Расчет кирпичного здания на горизонтальную

(ветровую) нагрузку

Методика расчета

Элементами здания, воспринимающими ветровую нагрузку, являются перекрытия, служащие опорами для наружных стен при действии на них ветра, и поперечные стены – вертикальные диафрагмы жесткости, являющиеся опорами для перекрытий.

Ветровую нагрузку разлагают на две взаимно перпендикулярные составляющие по направлению стен – вдоль и поперек здания, по которым проверяется прочность и устойчивость здания.

Методика расчета на продольную и поперечную ветровые нагрузки одна и та же. Однако для вытянутых в плане зданий наибольшую опасность представляет поперечная ветровая нагрузка, перпендикулярная к длинной стороне здания. Для того чтобы рассчитать поперечные стены, необходимо знать, какая часть ветровой нагрузки будет воспринята каждой стенкой.

Перекрытия рассматриваются как абсолютно жесткие (в своей плоскости) пластины, обеспечивающие неизменяемость контура здания в плане и совместную работу всех стен. Равнодействующая ветровой нагрузки W распределяется между отдельными стенами в зависимости от их размеров и положения в плане (рис.21).

Поперечные стены могут быть

расположены в плане симметрично относительно оси здания или несимметрично.

При симметричном размещении стен (рис.21,б) ветровая нагрузка распределяется между поперечными стенами прямо пропорционально их жесткостям. Симметричное расположение поперечных стен значительно упрощает расчет конструкции.

При несимметричном размещении поперечных стен (рис.21,в) равнодействующая усилий ∑W_i проходит на расстоянии ч от равнодействующей W

ветровой нагрузки. Равнодействующая W вызывает прогиб поперечных стен и создает крутящий момент.

Рис.21. Распределение ветровой нагрузки: а- по направлению поперечных и продольных стен; б- между поперечными стенами при симметричном их расположении в плане; в- то же, при несимметричной.

Согласно указаниям норм поперечные стены вместе с прилегающими участками продольных стен (рис.22), вводимыми в совместную работу, рассматриваются как вертикальные консоли двутаврового, таврового или швеллерного поперечного сечения, заделанные в грунт и работающие под влиянием давления ветра на изгиб (рис.22).

Интенсивность нормативного ω^п и расчетного ω давлений ветра определяются по СниП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Рис.22. Расчетная схема каменного остова здания для расчета на ветер: а- рспределение нормальных напряжений в простенках продольных стен; б- вертикальный разрез, внешние силы и внутренние усилия, в- горизонтальный разрез с обозначениями.

Расчетное давление ветра на поперечную стену, передаваемое одним перекрытием на высоте H_i определяется по формуле:

W = ω_i х h_эт х ℓ_ст ,

где h_эт – высота этажа

ℓ_ст – расстояние между поперечными стенами

Полное расчетное давление ветра ∑W_i , приходящееся на поперечную стену на уровне горизонтального сечения i –i , равно сумме расчетных ветровых давлений W_i , действующих выше рассматриваемого сечения. Так на уровне третьего этажа ( рис.22) полное расчетное давление

∑W_i = W₃ + W₄ + W₅ + W₆ +W₇ +W₈ = Q_в.з.

Давление ветра вызывает в элементах каменного остова следующие усилия и напряжения.

1. В горизонтальном сечении i –i по высоте здания давление ветра ∑W_i

создает расчетный изгибающий момент

М_Bi = ∑W_i х h_i

2. Этот момент разгружает продольную стену с наветренной стороны и догружает продольную стену с подветренной стороны, вызывая в простенках дополнительные вертикальные усилия N_i и напряжения σ_Bi , определяемые по формулам

М_Bi х А х у Х

N _Bi= --------------- ( 1- ------ );

I S_i

N _Bi

σ_Bi = ---------- ,

А

где h_i – расстояние от точки приложения силы W_i до рассматриваемого

сечения;

А-площадь поперечного сечения простенка (см.рис.22);

у-расстояние от оси простенка до нейтральной оси сечения коробки

стен ( на рис.22 заштриховано в плане);

I –момент инерции сечения стен;

Х-расстояние от оси простенка до оси поперечной стены;

S_i – расчетная длина участков продольных стен, вводимых в

совместную работу с поперечной стеной.

3. Величины S_i принимают:

- для глухой стены S_i = 0,8 h;

А_бр

- для стены с проемами S_i = 0,7 ∑ h_пр √ -------,

А_нт

где

h- расстояние от верха поперечной стены до уровня рассчитываемого

сечения;

∑ h_пр – суммарная высота горизонтальных поясов кладки между оконными

проемами от верха стены до рассчитываемого сечения;

А_бр- площадь горизонтального сечения сплошной части продольной стены

на длине S_i

4. При включении в совместную работу поперечных и продольных стен

должно быть обеспечено восприятие сдвигающихся усилий в местах их взаимного примыкания, величина которых в пределах одного этажа определяется по формуле

Q_в х А_нт х у х Н_эт

Т_эт = ------------------------ ≤h х H_эт х R_s.q

I

где

Q_в – расчетная поперечная сила от ветровой нагрузки в середине высоты

этажа

у – расстояние от оси продольной стены до оси, проходящей через центр

тяжести сечения стен в плане;

I_нт – момент инерции сечения относительно оси. проходящей через центр тяжести сечения стен в плане, для ширины s/2 в каждую сторону от оси поперечной стены.

5. Давление ветра ∑W_i создает в горизонтальных сечениях поперечной

стены поперечную силу Q_Bi = ∑W_i , которая вызывает в стене главные растягивающие напряжения.

Q_Bi σ

σ_{tg = ----------------}

a x в

Эти напряжения по величине не должны превышать расчетного сопротивления скалыванию, определяемого по формуле

R_tq = √ R_tω (R_tω + σ_о)

Здесь принято