Проектирование строительных конструкций. Определение нагрузок, действующих на здание

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Вариант торгово-офисного комплекса представляет собой металлический каркас из сборных колонн и балок. Колонны имеют жесткое защемление в фундаменте. В продольном направлении осуществляется связевая конструктивная схема, в поперечном рамная конструктивная схема. Размеры здания в плане 22,5*42 м. Шаг поперечных рам различен. Их совместная пространственная работа, жесткость и устойчивость обеспечивается принятыми конструктивными схемами.

Расчет рамы был произведен электронным методом программой «Scad 7.31 R2». Результаты расчета представлены в приложении 1. Из условия обеспечения необходимой жесткости каркаса и допустимых горизонтальных перемещений по п.10.14 т.22 [8], где перемещения верхних точек каркаса не должны превышать

f<[f]=H/500

где h – общая высота здания от уровня земли, H=53,6м;

[f]=53600/500=107мм;

В приложение 1 максимальное перемещение X=68.73<107мм;

В данном разделе на основе результата расчета рамы (приложение 1) производится точный расчет по прочности и устойчивости несущих элементов, а также расчет узлов, с учетом всех необходимых факторов по нормам [10]. При определении сечения элементов используется ручной метод расчета с использованием формул [10].

Ориентация конструктивных элементов по главным осям здания представлена на рис. 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4.

Схема расположения элементов каркаса на 1-6 этажах.

Рис 2.1.

Схема расположения элементов каркаса на 7-14 этажах.

Рис 2.2.

Рис. 2.3.

Рис.2.4.

2.1 Описание принятого варианта.

Основные несущие конструкции запроектированы в виде стального каркаса из колонн, ригелей и связей. Колонны жестко защемлены в фундаменте. В продольном направлении связевая конструктивная схема, в поперечном направлении рамная конструктивная схема. Включение в совместную работу рам происходит за счёт дисков перекрытия.

2.2 Определение нагрузок, действующих на здание.

2.2.1 Нагрузки на междуэтажное перекрытие

	Таблица 2.1 - Нагрузки на перекрытие подземные этажи.
№	Наименование нагрузки	Нормативная, кПа	Коэффициент надежности gf	Расчетная, кПа
п.п
1	Постоянные:
	пол:
1.1	Цементно-песчанная стяжка g=1800кг/м3, d=80мм.	1.44	1.30	1.87
1.2	Ж/б плита перекрытия, d=220мм.	3.00	1.10	3.30
	Ригель:
1.3	Вес ригеля	0.2	1.05	0.21
	ИТОГО p	4.64		5.38
2	Временные:
2.1	длительная часть:
	Перегородки каркасно-обшивные с применением гипсоволокнистых листов	1.00	1.30	1.30
2.2	кратковременная часть:
	Машины	4.00	1.20	4.80
	ИТОГО g	5.00		6.10
	Полная q=p+g	9.64		11.48
	Таблица 2.2 - Нагрузки на перекрытие 1эт÷5эт.
№	Наименование нагрузки	Нормативная, кПа	Коэффициент надежности gf	Расчетная, кПа
п.п
1	Постоянные:
	пол:
1.1	Плита мраморная на цементно песчаном растворе, g=2800кг/м3, d=20мм.	0.56	1.20	0.67
1.2	Цементно-песчанная стяжка g=1800кг/м3, d=20мм.	0.36	1.30	0.47
1.3	Теплоизоляционный и звукоизоляционный слой  g=125кг/м3, d=50мм.	0.06	1.20	0.07
1.4	Ж/б плита перекрытия, d=220мм.	3.00	1.10	3.30
	Ригель:
1.5	Вес ригеля	0.2	1.05	0.21
	ИТОГО p	4.18		4.72
2	Временные:
2.1	длительная часть:
	Перегородки каркасно-обшивные с применением гипсоволокнистых листов	1.00	1.30	1.30
2.2	кратковременная часть:
	Посетители(люди)	4.00	1.20	4.80
	ИТОГО g	5.00		6.10
	Полная q=p+g	9.18		10.82

	Таблица 2.3 - Нагрузки на перекрытие 6эт÷14эт.
№	Наименование нагрузки	Нормативная, кПа	Коэффициент надежности gf	Расчетная, кПа
п.п
1	Постоянные:
	пол:
1.1	Линолеум         g=1800кг/м3, d=20мм.	0.09	1.20	0.11
1.2	Клеящая мастика	0.03	1.30	0.04
1.3	Цементно-песчанная стяжка g=1800кг/м3, d=20мм.	0.36	1.30	0.47
1.4	Теплоизоляционный и звукоизоляционный слой  g=125кг/м3, d=50мм.	0.06	1.20	0.08
1.5	Ж/б плита перекрытия, d=220мм.	3.00	1.10	3.30
	Ригель:
1.6	Вес ригеля	0.2	1.05	0.21
	ИТОГО p	3.74		4.21
2	Временные:
2.1	длительная часть:
	Перегородки каркасно-обшивные с применением гипсоволокнистых листов	1.00	1.30	1.30
2.2	кратковременная часть:
	Посетители (Люди)	2,00 . 0,5 =1,0	1.20	1.20
	ИТОГО g	2.00		2.50
	Полная q=p+g	5.74		6.71

По СНиП 2.01.07-85 п.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:

для офисных помещений (при А > А₁ = 9 м2),

п - общее число перекрытий

 Определяем нагрузку от стенового ограждения приходящуюся на 1м перекрытия. Сбор нагрузок от стенового ограждения приведен в таблице 2.4.

	Таблица 2.4 - Нагрузки от стенового ограждения.
№  п.п	Наименование нагрузки	Нормативная, кН/м	Коэффициент надежности gf	Расчетная, кН/м
	1эт-:-6эт
1	Кирпич высотой 4,2м	13.23	1.10	14.55
	g=1800кг/м3,d=250мм.
	30%  на оконные проемы
2	Фасад высотой 4,2м (утеплитель, фасадная панель, крепёжные элементы)	2.10	1.20	2.52
	g=50кг/м2
	ИТОГО g	15.33		17.07
	7эт-:-14эт
1	Кирпич высотой 3,3м	10.40	1.10	11.44
	g=1800кг/м3,d=250мм.
	30%  на оконные проемы
2	Фасад высотой 3,3м (утеплитель, фасадная панель, крепёжные элементы)	1.65	1.20	1.98
	g=50кг/м2
	ИТОГО g	12.05		13.42

Определяем нагрузку от веса покрытия. Сбор нагрузок приведен в таблице 2.5.

	Таблица 2.5 - Нагрузки на покрытие.
№  п.п	Наименование нагрузки	Нормативная, кПа	Коэффициент надежности gf	Расчетная, кПа
1.1	Защитный слой из гравия	0.50	1.30	0.65
	g=800кг/м3, d=62мм
1.2	Гидроизоляционный ковер g=600кг/м3, d=20мм	0.12	1.20	0.14
1.3	Цементно-песчанная стяжка g=1800кг/м3, d=30мм.	0.54	1.30	0.70
1.4	Керамзитовый гравий по уклону g=1200кг/м3, d=50мм.	0.60	1.30	0.78
1.5	Теплоизоляционный слой (минераловатные плиты) g=125кг/м3, d=150мм.	0.18	1.20	0.22
1.6	Ж/б плита перекрытия, d=220мм.	3.00	1.10	3.30
1.7	Вес ригеля	0.20	1.05	0.21
	ИТОГО g	5.14		6.00

2.2.2 Снеговая нагрузка

Снеговой район для города Новосибирска –IV [8]. Расчетное значение веса снегового покрова s₀ =2,4кН/м². Расчетная снеговая нагрузка на 1м² площади горизонтальной проекции покрытия должна определяться по формуле

, (2.17)

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

μ =1, т.к. по п.5.5* Снижение снеговой нагрузки, придусматриваемое настоящим пунктом, не распространяется: на покрытия зданий в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше минус 5˚С.

Расчетное значение снеговой нагрузки:

.

2.2.3 Ветровая нагрузка

Ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих.

При расчете многоэтажных зданий высотой более 40м необходимо учитывать пульсационную составляющую.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

, (2.18)

w₀ – нормативное значение ветрового давления (п.6.4. [8]), ветровой район  для города Новосибирска – III, тип местности – Б. w₀ =0,38кПа;

k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте (п.6.5.[8]);

с – аэродинамический коэффициент, принимаемый в зависимости от профиля здания и схемы ветровой нагрузки (п.6.6.[8]).

с_е=+0,8 с наветренной стороны и с_е=-0,6 с подветренной стороны (прил.4, п.1.[8]).

Высота здания от поверхности земли H=53,6м.

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке γ_f следует принимать равным 1,4 (п.6.11[8]).

Определяем расчетное значение ветровой нагрузки с наветренной и подветренной стороны.

Таблица 2.5 - Ветровая нагрузка
Этаж (отметка, м)	Действи-тельная отметка, м	k	wm, т/м2	Нормативная нагрузка с наветренной стороны, т/м	Расчётная нагрузка с наветренной стороны, т/м	wm, т/м2	Нормативная нагрузка с подветренной стороны, т/м	Расчётная нагрузка с подветренной стороны, т/м
	0,000	0,50	0,015			0,011
1 (0,000)				0,052	0,072		0,039	0,054
	3,400	0,50	0,015			0,011
2 (+4,800)				0,074	0,104		0,056	0,078
	7,900	0,59	0,018			0,013
3 (+9,000)				0,082	0,114		0,061	0,086
	12,100	0,69	0,021			0,016
4(+13,200)				0,094	0,131		0,070	0,098
	16,300	0,78	0,024			0,018
5(+17,400)				0,104	0,146		0,078	0,109
	20,500	0,86	0,026			0,020
6(+21,600)				0,113	0,158		0,085	0,118
	24,700	0,91	0,028			0,021
7(+25,800)				0,106	0,149		0,080	0,112
	28,450	0,96	0,029			0,022
8(+29,100)				0,098	0,137		0,073	0,103
	31,750	1,00	0,030			0,023
9(+32,400)				0,102	0,143		0,077	0,107
	35,050	1,04	0,032			0,024
10(+35,700)				0,106	0,149		0,080	0,112
	38,350	1,08	0,033			0,025
11(+39,000)				0,110	0,154		0,083	0,116
	41,650	1,12	0,034			0,025
12(+42,300)				0,114	0,159		0,085	0,119
	44,950	1,15	0,035			0,026
13(+45,600)				0,117	0,164		0,088	0,123
	48,250	1,18	0,036			0,027
14(+48,900)				0,115	0,161		0,086	0,120
	51,400	1,21	0,037			0,028
перек.				0,120	0,168		0,090	0,126
	54,600	1,25	0,038			0,028

Каркас здания нагружаем распределёнными силами в уровне перекрытий.

2.3 Расчет рамно-связевой системы.

2.3.1 Подбор сечения балок.

2.3.1.1 Ригель Б1.

Ригель Б1 не воспринимает нагрузок, кроме собственного веса, и является элементом служащим для уменьшения расчётной длины колонн, в связевом