Нагрузки на здание

НАГРУЗКИ И РАБОТА КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассмотрим основные типы нагрузок, которые должны учитываться при проектировании заглубленных зданий, и выявим взаимосвязь между характером нагрузки и элементами конструкции. Первая группа нагрузок подразделяется на три типа: статические, куда входит также вертикальное и горизонтальное давление грунта, динамические и нагрузки, характерные только для заглубленных зданий.

Основные типы нагрузок.

Статические нагрузки характеризуются тем, что они действуют постоянно. К ним относится вес элементов конструкции здания, таких, как ограждающие конструкции, балки, колонны и т. д., а также отделочных материалов, например штукатурки, гидроизоляции и т. д. Когда нагрузки и пролеты конструкций увеличивают, как это часто бывает при проектировании заглубленных зданий, то статические нагрузки имеют преобладающее значение в общей величине нагрузок. Например, для обычного здания снеговая нагрузка может составлять 1911 Н при собственном весе конструкции 480 Н. Для заглубленного здания нагрузка на крышу может быть 9564,8 Н при собственном весе конструкций более 4900 Н. Кроме нагрузок от элементов конструкций характер статической нагрузки имеет давление грунта.

Вертикальное давление грунта.

Большинство заглубленных зданий воспринимают полную нагрузку от земли, которая колеблется от 4802 до 5782 Н (490—590 кгс/м2) на каждые 30 см толщины засыпки. Для гибких элементов конструкции возможно уменьшение нагрузки, если грунт образует свод. В некоторых случаях вертикальная нагрузка от грунта может быть больше предельно допустимой. Распределение нагрузок от грунта в зависимости от толщины засыпки.

Горизонтальные нагрузки.

Для расчета бокового давления земли применяют коэффициент К, который определяют для каждого типа грунта опытным путем. Обычно боковое давление составляет 1435 Н на каждые 30 см глубины, но бывает и меньше, если здание имеет искусственную засыпку, или больше, если оно посажено в склоне (рис. 4.3). Так как на давление влияет не только тип грунта, но и посадка здания, полную консультацию можно получить у специалиста в области грунтоведения.

Динамические нагрузки изменяются по величине, точкам приложения или направлению. Они включают в себя нагрузки от снега, ветра, мебели, людей, автомашин, растений и т. д. Весьма важно различать статические и динамические нагрузки, поскольку расчет ведется иногда по преобладающим нагрузкам, и, кроме того, большинство конструктивных материалов по-разному реагирует на кратковременные и длительные нагрузки. Большинство динамических нагрузок учтено строительными нормами.

Рис. 4.3. Горизонтальное давление грунта:
а — боковое давление грунта; б — давление уменьшается при устройстве обвалов-ки; в — давление увеличивается с глубиной; г — давление увеличивается за счет влияния расположенного выше склона

Большой интерес представляет характер распределения нагрузок на крышу заглубленного здания. Обычно крышу рассчитывают на нагрузку от пешеходов. Однако в случаях когда засыпка находится на одном уровне с поверхностью земли, следует принять соответствующие меры, чтобы избежать наезда на крышу автомобилей.

Еще один тип динамической нагрузки, нормируемый строительными нормами, — снеговая нагрузка. Для Миннесоты они устанавливают снеговую нагрузку 1435,7—2391,2 Н для обычных крыш в зависимости от района.

Если крыша расположена ниже какой-либо преграды, то снеговая нагрузка может оказаться больше предусмотренной строительными нормами, что весьма характерно для заглубленных зданий. На такие случаи следует обращать особое внимание.

Наконец, последний тип нагрузки на крышу заглубленного здания — нагрузка от растительности. За исключением деревьев, нагрузка от растительности определяется массой земли, необходимой для развития корневой системы, и массой подстилающего слоя. Вес самих деревьев должен рассматриваться как сосредоточенная нагрузка, а колебания деревьев от ветра —как динамическая.

Нагрузки в полостях каменных массивов.

Полости в каменных массивах могут быть самонесущими, если их размеры не более пределов, при которых вес материала в них не превышает предела прочности самой породы. Когда удается запроектировать здание с размерами, не превышающими критические для конкретного случая, то затраты на конструкции могут быть весьма низкими, а иногда и совсем исключены. Разработка камня бурением с последующими взрывами либо с использованием мощных проходческих механизмов может быть весьма дорогостоящей, за исключением разработки очень слабых пород. Если над такой слабой породой не расположен пласт более твердой породы, то создать конструкцию, которая могла бы выполнять функции самонесущей, с достаточно большими размерами выработки не представляется возможным. Маловероятно, что можно создать самонесущую каменную конструкцию для жилого дома, так как он располагается достаточно неглубоко и должен иметь ряд проемов в стенах. Наиболее вероятное решение представляет собой открытая выработка в каменной породе, стены которой могут быть самонесущими, во всяком случае, если они не граничат с оползневыми породами. Наличие таких участков необходимо выяснить до или во время разработки выработки.

Нагрузки от грунтовых вод.

Грунтовая вода создает дополнительные нагрузки на сооружение. Если грунт не является водонасыщенным, то нагрузка от воды должна учитываться как дополнительная к нагрузке от сухого грунта. В этом случае вода может Увеличить нагрузку на сооружение. Кроме того, она может вызвать пучение глин и некоторых органических грунтов, что создает сжимающие усилия на конструкции. Когда грунт весьма водонасыщен, в первую очередь следует учитывать гидростатическое давление на сооружение; оно составляет более 2940 Н (300 кгс/м2) на каждые 30 см глубины.

Рнс. 4.4. Нагрузки в каменных выемках:
а — полость в каменном массиве; б — открытая выемка в каченном массиве

Рис. 4.5. Гидростатическое давление воды:
1 — выталкивающее давление; 2 — боковое давление; 3 — уровень грунтовых вод

Рис. 4.6. Нагрузки, вызываемые промерзанием грунта: 1 — глубина промерзания; 2 — боковое давление

При водонасыщенных грунтах возможно выпучивание пола. Чаще всего с этим мы сталкиваемся в каменистых породах. Поскольку вода создает дополнительные нагрузки, необходимо устройство хорошей системы дренажа, уложенного ниже здания.

Нагрузки при замерзании.

Нагрузки, возникающие при расширении грунта, когда он замерзает, еще не определены с достаточной точностью, но наибольшее расширение характерно при высоком уровне стояния грунтовых вод и для илистых грунтов. На практике эта проблема может быть решена путем замещения пучи-нистого грунта и устройством дренажа. Парапет на крыше может способствовать замерзанию грунта, поэтому такого решения следует избегать или же выполнять его очень тщательно.