Статическая нагрузка от стен

Анализ статики и динамики конструкций зданий

Динамические и статические нагрузки

В соответствии с разными характеристиками нагрузок, действующих на конструкции, мы можем разделить их на динамические и статические. Статической нагрузкой называется нагрузка, у которой величина и направление почти не изменяются во времени. Наоборот, динамической нагрузкой называется такая нагрузка, у которой величина и направление изменяются во времени.

Собственный вес конструкций, вес оборудования считаются статической нагрузкой. Нагрузка от людей, мебели и другие нагрузки, изменяющиеся за период эксплуатации конструкции, также считаются статической нагрузкой. Первые называются постоянными нагрузками, вторые — временными.

Сейсмическое воздействие, суть которого заключается в перемещении конструкций от движения основания, является динамической нагрузкой.

При разных нагрузках применяется разная методика анализа. Для исследования реакции конструкции под действием статической нагрузки применяют статический расчет, а для исследования конструкций на динамическую нагрузку — динамический расчет, однако, часто применяют упрощенную методику расчета на динамическую нагрузку статическими методами.

Нагрузки от технологического оборудования, машин, механизмов, нагрузки от транспорта являются динамическими. В нормах «Нагрузки на конструкции сооружений» приведены соответствующие динамические коэффициенты, обеспечивающие безопасность конструкций за счет увеличения влияния ее статистики.

Ветровая нагрузка также принадлежит к динамическим нагрузкам, особенно для верхней части высотных и возвышающихся конструкций, при сильном ветре и податливой конструкции. Действие ветра и конструкций друг на друга является очень сложным динамическим процессом. В обычных случаях применяется коэффициент ветровой пульсации, увеличивающий ветровое статическое действие. В случае сложной конструкции, когда она очень восприимчива к динамическому влиянию ветрового давления, необходимо проводить анализ с выполнением эксперимента и численного решения.

Сейсмическое воздействие является одной из динамических нагрузок, при этом обычно используют упрощенную методику расчета. Сегодня применяется методика спектрального анализа, но для сложных высотных конструкций дополнительно необходимо проводить анализ динамики в единицу времени.

Способ анализа колебаний во времени

Уравнение движения для высотных зданий записывается в следующем виде:

где [М] — матрица масс элементов; [К] — матрица жесткости; [С] — матрица демпфирования.

Матрица демпфирования может быть определена следующим образом:

Таким образом, матрицу [С] можно представить в виде линейной комбинации матриц [М] и [К].

Коэффициенты 1/τ_м и т_к можно вычислить следующим образом:

В упругопластическом анализе матрица жесткости [К] изменяется в соответствии со степенью нагружения элемента конструкции, соответствующим образом изменяется матрица [С], зависящая от матрицы [К].

• Решение уравнения движения

Пошаговое интегрирование является основным способом решения уравнения движения. Решение каждого шага выполняется при разбивке движения на определенные временные отрезки. Пошаговое интегрирование применительно к решению упругопластического уравнения движения и уравнения упругости достаточно трудоемкий процесс.

При проведении линейного анализа можно выбрать методику накладывания типа колебания. Объем расчета в этом случае сокращается.

• Требования к анализу колебаний во времени

В соответствии с «Требованиями к сейсмоустойчивым сооружениям» и «Техническими требованиями к конструкциям высотных сооружений» выполнение анализа движения во времени должно соответствовать нижеследующим требованиям:

1. в соответствии с сейсмичностью строительной площадки и сейсмостойкостью здания выбрать акселерограмму прохождения в единицу времени не менее чем двух групп фактических сейсмических волн и одной группы искусственных сейсмических волн;
2. время прохождения сейсмической волны не должно быть менее чем 12 с, обычно принимается 5-10 циклов автоколебаний конструкции; шаг деления сейсмической волны можно принимать 0,01-0,02 с;
3. вводить максимальную акселерацию сейсмической волны можно по таблице

Максимальная вводимая величина А_max сейсмической акселерации

Балльность антисейсмической установки

При проектировании сейсмостойких высотных сложных сооружений часто требуется провести дополнительный анализ колебаний во времени. Необходимо выбрать правильную волну сейсмической акселерации для ввода в общую расчетную схему сооружения, которая должна приниматься не более чем 65% расчетного спектра реакции отклика, а осредненный расчет многих волн не менее чем 80% расчетного спектра реакции. В некоторых проектах для удовлетворения вышеуказанных требований увеличивают максимальную величину акселерации в 1,5-2 раза. Данная мера увеличит балльность антисейсмической установки на 1 балл, что неприемлемо, и в этом случае необходимо заново выбирать сейсмическую волну.Примечание. При 7, 8 баллах величины, которые даны в скобках, назначаются соответственно для тех зон, в которых основная проектная акселерация 0,15 g и 0,30 g.

Источник

Сбор нагрузок на стену первого этажа

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:

— расчетные — значения расчетных нагрузок определяются путем умножения нормативных на коэффициент надежности по нагрузке (γ_ƒ)

Также они классифицируются на:

— временные, которые в свою очередь бывают:

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 м 2 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.

Собственный вес плиты перекрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м 3

Наименование	Нормативная нагрузка, т	γƒ	Расчетная нагрузка, т
Покрытие
Собственный вес плиты покрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м 3	0,55	1,1	0,61
Пароизоляция из 1 слоя рубероида	0,003	1,3	0,004
Утеплитель из керамзита плотностью 400 кг/м 3 , толщина 100мм	0,04	1,3	0,052
Цементно-песчаная стяжка толщиной 30мм, плотностью 1800 кг/м 3	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/м 2 ). 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 1м 2 покрытия	0,994
Перекрытие первого этажа
0,55	1,1	0,61
Цементно-песчаная стяжка толщиной 30мм, плотностью 1800 кг/м 3	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 1м 2 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=2м 2

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 (G_п). Высота 2го этажа — 3 м, парапета — 0,7 м. Толщина — 0,25 м, плотность кладки — 1,8 т/м 3 .

Вес 1 погонного метра равен:

Полная нагрузка, которая действует на 1 пог.м кладки первого этажа составит:

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.

Теперь, когда все нагрузки собраны, можно приступать к Расчету стены на прочность.

Статья была для Вас полезной?

Источник