Мицкевич В.М. Вялов А.С. Шпургалова М.Ю. Алехнович Г.Н.
Белорусский национальный технический
университет
Исследование
зависимости нагрузок на стены от угла наклона ската
Для обеспечения длительного времени эксплуатации
кровли необходимо с большой ответственностью подойти к её проектированию. При
монтаже нужно учитывать все нагрузки, которые приходятся на крышу. Это, в
первую очередь снеговые, если здание находится в зоне холодного климата, и
ветровые. Кроме того, она должна выдержать вес человека и другие нагрузки. Все
эти и другие данные определяются на стадии предварительного расчета и
проектирования стропильной системы.
Для расчёта снеговой нагрузки воспользуемся
формулой(1):
, (1)
где S - искомая величина
снеговой нагрузки, кг/м²
µ - коэффициент,
зависящий от уклона крыши. Безразмерная величина.
Sg - нормативная снеговая
нагрузка, кг/м². Для Беларуси нормативная снеговая нагрузка определяется
техническим кодексом установившейся
практики Еврокод 1. Воздействия на конструкции часть 1-3. Общие воздействия.
Снеговые нагрузки. ТКП EN1991-1-3-2009 (02250)).
При этом,
если α ≤
30°, µ = 1;
если α ≥ 60°, µ = 0;
если 30° < α < 60°, µ вычисляем
по формуле:
(2)
Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки
w в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по
формуле(2):
, (3)
где
Wo - нормативное значение ветрового давления;
K - коэффициент,
учитывающий изменение ветрового давления по высоте;
C - аэродинамический
коэффициент, который в зависимости от конфигурации здания и крыши может
принимать значения от минус 1,8 (крыша поднимается) до плюс
0,8 (ветер давит на крышу). Так как в данной работерасчёт упрощённый в
сторону увеличения прочности, то значение C принимаем
равным 0,8.
Для самостоятельного расчёта характеристик
материалов, необходимых для монтажа стропильной системы,
приводятся упрощённые формулы расчёта((1) и (3)).
Запишем уравнения равновесия стропил для
упрощенной конструкции двускатной крыши(Рис.1):
Рис.1 Упрощенная схема двускатной крыши с силами,
действующими на нее
(4.1)
(4.2)
, (4.3)
где V-снеговые нагрузки;
W-ветровые нагрузки (0.5W-так как
происходит завихрение потока
воздуха, который компенсирует силу, которая стремится сорвать крышу);
R
-реакция опоры, возникающая в шарнирно-подвижной опоре;
Х
- горизонтальная реакция опоры, возникающая в
шарнирно-неподвижной опоре;
Y
-вертикальная реакция опоры, возникающая в
шарнирно-неподвижной опоре;
Выражаем силы реакций опор из(4.1),(4.2) и
(4.3):
Таблица 3. Реакции связей при углах от 0
до 30
|
v |
w |
r |
y |
x |
a |
b |
F |
|
588,6 |
10830 |
589,41 |
587,79 |
5415,1 |
0,0343 |
0,0006 |
5446,9 |
|
588,79 |
10834 |
623,47 |
554,12 |
5416,9 |
1,4667 |
0,0256 |
5445,2 |
Таблица 4. Реакции связей при углах от 30
до 60
|
v |
w |
r |
y |
x |
a |
b |
F |
|
672,32 |
12510 |
1576,4 |
231,76 |
6255 |
30,034 |
0,5242 |
6259,3 |
|
679,89 |
12510 |
1584 |
224,19 |
6255 |
30,034 |
0,5242 |
6259 |
.
На графике зависимости видны изменения
сил реакций опор от углов
Как видно из
полученных результатов, наименьшая нагрузка достигается в случае плоской крыши.
Так как в этом случае ветровые нагрузки, действующие на крышу, минимальны.
Также в этом случае используется наименьшее количество строительных материалов,
что уменьшает вес кровли. В дальнейших исследованиях предполагается учесть,
какие технические характеристики важны при постройке того или иного здания,
материальные затраты необходимые для приобретения того или иного материала и
работы по его монтажу. Кроме того, исследования помогут представить полный
объем работ, связанных с постройкой того или иного типа крыши.