вариант 18. 3. Задача определить расчетную нагрузку на конструкции перекрытия здания (исходные данные

• Название: 3. Задача определить расчетную нагрузку на конструкции перекрытия здания (исходные данные
• Дата: 22.05.2022
• Размер: 23.17 Kb.
• Имя файла: вариант 18.docx
• Тип: Закон; #543143

1. Понятие уникальных и высотных зданий и сооружений, нормирование (в соответствии с положениями федеральных законов и действующих ведомственных норм). Привести примеры определений таких зданий. Особенности определений, приведенных в различных документах.

2. Расчетные технологии для анализа напряженнодеформированного состояния несущих систем зданий и сооружений, их особенности.

3. Задача: определить расчетную нагрузку на конструкции перекрытия здания (исходные данные – вариант №18).

1. Понятие уникальных и высотных зданий и сооружений, нормирование (в соответствии с положениями федеральных законов и действующих ведомственных норм). Привести примеры определений таких зданий. Особенности определений, приведенных в различных документах.

Виды высотных и других уникальных зданий и сооружений определены Градостроительным Кодексом Российской Федерации (гл.6, ст.48.1 «Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты»).

СП 253.1325800.2016 «Инженерные системы высотных зданий», способ определения высоты следует из определения термина «высотное здание»:

3.1.7 высотное здание: Здание, высота которого от отметки поверхности проезда пожарных машин, находящейся на уровне нижней планировочной отметки земли, до нижнего уровня открывающегося проема или окна в наружной стене верхнего этажа (не считая верхнего технического этажа), а в случае сплошного остекления и отсутствия проемов или окон в верхних этажах - до верха перекрытия последнего этажа, составляет для общественных зданий - более 55 м, для жилых зданий - более 75 м.

[СП 253.1325800.2016, 3.1.7]

Так же используются специальные определения высоты здания в зависимости от условий строительства. Например, в соответствии с СП 21.13330.2012 «Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.01.09-91» высоту зданий определяют от подошвы фундамента до верхней их точки (Приложение И, И.10).

При строительстве в сейсмических районах в соответствии с СП 14. «СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах»: За предельную высоту здания принимают разность отметок низшего уровня отмостки или поверхности земли, примыкающей к зданию, и низа верхнего перекрытия или покрытия. Подвальный этаж включают в число этажей в случае, если верх его перекрытия находится выше средней планировочной отметки земли не менее чем на 2 м. (Примечание1 к таблице 7).

Можно выделить противоречия в правилах выбора верхней точки зданий, по которой определяется высота:

- с учетом наличия эксплуатируемой кровли и без учета;

- с учетом наличия сплошного остекления и отсутствия проемов или окон в верхних этажах и без учета;

- технический этаж может учитываться при определении высоты здания и может не учитываться.

При отсутствии окон в верхних этажах высоту зданий определяют и по полу верхнего этажа, и по полусумме отметок пола и потолка этажа, и по потолку верхнего этажа.

За нижнюю точку отсчета в разных сводах правил принимается:

- поверхность проезда для пожарных машин;

- пол 1-го этажа;

- подошва фундамента;

- отметка низшего уровня отмостки или поверхности земли.

Наиболее неоднозначное определение высоты здания присутствует в СП 253.1325800.2016. Здесь для случая сплошного остекления и отсутствия проемов или окон в верхних этажах присутствует фраза «до верха перекрытия последнего этажа». В наших нормативных документах отсутствует определение термина «перекрытие этажа». Перекрытием этажа называют как вернее перекрытие, так и нижнее. Например, в 3.18 свода правил СП 54.13330.2016 записано:

3.18 подполье здания: Помещение, предназначенное для размещения трубопроводов инженерных систем, размещаемое между перекрытием первого или цокольного этажа и поверхностью грунта.

[СП 54.13330.2016, 3.18]

То есть, из смысла данного определения можно однозначно утверждать, что перекрытие этажа – именно нижнее перекрытие.

В тоже время из пункта 3.30 данного свода правил следует:

3.30 чердак здания: Помещение, расположенное в пространстве между перекрытием верхнего этажа, покрытием здания (крышей) и наружными стенами, расположенными выше перекрытия верхнего этажа.

[СП 54.13330.2016, 3.13]

В данном случае перекрытие – это верхнее перекрытие.

В стандарте СТО НОСТРОЙ 2.12.97-2013 перекрытие определено как:

3.13 перекрытие : Горизонтальный элемент здания, сооружения, разделяющий внутреннее его пространство на этажи, воспринимающий и передающий статические и динамические нагрузки от собственного веса, людей и оборудования на стены, ригели и колонны.

[СТО НОСТРОЙ 2.12.97-2013, 3.13]

Из данного определения следует, что перекрытие этажа – это нижнее перекрытие, так как оно воспринимает нагрузки от «собственного веса, людей и оборудования».

Из данного определения следует, что перекрытие этажа – это нижнее перекрытие, так как оно воспринимает нагрузки от «собственного веса, людей и оборудования».

Какое перекрытие верхнего этажа (верхнее или нижнее) имеется в виду в требованиях СП 253.1325800.2016 однозначно сказать невозможно. Если проводить аналогию с другими сводами правил, то в СП 160.1325800.2014 при определении высоты здания фигурирует пол последнего этажа, а в СП 56.13330.2011 - потолок верхнего этажа.

Вызывает вопросы фраза «При сплошном остеклении фасадов здания и отсутствии оконных и других открывающихся проемов в верхних этажах». Если на фасаде верхнего этажа при сплошном остеклении площадью 1000 м2 установить одну форточку размером 20х30 сантиметров, то ее наличие в здании или многофункциональном комплексе по СП 160.1325800.2014 сразу увеличивает высоту здания на несколько метров. Со всеми вытекающими последствиями – здание может сразу стать высотным и проектироваться уже по иным нормам. А если форточка имеет размеры 10х20 сантиметров? Подобные положения нормативных документов приводят к неоднозначному пониманию норм и вызывают большое количество недоразумений.

Следует обратить внимание на то, что на один и тот же вид зданий распространяется действие разных сводов правил. Например, действие сводов правил СП 118.13330.2012 и СНиП 31-05-2003 (СП 117.13330.2011) распространяется на кредитно-финансовые учреждения, судебно-юридические учреждения и прокуратуру, а также и другие виды зданий, а способ определения высоты зданий в них разный.

Многие требования сводов правил и стандартов распространяются на здания определенной высоты (выше 28 м и ниже 28 м; выше 55 м и ниже 55 м; выше 75 м и ниже 75 м). Неопределенности в определении высоты здания создают существенные сложности проектировщикам и могут привести к значительным ошибкам при проектировании.

Какое перекрытие верхнего этажа (верхнее или нижнее) имеется в виду в требованиях СП 253.1325800.2016 однозначно сказать невозможно. Если проводить аналогию с другими сводами правил, то в СП 160.1325800.2014 при определении высоты здания фигурирует пол последнего этажа, а в СП 56.13330.2011 - потолок верхнего этажа.

В соответствии с требованиями СП 253.1325800.2016 «Инженерные системы высотных зданий» к высотным зданиям отнесены:

3.1.14 однофункциональное высотное здание: Общественное здание высотой более 55 м и жилое здание высотой более 75 м, включающее в себя помещения преимущественного одного функционального назначения: жилое, офисное, административное.

[СП 253.1325800.2016, 3.1.14]

В тоже время в соответствии с требованиями СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования» высотными зданиями являются:

3.5 высотное здание: Здание, имеющее высоту, определяемую в соответствии с СП 1.13130.2009, более 75 м.

[СП 267.1325800.2016, 3.5]

То есть в соответствии с требованиями СП 253.1325800.2016 высотными являются общественные здания высотой более 55 м, а в соответствии с СП 267.1325800.2016 - высотой более 75 м.

В тоже время в соответствии с 1.3 СП 267.1325800.2016:

1.3 Настоящий свод правил может применяться при проектировании и строительстве общественных зданий выше 50 м, а также многофункциональных зданий, в которых общественные помещения располагаются на высоте более 50 м.

[СП 267.1325800.2016, 1.3]

То есть косвенно (использовано долженствование «может», а не «следует») действие свода правил распространяется на проектирование общественных зданий высотой выше 50 м (но не 55 метров, как в СП 253.1325800.2016).

Высота 50 м так же используется в СП 44.13330.2011 «Административные и бытовые здания. Актуализированная редакция СНиП 2.09.04-87 (с Поправкой, с Изменением N 1)».

В сводах правил, требования которых распространяются на не высотные здания, устанавливают максимальную высоту зданий, на которые распространяется действие этих сводов. Здесь главная проблема – учесть все нюансы правил определения высоты зданий.

Из-за противоречий при определении высоты здания возникают существенные сложности при выборе сводов правил, требования которых необходимо выполнять при проектировании.

Например, жилое здание с эксплуатируемой кровлей, у которого разница отметок поверхности проездов для пожарных машин и верхней границы ограждений покрытия равна 75,1 метров, в соответствии с СП 54.13330.2016 считается высотным и на него не распространяются требования указанного свода правил. В соответствии же с требованиями СП 253.1325800.2016 рассматриваемое здание не причисляется к высотным. Так как в соответствии с 3.1.7 СП 253.1325800.2016 высота будет отсчитана до нижнего уровня открывающегося проема или окна в наружной стене верхнего этажа.

Таким образом, возникает парадоксальная ситуация: действие СП 54.13330.2016 распространяется на жилые здания высотой до 75 м, действие СП 253.1325800.2016 распространяется на жилые здания высотой более 75 м. Но, требования ни одного из этих сводов правил не могут быть полностью распространены на рассматриваемое здание.

При наличии верхнего технического этажа и эксплуатируемой кровли в жилом здании в случае, если высота до нижнего уровня открывающегося окна верхнего этажа составляет примерно от 70 м до 74,99 м, здание невозможно однозначно классифицировать ни как высотное, ни как не высотное. И соответственно, на него не могут быть в полном объеме распространены требования ни СП 54.13330.2016, ни СП 253.1325800.2016.

1. В соответствии с требованиями 5.4 рекомендаций Р 50.1.075-2011 «Разработка стандартов на термины и определения»:

5.4 Термин и выражаемое им понятие в пределах терминосистемы данной области науки и техники должны однозначно соотноситься между собой, т. е. термин должен выражать только одно понятие, и, наоборот, одно понятие должно выражаться только одним термином. Нарушением такого соответствия являются многозначность (омонимия) и синонимия.

[Р 50.1.075-2011, 5.4 (первый абзац)]

В строительной отрасли отсутствует стандартизация терминов и их определений. Стандарты на термины и определения не разрабатываются. Поэтому допускаются подобные нарушения терминосистемы, когда один и тот же термин имеет несколько разных определений, что недопустимо.

Для зданий необходим единый термин «строительная высота здания», которая бы определялась разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и низа верхнего перекрытия последнего этажа, включая верхний технический этаж. При определении высоты здания следует учитывать верхний технический этаж, так как он увеличивает нагрузку на стены и фундаменты.

Для ряда случаев так же необходимо стандартизовать термин «архитектурная высота зданий» в соответствии с СП 118.13330.2012.

В своде правил СП 1.13130.2009 термин «высота здания», который лишь частично связан с реальной высотой здания, следует заменить на термин «пожарно-техническая высота здания».

Для специальных целей определения высоты здания, например от подошвы фундамента, необходимо всегда оговаривать способ вычисления высоты.Из описания термина «высотное здание» необходимо убрать термин «высота здания», так как использование этого термина вызывает противоречия. Высотные здания следует характеризовать следующим образом:

Высотное общественное здание: здание, у которого разность отметок поверхности проезда для пожарных машин и низа верхнего перекрытия последнего этажа, включая верхний технический этаж, более 55 м;

Высотное жилое здание: здание, у которого разность отметок поверхности проезда для пожарных машин и низа верхнего перекрытия последнего этажа, включая верхний технический этаж, более 75 м.

Высотное многофункциональное здание: здание, у которого разность отметок поверхности проезда для пожарных машин и низа верхнего перекрытия последнего этажа или низа верхнего перекрытия расположенного над ним технического этажа, более 55 м для общественных помещений, и/или более 75 м для жилых помещений.

Следует иметь ввиду, что в отношении одного и того же здания (жилое, административное, общественное) могут действовать требования разных сводов правил, в которых термин «высота здания» определен по разному. В то же время многие требования к инженерным системам зданий поставлены в зависимость от высоты здания. Поэтому необходимо отслеживать все противоречия и неоднозначности и пытаться их решить.

В некоторых сводах правил способ определения высоты зданий взят из СП 1.13130.2009 до внесения в него Изменения N1. При внесении изменения было изменено определение термина «высота здания», что так же увеличило количество противоречий. В ряде случаев целесообразно в разрабатываемых сводах правил не копировать определения терминов, а давать ссылку на определение термина. Или, как минимум, указывать первоисточник определения.

Во всех случаях при определении высоты здания необходимо указывать, в соответствии с каким нормативным документом эта высота определена.

В настоящее время проектировщик, способный разработать проектную документацию, удовлетворяющую всем требованиям стандартов и сводов правил, должен иметь квалификацию, существенно более высокую, чем разработчики стандартов и сводов правил. Так как именно на проектировщика ложится весь груз по выработке конкретных требований к объектам стандартизации, которые бы в приемлемой форме удовлетворяли бы всем противоречивым требованиям, содержащимся в нормативных документах.

Согласно Градостроительного кодекса РФ, мы можем дать определение уникальным зданиям и сооружениям исходя из ст. 48.1 :

К уникальным объектам относятся объекты капитального строительства (за исключением указанных в части 1 настоящей статьи), в проектной документации которых предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик:

1) высота более чем 100 метров, для ветроэнергетических установок - более чем 250 метров;

2) пролеты более чем 100 метров;

3) наличие консоли более чем 20 метров;

4) заглубление подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки земли более чем на 15 метров;

К уникальным объектам относятся объекты капитального строительства (за исключением указанных в части 1 настоящей статьи), в проектной документации которых предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик:

1) высота более чем 100 метров, для ветроэнергетических установок - более чем 250 метров;

2) пролеты более чем 100 метров;

3) наличие консоли более чем 20 метров;

4) заглубление подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки земли более чем на 15 метров;
Так же к уникальным относятся здания и сооружения, удовлетворяющие следующим условиям:

− используются конструкции и конструктивные схемы с применением

нестандартных или специально разработанных методов расчета, или

требующих проверки на физических моделях;

− здания и сооружения, возводимые на территориях, сейсмичность которых

превышает 9 баллов.

К уникальным относятся здания и сооружения с высотой превышающей 100 м, или с величиной пролета более 100 м, или с вылетом консоли более 20 м, или если заглубление подземной части относительно планировочной отметки земли более чем на 15 м.

К уникальным зданиям и сооружениям относятся также спортивнозрелищные, культовые сооружения, выставочные павильоны, торговые и развлекательные комплексы и другие с расчетным пребыванием внутри объекта более 1 000 человек или более 10 000 человек вблизи.

2. Расчетные технологии для анализа напряженнодеформированного состояния несущих систем зданий и сооружений, их особенности.

Напряжённо-Деформируемое Состояние (НДС) – это совокупность напряжений и деформаций, возникающих в здании от действия на него внешних нагрузок.

Нагрузки бывают:

постоянные (собственный вес конструкций)

временные (эксплуатационная нагрузка от располагаемого оборудования, скопления людей и т.д.)

кратковременные (ветровая, снеговая)

особые виды нагрузок (ударная нагрузка, сейсмическая, падение самолёта (требуется учитывать при проектировании Атомных ЭС)).

Зачастую при техническом обследовании зданий и сооружений возникает необходимость в исследовании и анализе напряженно-деформированного состояния конструкций и здания в целом. Здание моделируется с помощью мощных компьютерных программных комплексов, которые реализуют «Метод Конечных Элементов ».

Суть метода конечных элементов заключается в делении строительных конструкций здания на множество конечных элементов, которые взаимодействуют между собой и показывают распределение напряжений в любом элементе конструкций с достаточной степенью точности.

3. Задача: определить расчетную нагрузку на конструкции перекрытия здания (исходные данные – вариант №18).

Исходные данные:

Вид несущих конструкций - Железобетонные (со средней плотностью менее 1600 кг/м3),

выполняемые в заводских условиях;

Толщина несущих конструкций перекрытия - 0,2 м

Вид конструкций пола - Бетонные (со средней плотностью менее 1600 кг/м3), выполняемые на

строительной площадке;

Плотность конструкций пола – 1200 кг/м

Толщина конструкций пола - 0.1 м

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка от перегородок – конструкции перегородок выполняются из каменной кладки

Назначение помещения - залы читальные

Решение

1. Постоянные нагрузки:

1.1. Монолитные железобетонные конструкции перекрытия толщиной 0,2 м.

- коэффициент надежности γf = 1,2 (п.7.2 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85», табл.7.1);

- объемный вес бетона q = 24,5 кН/м3 (2,5 т/м3 ) - тип 1.2 по заданию, значение взято из ГОСТ 26434-2015;

Расчетное значение нагрузки от собственного веса конструкций:

Q1 = 24,5 кН/м3 х 1,2 х 0,2= 29,4 кН/м3 х 0,2 = 5,88 kПа.

2. Длительные нагрузки:

2.1. Конструкции пола из бетона толщиной 0,1 м;

- плотность материала пола - 12,0 кН/м3 , конструкция выполняется на строительной площадке;

- коэффициент надежности γf = 1,3 (п.7.2 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85», табл.7.1);

Расчетное значение нагрузки от собственного веса конструкций пола:

Q2.1 = 12,0 кН/м3 х 1,3 х 0,1= 15,6 кН/м3 х 0,1 = 1,56 kПа.

2.2. Эквивалентная распределенная нагрузка от перегородок, выполняемых из каменной кладки (нормативное значение) - 1,2 кПа;

- коэффициент надежности γf = 1,1 (п.7.2 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85», табл.7.1);

Расчетное значение эквивалентной равномерно распределенной нагрузки от конструкций перегородок:

Q2.2 = 1,2 kПа х 1,1 = 1,32 kПа

Суммарное значение длительных нагрузок:

Q2 = 1,3 kПа + 1,32 kПа = 2,62 kПа

3. Кратковременные нагрузки:

3.1. Нормативное значение равномерной распределенной нагрузки на перекрытия определяются по назначению помещения в соответствии с указаниями п. 8.2.1 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85», табл.8.3).

- назначение помещения: зал читальный ; по табл. 8.3 п. 1 СП 20.13330.2016 нормативное значение равномерной распределенной нагрузки на перекрытия р=2,0 kПа;

- коэффициент надежности γf = 1,2 (п.8.2.2 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85»);

Расчетное значение равномерно распределенной кратковременной нагрузки:

Р = 2,0 kПа х 1,2 = 2,4 kПа

Пониженное значение расчетной равномерно распределенной кратковременной нагрузки определяется в соответствии с указаниями п. 8.2.3 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85»:

Р_l = 2,4 kПа х 0,35 = 0,84 kПа