПР.
Важно! При расчёте по нормам СНиП 2.01.07-85, СП 20.13330.2016, в ЛИРА САПР следует прикладывать расчётные значения нагрузок.
Постоянные нагрузки
Собственный вес несущих конструкций в подавляющем большинстве случаев учитывается программой автоматически, как приложить собственный вес конструкций в ЛИРА САПР, рассказано в статье https://liraserv.com/kb/3/1201/.
Как правило, для приложения нагрузок от собственного веса несущих конструкций выделяется отдельное загружение, которому следует назначить вид «Постоянное».
Вес конструкций пола и кровли.
Сбор данных нагрузок выполняется на основании конструкций полов и кровли в зависимости от удельного веса и толщины материалов, которые входят в их состав. Для сбора нагрузки от собственного веса полов, можно руководствоваться типовой серией 2.244-1. Следует помнить, что собственный вес пола 1-го этажа, как правило, выше чем на остальных этажах из-за наличия теплоизоляции, толщина которой устанавливается теплотехническим расчётом.
Собственный вес кровли, также, определяется по удельному весу материалов, входящих в кровельный пирог.
Важно! В плоских кровлях, для создания разуклонки, часто используется керамзитовый гравий, из-за чего нагрузка на кровлю становится переменной. Для обеспечения запаса прочности рекомендуется, при сборе нагрузок, принимать максимальную толщину разуклонки.
Нагрузки от веса полов и кровли могут быть приложены в одном загружении, поскольку при создании комбинаций нагрузок, им может быть назначен один и тот же коэффициент надёжности Yf=1.3, по таблице 7.1 СП 20.13330.2016:
Вес ограждающих конструкций
Определяется на основании удельного веса материалов наружных стен, а также постоянных перегородок.
Вес наружных стен прикладывается по периметру перекрытия. К плите покрытия прикладывается вес парапета.
Нагрузка от наружных стен на типовом этаже 702.8кг/м;
Наружных стен на 1-м этаже 853.4кг/м;
Нагрузка от наружных стен паркинга 778.1 кг/м;
Нагрузка от парапета 729.6 кг/м;
Вес грунта обратной засыпки
Значение горизонтального давления грунта sigma, кПа, на стену подвала на глубине z, м, определяют по формуле:
где Y и с – средневзвешенные в пределах глубины подвала значения удельного веса, кН/м3, и удельного сцепления грунта, кПа, определяемые с учётом группы предельных состояний и нарушенного сложения грунта;
q – равномерная нагрузка на горизонтальной поверхности грунта, кПа;
L_а – коэффициент, определяемый по формуле
где fi - средневзвешенный коэффициент в пределах глубины подвала угол внутреннего трения, град., определяемый с учётом группы предельных состояний и нарушенного сложения грунта.
Значение sigma не может быть отрицательным.
Сбор нагрузок на обрез фундамента
Если в инженерно-геологическом разрезе присутствуют грунтовые воды, то дополнительно необходимо приложить нагрузку от гидростатического давления.
В ПК САПФИР есть функция, позволяющая автоматизировать приложение давления обратной засыпки на стены подвала https://liraserv.com/kb/99/1187/.
Временные длительные нагрузки
Вес временных перегородок.
Нагрузку от веса временных перегородок, местоположение которых может измениться в процессе эксплуатации здания, следует прикладывать как равномерно распределённую нагрузку по площади перекрытия.
Для каждого этажа, следует определить массу всех перегородок и разделить её на площадь перекрытия, чтобы получить распределённую нагрузку. Следует помнить, что согласно п.8.2.2 СП 20.13330.2016, распределённая нагрузка от веса перегородок должна быть не менее 0.5 кПа.
Существует статистически установленная величина нагрузки от веса перегородок – 200 кг/м2, при высоте этажа 3 м. Эту величину можно использовать для предварительных расчётов
Вес стационарного оборудования
Данные нагрузки устанавливаются по заданию от разработчиков соответствующих разделов проектной документации (ИОС, ТХ и т.д.). В рассматриваемой задаче будем считать что в крышной котельной установлено оборудование, нагрузка от которого составляет 1 т/м2.
Вес подбетонки под оборудование
Для установки оборудования на перекрытии устраивается площадка из бетона толщиной 100 мм, нагрузка от которой составит: 2.5*0.1*1.3=0.33т/м2;
Кратковременные нагрузки
Полезная нагрузка.
Данные нагрузки устанавливаются согласно указаниям Раздела 8 СП 20.13330.2016.
Нормативные нагрузки для наиболее распространённых видов помещений:
Квартиры – 0.15 т/м2, Yf=1.3;
Административные помещения – 0.2 т/м2, Yf=1.2;
Технические этажи и подвальные помещения – 0.2 т/м2, Yf=1.2;
Автостоянки 3.5 тс/м2, Yf=1.4;
Важно. В данной статье считается что нагрузка действует равномерно на всё перекрытие. Такой подход допускается применять в предварительных расчётах. При уточняющих расчётах, следует изучить план каждого этажа, определить, какая нагрузка будет действовать на каждый участок перекрытия, и выполнить расчёт на наиболее невыгодный вариант приложения нагрузок.
Перед приложением нагрузок к модели, их следует распределить по загружениям, в зависимости от коэффициента надёжности, т.к. нагрузки с разными коэффициентами надёжности не могут быть приложены в одном загружении. Также необходимо проанализировать возможные варианты сочетаний этих нагрузок, чтобы в процессе расчёта, была возможность составить из них наиболее невыгодные комбинации нагрузок для всего здания в целом и для отдельных конструктивных элементов.
В рамках рассматриваемой задачи распределим нагрузки по загружениям так:
- Административные помещения и технический этаж;
- Подвал;
- Автостоянка;
- Кровля подземного паркинга;
Для кровли подземного паркинга принимаем нагрузку 0.5 тс/м2 (Yf=1.2), как для пандусов и подъездных путей автостоянок.
В состав загружения административных помещений и технического этажа, включено помещение крышной котельной.
Снег
Снеговая нагрузка прикладывается согласно указаний Раздела 10 СП 20.13330.2016, а также приложения «Б».
В местах перепадов высот покрытия, а также в случаях оговорённых в приложении «Б», следует выполнять расчёт повышенной снеговой нагрузки (снеговой мешок). В случае, если кровля является эксплуатируемой, то тогда следует сравнить нагрузку от снега с полезной нагрузкой и принять в расчёте наиболее невыгодную из них.
Ветровые нагрузки
При приложении ветровых нагрузок следует учитывать взаимное расположение зданий и их конфигурацию в плане и в пространстве. Исходя из этих параметров, можно будет определить то количество вариантов ветровых нагрузок, которые следует приложить к расчётной модели. В рамках рассматриваемой задачи, приложим два варианта ветровой нагрузки: вдоль и против глобальной оси Х. Однако, ввиду того, что расчёт на ветровую нагрузку необходимо будет выполнять с учётом пульсации, то необходимо будет создать 4 ветровых загружения – по 2 на офисное здание и паркинг.
Величину ветровой нагрузки определим в программе ЭСПРИ.
Выполним приложение ветровой нагрузки к расчётной модели:
В ПК САПФИР есть возможность автоматизировать процесс приложения ветровой нагрузки (https://liraserv.com/kb/99/1565/).
Дополнительная информация по приложению ветровой нагрузки на многосекционные здания дана в статьях: https://liraserv.com/kb/117/721/, https://liraserv.com/kb/117/1416/.
После приложения статических ветровых нагрузок, следует создать динамические пульсационные загружения:
Процесс приложения нагрузки от пульсации ветра показан в видео https://rutube.ru/video/b2d81060f534dcd26c33225e61ea5725/.
Температурные нагрузки
Расчёт на температурные воздействия следует производить, когда здание имеет большие геометрические размеры и расстояние между температурно-усадочными швами превышает предельно допустимое значение, определяемое по таблице 10.1а СП 63.13330.2018 Изм.1.
В рассматриваемом проекте, паркинг имеет протяжённость 42 м, вдоль оси Х, исходя из этого, следует выполнить его расчёт на температурные воздействия. Величина температурного воздействия определяется по Разделу 13 СП 20.13330.2016.
Следует помнить, что при расчёте на температурные воздействия, следует учитывать понижение модулей деформации железобетонных конструкций, обусловленных их напряжённо-деформированным состоянием.
Нагрузка на поверхности грунта обратной засыпки
Данная нагрузка вызовет давление грунта на стены подвала. Такая нагрузка может возникнуть в процессе возведения здания или в процессе его эксплуатации.
Сбор нагрузок от давления грунта на стены подвала по СП 50-101-2004
В соответствии с п.12.6.1 принимается давление на поверхности грунта 10 кПа.
Значение горизонтального давления грунта s, кПа, на стену подвала на глубине z, м, определяют по формуле
q – равномерная нагрузка на горизонтальной поверхности грунта, кПа;
L_а – коэффициент, определяемый по формуле
где fi - средневзвешенный коэффициент в пределах глубины подвала угол внутреннего трения, град., определяемый с учётом группы предельных состояний и нарушенного сложения грунта.
Значение sigma не может быть отрицательным.
Сбор нагрузок на обрез фундамента
Особые нагрузки
Вес пожарной машины принимается по п.7.2.6 СП 267.1325800.2016 – 30 кПа (3000 кгс/м2), при отсутствии опытных данных. Коэффициент надёжности по нагрузке Yf=1.2 по подразделу 8.4 СП 20.13330.2016.
Это примерный перечень нагрузок на многоэтажное общественное или жилое здание с пристроенным и подземным паркингом. Перед приложением этих нагрузок необходимо изучить архитектурно-планировочное задание, а также соответствующие разделы нормативной документации, и установить необходимость их приложения.
