Нагрузки и воздействия ДБН В.1.2-...-2004 Государственные строительные нормы Украины (ДБН)   Система надежности и безопасности в строительстве Нагрузки и воздействия нормы проектирования ДБН В.1.2-...-2004 (вторая редакция)  ОАО Укрниипроектсталькострукция им. В.Н.Шимановского, Киев, Украина

Первая редакция документа прошла обсуждение Нормативный документ разработан по заданию Госстроя Украины и должен заменить ныне действующий СНиП 2.01.07-85. Разработка выполнялась в институте Укрниипроект-стальконструкция им. В.Н.Шимановского с привлечением специалистов Полтавского Национального университета им.Ю.Кондратюка и Донбасской Государственной академии строительства и архитектуры Первая редакция документа прошла обсуждение В настоящее время подготовлена вторая редакция документа

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Нормы устанавливают основные положения и правила по определению нагрузок и воздействий, а также их сочетаний. По классам рассматриваемых нагрузок ДБН являются преемником СНиП 2.01.07-85*. По подходу к классификации нагрузок и воздействий и установлению их конкретных значений ДБН существенно используют положения Еврокода (ENV 1991-1) и проекта основополагающего нормативного документа ДБН В. 1.2-...- 97 “Общие принципы обеспечения надежности и безопасности зданий, сооружений, строительных конструкций и оснований”

Главные недостатки: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Основной побудительной причиной разработки ДБН явилось неудовлетворительное представление в действующих СНиП 2.01.07-85 атмосферных нагрузок (снеговых, ветровых и гололедных) на территориях Украины. Главные недостатки: -   недостаточное районирование территории Украины по весу снегового покрова, давлению ветра и гололеду; -       разная вероятностная обеспеченность нормативных и расчетных нагрузок; -       недостаточная связь нагрузок с фактором времени; - неучет метеоданных последних 30 лет и происшедших за это время климатических изменений.

Основной текст: Приложения: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Основной текст: Определения и  общие положения Классификация нагрузок Сочетания нагрузок Постоянные нагрузки, нагрузки от оборудования и материалов Крановые нагрузки Снеговые нагрузки Ветровые нагрузки Гололедно-ветровые нагрузки Температурные климатические воздействия Приложения: Примерные сроки эксплуатации зданий и сооружений Климатические нагрузки для городов Украины

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК Классификация ориентирована на расчет строительных конструкций с учетом необходимых расчетных ситуаций и предельных состояний: а) проверку прочности, устойчивости и т.п. при однократном нагружении в экстремальных условиях эксплуатации; б) проверку жесткости и трещиностойкости в режиме нормальной эксплуатации; в) проверку выносливости при повторных нагружениях; г) учет ползучести материалов и других реологических процессов при действии долговременных нагрузок.

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК В зависимости от характера нагрузок и целей расчета используются четыре вида расчетных значений: эксплуатационное, циклическое, квазипостоянное, предельное. Предельное расчетное значение нагрузки (расчетная нагрузка по 1.3а СНиП 2.01.07-85) — значение нагрузки,соответствуещее экстремальной ситуации, которая может возникнуть не более одного раза в течение срока эксплуатации конструкции, и используется для проверки предельных состояний первой группы, выход за границы которых эквивалентен полной утрате работоспособности конструкции

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК Эксплуатационное расчетное значение нагрузки (расчетная нагрузка по 1.3в СНиП 2.01.07-85) — значение нагрузки, которое характеризует условия нормальной эксплуатации конструкции. Как правило, эксплуатационное расчетное значение используется для проверки предельных состояний второй группы связанных с затруднением нормальной эксплуатации (возникновение недопустимых перемещений конструкции, недопустимая вибрация, чрезмерное раскрытие трещин в железобетонных конструкциях и т.п.)

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК Циклическое расчетное значение нагрузки — значение нагрузки, которое используется для расчетов конструкций на выносливость и определяется в форме гармонического процесса, эквивалентного по результатам влияния реальному случайному процессу переменного нагружения. Квазипостоянное расчетное значение нагрузки (нормативная нагрузка с пониженным значением по 1.2 СНиП 2.01.07-85) — расчетное значение нагрузки, которое используется для учета реологических процессов, протекающих под действием переменных нагрузок, и определяется как уровень такого постоянного воздействия, которое эквивалентно по результирующему действию фактическому случайному процессу нагружения

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК  

УЧЕТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ Используется понятие об установленном сроке cлужбы Tef , от которого зависят значения предельных нагрузок. Эксплуатационные расчетные значения нагрузок определяются в зависимости от части  установленного срока службы конструкции Tef на протяжении которой она может превышаться. Коэффициент  — относительное время, в течение которого может быть допущено нарушение требований по второму предельному состоянию. Например, для некоторых объектов 2% времени может быть допущено превышение прогибов, нормируемых из технологических соображений) Примерные значения сроков эксплуатации приводятся в нормах.

УЧЕТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ

КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ Основные отличия по сравнению со СНиП касаются учета боковых сил взамен сил поперечного торможения для мостовых кранов Физическая природа боковых сил не зависит от режима работы кранов, а зависит только от числа колес. В ДБН учет боковых сил сделан раздельно для четырехколесных и многоколесных кранов Для подвесных кранов учитываются тормозные силы с связи с отсутствием надежных данных по боковым силам для этих кранов

B, L — соответственно база и пролет крана; КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ Характеристическое значение боковой силы для колеса четырехколесного мостового крана Fmax, Fmin — характеристическое значение вертикального давления на колесо; B, L — соответственно база и пролет крана;  — коэффициент, принимаемый равным 0,03 при центральном приводе механизма передвижения моста и 0,01 — при раздельном приводе

Варианты приложения боковых сил для четырехколесных кранов КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ Варианты приложения боковых сил для четырехколесных кранов

КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ Характеристическое значение боковой силы на колесо многоколесных (восем колес и более) кранов с гибким подвесом принимается равным 0,1 от вертикальной нагрузки на колесо, подсчитанной при расположении тележки с грузом, равным паспортной грузоподъемности крана, посередине моста

Варианты приложения боковых сил для многоколесных кранов КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ Варианты приложения боковых сил для многоколесных кранов

Обрушение покрытия в Запорожье от перегрузки снегом зимой 1986-87 гг. СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ Обрушение покрытия в Запорожье от перегрузки снегом зимой 1986-87 гг.

S0 -нормативное значение снеговой нагрузки; СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ Снеговая нагрузка является переменной повторной нагрузкой , для которой установлены три расчетные значения: предельное расчетное значение эксплуатационное расчетное значение квазипостоянное расчетное значение S0 -нормативное значение снеговой нагрузки; 160 Па.

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ Характеристические значения для Tef = 50 лет

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ Сопоставление ДБН и СНиП

fm Тлет ВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ Для ветровой нагрузки установлены два расчетных значения: предельное расчетное значение эксплуатационное расчетное значение Коэффициент надежности fm зависит от заданного среднего периода повторяемости T Тлет 5 10 25 50 70 100 150 300 500 fm 0,55 0,69 0,87 1,00 1,07 1,14 1,22 1,35 1,45 Допускается средний период повторяемости T принимать равным установленному сроку службы конструкции Tef.

ВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ Характеристические значения для Tef =50 лет

ВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ Районирование территории Украины и данные о характеристических (нормативных) значениях ветровых воздействий представлены для расчетного значения нагрузки соответствующего среднему периоду повторяемости 50 лет. Эти значения представлены картами и табличными данными для крупных населенных пунктов, которые можно считать местами сосредоточения строительных работ. При этом табличные значения могут отличаться от усредненного значения для соответствующего района. Карта ветрового районирования территории Украины предусматривает пять ветровых районов со значением нагрузки для пятидесятилетнего срока эксплуатации, меняющейся от 0,4 до 0,6 кПа, в то время как по СНиП 2.01.07-85 предусмотрены два ветровых района с расчетными значениями 0,42 и 0,53 кПа.

ВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ Сопоставление ДБН и СНиП по давлению ветра, Па

Обрушение опоры ЛЭП в Донбассе от перегрузки гололедом ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ Обрушение опоры ЛЭП в Донбассе от перегрузки гололедом

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ Гололедные нагрузки являются эпизодическими и характеризуются одним предельным расчетным значением. Предельное значение ветрового давления на покрытые гололедом элементы определяется по формуле: W0 =W0fw где W0  ветровое давление при гололеде, превышаемое один раз в 50 лет;

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ Толщина стенки гололеда

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ Ветер при гололеде

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ Сравнение значений толщины стенки гололеда на проводах диаметром 10 мм

Подход к определению ветровой нагрузки ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Основные методологические подходы к определению ветровых нагрузок на высотные здания и сооружения отличаются от принятых в действующих нормативных документах. Подход к определению ветровой нагрузки в действующих нормах Обе предыдущие редакции норм предусматривают разделение ветровой нагрузки на статическую и пульсационную составляющие. В общем случае необходимо выполнить динамический расчет с целью нахождения периодов и форм собственных колебаний, а затем найти пульсационную составляющую ветровой нагрузки. Полная ветровая нагрузка определяется как сумма статической и пульсационной составляющей.

Подход к определению ветровой нагрузки ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Подход к определению ветровой нагрузки в ДБН В ДБН использован так называемый квазистатический подход, при котором не разделяется статическая и пульсационная составляющие : где fm - коэффициент надежности по предельному значению ветровой нагрузки; W0 - характеристическое значение ветровой нагрузки (аналог нормативного в действующих СНиП 2.01.07-85*); C - коэффициент, определяемый по формуле:

где Caer - аэродинамический коэффициент, ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА C= Caer Ch Calt Crel Cdir Cd , где Caer - аэродинамический коэффициент, Ch - коэффициент высоты сооружения, Calt - коэффициент географической высоты, Crel - коэффициент рельефа, Cdir - коэффициент направления, Cd - коэффициент динамичности. Аэродинамический коэффициент в проекте ДБН имеет те же значения, что и в действующих нормах. Коэффициент высоты по существу своему аналогичен произведению коэффициентов k·ζ (k -коэффициент, учитывающий изменения ветрового давления по высоте и ζ – коэффициент пульсаций давления ветра) в нормах.

Графики возрастания скоростного напора по высоте ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Графики возрастания скоростного напора по высоте ДБН СНиП II-6-74 СНиП 2.01.07-85

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Коэффициент динамичности Cd учитывает влияние пульсационной составляющей ветровой нагрузки и пространственную корреляцию ветрового давления на сооружение. Проект ДБН дает указания для определения коэффициента динамичности для основных типов зданий и сооружений, а именно: каменных зданий и зданий с железобетонным каркасом, зданий со стальным каркасом, зданий со сталебетонным каркасом, стальных труб и аппаратов колонного типа без футеровки, стальных труб и аппаратов колонного типа с футеровкой, железобетонных труб.

Коэффициент динамичности Сd по ДБН ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Коэффициент динамичности Сd по ДБН здание с железобетонным каркасом здание со стальным каркасом

Сравнительные расчеты ветровой нагрузки ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Сравнительные расчеты ветровой нагрузки Выполнен сравнительный анализ ветровой нагрузки по методике действующей и предыдущей редакции СНиП и по ДБН. Выполнены расчеты ветровой нагрузки для высотных зданий башенного типа высотой 180 и 90м со стальным и железобетонным каркасом и размерами в плане 30х30м. Жесткостные характеристики зданий приняты постоянными по высоте. Логарифмический декремент колебаний для зданий со стальным каркасом - 0,15, для зданий с железобетонным каркасом – 0,30. Расчеты выполнялись для г. Киева (ІІ ветровой район по нормам и 1 ветровой район по ДБН).

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА В качестве расчетной схемы был принят защемленный в основании консольный стержень с сосредоточенными массами по высоте. При расчете пульсационной составляющей для обоих примеров учтена только первая форма собственных колебаний. Значения относительных ординат, собственных частот и периоды собственных колебаний получены по программе SCAD (Т1=1,46с для зданий высотой 180м и Т1=0,36с для зданий высотой 90м)

Сравнительный анализ ветровой нагрузки на здание высотой 180м ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Сравнительный анализ ветровой нагрузки на здание высотой 180м

Сравнительный анализ ветровой нагрузки на здание высотой 90м ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Сравнительный анализ ветровой нагрузки на здание высотой 90м

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Графики построены в относительных координатах, причем за единицу принята нагрузка, вычисленная по действующим нормам. Для высотных сооружений наиболее существенной является нагрузка в верхней части здания. Как видно из графика, в верхней части здания по всем сравниваемым нормативным документам нагрузки практически совпадают. Предыдущая редакция норм и ДБН дают большие значения нагрузок в нижней и средней частях здания, что существенней отражается на суммарной поперечной силе, чем на моментах в основании здания.

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА Принятая в проекте ДБН процедура определения нагрузки является совершенно стандартной, и не зависит от типа здания и сооружения. Предложенная процедура определения ветровой нагрузки существенно проще, чем ныне действующая.

БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ