Виды рабочих нагрузок, действующих на профилированные настилы в зданиях и сооружениях, и их расчет

В зданиях и сооружениях на конструкции из профнастила действуют следующие виды рабочих нагрузок:

• постоянные (статические) нагрузки:
  1. собственный вес профнастила;
  2. собственный вес частей ограждающих конструкций;
• временные нагрузки:
  1. полезные нагрузки (вес людей, животных, оборудования на перекрытия жилых и общественных зданий);
  2. снеговые нагрузки;
  3. ветровые нагрузки.

Из таблиц СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (звездочка в обозначении СНиП говорит о том, что в первоначальную редакцию были внесены изменения), а также при теоретическом подсчете веса конструкций мы получаем так называемые нормативные нагрузки G₀. В прочностных расчетах используют расчетные нагрузки G, которые получают путем умножения нормативной нагрузки G₀ на коэффициент надежности по нагрузке Y_f. Коэффициент Y_f - учитывает отклонения реальной нагрузки от теоретической за счет строительных допусков, влажности материала, отклонений в объемном весе для ряда материалов и тому подобного. В табл. 2 приведены значения коэффициента надежности по нагрузке для наиболее распространенных видов конструкций и нагрузок.

Таблица 2. Значения коэффициента надежности по нагрузке

Основными нагрузками, действующими на профнастил, являются:

• в кровельном покрытии — собственный вес конструкции кровли (постоянная нагрузка), снеговая нагрузка, ветровая нагрузка (временные нагрузки);
• в стенах, оградах и заборах — ветровая нагрузка (временная нагрузка);
• в перекрытиях — собственный вес профнастила, вес пола, вес покрытия пола, вес крепежных элементов, вес конструкции потолка, включая светильники и вентиляцию, вес перегородок (постоянная нагрузка) и вес людей и оборудования (временная нагрузка).

Допущения, принятые в данном Пособии в целях упрощения расчетов:

1. временная нагрузка принимается равномерно распределенной;
2. собственный вес профнастила ввиду его малой величины по сравнению с другими видами нагрузок (5—7 %) и незначительных разбросов для различных видов профнастила (от 3,9 до 24,1 кг/м²) принимается равным 10,0 кг/м².

Постоянные нагрузки, действующие на профнастил горизонтально расположенной кровли, рассчитываются следующим образом:

1. собственный вес 1 м² конструкции холодной кровли равен собственному весу 1 м² профнастила (10 кг/м²), умноженному на коэффициент надежности по нагрузке Y_f= 1,05;
2. собственный вес 1 м² теплой кровли, приходящийся на нижний несущий слой профнастила (в конструкции, представленной на рис. 3, раздел Области применения профнастила), определяется в зависимости от климатического района и складывается из:

• собственного веса профнастилов верхней и нижней обшивки (20 кг/м²), умноженного на коэффициент надежности по нагрузке Y_f = 1,05;
• веса соединительных элементов между верхней и нижней обшивками (6—7 кг/м²), умноженного на коэффициент надежности по нагрузке Y_f = 1,05;
• веса пароизоляции (2 кг/м²), умноженного на коэффициент надежности по нагрузке Y_f= 1,3;
• веса теплоизоляции (10—35 кг/м²), умноженного на коэффициент надежности по нагрузке Y_f= 1,3.

Суммарный вес 1 м² теплой кровли может составить от 30 до 60 кг. В зависимости от угла наклона кровли (табл. 5, схема 1) величина постоянной нагрузки в проекции на горизонтальную плоскость корректируется по формуле:

G = G₀Y_f cos α, (1)

где G — расчетная величина постоянной нагрузки в проекции на горизонтальную плоскость; G₀ — нормативная (теоретическая) величина постоянной нагрузки на 1 м² поверхности кровли, наклоненной к горизонту под углом α; Y_f — коэффициент надежности по нагрузке.
Расчетные снеговые нагрузки с учетом Y_f = 1,4, действующие на профилированные настилы кровли, приводятся в табл. 3.

Таблица 3. Расчетные снеговые нагрузки, действующие на профилированные настилы кровли

Районы строительства, приведенные в табл. 3, соответствуют районам по карте распределения снегового покрова на территории России. В соответствии с требованиями СНиП 2,01.07-85* приведенная в табл. 3 расчетная снеговая нагрузка действует на кровли, расположенные с уклоном α не более 25°, без перепадов высот. Для покрытий с уклоном более 25° снеговая нагрузка снижается и при уклоне кровли 60° и более становится равной нулю. Для промежуточных уклонов кровли в диапазоне α от 25° до 60° значения снеговой нагрузки изменяются пропорционально от 1,0 до 0 и рассчитываются по формуле

S^α = S⁰(60° - α)/(60° - 25°), (2)

где S^α — расчетная снеговая нагрузка для кровли с уклоном в диапазоне α = 25° - 60°; S⁰ — расчетная снеговая нагрузка для кровли с уклоном в диапазоне α от 0° до 25° в соответствии с табл. 3.

Расчетные ветровые нагрузки с учетом коэффициента надежности по нагрузке Y_f = 1,4, действующие на кровлю, а также стены зданий, ограды и заборы высотой не более 10 м, в соответствии со СНиП 2.01.07-85* приводятся в табл. 4.

Таблица 4. Расчетные ветровые нагрузки, действующие на профилированные настилы кровли, стен зданий и сооружений

Районы строительства, указанные в табл. 4, соответствуют районам по карте распределения ветрового давления на территории России.

Значения расчетной ветровой нагрузки табл. 4 корректируются на величину коэффициента аэродинамического сопротивления c_e, характеризующего особенности обтекания воздушным потоком конструкции зданий (сооружений) заданной формы.

Таблица 5. Расчетные значения коэффициента аэродинамического сопротивления

Схемы зданий, сооружений и ветровых нагрузок	Определение коэффициента аэродинамического сопротивления ce
Отдельно стоящие плоские, сплошные конструкции, а также вертикальные и отклоняющиеся от вертикальных не более чем на 15° поверхности: с наветренной стороны с подветренной стороны	ce = +0,8 ce = -0,6
Здания с двухскатными покрытиями Схема 1	Коэф.	α, град.	Значения ce1, ce2 при H/L, равном
			0	0,5	1	≤2
	ce1	0 20 40 80	0 +0,2 +0,4 +0,8	-0,6 -0,4 +0,3 +0,8	-0,7 -0,7 -0,2 +0,8	-0,8 -0,8 -0,4 +0,8
	ce2	≥60	-0,4	-0,4	-0,5	-0,8
Схема 2 H – высота стены здания L – глубина здания B – ширина здания		B/L	Значения ce3 при H/L, равном
			≥0,5	1	≥2
	ce3	≥1 ≥2	-0,4 -0,5	-0,5 -0,6	-0,6 -0,6
	Примечание. При ветре, перпендикулярном торцу здания, для всей поверхности кровли ce = 0,7.

W_pa = W_pc_e , (3)

Значения коэффициента аэродинамического сопротивления c_e для различных строительных объектов приведены в табл. 5. Знак «плюс» перед коэффициентом c_e в таблице означает, что давление ветра направлено на соответствующую поверхность конструкции, а знак «минус» — от поверхности конструкции.

Ветровая нагрузка всегда действует перпендикулярно поверхности элемента здания и сооружения.

Расчетные значения равномерно распределенных полезных нагрузок в соответствии со СНиП 2.01.07-85* с учетом коэффициента Y_f действующие на перекрытия, приведены в табл. 6.

Таблица 6. Расчетные полезные нагрузки, действующие на перекрытия