Строим дом Мечты сбываются

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):

Wе = γfe* W0*C.

Значение W0 – 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; W0 = 470 Па = 47 кг/м2.

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

Коэффициент С определяется по формуле (9.3):

С = Сaer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd.

Разберем, как находить каждый из коэффициентов.

1) Коэффициент Сaer – это аэродинамический коэффициент, который зависит от формы здания. Дело в том, что при одинаковой силе ветра (в нашем случае это 47 кг/м2) 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 Сaer 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 Сaer 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 Се3 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 h1/L = 5/9 = 0.55, где h1 – 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 Се3 интерполяцией.

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

Шаг 1. Найдем значение Се3 при b/l = 1.05 и h1/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 Се3 при b/l = 1.05 и h1/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 Се3 при b/l = 1.05 и h1/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 Се3 при b/l = 1.05 и h1/L = 0,55:

b/l

Значение Се3 при h1/L, равном

≤0,5

0,55

1

≤1

-0,4

 

-0,5

1,05

-0,405

-0,415

-0,505

≥2

-0,5

 

-0,6

Для левого ската крыши коэффициент Се1 также определяется интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h1/L = 0,55.

Шаг 1. Найдем значение Се1 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 Се1 при α  = 30 и h1/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 Се1 при α  = 30 и h1/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 Се1 при α  = 30 и h1/L = 0,5:

 

α

Значение Се1 при h1/L, равном

0,5

0,55

1

20

-0,4

 

-0,7

30

-0,05

-0,09

-0,45

40

+0,3

 

-0,2

Для правого ската крыши коэффициент Се2 определяем интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h1/L = 0,55.

Искомый коэффициент Се2 при ?  = 30 и h1/L = 0,5:

α

Значение Се2 при h1/L, равном

0,5

0,55

1

≤60

-0,4

-0,41

-0,5

2) Коэффициент Сh – 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 Сh = 0,7. В нашем примере это как раз стены дома. Для крыши будет следующий коэффициент Сh = 0,82 (находится интерполяцией при максимальной высоте дома 7,9 м).

3) Коэффициент Сalt – 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 Сalt = 1. Если дом строится в горах, то коэффициент равен удвоенной величине абсолютной отметки (в километрах).

В нашем случае для г. Николаева Сalt = 1.

 

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

 

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

 

6) Коэффициент Сd = 1, он, как и коэффициент Сh, зависит от периода колебаний здания.

 

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

1) для левой стены по оси «1»

С = 0,8*0,7*1*1*1*1 = 0,56;

Wе1 = 0,21*47*0,56 = 5,53 кг/м2;

2) для правой стены по оси «4»

С = -0,415*0,7*1*1*1*1 = -0,29;

Wе2 = 0,21*47*(-0,29) = -2,86 кг/м2 (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;

Wе3 = 0,21*47*(-0,07) = -0,7 кг/м2 (отрывающая нагрузка);

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

С = -0,41*0,82*1*1*1*1 = -0,34;

Wе4 = 0,21*47*(-0,34) = -3,36 кг/м2 (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 Wе 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.


 

Ветер слева:

1) Ветровая нагрузка W1 на колонну по оси 1/Б:

W1 = Wе1 *L = 5.53*2.75 = 15.2 кг/м;

2) Ветровая нагрузка W2 на колонну по оси 4/Б:

W2 = Wе2 *L = -2,86*2.75 = -7,9 кг/м;

3) Ветровая нагрузка W3 на стропильную ногу у оси 1:

W3 = Wе3 *L = -0,7*1,2 = -0,84 кг/м;

4) Ветровая нагрузка W4 на стропильную ногу у оси 4:

W4 = Wе4 *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:

Wе = ?fe* W0*C.

Здесь W0 = 470 Па = 47 кг/м2; ?fe = 0,21 – как и в предыдущем расчете.

Коэффициент С определяется по формуле:

С = Сaer*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 Сaer 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 Се3 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 h1/L = 5/9,5 = 0.53, где h1 – 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 Се3 интерполяцией.

b/l

Значение Се3 при h1/L, равном

?0,5

0,53

1

0,95≤1

-0,4

-0,406

-0,5

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 Wе (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;

Wе1 = 0,21*47*0,56 = 5,53 кг/м2;

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

С = 0,8*0,82*1*1*1*1 = 0,66;

Wе1' = 0,21*47*0,66 = 6,51 кг/м2;

 

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

С = -0,406*0,7*1*1*1*1 = -0,28;

Wе2 = 0,21*47*(-0,28) = -2,76 кг/м2 (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;

Wе2' = 0,21*47*(-0,33) = -3,26 кг/м2 (нагрузка действует в направлении от здания);

 

3) для коньковой балки по оси «Б»:

С = -0,7*0,82*1*1*1*1 = -0,57;

Wе3 = 0,21*47*(-0,57) = -5,63 кг/м2 (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 Wе 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.


Ветер слева:

1) Ветровая нагрузка W1 на колонну по оси 2/А на 1 этаже:

W1 = Wе1 *L = 5.53*2.75 = 15.2 кг/м;

Ветровая нагрузка W1 на колонну по оси 2/А на 2 этаже до отметки +5 м:

W1 = Wе1 *L = 5.53*4,5 = 24,9 кг/м;

Ветровая нагрузка W1 на колонну по оси 2/А на 2 этаже на отметке +7,9 м:

W1 = Wе1' *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 W2 на колонну по оси 2/Г на 1 этаже:

W2 = Wе2 *L = -2,76*2.75 = -7,6 кг/м;

Ветровая нагрузка W2 на колонну по оси 2/А на 2 этаже до отметки +5 м:

W2 = Wе2 *L = -2,76*4,5 = -12,4 кг/м;

Ветровая нагрузка W2 на колонну по оси 2/А на 2 этаже на отметке +7,9 м:

W2 = Wе2' *L = -3,26*4,5 = -14,7 кг/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 W3 на коньковую балку по оси «2»:

W3 = Wе3 *L = -5,63*5,2 = -29,3 кг/м.


 

 

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

Еще полезные статьи:

"Сбор нагрузок для расчета конструкций - основные принципы"

"Собираем нагрузки на ленточный фундамент дома"

"Как определить нагрузку на крышу в вашем районе"

"Сбор нагрузок в каркасном доме"

"Расчет кладки из газобетона на смятие под действием нагрузки от перекрытия."

"Как рассчитать стены из кладки на устойчивость."

"Расчет металлического косоура лестницы."

 

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.

Комментарии   

0 #1 Джек 02.03.2016 16:33
Доброго дня пані Ірина. Питання по статті «Сбор ветровых нагрузок в каркасном доме» .
Ви визначили вітрове навантаження по формулі 9.2 ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия»,
Wе1 = 0,21*47*0,56 = 5,53 кг/м2 (експлуатаційне розрахункове навантаження). Для перевірки якого граничного стану ви використовуєте цю величину 5,53 кг/м2 . Питаюсь, бо використовую в розрахунках значення навантаження по формулі 9.1 ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия».
Цитировать
0 #2 Иринa 02.03.2016 19:24
Здравствуйте, Джек! Так как нагрузки в этой статье собираются для расчета фундаментов, а их мы считаем по 2 предельному, то я и собирала эксплуатационно е значение нагрузок. Для расчета каркаса нужно предельное значение собирать.

Пожалуй, оговорю это в статье, чтобы никого не путать. Спасибо за вопрос!
Цитировать
0 #3 Джек 04.03.2016 10:09
ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия». Ви не знаєте чому коефіцієнт висоти Сh (вітрове навантаження) по графіку п.9. (2006 р) і по зміні в 2007 р відрізняється. Чому спочатку написали одне, а через рік - серйозна зміна.
Цитировать
0 #4 Иринa 05.03.2016 15:57
Нет, авторы ДБН причины изменений не публиковали.
Цитировать
0 #5 Джек 14.03.2016 08:17
Промисловий корпус довжиною 90 м , шириною 24, висота до низу з/б ферми 6,0м. По середині корпусу треба влаштувати перегородку на всю висоту. Яку величину вітрового навантаження кг/м. кв. можна прийняти? Я знайти в нормах цього не можу.
Цитировать
0 #6 Иринa 14.03.2016 10:26
Джек, в ДБН Нагрузки и воздействия все есть. Обратите внимание на п. 9.8 и коэффициент Сi
Цитировать
0 #7 Джек 14.03.2016 11:23
Дякую
Цитировать

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Последняя статья на сайте

Почему нельзя опирать сборные пустотные плиты на стены с вентиляционными каналами.

В данной статье речь идет об опирании сборных многопустотных плит перекрытия на кирпичные стены с вентиляционными каналами. Если вы проектируете что-то подобное, пожалуйста, не делайте этого! Не хорошее это решение. И избежать-то его практически всегда можно.

Начну с предыстории. На сайте недавно появился комментарий от Вики, в котором она поделилась своей проблемой:

Прочитать статью

Новые статьи

Последние комментарии

  • Иринa 22.11.2017 21:15
    2,5 тонны от 1 кубометра перекрытия. При толщине плиты 0,2 м нагрузка от квадратного метра плиты ...

    Подробнее...

     
  • Вика 22.11.2017 19:55
    Спасибо, Ирина!

    Подробнее...

     
  • Анастасия 22.11.2017 17:51
    Здравствуйте,по дскажите пожалуйста.А если перекрытие монолитное.Кака я будет нагрузка от него на ...

    Подробнее...

     
  • João Pedro 22.11.2017 12:24
    E foi pontualmente que aconteceu, este levou todas ! Aqui é meu blog postam Matheus: is.gd/nIjb0X ...

    Подробнее...