Начинаем публикацию статей по расчету кирпичных стен. Прежде, чем приступить к расчетам, необходимо собрать нагрузки. На стены здания в пределах каждого этажа действуют нагрузки от вышележащих этажей, нагрузки от плит перекрытия рассматриваемого этажа и собственный вес отдельных участков стен.
Для начала давайте определимся, какие же нагрузки бывают?
Нагрузки бывают:
– нормативные – их значения приведены в СНиП “Нагрузки и воздействия”.
– расчетные – значения расчетных нагрузок определяются путем умножения нормативных на коэффициент надежности по нагрузке (γƒ)
Также они классифицируются на:
– постоянные
– временные, которые в свою очередь бывают:
a. длительными
b. кратковременными
c. особыми
К постоянным относится собственный вес конструкций, который находится путем умножения объема на плотность.
К кратковременным относятся нагрузки от людей, снега, ветра (полные значения) и пр.
К длительным – перегородки, оборудование и пр., а также пониженные кратковременные от людей и снега.
В СНиПе указаны дополнительно особые нагрузки, но в данном примере они нас не интересуют.
Давайте для наглядности представим, что нам необходимо произвести сбор нагрузок на стену первого этажа двухэтажного коттеджа. Высота этажа 3м, длина 6м. Перекрытия железобетонные толщиной 220мм. Для упрощения расчетов принимаем плоскую рулонную кровлю.
Для начала произведем подсчет нагрузок на 1 м2 перекрытия и покрытия и внесем данные в таблицу. Предположим, что пол второго этажа состоит из стяжки, поверх которой уложен ламинат. Покрытие второго этажа состоит из пароизоляции, утеплителя, цементно-песчаной стяжки и трехслойного гидроизоляционного ковра.
| Наименование | Нормативная нагрузка, т | γƒ | Расчетная нагрузка, т |
| Покрытие | |||
| Собственный вес плиты покрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м3 |
0,55 | 1,1 | 0,61 |
| Пароизоляция из 1 слоя рубероида | 0,003 | 1,3 | 0,004 |
| Утеплитель из керамзита плотностью 400 кг/м3, толщина 100мм | 0,04 | 1,3 | 0,052 |
| Цементно-песчаная стяжка толщиной 30мм, плотностью 1800 кг/м3 | 0,054 | 1,3 | 0,07 |
| Гидроизоляционный ковер из 3 слоев рубероида | 0,01 | 1,3 | 0,013 |
| Итого постоянная | 0,749 | ||
| Временная для прочих покрытий (таблица 3, п.9, в) | 0,05 | 1,3 | 0,065 |
| Временная снеговая (в районе III -180 кг/м2). Внимание! В СНиП Нагрузки и воздействия дана уже расчетная нагрузка. Нормативная нагрузка определяется путем умножения расчетного значения на 0,7. (μ=1) | 0,126 | 1,4 | 0,18 |
| Итого временная | 0,245 | ||
| Полная нагрузка на 1м2 покрытия | 0,994 | ||
| Перекрытие первого этажа | |||
|
Собственный вес плиты перекрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м3 |
0,55 | 1,1 | 0,61 |
| Цементно-песчаная стяжка толщиной 30мм, плотностью 1800 кг/м3 | 0,054 | 1,3 | 0,07 |
| Ламинат толщиной 10мм + подложка 3мм | 0,008 | 1,2 | 0,01 |
| Итого постоянная | 0,69 | ||
| Временная для помещений жилых зданий | 0,15 | 1,3 | 0,2 |
| Итого временная | 0,2 | ||
| Полная нагрузка на 1м2 перекрытия | 0,89 |
Теперь нам нужно определить грузовую площадь. Чтобы лучше понять, что такое грузовая площадь, посмотрим на картинку ниже.
Если нагрузка собирается для 1 погонного метра стены, то грузовая площадь будет равна произведению 1-го метра на половину расстояния между наружной и внутренней несущей стеной.
Розовым цветом отмечена грузовая площадь для средней стены, а зеленым цветом – для наружных стен.
Таким образом, для рассматриваемого нами участка кладки грузовая площадь будет равна 1м*2м=2м2
Перемножив грузовую площадь на значения из таблицы, получим нагрузку от перекрытия и покрытия для 1 погонного метра кирпичной кладки.
От покрытия:
– постоянная – 0,749*2=1,498 т
– временная – 0,245*2=0,49 т
Полная P2= 0,994*2=1,988 тонны
От перекрытия:
– постоянная – 0,69*2=1,4 т
– временная – 0,2*2=0,4 т
Полная P1= 0,89*2=1,8 тонн
Осталось посчитать вес кладки второго этажа (G2) и вес парапета (Gп). Высота 2го этажа – 3 м, парапета – 0,7 м. Толщина – 0,25 м, плотность кладки – 1,8 т/м3.
Вес 1 погонного метра равен:
G2=1*0,25*3*1,8=1,35 т
Gп=1*0,25*0,7*1,8=0,315 т
Полная нагрузка, которая действует на 1 пог.м кладки первого этажа составит:
N=Gп+P2+G2+P1=0,315+1,988+1,35+1,8=5,5 т
Для дальнейших расчетов нам также понадобится значение длительной продольной силы. Она равна сумме постоянной нагрузки от перекрытий и покрытий, веса вышележащих стен и длительной временной от перекрытий и покрытий. В нашем примере длительную временную мы не рассматривали.
Ng=0,315+1,498+1,35+1,4=4,563 т
Теперь, когда все нагрузки собраны, можно приступать к Расчету стены на прочность.
Статья была для Вас полезной?
Оставьте свой отзыв в комментарии
Как собрать нагрузку от перегородок
Содержание:
1. Пример 1.
2. Как собрать нагрузку от перегородок для расчета монолитной плиты.
3. Как собрать нагрузку от перегородок для расчета колонн и фундаментов
4. Пример 2. Собрать нормативную (характеристическую) нагрузку от перегородок на колонну и на стену.
5. Как собрать нагрузку от перегородок для расчета (или проверки) сборной плиты
6. Пример 3. Перегородка проходит поперек сборной плиты.
7. Пример 4. Перегородка проходит вдоль сборной плиты.
8. Пример 5. Перегородки находятся над частью сборной плиты.
В ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия» о сборе нагрузок от перегородок сказано скупо:
Давайте разберемся, как рациональней собирать нагрузку от перегородок для различных ситуаций.
Что такое характеристическая нагрузка? Это нормативная нагрузка еще безо всяких коэффициентов, т.е. фактический вес перегородок. Этот фактический вес, по сути, распределен по очень узкой площади (т.к. толщина перегородки обычно не превышает 150 мм), и наиболее правдоподобным будет принимать нагрузку от перегородки как линейную. Что это значит?
Пример 1. Есть кирпичная перегородка высотой 2,5 м, толщиной 0,12 м, длиной 3 м, ее объемный вес равен 1,8 т/м3. Нужно собрать нагрузку от перегородки на плиту.
Она оштукатурена с двух сторон, каждый слой штукатурки имеет толщину 0,02 м, объемный вес штукатурки 1,6 т/м3. Нужно найти нормативную (характеристическую) нагрузку от перегородки для расчета плиты перекрытия.
Найдем вес 1 м 2 перегородки:
(1,8∙0,12 + 1,6∙2∙0,02)∙1 = 0,28 т/м2 (здесь 1 – это площадь перегородки).
Зная высоту перегородки, определим, сколько будет весить погонный метр перегородки:
0,28∙2,5 = 0,7 т/м.
Таким образом, мы получили погонную линейную нагрузку 0,7 т/м, которая будет действовать на плиту перекрытия под всей перегородкой (каждый метр перегородки весит 0,7 т/м). Суммарный же вес перегородки будет равен 0,7∙3 = 2,1 т, но такое значение для расчета нужно далеко не всегда.
Теперь рассмотрим, в каких ситуациях нагрузку от перегородок следует оставлять в виде линейной нагрузки, а когда – переводить в равномерно распределенные по площади нагрузки, как это рекомендуется в п. 6.6 ДБН «Нагрузки и воздействия».
Сразу оговорюсь, если вы считаете перекрытие в программном комплексе, позволяющем с легкостью задавать перегородки или линейную нагрузку от них, следует воспользоваться этой возможностью и делать наиболее приближенный к жизни расчет – такой, где все нагрузки от перегородок в виде линейно-распределенных расположены каждая на своем месте.
Если же вы считаете вручную или же по каким-то причинам хотите упростить программный счет (вдруг, компьютер не тянет такое обилие перегородок), следует проанализировать, как это делать и делать ли.
Как собрать нагрузку от перегородок для расчета монолитной плиты
Рассмотрим варианты с монолитным перекрытием. Допустим, есть у нас фрагмент монолитного перекрытия, на который необходимо собрать нагрузку от перегородок, превратив ее в равномерно распределенную.
Что для этого нужно? Во-первых, как в примере 1, нужно определить нагрузку от 1 погонного метра перегородки, а также суммарную длину перегородок.
Допустим, погонная нагрузка у нас 0,3 т/м (перегородки газобетонные), а суммарная длина всех перегородок 76 м. Площадь участка перекрытия 143 м2.
Первое, что мы можем сделать, это размазать нагрузку от всех перегородок по имеющейся площади перекрытия (найдя вес всех перегородок и разделив его на площадь плиты):
0,3∙76/143 = 0,16 т/м2.
Казалось бы, можно так и оставить, и приложить нагрузку на все перекрытие и сделать расчет. Но давайте присмотримся, у нас есть разные по интенсивности загруженности участки перекрытия. Где-то перегородок вообще нет, а где-то (в районе вентканалов) их особенно много. Справедливо ли по всему перекрытию оставлять одинаковую нагрузку? Нет. Давайте разобьем плиту на участки с примерно одинаковой загруженностью перегородками.
На желтом участке перегородок нет вообще, справедливо будет, если нагрузка на этой площади будет равна 0 т/м2.
На зеленом участке общая длина перегородок составляет 15,3 м. Площадь участка 12 м2 (заметьте, площадь лучше брать не строго по перегородкам, а отступая от них где-то на толщину перекрытия, т.к. нагрузка на плиту передается не строго вертикально, а расширяется под углом 45 градусов). Тогда нагрузка на этом участке будет равна:
0,3∙15,3/12 = 0,38 т/м2.
На розовом участке общая длина перегородок составляет 38,5 м, а площадь участка равна 58 м2. Нагрузка на этом участке равна:
0,3∙38,5/58 = 0,2 т/м2.
На каждом синем участке общая длина перегородок составляет 11,1 м, а площадь каждого синего участка равна 5 м2. Нагрузка на синих участках равна:
0,3∙11,1/5 = 0,67 т/м2.
В итоге, мы имеем следующую картину по нагрузке (смотрим на рисунок ниже):
Видите, как значительно различаются нагрузки на этих участках? Естественно, если сделать расчет при первом (одинаковом для всей плиты) и втором (уточненном) варианте загружения, то армирование будет разным.
Делаем вывод: всегда нужно тщательно анализировать, какую часть плиты загружать равномерной нагрузкой от перегородок, чтобы результат расчета был правдоподобным.
Если вы собираете нагрузку от перегородок на перекрытие, опирающееся на стены по четырем сторонам, то следует руководствоваться следующим принципом:
Как собрать нагрузку от перегородок для расчета колонн и фундаментов
Теперь рассмотрим на том же примере, как следует собирать нагрузку от перегородок для расчета колонн и стен или фундаментов под ними. Конечно, если вы делаете расчет перекрытия, то в результате такого расчета вы получите реакции на опорах, которые и будут нагрузками на колонны и стены. Но если перекрытие по каким-то причинам не считаете, а требуется просто собрать нагрузку от перегородок, то как быть?
Здесь начинать нужно не с анализа загруженности частей плиты. Первый шаг в таком случае – это разделить плиту на грузовые площади для каждой колонны и стены.
На рисунке показано, как это сделать. Расстояние между колоннами делится пополам и проводятся горизонтальные линии. Точно так же ровно посередине между колоннами и между колоннами и нижней стеной проводятся горизонтали. В итоге в районе колонн плита поделена на квадраты. Все перегородки, попадающие в квадрат конкретной колонны, нагружают именно эту колонну. А на стену приходится нагрузка с полосы, ширина которой равна половине пролета. Остается только на каждом участке, где есть перегородки, посчитать суммарную длину этих перегородок и весь их вес передать на колонну.
Пример 2. Собрать нормативную (характеристическую) нагрузку от перегородок на розовую колонну и на стену с рисунка выше.
Вес одного погонного метра перегородки 0,35 кг. Суммарная длина перегородок в квадрате розовой колонны 5,4 м (из этих 5,4 м, одна перегородка длиной 1,4 м находится ровно на границе между двумя колоннами, а 4 м – в квадрате сбора нагрузки). Суммарная длина перегородок на полосе сбора нагрузки для стены – 18 м, длина стены 15,4 м.
Соберем нагрузку на колонну:
0,35∙4 + 0,35∙1,4/2 = 1,65 т.
Здесь мы взяли всю нагрузку от четырех метров стен и половину нагрузки от стены длиной 1,4 м (вторая половина пойдет на другую колонну).
На колонну также придется изгибающий момент от веса перегородок (если перекрытие опирается жестко), но без расчета плиты момент определить сложно.
Соберем нагрузку на стену. Нагрузка собирается на 1 погонный метр стены. Так как перегородки расположены довольно равномерно, находится общий вес всех перегородок и делится на длину стены:
0,35∙18/15,4 = 0,41 т/м.
Как собрать нагрузку от перегородок для расчета (или проверки) сборной плиты
Так как сборные плиты имеют четкую конфигурацию и схему опирания (обычно по двум сторонам), то подход для сбора нагрузок от перегородок должен быть особенным. Рассмотрим варианты сбора нагрузок на примерах.
Пример 3. Перегородка проходит поперек плиты.
Толщина перегородки 0,12 м, высота 3 м, объемный вес 1,8 т/м3; два слоя штукатурки по 0,02 м толщиной каждый, объемным весом 1,6 т/м3. Ширина плиты 1,2 м.
Так как плита считается как балка на двух опорах, то нагрузку от перегородки следует брать сосредоточенную – в виде вертикальной силы, приложенной к «балке» в месте опирания перегородки. Величина сосредоточенной силы равна весу всей перегородки:
0,12∙3∙1,2∙1,8 + 2∙0,02∙3∙1,2∙1,6 = 1,0 т.
Пример 4. Перегородка проходит вдоль сборной плиты.
В таком случае, не зависимо от того, где находится перегородка – посередине или на краю плиты, нагрузка от нее берется равномерно распределенной вдоль плиты. Эта нагрузка собирается на 1 погонный метр плиты.
Толщина перегородки 0,1 м, высота 2,5 м, объемный вес 0,25 т/м3.
Определим равномерно распределенную нагрузку 1 п.м плиты:
0,1∙2,5∙1∙0,25 = 0,06 т/м.
Пример 5. Перегородки находятся над частью плиты.
Когда плиту пересекает несколько перегородок, у нас есть два варианта:
1) выделить нагрузку от продольных перегородок в равномерно распределенную, а нагрузку от поперечных перегородок – в сосредоточенную;
2) всю нагрузку сделать равномерно распределенной, «размазав» ее по участку плиты с перегородками.
Толщина перегородки 0,1 м, высота 2,5 м, объемный вес 0,25 т/м3. Ширина плиты 1,5 м, длина продольной перегородки 3 м, длина двух самых коротких перегородок 0,7 м.
Определим нагрузку на плиту по варианту 1.
Равномерно распределенная нагрузка равна:
0,1∙2,5∙1∙0,25 = 0,06 т/м.
Сосредоточенная нагрузка от крайней правой перегородки равна:
0,1∙2,5∙1,5∙0,25 = 0,1 т.
Сосредоточенная нагрузка от каждой из двух коротких перегородок равна:
0,1∙2,5∙0,7∙0,25 = 0,044 т.
Определим нагрузку на плиту по варианту 2.
Найдем общий вес всех перегородок:
0,1∙2,5∙0,25∙(3 + 1,5 + 0,7∙2) = 0,37 т.
Найдем длину перегородки, на которой действует нагрузка:
3 + 0,1 = 3,1 м.
Найдем величину равномерно распределенной нагрузки на участке 3,1 м:
0,37/3,1 = 0,12 т/м.
Ни одно здание нельзя ставить на грунт без фундамента – основания, равномерно передающего вес сооружения на грунт, обеспечивающего устойчивость и целостность конструкций. Для определения его параметров необходим сбор нагрузок на фундамент и сравнение полученного значения с несущей способностью грунта. От правильности расчетов будет зависеть срок службы дома, его комфортность и безопасность проживания в нем.
Какие нагрузки нужно учитывать
Все нагрузки, воздействующие на фундамент, делятся на постоянные и временные.
Постоянные
К постоянным относятся нагрузки, создаваемые весом всех конструктивных частей дома – стен, перекрытий, кровли, несущих колонн и т.д. А на грунт давит ещё и вес самого фундамента.
В несложных случаях поможет выполнить расчет веса дома калькулятор, который можно найти на многих строительных сайтах. Но лучше, чтобы этой работой занимался специалист-проектировщик.
Постоянная нагрузка на фундамент складывается из веса следующих конструкций:
- крыши – веса стропил, обрешетки, подкровельного пирога и покрытия (профнастил, шифер, черепица и т.п.);
- несущих и самонесущих стен, постоянных перегородок, опорных колонн;
- дверных и оконных блоков;
- лестничных конструкций;
- межэтажных перекрытий – балок, плит, тепло- и звукоизоляции, бетонной стяжки, покрытия пола;
- перекрытия холодного чердака с учетом утеплителя;
- перекрытия подвала, если оно имеет опору на стены;
На заметку!
Также в расчет нагрузок на фундамент включается его собственный вес.
Временные
Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратковременные и особые.
- К длительным нагрузкам относят вес временных перегородок, тяжелого оборудования, мебели.
- К кратковременным – вес людей и животных, постоянно обитающих в доме, а также снеговая и ветровая нагрузка.
- К особым – сейсмические, взрывные и прочие редко возникающие нагрузки.
Как рассчитывать нагрузки
Расчет постоянных нагрузок
Чтобы сделать расчет фундамента по нагрузке, нужно в первую очередь вычислить вес здания. Для этого требуется знать объемы используемых для строительства материалов и их удельный вес. Эти данные можно найти в СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и различных строительных справочниках. Ими пользуются проектировщики, собирая нагрузки по всем составляющим элементам конструкции. Например, чтобы вычислить вес деревянного перекрытия, нужно сложить вес балок, верхнего и нижнего настила, утеплителя, напольного покрытия, отделки потолка.
Для упрощения расчетов можно пользоваться усредненными значениями для различных конструкций в целом.
В расчет веса дома полученные значения вводятся не в «чистом» виде, а после умножения на коэффициент надежности по нагрузке. Его берут из СП (свод правил) 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
Расчет временных нагрузок
Далее переходят к расчету временных нагрузок, основную часть которых составляют нагрузки на перекрытия от мебели, техники, предметов быта и интерьера, людей, животных. Определить их с достаточной точностью невозможно, поэтому применяют нормативные значения из того же Свода правил. Их можно найти в таблице 8.3, где сказано, что нормативная равномерно распределенная нагрузка на межэтажные перекрытия принимается равной 150 кг/м². Её нужно умножить на площадь перекрытия, чтобы получить полную нагрузку на него.
Чтобы рассчитать вес дома с достаточным запасом надежности, необходимо учесть и временные нагрузки на чердачные перекрытия, так как на них могут храниться различные материалы и находиться люди, занимающиеся ремонтом они равны 70 кг/м².
Далее идут климатические нагрузки – снеговые и ветровые. Снеговые зависят от региона строительства, так как толщина снегового покрова в разных областях сильно отличается. В приложениях к СП 20.13330.2011 есть карта районирования территорий РФ по весу снегового покрова. Всего таких районов 8, и если для первой категории вес снега на 1 кв.м. составляет всего 80 кг, то для восьмой уже 560 кг.
При определении этой нагрузки большое значение имеет и конструктив крыши, её площадь и уклон.
Как в ручной расчет, так и в калькулятор веса дома часто не вводится ветровая нагрузка: для тяжелых капитальных зданий она несущественна и даже может иметь отрицательное значение. Но для легких сооружений с большой парусностью (заборы, беседки) ветровая нагрузка очень важна, так как создает горизонтальное и выдергивающее воздействие.
Пример расчета
Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного бревенчатого дома размером 8х10 м с двухскатной кровлей из профнастила и мансардой. Для упрощения вычислений вес дверей и оконных блоков включим в вес стен.
Вес стен
Для расчета вычисляем периметр всех несущих бревенчатых стен.
- Периметр дома (8 + 10) х 2 = 36 м.
- Длина двух перегородок 16 м.
- Всего 52 м.
При высоте стен 3 м их площадь будет равна 52 х 3 = 156 м².
Фронтоны тоже бревенчатые, их тоже включаем в стены. Площадь двух фронтонов равна:
2 × (8 × 3) : 2 = 24 м².
Общая площадь стен и фронтонов составляет 180 м², а их объем при толщине бревна 0,25 м равен 45 м³.
Находим в таблице удельный вес одного кубометра бревенчатых стен и получаем их вес:
45 × 600 = 27000 кг = 27 т.
Вес крыши
Нагрузка на грунт, передаваемая фундаментом, включает в себя и вес кровельной конструкции. Удельный вес кровли из профнастила с деревянной стропильной системой равен 30 кг/м². Находим площадь каждого ската крыши:
5 × 10 = 50 м².
Итого по двум скатам 100 м².
Постоянная нагрузка от крыши:
100 × 30 = 3000 кг = 3 т.
Вес перекрытия
Учитываем вес перекрытий над 1 этажом и между первым этажом и летней не отапливаемой мансардой. Удельный вес дощатого перекрытия с плотным утеплителем равен 300 кг/м². Общий вес:
8 × 10 × 300 × 2 = 4800 кг = 4,9 т.
Теперь полученные значения можно суммировать и применять к результату коэффициент надежности, который для деревянных конструкций равен 1,1:
(27 + 3+ 4,8) × 1,1 = 38,3 т.
Обратите внимание!
Временные нагрузки
Мы имеем два перекрытия общей площадью 160 м². И нормативную временную нагрузку для жилых зданий 150 кг/м². Перемножаем эти значения и получаем нагрузку от людей, мебели и перегородок 24 т.
Снеговую нагрузку определяют, умножая площадь кровли на нормативный вес снегового покрова и коэффициент уклона.
- Площадь кровли известна – 100 м².
- Снеговую нагрузку примем 320 кг/м².
- Для крыш с уклоном 30-45 градусов действует коэффициент 0,7.
100 × 320 × 0,7 = 22400 кг = 22,4 т.
Сбор нагрузок
Расчет нагрузки фундамента завершается суммированием всех полученных значений:
38,3 + 24 + 22,4 = 84,7 т.
Такой вес будет воздействовать на основание дома из нашего примера. Однако нужно учитывать, что на те стороны, на которые опирается кровля и балки перекрытий, нагрузка будет больше, чем на остальные.
Коротко о главном
Определение нагрузки на фундамент необходимо для его проектирования. Она складывается из веса здания и таких непостоянных величин, как вес людей и домашней мебели, перегородок и лежащего на крыше снега. Приведенный в статье пример расчета сильно упрощен, такой способ можно применять только для небольших и сравнительно легких домов и второстепенных построек. Во всех остальных случаях нужен проект с более точными расчетами, учитывающими все нюансы строительства и расположения дома.
Главная / Станок для кирпича / Нагрузка На Стены Зданий
Чтобы рассчитать нагрузку на стены многоэтажного здания гражданского типа с жесткой пространственной схемой необходимо в первую очередь учитывать нагрузки от вертикальных сил: собственного веса стен и опорных реакций от междуэтажных перекрытий и верхних покрытий. Ветровые нагрузки оказывают малое влияние на работу стен и в большинстве случаев не учитываются. В этом и заключается основное различие методов расчета гражданских зданий и промышленных зданий с большими высотами и пролетами стен. Нормы проектирования других видов конструкции рассматривают ветровую нагрузку, как не основную, и разрешают при ее учете повышать допускаемые напряжения примерно на 10%. В каменных конструкциях для гражданских зданий с жесткой схемой ветровые нагрузки не учитываются вовсе, что равносильно некоторому повышению допускаемых напряжений. В зданиях же промышленного типа, не имеющих жесткой конструктивной схемы, ветровое давление является основной нагрузкой и должно учитываться в полной мере. Приводим краткий анализ предельной гибкости стен, при которой можно не учитывать ветровой нагрузки.
Расчет нагрузки на стены
Произведем подсчет напряжений от изгиба под действием ветровой нагрузки в стене (рис. 1) с ослаблением по площади сечения μ. Коэффициент ослабления μ выражает отношение площади сечения проема в площади сечения всей стены брутто. В рассматриваемом на чертеже случае μ = b-a/b, откуда a/b = 1-μ.
Рис. 1. Работа на ветровую нагрузку стены, ослабленной отверстиями.
При ветровой нагрузке, нагрузка на единицу высоты рассматриваемой полосы составит bw. Коэффициент в формуле изгибающего момента может быть принят 1/10, так как прилегающие участки стены и перекрытия сверху и снизу частично препятствуют повороту сечения.
M = qh2/10 = bwh2/10; M/W = 6bwh2/10ad2 = 0,6w/1-μ(h-d)2.
Если принять по аналогии с другими конструкциями возможность повышения напряжений при учете ветровой нагрузки на 10-15%, то дополнительные напряжения от ветра могут доходить до величины ∆σ = ±1кг/см2. При этом перенапряжения сжатой зоны будут незначительны. Растягивающие же напряжения будут полностью или в значительной степени погашены сжатием от нормальной силы. Что касается коэффициента ослабления, то в подавляющей массе гражданского строительства μ не превышает 0,7.
Основная ветровая нагрузка на стены по нормам составляет 40 кг/м2 = 0,004 кг/см2.
Подставляя значения ∆σ = 1 кг/см2, μ = 0,7 и w = 0,004 кг/см2, получаем из формулы предельную гибкость, удовлетворяющую поставленных условиям:
d=√∆σ/2w=√1/(2*0,004)=11
Следовательно при гибкости, не превышающей 11, при расчете стен зданий с жесткой конструктивной схемой (гражданского типа), ветровая нагрузка может не учитываться. Вывод предельной гибкости позволяет установить случаи, при которых поверка на ветровую нагрузку обязательна и при гибкости менее 11. Эти случаи следующие:
- при ветровой нагрузке, превышающей 40 кг/м2;
- при ослаблении стен отверстиями по площади сечения более 70%
Поскольку эти ограничения встречаются в практике редко, подавляющая масса гражданских зданий не требует расчета на ветер. За пределами поставленных ограничений в случаях, если напряжения от ветровой нагрузки не будут превышать ±1 кг/см2, при расчете стен зданий с жесткой схемой ветровая нагрузка разрезной также может не учитываться.
Разрешение не рассчитывать на ветровую нагрузку не распространяется на такие элементы здания, как парапеты и карнизы, а также на здания, не имеющие жесткой конструктивной схемы, для которых давление ветра рассматривается как основная нагрузка.
При расчете напряжений в стенах многоэтажного здания с жесткой конструктивной схемой от горизонтальных и внецентренно вертикальных нагрузок, стены и столбы могут рассматриваться как вертикальные неразрезные балки, опертые на перекрытия. Эпюра моментов для случая внецентренной нагрузки стен перекрытиями показана на рис. 2, а. Мы видим, что изгибающие моменты в любом сечении стены меньше тех моментов, которые могут создать в разрезной балке нагрузки, приложенные в отдельных этажах.
Рис. 2. Эпюра моментов от междуэтажных перекрытий при расчете стены: а – как неразрезной балки; б – как разрезной балки с шарнирным соединением участков стены на уровне перекрытий.
Этот метод расчета нагрузки на стены дает наиболее экономное решение стены, приближающееся в то же время ближе всего в ее действительной работе. Недостатком его является значительная сложность, особенно в случаях, когда мы имеем неодинаковое сечение стен и различную высоту этажей. Для упрощения расчета разрешается пренебречь влиянием неразрезности стены и рассматривать ее как сочетание разрезных балок, соединенных шарнирами. Эпюра моментов при таком методе расчетов показана на рис. 2, б. При этой схеме расчета от этажа к этажу через шарнир передается только осевая сила. Моменты же от верхнего и нижнего этажей погашаются реакциями опор этих этажей и на величине моментов в пределах рассматриваемого этажа не сказываются. Таким образом в пределах каждого этажа учитываются только моменты от тех сил, которые приложены в пределах данного этажа. В месте примыкания стены верхнего этажа к рассчитываемому участку стены предполагается отсутствие опорного момента и, следовательно нагрузка приложена равномерно по сечению. Следовательно, равнодействующая нагрузки, представляющая собой вес всех верхних этажей, принимается приложенной в центре тяжести сечения примыкающей сверху стены. Если в месте перехода от одного этажа к другому сечение стены не меняется, то нагрузка от верхних этажей приложена без эксцентриситета и, следовательно не вызывает момента. Если же сечение стены меняется не симметрично или имеется смещение оси, то нагрузка от верхних этажей передается на стену рассматриваемого этажа с соответствующим эксцентриситетом. Нагрузка от перекрытия над рассматриваемым этажом обычно бывает приложена с эксцентриситетом и вызывает момент. Эпюра моментов принимается как для шарнирной балки, т. е. уменьшается внизу по треугольнику.
Для любого сечения, зная момент и осевую силу, можно определить напряжения по формулам внецентренного сжатия.
Иногда при расчете стен нижних этажей многоэтажного здания неправильно складывают моменты от нагрузки верхних этажей. При этом получается эпюра моментов, показанная на рис. 3. Для нижних этажей она дает чрезмерно преувеличенные моменты. Такая эпюра не имеет ничего общего с действительной эпюрой моментов (рис. 2, а), которая получается при схеме расчета стены, как неразрезной балки. Она отвечает случаю нагружения моментами в различных сечениях консольной балки, заделанной в грунт, и следовательно противоречит принятой для расчета конструктивной схеме, в которой перекрытия рассматриваются как неподвижные опоры.
Рис. 3. Эпюра моментов от междуэтажных перекрытий при неправильном расчете стены без учета опирания ее на перекрытия.
Чтобы иметь возможность рассчитать стену, как многопролетную балку, неразрезную или шарнирную, мы должны иметь уверенность, что узлы опирания перекрытия на стены способны воспринять опорные реакции. Для типичного случая нагрузки стены междуэтажными перекрытиями, показанного на рис. 4, опорная реакция А составляет: А = Pe/h. Сила трения Т = Pf. Чтобы обеспечить передачу опорного давления на перекрытия должен быть обеспечен двойной коэффициент запаса, т. е. A ≤ T/2, отсюда e/h≤f/2.
Коэффициент трения для деревянных балок по кладке принимается равным 0,6 и для железных балок 0,5. Таким образом во всех случаях, когда е меньше 0,25h, силы трения обеспечивают с достаточным запасом равновесие. В зданиях рассматриваемого типа эксцентриситеты весьма незначительны и во много раз меньше ¼ h. Величина силы трения может оказаться недостаточной в следующих случаях:
- при больших боковых давлениях;
- при консольных кранах с большим выносом;
- когда большие моменты вызываются не опорными давлениями от перекрытий, а эксцентриситетом продольной силы при смещении оси стены.
Во всех этих случаях требуется специальное прикрепление стен к перекрытиям, по расчету.
Как мы отметили, связь стен с перекрытиями в основном осуществляется посредством развивающихся сил трения. Поэтому опирание стен на перекрытия принимаются в плоскости нижней грани балок, через которые передается давление от стены на перекрытия. Наличие анкеров не меняет положения опор, так как анкеры могут получить натяжение и включиться в работу только после некоторого сдвига балок, когда сил трения окажется недостаточно. Анкеры в зданиях ставятся обычно для связи стен с перекрытиями не при нормальных условиях эксплуатации здания, а на случай возможного появления больших деформаций, которые могут быть вызваны неравномерными осадками фундаментов, потерей устойчивости, раздавливанием отдельных участков стен и т. п. В этих случаях наличие анкерной связи обеспечивает совместную работу отдельных элементов и отдаляет момент окончательного разрушения здания. В подвальном этаже нижняя опора стены принимается на уровне середины высоты бетонного пола.
Рис. 4. Схема действующих сил при внецентренной нагрузке стены междуэтажным перекрытием.
Несущая способность стен
Несущая способность стен регламентируется СНиП II-B.2-7 в зависимости от марки полнотелого кирпича и марки строительного раствора. Проведенные испытания стен из силикатных утолщенных кирпичей и камней различной пустотности показали, что расчетное сопротивление таких кладок может быть принято одинаковым с сопротивлением кладок из полнотелого кирпича.
Значения упругой характеристики α которая имеет стена из кирпича силикатного одинарного полнотелого и утолщенного пустотелого кирпича составляют 0,75 α кладок из керамических материалов. Упругие же характеристики кладок из пустотелых силикатных камней и из керамических материалов одинаковы.
При
сборе нагрузок на плане здания выявляем
несущие элементы, которые передают
нагрузки на фундамент, определяем
грузовые площади.
1
и 2 грузовые площади соответственно для
наружной и внутренней стен. Стены
кирпичные. Толщина наружных стен 640мм,
остальных 510мм. Высота этажей 2,8 м.
Междуэтажные и чердачные перекрытия
выполнены из ж/б многопустотных плит.
Кровля выполнена из ж/б кровельных
панелей-настила и 3-х слоев рубероида.
Район строительства г. Тамбов. Итак
рассматриваем нагрузки сверху вниз
рис. 8
Собираем
нагрузки по оси А на наружную стену:
,
где
4,4-
расстояние между осями оконных проемов;
2,805-
половина расстояния в чистоте между
стенами.
Вычисляем
нагрузки на 1м2
горизонтальной проекции.
рис. 9
-
от
покрытия:
,
где
,
,
-удельный вес рубероида
,
,
,
–
толщина рубероида, мастики, стяжки и
плиты покрытия.
кг/м2,
-
нагрузка
от чердачного перекрытия, которая
состоит из ж/б плиты, пароизоляции,
утеплителя и стяжки. В результате
получим:
кг/м2,
3) от
междуэтажного
перекрытия и перекрытия над подвалом:
,
где
,
,
,
–
удельный вес ж/б плиты, звукоизоляции,
мастики, деревянного паркета;
,
,
,
–
соответственно толщины.
кг/м2,
4) От
перегородок на 1м2
площади расчета принимаем 1кН=100кг/м2
5) Вес
1м3
кирпичной кладки 1800 кг/м3=18кН/м3
Постоянные
нагрузки.
-
От
покрытия:
кН
-
От
чердачного перекрытия:
кН
-
От
9-ти междуэтажных перекрытий:
кН -
От
перегородок на 9-ти этажах:
кН -
От
стены выше чердачного перекрытия:
кН
-
От
стены со второго и выше этажей на длине
4,4м за вычетом оконных проемов:
кН -
От
цоколя и стены первого этажа на длине
4,4м за вычетом оконных проемов:
кН
Итого
на длине 4,4м: 1482,27 кН
Временные
нагрузки.
-
От
снега:
кН (1,8 –
нагрузка в г. Тамбов); -
На
чердачное перекрытие:
кН (0,7-коэффициент принимаемый по таблице
3 [2]) -
Нагрузка
от 9-ти междуэтажных перекрытий с
коэффициентом понижения
,
где: n–
количество этажей ,
-9м2
,
А-
грузовая площадь.
кН
Итого: 125,8 кН
Расчетные
нагрузки на 1 м длины наружной стены:
кН
Сбор
нагрузок на внутреннюю стену.
Собираем
нагрузки на внутреннюю стену по оси В.
,
Постоянные
нагрузки.
-
От
покрытия:
кН
-
От
чердачного перекрытия:
кН
-
От
9-и междуэтажных перекрытий:
кН -
От
перегородок на 9-и этажах:
кН -
От
стены 1-го этажа с коэффициентом 0,925, с
учетом в стенах дверных проемов:
кН -
От
стены со второго и выше этажей включая
чердак:
кН
Итого:
450,5 кН
Временные
нагрузки.
-
От
снега:
кН
-
На
чердачное перекрытие:
кН (0,7 – коэффициент принимаемый по
таблице 3 [2])
Нагрузка
от 9-ти междуэтажных перекрытий:
кН
, где
о,653
–
коэффициент
Итого:
65,375 кН
Расчетные
нагрузки на 1м длины внутренней стены:
кН/м
5. Определение глубины заложения фундамента для наружных и внутренних стен
Глубина
заложения фундамента исчисляется от
отметки планировки до подошвы фундамента.
Отметка подошвы должна назначаться в
соответствии с п.п. 2.25-2.33 [1] исходя из
шести условий:
Для
наружных стен:
1)
Назначения и конструктивных особенностей
проектируемого сооружения, нагрузок и
воздействий на его фундаменты.
Проектируемый
объект 9-и этажный кирпичный дом с
подвалом.
Высоту
подвала назначаем 2,2 м, а заглубление
подушки на 0,4 м ниже пола подвала, т.к.
из конструктивных соображений
относительная отметка пола – 2,2 м и
толщина конструкции пола 0,1 м, тогда
глубина заложения подошвы будет равна
d=1,5
м.
d=hn+hs+hef-hc
рис. 10
2)
глубина заложения фундаментов примыкающих
сооружений, а также глубины прокладки
инженерных коммуникаций. По этому
условию ограничений нет, т.к. площадка
для строительства по заданию свободна.
3)
инженерно-геологических условий площадки
строительства (физико-механических
свойств грунтов, характера напластований,
наличия слоев, склонных к скольжению,
карманов выветривания, карстовых
полостей и пр.);
В
качестве несущего слоя предварительно
выбираем 1 слой суглинок. По геологическому
разрезу определяем абсолютную,
относительную отметку кровли несущего
слоя: 117,50 (-3,200). Величину заглубления
подошвы принимаем из соображений глубины
подвала равной 2,60 м.
Определяем
ориентировочную площадь подошвы
фундамента исходя из величины вертикальных
нагрузок и значения условного сопротивления
несущего слоя принятого в качестве
основания:
,
где
-условное
расчетное сопротивление грунта.
-вертикальные
расчетные нагрузки.
м2
значит А=b
1м
b0внеш=1,37
м
м2
значит А=b
1м
b0вн=1,93
м.
Предварительно
полученная ширина фундаментов намного
меньше ширины подвала между осями
наружной и внутренней стены (6 м), т.е.
находится в разумных для практики
пределах, не мешая размещению друг
друга.
4)
Существующего и проектируемого рельефа
застраиваемой территории. Рельеф по
заданию спокойный по этому ограничений
при выборе заложений нет.
5)
Нормативной глубине сезонного промерзания
грунта. Глубина заложения внутреннего
фундамента от глубины промерзания не
зависит. Нормативная глубина промерзания:
,
где
-коэффициент
учитывающий влияние теплового режима.
Уровень
грунтовых вод находится на глубине
=5,8
м, т.к
>
+2м,
то заложение подошвы не изменяем т.е
она не зависит от расчетной глубины
промерзания.
6)
гидрогеологических условий площадки
и возможных их изменений в процессе
строительства и эксплуатации сооружения
возможного размыва грунта у опор
сооружений, возводимых в руслах рек
(мостов, переходов трубопроводов и
т.п.). Уровень грунтовых вод залегает
ниже несущего слоя, значит в период
эксплуатации здания значительных
изменений не ожидается, следовательно
глубина заложения фундамента от этого
условия не зависит.
Окончательно
из всех условий принимаем:
d=-2,60
м (FL=118,10)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
