Что такое нагрузка в строительстве

Wiki ЖБК

Материалы для проектирования железобетонных конструкций

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Боковая панель

Проектное бюро Фордевинд:

Сайты схожей тематики:

Содержание

Виды нагрузок и воздействий

СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» Актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85*:

1.4 При проектировании следует учитывать нагрузки, возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

4 Общие требования

4.1 Основными характеристиками нагрузок, установленными в настоящих нормах, являются их нормативные (базовые) значения.

При необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость и в других случаях, оговоренных в нормах проектирования конструкций и оснований, кроме того, устанавливаются пониженные нормативные значения нагрузок от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, от мостовых и подвесных кранов, снеговых, температурных климатических воздействий.

4.2 Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию. Минимальные значения коэффициента надежности определяются следующим образом:

4.3 В особых сочетаниях (см. 6.2) коэффициент надежности по нагрузке для постоянных, длительных и кратковременных нагрузок следует принимать равным единице, за исключением случаев, оговоренных в других нормативных документах.

4.4 Расчетные значения климатических нагрузок и воздействий (снеговые и гололедные нагрузки, воздействия ветра, температуры и др.) допускается назначать в установленном порядке на основе анализа соответствующих климатических данных для места строительства.

4.5 При расчете конструкций и оснований для условий возведения зданий и сооружений расчетные значения снеговых, ветровых, гололедных нагрузок и температурных климатических воздействий следует снижать на 20 %.

5 Классификация нагрузок

5.1 В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные Р_d и временные (длительные Р_l, кратковременные Р_t, особые Р_s) нагрузки.

5.2 Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные нагрузки.

Нагрузки, возникающие на стадии эксплуатации сооружений, следует учитывать в соответствии с указаниями 5.3–5.6.

5.3 К постоянным Р_d нагрузкам следует относить:

Сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.

5.4 К длительным Р_l нагрузкам следует относить:

5.5 К кратковременным нагрузкам Р_t следует относить:

5.6 К особым Р_s нагрузкам следует относить:

Расчетные значения особых нагрузок устанавливаются в соответствующих нормативных документах или в задании на проектирование.

Источник

Понятие нормативных и расчетных нагрузок. Коэффициенты надежности.

В методе предельных состояний применяется система коэффициентов надежности и коэффициентов условий работы, учитывающая изменчивость нагрузок, свойств материалов и условий работы конструкции. В связи с этим в расчетах по методу предельных состояний используются нормативные и расчетные значения нагрузок.

Нормативные нагрузки – это нагрузки, установленные нормами по заданной заранее вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям.

Расчетные нагрузки – это нагрузки, используемые в расчетах конструкций на прочность и устойчивость и получаемые путем умножения нормативных значений нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке и по назначению здания:

где γ_f – коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по актуализированной версии СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (СП 20.1330.2016),

γ_n – коэффициент надежности по назначению сооружения, зависящий от уровня ответственности сооружения.

Установлено три класса ответственности зданий и сооружений:

II – нормальный уровень ответственности: здания и сооружения массового строительства (жилые, общественные, проиводственные и сельскохозяйтсвенные здания и сооружения). Для них γ_n = 1.0.

III – пониженный уровень ответственности: сооружения сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и др.). Для них γ_n = 0.8.

Величина коэффициента надежности по нагрузке (0.9 ≤ γ_f ≤ 1.4) зависит от вида нагрузки и группы предельных состояний. Нагрузки, действующие на здание, делятся на постоянные, временные и особые.

Постоянные – нагрузки, действующие в течение всего периода эксплуатации. Это вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов для заглубленных сооружений, усилие предварительного обжатия.

Временными называются нагрузки, изменяющие в процессе эксплуатации по величине или положению. Временные нагрузки делятся на длительные и кратковременные.

К длительным нагрузкам относятся: вес стационарного оборудования, нагрузка от массы продуктов, заполняющих оборудование в процессе эксплуатации, пониженное значение снеговых и крановых нагрузок, давление жидкостей, газов и сыпучих материал в емкостях, трубопроводах и др.

К кратковременным нагрузкам относятся: вес людей, полное значение снеговых и крановых нагрузок, ветровые нагрузки, а также нагрузки, возникающие при монтаже и ремонте конструкций.

Расчет конструкций выполняется на действие нагрузок в различных сочетаниях. Одновременное действие постоянных, длительных и кратковременных нагрузок называется основным сочетанием. Вероятность одновременного воздействия наибольших нагрузок учитывается коэффициентами сочетаний.

При одновременном действии двух и более временных нагрузок эти коэффициенты для всех временных нагрузок, кроме тех, что оказывают наибольшее влияние, принимаются меньше единицы. Для длительных нагрузок они равны 0.95, а для кратковременных – 0.9 или 0.7 в зависимости от степени влияния нагрузки. Наиболее значимая временная нагрузка прикладывается без снижения.

Особые сочетания складываются из нагрузок из основного сочетания и одной из особых нагрузок. В особых сочетаниях кратковременные нагрузки умножаются на коэффициент 0.8 (кроме случая сейсмических воздействий). Особая нагрузка прикладывается без снижения.

Источник

Для чего и как рассчитывается нагрузка на перекрытие жилого дома кг/м2?

Плиты перекрытий – это несущие конструкции зданий, воспринимающие постоянные и временные нагрузки в пределах одного этажа.

Плиты укладываются в пролёте между вертикальными опорами – стенами, пилонами или колоннами.

Преимущественно работают на изгиб и выполняют роль жёсткого диска, объединяющего отдельные элементы каркаса сооружения в единую геометрически неизменяемую систему.

При расчёте плит перекрытий определяются такие важные параметры, как их толщина, армирование, прогиб и необходимость устройства дополнительных подпирающих элементов (балок или капителей).

Как провести расчет нагрузок на перекрытие, расскажем далее.

Что это такое?

Нагрузки, прикладываемые к перекрытию, представляют собой сочетание внешних сил, действующих на конструктивный элемент, вызывая в нём внутренние усилия. Несущая способность элемента определяется из условия равновесия, достигаемого при приложении нагрузок.

Виды нагрузок на плиты перекрытий по СНиП и СП

Нагрузки на пролётные конструкции определяются, исходя из требований нормативных документов – СНиП 2.01.07-85 и его обновлённой версии – СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

В соответствии с пунктами этих нормативов, нагрузки классифицируются на следующие виды:

Например, в жилых квартирах или частных домах – это нагрузки от мебели, бытовых приборов и самих жильцов.

В зависимости от функционального назначения помещений, величины полезных нагрузок различаются.

Расчёт пролетных конструкций

Расчёт пролётных конструкций ведётся по двум группам предельных состояний:

На несущую способность плит перекрытий влияет величины постоянных и полезных нагрузок, толщина элемента, длина пролёта и условия эксплуатации помещения.

Как рассчитать значения?

Расчёт нагрузок на плиту перекрытия производится методом суммирования всех приложенных к конструктивному элементу внешних сил, с учётом различных коэффициентов запаса, принимаемых по указанному выше СНиП. Если рассмотреть теоретические выкладки, то расчёт нагрузок делится на следующие категории:

Предельные

Расчёт сводится к вычислению максимально допустимого значения приложенных на конструкцию внешних сил, при которых конструкция достигает предельного равновесия.

Например, на основании представленного ниже расчёта – при приложении суммарной расчётной нагрузки 900 кг/м 2 на плиту перекрытия толщиной 200 мм, армированную прутками d10 A500s с шагом 200 мм, достигается фактический изгибающий момент М = 2812,5 кН*см при пролёте 5 м.

А сечение с такими параметрами остаётся в равновесии при достижении момента М_пред = 2988.5 кН*см, что всего на 5,8% выше предельного значения.

Точечные

Как правило, такие силы не прикладываются к перекрытию отдельно – всегда существуют постоянные нагрузки, и единичное точечное загружение суммируется с ними.

Приложенная точечная нагрузка влияет на значение опорных реакций и величину изгибающего момента в расчётном сечении. Усилия от точечного загружения определяется как произведение силы на плечо (расстояние от ближайшей точки опоры).

Например, если в комнате с пролётом 5 метров стоит декоративная колонна массой 500 кг на расстоянии от стены 2 м, то расчётная нагрузка с учётом коэффициента запаса (g_n для постоянных сил = 1,05) составит 525 кг. Момент в данной точке составит 525 кг х 2 м = 1050 кг * м, или 1050 кН * см.

Соответственно, при добавлении равномерно распределённого загружения, описанного выше, стандартное сечение плиты с армированием d10 A500s с шагом 200 мм не будет удовлетворять расчёту прочности, и данное место следует усилить дополнительными стержнями, например, d10 A500s ш. 200 + d12 A500s ш. 200.

Пересчёт на м 2

Учитывая, что жб плита перекрытия работает по упруго-пластической схеме, все внутренние усилия в ней перераспределяются по площади и объёму.

СНиП допускает не производить расчёт временных нагрузок на плиту от конкретных предметов, а учитывать приведённую равномерно-распределённую по площади поверхности силу.

Например, вдоль стены комнаты, на протяжении 3 м стоит гарнитур общей массой 400 кг, напротив – диван массой 200 кг и другие предметы мебели с разными весами. По данному помещению каждый день передвигаются 4 человека с массами тела от 50 до 120 кг.

Пример

Ниже представлен пример сбора нагрузок на перекрытие в частном жилом доме. По условию задачи, габариты комнаты составляют 7 х 4 м, плита перекрытия 200 мм, поверх которой уложена ц/п стяжка толщиной 50 мм по подложке из экструдированного пенополистирола 30 мм, а в качестве чистового пола применяется керамогранитная плитка толщиной 12 мм с клеевым составом 3 мм.

Требуется собрать расчётные нагрузки на данную конструкцию для последующего расчёта. Задача решается с выполнением следующих этапов:

Собственный вес плиты – M₁ = S x h x r_бет, где:

Масса полов – M₂ = m_подл + m_стяж + m_плит, где:

M₂ = 24 кг + 1800 кг + 720 кг = 2544 кг. В жилом помещении рекомендуемая по СНиП временная нагрузка составляет q = 150 кгс/м₂.

Таким образом, суммарная полезная нагрузка на плиту составляет F = q x S = 150 х 20 = 3000 кг:

Таким образом, F_{общ расч} = (M₁ + M₂) x g_{nс пост} + F x g_{n врем} = (10000 кг + 2544 кг) х 1,1 + 3000 кг х 1,4 = 13798,4 кг + 4200 кг = 17998.4 кг

18000 кг, или 1800 кН.

При наличии точечной или штамповой нагрузки от веса какого-либо оборудования, она участвует в расчёте отдельно, формируя линейную, а не квадратичную зависимость изгибающего момента.

В отдельных случаях допускается разложить точечную нагрузку на равномерно распределённую по площади, с учётом повышающего коэффициента, так как железобетон не является упругим материалом, и все усилия в нём перераспределяются в большей части его объёма.

Изгибающий момент

Безбалочная плита перекрытия должна удовлетворять расчёту по прочности, или первой группе предельных состояний. Чтобы определить несущую способность перекрытия, необходимо выполнить следующий алгоритм:

Если данные показатель меньше 2, то плита считается опёртой по контуру, и расчёт ведётся относительно того пролёта, в котором возникает наибольший изгибающий момент.

В рассматриваемом примере балка имеет сечение b x h = 1 м х 0,2 м, и к ней приложена нагрузка q_расч = 900 кг/м, или 90 кН/м.

Величина изгибаемого момента для подобной конструкции составляет M = q_расч х l 2 / 8, где l – величина пролёта, или 5 м. M = 90 кН/м х 5 х 5 / 8 = 281.25 кН*м, или 2812,5 кН*см.

Величина изгибающего момента может быть отображена на эпюре данного вида усилия, возникающего в конструкции.

Как посчитать несущую способность?

При известной величине изгибающего момента и габаритов (жёсткости сечения) можно определить несущую способность данного пролётного элемента по следующим формулам:

Высота сечения плиты складывается из двух величин h = h₀ + a, где h₀ – рабочая высота от нижней арматуры, находящейся в зоне растяжения до верхней грани бетона. а – величина защитного слоя бетона. Как правило, этот показатель в тонких плитах варьируется в пределах от 15 до 25 мм. h₀ = h – a = 200 мм – 20 мм = 180 мм.

В строительной механике, согласно по СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», существуют два условия, при которых конструкция достигает предельного равновесия под действием внешних сил.

В условии равновесия х – абсолютная величина сжатой зона бетона, которая равняется х = R_s А_s / g_b1 R_bb (по СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»):

Требуемая площадь рабочей арматуры зависит от расчётных параметров сечения и величины внутренних усилий (в плите перекрытия – изгибающего момента).

Для предотвращения образования трещин от усадки бетона, в плитах перекрытий шаг рабочей арматуры, чаще всего, назначается 200 мм. Таким образом, в расчётной полосе шириной 1 м располагается 5 рабочих стержней.

На завершающем этапе из основного условия равновесия определяется предельно допустимый момент, который может возникнуть в сечении плиты перекрытия. M = g_b1 R_bbx(h₀ – x/2) = 0,9 х 1,7 х 100 х 1,12 х (18 – 1,12/2) = 2988.5 кН*см.

Далее остаётся сравнить предельно допустимый момент 2988.5 кН*см с фактическим усилием, возникающим после приложения нагрузок – 2812,5 кН*см, который оказался меньше, значит, условие прочности выполняется.

В случае, если условие предельного равновесия не достигается, толщина плиты, а также расчётное количество рабочей арматуры должны быть пересмотрены.

Прочность ЖБ элемента

В строительной механике понятия прочности и несущей способности практически не имеют различий. Однако, на практике это не совсем так. Прочность – это способность конструктивного элемента не разрушаться под действием внешних сил. Несущая способность – это способность конструктивного элемента удовлетворять предъявленным к нему эксплуатационным требованиям под действием сочетания нагрузок.

Таким образом, расчёт по предельным состояниям 1 группы, приведённый выше, показывает, что плита перекрытия остаётся в статическом положении не разрушается, (то есть, обеспечивается её прочность) и может эксплуатироваться в нормальных условиях (так как в расчёте были учтены все коэффициенты условий работы). Проведения дополнительных прочностных расчётов не требуется.

Возможные сложности и ошибки

При расчёте сечения плиты перекрытия на прочность, следует учитывать важные нюансы, чтобы не допустить серьёзных ошибок:

Последствия неверных расчётов могут привести к обрушению строительных конструкций, недопустимым прогибам и другим непоправимым проблемам во время эксплуатации сооружения.

Заключение

Перед назначением толщины и армирования плиты перекрытия необходимо провести расчёт прочности изгибаемого элемента. Вычисления выполняются после сбора постоянных и временных нагрузок и определения внутренних усилий в конструкции.

Если результаты расчёта не удовлетворяют условиям предельного равновесия, необходимо задать другую толщину плиты и провести вычисления заново.

Источник

Что такое нагрузка в строительстве

Каждое здание или сооружение неизбежно испытывает воздействие тех или иных нагрузок. Это обстоятельство заставляет нас, расчетчиков, анализировать работу сооружения с позиции наиболее неблагоприятного их сочетания — чтобы даже в случае его проявления конструкция оставалась прочной, устойчивой, выносливой.

Для конструкции нагрузка является внешним фактором, который переводит ее из состояния покоя в напряженно-деформированное состояние. Сбор нагрузок не является конечной целью инженера — эти процедуры относятся к первому этапу алгоритма расчета конструкции (рассмотрен в этой статье).

Классификация нагрузок

В первую очередь, нагрузки классифицируют по времени воздействия на конструкцию:

Сегментация нагрузок позволяет моделировать работу конструкции и выполнять соответствующие расчеты более гибко, с учетом вероятности появления той или иной нагрузки и вероятности их одновременного появления.

Единицы измерения и взаимные преобразования нагрузок

В сфере строительства сосредоточенные силовые нагрузки измеряются, как правило, в килоньютонах (кН), а моментные нагрузки — в кНм. Напомню, что согласно Международной системе единиц (СИ) сила измеряется в Ньютонах (Н), длина — в метрах (м).

Распределенные по объему нагрузки измеряются в кН/м3, по площади — в кН/м2, по длине — в кН/м.

Рисунок 1. Виды нагрузок:
1 — сосредоточенные силы; 2 — сосредоточенный момент; 3 — нагрузка на единицу объема;
4 — нагрузка, распределенная по площади; 5 — нагрузка, распределенная по длине

Любую сосредоточенную нагрузку \(F\) можно получить, зная объем элемента \(V\) и объемный вес его материала \(g\):

Получить нагрузку, распределенную по площади элемента, можно через его объемный вес и толщину \(t\) (размер, перпендикулярный плоскости нагрузки):

\[p = g \cdot t.\quad (4.2)\]

Аналогично, распределенная по длине нагрузка получается произведением объемного веса элемента \(g\) на толщину и ширину элемента (размеры в направлениях, перпендикулярных плоскости нагрузки):

\[q = g \cdot t \cdot b = gA,\quad (4.3)\]

Кинематические воздействия измеряются в метрах (прогибы) или радианах (углы поворотов). Температурные нагрузки измеряются в градусах Цельсия (°C) или других единицах температуры, хотя могут задаваться и в единицах длины (м) или быть безразмерными (температурные расширения).

Постоянные нагрузки

К постоянным нагрузкам относятся:

Рассмотрим примеры определения нагрузки от собственного веса для различных элементов конструкций.

Кейс 1. Нагрузка от собственного веса балкона

Рисунок 2. Нагрузка от собственного веса балкона

Если принять расчетную схему балконной плиты в виде консольно-защемленной балки, то имеют место несколько видов нагрузок, которые можно считать постоянными:

Все эти нагрузки должны учитываться в расчете одновременно, потому что воздействуют на конструкцию постоянно, и все вместе. Таким образом, изгибающий момент в заделке будет равен:

где \(l\) — длина консольного свеса плиты.

Нагрузку от собственного веса отдельного элемента конструкции удобно вычислять через объемный вес материала, из которого он выполнен. Например, нагрузка от веса железобетонной плиты балкона (рис. 1):

Соответственно, для определения нагрузки от утеплителя в формуле (4.5) достаточно заменить объемный вес на вес 1 м 3 применяемого утеплителя, а вместо толщины плиты указать толщину слоя. Расчетная ширина полосы нагрузки \(b\) остается постоянной.

Нагрузку от веса перил можно вычислить так:

\[F = \left( <<\rho _c>\cdot A \cdot h> \right)n,\quad \left( <4.6>\right)\]

Кейс 2. Нагрузка от собственного веса металлоконструкций

Рассмотрим пример определения постоянной нагрузки, воздействующей на колонну металлического каркаса (рисунок 3).

Рисунок 3. Передача постоянной нагрузки от элементов каркаса

На колонны опираются несущие балки (двутавр N20) длиной \(l = 3\) м, на которые сверху уложен настил из листового проката толщиной \(t = 20\) мм. На каждую балку приходится доля нагрузки, собираемая с полупролета с каждой стороны, а в сумме — с целого пролета \(b = 4\) м между двумя соседними балками:

\[ = <\rho _s>\cdot b \cdot t = 78,5 \cdot 4 \cdot 0,020 = 6,28.\quad \left( <4.7>\right)\]

Определяем нагрузку от собственного веса балки (\(A\) — площадь сечения двутавра N20):

Балка, опертая по концам, “делится” 50% своей нагрузки с каждой из опор. Значит, на каждую колонну приходится половина общей нагрузки:

Кейс 3. Давление грунта на подпорную стенку

При проектировании подпорной стенки расчетчику сначала следует определить активное и пассивное давление грунта (рисунок 4):

Рисунок 4. Нагрузки от давления грунта

Сила \(\) является равнодействующей активного давления, воздействующего на стенку со стороны основного массива грунта. Соответственно, сила \(\) — равнодействующая пассивного давления (включается в работу, когда основной массив пытается сдвинуть стенку влево).

Указанные усилия определяются, как правило, по законам механики грунтов, с учетом высоты засыпки, свойств грунта и других параметров.

Кейс 4. Гидростатическая нагрузка на опору моста

На каждую мостовую опору, размещенную в русле реки или омываемую паводковыми водами на подходах, воздействует гидростатическое давление воды (рисунок 5).

Рисунок 5. Опора моста: 1 — по фасаду, 2 — поперек моста

То, что мы в обиходе называем “архимедовой силой”, является силой упругого взаимодействия физического объекта с жидкостью. Поскольку опора моста притоплена, то со стороны водотока на нее действует соответствующая выталкивающая сила:

\[F = \rho \cdot h \cdot b \cdot t,\quad \left( <4.10>\right)\]

Если в сооружении проявляются усилия, например, от предварительного напряжения (в ЖБК или металлоконструкциях с оттяжками или вантами), то эти усилия также относят к усилиям от постоянных нагрузок.

Почти все остальные виды нагрузок являются временными.

Длительные и кратковременные нагрузки

Длительные нагрузки оказывают воздействие на здание или сооружение в течение длительного срока (как говорится “не день и не два”):

Кратковременные нагрузки проявляются в коротких промежутках времени:

Как отличить длительную нагрузку от кратковременной?

Чтобы отличить длительную нагрузку от кратковременной, постарайтесь проанализировать срок ее “пребывания” на конструкции. Если, появившись, она тут же может исчезнуть — смело относите ее к кратковременным, иначе — к длительным.

Кейс 5. Временная нагрузка от веса людей и перегородок

Рассмотрим ситуацию, когда нам нужно спроектировать плиту перекрытия торгового центра. На рисунке 6 показана проектная схема здания с секциями различного назначения, в которых могут пребывать люди. Красным цветом показаны места теоретического расположения перегородок (идея архитектора).

Рисунок 6. Фасад и сечение конструкции (сверху) и расчетная схема перекрытия (снизу)

В данном случае мы имеем дело с двумя временными нагрузками — весом перегородок (длительная нагрузка) и весом людей (кратковременная нагрузка). Обычно, ширина перегородки существенно меньше пролета здания в свету, поэтому в плоской расчетной схеме данная нагрузка может быть принята в виде сосредоточенной силы:

\[F = \gamma \cdot b \cdot h \cdot t,\quad (4.11)\]

Посетители и персонал торгового центра могут произвольным образом располагаться между стенами и перегородками, поэтому вес людей принимаем в виде равномерно распределенной нагрузки нормативной интенсивностью не ниже 4 кПа [7]:

\[q = 4,0 \cdot b.\quad (4.12)\]

Кстати, располагать все временные нагрузки сразу во всех пролетах конструкции — не совсем правильно, но об этом мы поговорим позже.

Кейс 6. Снеговая и ветровая нагрузки на рекламный щит

Рассмотрим сбор снеговых и ветровых нагрузок на конструкции наружной рекламы типа “биллборд” (рисунок 7, 1).

Рисунок 7. К расчету биллборда на снеговые нагрузки:
1 — общий вид; 2, 3 — сбор снеговых нагрузок по фасаду; 4 — вид сбоку

Начнем со снеговой нагрузки. Обычное выпадение снега на верхнюю кромку щита учитываем в расчете равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью \(q\) (рисунок 7, 2).

Конструкция щита имеет элементы освещения, поэтому можно предположить, что снег в этом месте может накапливаться, цепляясь за стойку. Моделируя эту ситуацию, приходим к неравномерно распределенной нагрузке (рисунок 7, 3).

Величина снеговой нагрузки зависит от норм, по которым Вы выполняете расчет. Так, в нормах [7] формула для определения снеговой нагрузки (кПа) имеет вид:

Все величины, входящие в формулу (4.13), приводятся непосредственно в стандарте [7]. Тогда нагрузка на кромку щита (кН/м) будет равна:

Сосредоточенная сила, которая может далее потребоваться для проверки прочности стойки щита на сжатие, в первом случае составляет

а для случая c неравномерным распределением снеговая нагрузка собирается с соответствующих участков длиной \(a\), \(b\):

Еще одной проблемой для рекламного щита может стать наледь, которая появляется на открытых невертикальных поверхностях в холодное время года. Осадки в виде снега или дождя могут образовать сплошную полосу льда, которая создаст дополнительную нагрузку на конструкции щита. В этом случае модель нагрузки будет аналогична представленной на рисунке 7, 1.

Безусловно, для таких сравнительно небольших конструкций, как биллборд, снеговая нагрузка не будет доминирующей, и в большинстве случаев ее можно не учитывать. Однако, при проектировании конструкций с большей площадью горизонтальной поверхности снеговая нагрузка будет возрастать и может привести к появлению существенных усилий в опорных элементах. Вот пример конструкции, в проекте которой снеговая нагрузка была учтена ошибочно:

Рисунок 8. Чрезмерные прогибы крыши от снеговой нагрузки

Современные нормы проектирования предписывают учитывать воздействие ветра в различных его проявлениях (вихревое возбуждение, галопирование, флаттер и пр.). В данном примере определим только основной тип ветровой нагрузки из стандарта [7].

Рисунок 9. К расчету биллборда на ветровые нагрузки:
1 — вид по фасаду; 2 — вид сбоку

Главным образом, на конструкцию действует нормальное давление ветра \(\). Современные стандарты проектирования, например [7], определяют ветровую нагрузку (кПа) как сумму двух составляющих:

Средняя и пульсационная составляющие, в свою очередь, зависят от ветрового района, скорости ветра, размеров сооружения (в первую очередь, высоты) и других параметров.

Основное полотно биллборда (щит) выступает своеобразным “парусом”, собирающим ветровую нагрузку, поэтому основное внимание в расчетах следует сосредоточить на проверках прочности соединения щита со стойкой, и самой стойки. При расчете стойки необходимо рассмотреть все возможные варианты ее работы — от изгиба в обеих плоскостях (\(xz\), \(yz\)) до кручения вокруг продольной оси (\(z\)).

Сила трения ветрового потока о конструкции щита будет возникать на конструкциях с “волнистой” или шероховатой структурой. Для биллбордов с относительно гладкой поверхностью она будет незначительна.

Особые нагрузки

Особые нагрузки отнесены в отдельную категорию, потому что их появление связано с каким-либо аварийным происшествием, природной или техногенной катастрофой:

Ярким примером особой нагрузки является террористическая атака на башни Всемирного торгового центра 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке, США:

Рисунок 10. Задача: какой жесткостью должно обладать здание, чтобы не разрушиться от удара самолета?

Для определения особой нагрузки расчетчику, как правило, придется воспользоваться соответствующим специализированным стандартом (например, для проектирования сейсмостойких или пожароустойчивых конструкций).

Нормативные (характеристические) и расчетные нагрузки

До этого момента мы говорили о нагрузки, подразумевая ее какое-то числовое значение. В проектировании строительных конструкций различают два вида значений нагрузки:

Нормативное значение нагрузки — это значение, полученное по фактическим размерам и весовым характеристикам элемента. Например, если нормативная нагрузка от веса 1 м 3 железобетона составляет примерно 25 кН; это означает, что если мы положим такой кубик на весы, то стрелка покажет нам значение 2,5 т.

Термин “нормативная” нагрузка больше относится к нормам проектирования СНГ, в Еврокоде же используется понятие “характеристическое” значение нагрузки [3].

Непосредственно в расчетах используется расчетное значение нагрузки. По сути, это нормативное значение, только с учетом различных коэффициентов. Например, расчетное значение нагрузки от собственного веса железобетонной балки составляет [7]:

Таким образом, расчетная нагрузка повышается на 10% по сравнению с нормативной.

Коэффициент надежности

В нормах проектирования СНГ коэффициент надежности по нагрузке обозначается \(<\gamma _f>\).

Как правило, он всегда больше единицы, потому что в расчет нам нужно завести заведомо большую нагрузку. Величина коэффициента надежности для постоянных нагрузок колеблется в диапазоне от 1,05 до 1,3.

Для временных нагрузок коэффициенты надежности обычно выше, чем для постоянных. Это обусловлено тем, что временная нагрузка по природе более изменчива и вероятность отклонения ее значения от нормативного, в общем случае, выше. Так, расчетная нагрузка от веса людей составляет:

Источник