Учет ветровой нагрузки при расчете фундамента

Расчет фундаментов (основания) от ветровой и снеговой нагрузок

Доброго времени суток, уважаемые форумчане!
Один вопрос по расчету фундамента (основания) меня очень терзает.
Вопрос больше касается расчета основания фундаментов по II ГПС (по деформациям) от ветровой (без пульсации) и снеговой нагрузки

Я так понимаю, что при расчете по I-й ГПС (по несущей способности) фундамент и основания (только п. 2.3 СНиП 2.02.01-83) считается на основное сочетание расчетных нагрузок (куда ветер и снег будут входить с полным расчет значением как кратковременные).
При расчете по II-й ГПС (по деформациям):
— необходимо ли учитывать усилия на фундамент (основания) от ветровой нагрузки (в основном это Q и M).
Некоторые люди молвят, что ветер – это кратковременная нагрузка, а расчет по деформациям должны участвовать только постоянные и длительные нагрузки.
— какая часть расчетной снеговой нагрузки учитывается при расчете фундамента (основания) по деформациям.
Согласно п.2.6 СНиП 2.02.01 снег при расчете по деформациям должен быть длительной нагрузкой.
Я так понимаю: согласно СНиП 2.01.07-85 п.1.7к «К длительным нагрузкам относятся снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением, определяемым умножением полного расчетного значения на коэффициент 0,5» и 5.7* «Нормативное значение снеговой нагрузки следует определять умножением расчетного значения на коэффициент 0,7» получаем:
что та часть снеговой нагрузки, участвующая при расчете основания по II ГПС (по деформациям), будет равна:Sснег длит=Sрасч*0.5*0.7= Sрасч*0.35. Прошу подтвердить или опровергнуть.

Прочитал СНиП, несколько тем по форуму, переговорил с несколькими людьми точного однозначного ответа не получил.

Сейчас считаю фундаменты для одноэтажного пром. здания и усилия от ветра существенно сказываются на габарите подошвы фундамента (особенно на крайних колонн)

Источник

Сбор ветровых нагрузок в каркасном доме

В статье «Сбор нагрузок в каркасном доме» на примере были собраны вертикальные нагрузки на фундаменты каркасного дома. При жестком соединении колонн с фундаментами для расчета последних нужно определить также моменты и поперечные силы. В этой статье мы займемся сбором ветровых нагрузок на рамы здания.

Естественно, объема статьи не хватит, чтобы определить нагрузку на все фундаменты, поэтому мы выберем одну колонну на пересечении осей «Б» и «2» (на плане – розовая) и для нее будем стремиться определить нагрузку.

Для этого нам нужно будет «вырезать» две рамы – вдоль оси «Б» и вдоль оси «2», собрать на них ветер, а затем с учетом вертикальных нагрузок из статьи «Сбор нагрузок в каркасном доме» рассчитать эти рамы (расчет рам изложен в статье «Расчет каркаса с плоскими перекрытиями для определения нагрузки на фундамент»).

Сбор ветровой нагрузки на раму вдоль оси «Б» (ветер слева)

Первым делом открываем ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия», раздел 9 «Ветровые нагрузки».

Чтобы найти расчетное значение ветровой нагрузки на 1 кв. метр здания, воспользуемся формулой (9.2):

Значение W ₀ – это по сути полное нормативное ветровое давление на высоте до 10 м, мы определим по таблице из приложения Е, выбрав ветровую нагрузку для нужного города; W ₀ = 470 Па = 47 кг/м 2 .

Коэффициент надежности по эксплуатационному расчетному значению ветровой нагрузки γ_fe выбираем из таблицы пункта 9.15 при η = 0,02 (для объектов массового строительства); γ_fe = 0,21.

Коэффициент С определяется по формуле (9.3):

С = С aer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd.

Разберем, как находить каждый из коэффициентов.

1) Коэффициент С aer – это аэродинамический коэффициент, который зависит от формы здания. Дело в том, что при одинаковой силе ветра (в нашем случае это 47 кг/м 2 ) при обдуве зданий разной конфигурации мы получим разный эффект, выраженный в усилении или ослаблении этого ветрового давления на поверхность. Коэффициент вполне логичен, а его значение получено опытным путем. Чтобы найти С aer для нашей конструкции, нужно заглянуть в схему 2 приложения И, в которой рассмотрено здание с двускатными покрытиями:

На схеме мы видим разрез дома и его план, а также коэффициенты Ce c индексами от 1 до 3, которые и будут равны искомому С aer для разных частей здания. Заметьте также, что на схеме указано направление ветра, для которого верны данные коэффициенты. Так как рама у нас вдоль оси «Б» не симметрична, необходимо будет в итоге сделать расчет рамы для ветра в двух направлениях: со знаком «+» и «-», выбрав затем наихудшие значения усилий.

Итак, на стену по оси «1» (левую) ветер будет действовать с понижающим коэффициентом Се = + 0,8 (знак «+» означает, что ветер действует на поверхность; знак «-» — ветер действует от поверхности, как бы отрывая от нее).

Для правой стены по оси «4» коэффициент С_е3 нужно найти из таблицы того же приложения И, для этого определим два значения:

1 – отношение b / l = 9.5/9 = 1.05, где b – длина здания в плане (перпендикулярно ветру), l – длина здания в плане (вдоль направления ветра);

2 – отношение h ₁/ L = 5/9 = 0.55, где h ₁ – высота дома от уровня земли до низа крыши; L – длина здания (вдоль направления ветра).

Так как полученные нами значения 1,05 и 0,55 не совпадают с имеющимися в таблице, нужно определять значения С_е3 интерполяцией.

Предлагаю сделать это графическим методом (в любой чертежной программе).

Шаг 1. Найдем значение С_е3 при b / l = 1.05 и h ₁/ L = 0,5:

Откладываем отрезок равный 1 (2-1=1). С одной стороны вниз откладываем отрезок длиной 0,4 (соответствует 1); с другой – 0,5 (соответствует 2). Значения 0,4 и 0,5 мы взяли из таблицы приложения И. Соединяем отрезки наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 1, на 20 частей, т.к. (2-1)/(1,05-1)=20; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 1,05 до 1,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 1,05, и измеряем его длину: -0,405 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,4 и 0,5 – тоже с минусом).

Шаг 2. Найдем значение С_е3 при b / l = 1.05 и h ₁/ L = 1:

Делаем все по тому же принципу, только с одной стороны откладываем отрезок длиной 0,5; с другой – 0,6. Получаем значение -0,505.

Шаг 3. Найдем значение С_е3 при b / l = 1.05 и h ₁/ L = 0,55:

Откладываем отрезок равный 0,5 (1-0,5=0,5). С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,405 (соответствует 0,5); с другой – 0,505 (соответствует 1). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 0,5, на 10 частей, т.к. (1-0,5)/(0,55-0,5)=10; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 0,55 до 0,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 0,55, и измеряем его длину: -0,415 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,405 и 0,505 – тоже с минусом).

В итоге, мы нашли искомый коэффициент С_е3 при b / l = 1.05 и h ₁/ L = 0,55:

Значение С_е3 при h ₁/ L , равном

-0,415

Для левого ската крыши коэффициент С_е1 также определяется интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h ₁/ L = 0,55.

Шаг 1. Найдем значение С_е1 при α = 30 и h₁/L = 0,5:

Откладываем отрезок равный 20. С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,4 вниз – так как 0,4 у нас со знаком «-» (соответствует 20); с другой – 0,3 вверх – так как 0,3 со знаком «+» (соответствует 40). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 20, на 2 части, т.к. (40-20)/(30-20)=2. Откладываем отрезок (розовый), соответствующий значению 30 градусов, и измеряем его длину: -0,05 – это искомая величина (с минусом потому, что отрезок отложен вниз).

Шаг 2. Найдем значение С_е1 при α = 30 и h ₁/ L = 1:

Откладываем отрезок равный 20. С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,7 вниз – так как 0,7 у нас со знаком «-» (соответствует 20); с другой – 0,2 вниз – так как 0,2 тоже со знаком «-» (соответствует 40). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 20, на 2 части, т.к. (40-20)/(30-20)=2. Откладываем отрезок (розовый), соответствующий значению 30 градусов, и измеряем его длину: -0,45 – это искомая величина (с минусом потому, что он отложен вниз).

Шаг 3. Найдем значение С_е1 при α = 30 и h ₁/ L = 0,55:

Откладываем отрезок равный 0,5. С одной стороны вниз откладываем найденный в шаге 1 отрезок длиной 0,05 (соответствует 0,5); с другой – 0,45 (соответствует 1). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 0,5, на 10 частей, т.к. (1-0,5)/(0,55-0,5)=10; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 0,55 до 0,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 0,55, и измеряем его длину: -0,09 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,05 и 0,45 – тоже с минусом).

В итоге, мы нашли искомый коэффициент С_е1 при α = 30 и h ₁/ L = 0,5:

Значение С_е1 при h ₁/ L , равном

-0,09

Для правого ската крыши коэффициент С_е2 определяем интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h ₁/ L = 0,55.

Искомый коэффициент С_е2 при ? = 30 и h ₁/ L = 0,5:

Значение С_е2 при h ₁/ L , равном

-0,41

2) Коэффициент С h – это коэффициент высоты здания, который дает увеличение ветрового давления с увеличением высоты дома. Легко представить: чем выше взобраться, тем сильнее ветер. Обратите внимание, что подбирать этот коэффициент нужно по изменению 1 к ДБН «Нагрузки и воздействия». Согласно этому документу коэффициент Сh определяется по табл.9.01 для зданий и сооружений, старший период собственных колебаний которых не превышает 0,25 сек, и по табл.9.02 для всех других зданий и сооружений. Как разобраться с этими таблицами и периодами собственных колебаний? Если конфигурация здания сбалансирована настолько, что ветер не создаст значительных колебаний конструкции, то значения коэффициента берутся из таблицы 9.01 (в ней коэффициенты значительно меньшие, чем в таблице 9.02). Проверить старший период собственных колебаний конструкции можно, рассчитав ее в программном комплексе (например, с этой задачей справляются Мономах и Лира). Для нашего скромного домика мы возьмем данные из таблицы 9.01.

Зададимся типом местности II – сельская местность.

Для части здания ниже 5 метров С h = 0,7. В нашем примере это как раз стены дома. Для крыши будет следующий коэффициент С h = 0,82 (находится интерполяцией при максимальной высоте дома 7,9 м).

3) Коэффициент С alt – это коэффициент, учитывающий размещения дома на высоте над уровнем моря. При проектировании любого объекта у нас всегда есть данные по абсолютной отметке, к которой мы уже потом привязываем относительные. Если эта абсолютная отметка меньше 500 м, то С alt = 1. Если дом строится в горах, то коэффициент равен удвоенной величине абсолютной отметки (в километрах).

В нашем случае для г. Николаева С alt = 1.

4) Коэффициент С rel – учитывает рельеф местности и повышается, если дом стоит на склоне. Для ровной местности С rel = 1.

5) Коэффициент С dir = 1, можете почитать о нем в ДБН, по-видимому, больше единицы он бывает в каких-то исключительных случаях, о которых ДБН умалчивает.

6) Коэффициент С d = 1, он, как и коэффициент С h , зависит от периода колебаний здания.

Определим коэффициент С и распределенную по поверхности стен и крыши ветровую нагрузку W е (ветер слева):

1) для левой стены по оси «1»

С = 0,8*0,7*1*1*1*1 = 0,56;

W е₁ = 0,21*47*0,56 = 5,53 кг/м 2 ;

2) для правой стены по оси «4»

С = -0,415*0,7*1*1*1*1 = -0,29;

W е₂ = 0,21*47*(-0,29) = -2,86 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания);

3) для левого ската крыши (у оси «1»)

С = -0,09*0,82*1*1*1*1 = -0,07;

W е₃ = 0,21*47*(-0,07) = -0,7 кг/м 2 (отрывающая нагрузка);

4) для правого ската крыши (у оси «4»)

С = -0,41*0,82*1*1*1*1 = -0,34;

W е₄ = 0,21*47*(-0,34) = -3,36 кг/м 2 (отрывающая нагрузка).

Для варианта «ветер справа» нагрузки будут зеркальны.

Определим ветровую нагрузку W (кг/м), приходящуюся на раму по оси «Б». Для этого нужно умножить распределенную по площади нагрузку W е на расчетный пролет сбора нагрузки для колонны (стропильной ноги). Расчетный пролет для крайних колонн, к которым приложена ветровая нагрузка (согласно плану в начале статьи), равен 2,75 м. Стропильные ноги установлены с шагом 1,2 м, значит для всех стропильных ног, кроме крайних (на торцах здания) расчетный пролет будет равен 1,2 м; для крайних – 1,2/2 = 0,6 м.

1) Ветровая нагрузка W ₁ на колонну по оси 1/Б:

W ₁ = W е₁ * L = 5.53*2.75 = 15.2 кг/м;

2) Ветровая нагрузка W ₂ на колонну по оси 4/Б:

3) Ветровая нагрузка W ₃ на стропильную ногу у оси 1:

4) Ветровая нагрузка W ₄ на стропильную ногу у оси 4:

W ₄ = W е₄ *L = -3,36 * 1,2 = -4,03 кг/м.

На рисунке значения ветровой нагрузки указаны без знака «-», т.к. стрелками указано направление действия нагрузок.

Сбор ветровой нагрузки на раму вдоль оси «2» (ветер слева)

Расчетное значение ветровой нагрузки на 1 кв. метр здания:

Здесь W ₀ = 470 Па = 47 кг/м 2 ; ? _fe = 0,21 – как и в предыдущем расчете.

Коэффициент С определяется по формуле:

С = С aer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd;

здесь Calt = Crel = Cdir = Cd = 1; Ch = 0,7 – до 5 метров; Ch = 0,82 – до верха дома (как в предыдущем расчете).

Найдем С aer для частей здания (ветер слева).

На стену по оси «А» (левую) ветер будет действовать с понижающим коэффициентом Се = + 0,8.

Для правой стены по оси «Г» коэффициент С_е3 нужно найти из таблицы, для этого определим два значения:

1 – отношение b / l = 9 /9,5 = 0,95, где b – длина здания в плане (перпендикулярно ветру), l – длина здания в плане (вдоль направления ветра);

2 – отношение h ₁/ L = 5/9,5 = 0.53, где h ₁ – высота дома от уровня земли до низа крыши; L – ширина здания (вдоль направления ветра).

Так как полученные нами значения 0,95 и 0,53 не совпадают с имеющимися в таблице, нужно определять значения С_е3 интерполяцией.

Значение С_е3 при h ₁/ L , равном

-0,406

Согласно примечанию к схеме 2 приложения И (ДБН «Нагрузки и воздействия») при ветре, перпендикулярном торцу здания, для всего покрытия Се = -0,7.

Определим коэффициент С и распределенную по поверхности стен и крыши ветровую нагрузку W е (ветер слева):

1) для левой стены по оси «А» на уровне до 5 м:

С = 0,8*0,7*1*1*1*1 = 0,56;

W е₁ = 0,21*47*0,56 = 5,53 кг/м 2 ;

для левой стены по оси «А» на уровне 7,9 м:

С = 0,8*0,82*1*1*1*1 = 0,66;

W е₁‘ = 0,21*47*0,66 = 6,51 кг/м 2 ;

2) для правой стены по оси «Г» на уровне до 5 м:

С = -0,406*0,7*1*1*1*1 = -0,28;

W е₂ = 0,21*47*(-0,28) = -2,76 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания);

для правой стены по оси «Г» на уровне 7,9 м:

С = -0,406*0,82*1*1*1*1 = -0,33;

W е₂‘ = 0,21*47*(-0,33) = -3,26 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания);

3) для коньковой балки по оси «Б»:

С = -0,7*0,82*1*1*1*1 = -0,57;

W е₃ = 0,21*47*(-0,57) = -5,63 кг/м 2 (отрывающая нагрузка).

Для варианта «ветер справа» нагрузки будут зеркальны.

Определим ветровую нагрузку W (кг/м), приходящуюся на раму по оси «2». Для этого нужно умножить распределенную по площади нагрузку W е на расчетный пролет сбора нагрузки для колонны (балки). Расчетный пролет для крайних колонн, к которым приложена ветровая нагрузка, разный для первого и второго этажей, т.к. на первом этаже есть колонна по оси «3», а на втором этаже этой колонны уже нет. В итоге, расчетный пролет для первого этажа (до трех метров) равен 3 м, а для второго этажа – 4,5 м. Уменьшением нагрузки на верхнюю часть колонны, в связи с уменьшением площади сбора нагрузки (стена сужается из-за крыши), пренебрегаем для упрощения расчета, эта нагрузка пойдет в запас. Расчетный пролет для коньковой балки равен сумме половины пролетов каждой стропильной ноги: 2,6 + 2,6 = 5,2 м.

1) Ветровая нагрузка W ₁ на колонну по оси 2/А на 1 этаже:

W ₁ = W е₁ * L = 5.53*2.75 = 15.2 кг/м;

Ветровая нагрузка W ₁ на колонну по оси 2/А на 2 этаже до отметки +5 м:

W ₁ = W е₁ * L = 5.53*4,5 = 24,9 кг/м;

Ветровая нагрузка W ₁ на колонну по оси 2/А на 2 этаже на отметке +7,9 м:

W ₁ = W е₁‘ * L = 6,51*4,5 = 29,3 кг/м

(ветровая нагрузка на уровне от 5 до 7,9 м переменная, она возрастает от 24,9 до 29,3 кг/м);

2) Ветровая нагрузка W ₂ на колонну по оси 2/Г на 1 этаже:

Ветровая нагрузка W ₂ на колонну по оси 2/А на 2 этаже до отметки +5 м:

Ветровая нагрузка W ₂ на колонну по оси 2/А на 2 этаже на отметке +7,9 м:

(ветровая нагрузка на уровне от 5 до 7,9 м переменная, она возрастает от -12,4 до -14,7 кг/м);

3) Ветровая нагрузка W ₃ на коньковую балку по оси «2»:

Итак, ветровые нагрузки собраны. Можно приступать к расчету рам дома для определения нагрузок на столбчатые фундаменты.

Еще полезные статьи:

Внимание! Для удобства ответов на ваши вопросы создан новый раздел «БЕСПЛАТНАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ».

А в комментариях к этой теме прошу задавать вопросы только по содержанию статьи.

Последняя статья на сайте

Как выполнить расчет каркаса и ничего не упустить

Расчет железобетонного каркаса — дело непростое, особенно для не опытных расчетчиков.

Но ведь когда-то нужно начинать, правда? Кто не начинает, тот так и топчется в инженерах 3 категории.

Предлагаю вашему вниманию небольшое видео с полезной информацией

Новые статьи

Новое в блоге

Странные отношения с заказчиком

Иногда случаются странные вещи, и я не могу их объяснить.

Работа – работой, но отношения с людьми для меня всегда на первом месте. Нет нормальных отношений – работа тоже нормальной не будет.

Не так давно был у меня случай. Человек нашел мой сайт, написал мне письмо и попросил помочь с двумя расчетами. Ок. Договорились о цене, сроках, выяснила все исходные данные и принялась за работу. Когда работа была выполнена, написала заказчику и сказала, что работа готова, после оплаты вышлю результаты.

Обычная вроде бы схема, никогда не подводила.

Изменение по ходу проекта – чем аукается?

Ох уж эти переделки… Иногда выучишь наизусть и содержимое чертежей, и ход их выполнения, пока десять раз переделаешь.

А знаете, чем чревато? Ошибками. Переделка – это всегда незамеченные замыленным глазом, не отловленные ошибки. Причем и проверщик не поможет: у проверщика тоже глаз замыливается…

Как у Бога за пазухой

Интересное дело. Конструктор чаще всего получает работу от архитектора, ну или от человека, выполняющего роль ГИПа – координатора между заказчиком и всеми исполнителями проекта. Напрямую от заказчика работа поступает редко и мимолетно – это обычно те люди, которые строят без проекта, но особо ответственные конструкции сами «проектировать» не рискуют.

Источник