Структурные нагрузки в быстровозводимых зданиях являются важным фактором при проектировании зданий. Строительные нормы и правила требуют, чтобы конструкции проектировались и возводились таким образом, чтобы они безопасно противостояли всем воздействиям, с которыми они могут столкнуться в течение срока службы, оставаясь при этом пригодными для использования. Минимальные нагрузки или действия указаны в этих строительных нормах для типов конструкций, географических местоположений, использования и строительных материалов. Структурные нагрузки или действия — это силы, деформации или ускорения, прилагаемые к компонентам конструкции. Нагрузки вызывают напряжения, деформации и смещения в конструкциях. Оценка их воздействия выполняется методами структурного анализа. Избыточная нагрузка или перегруженность может привести к разрушению конструкции, и, следовательно, такая возможность должна либо учитываться при проектировании, либо строго контролироваться.
Силы, действующие вертикально, представляют собой гравитационные нагрузки, такие как мертвая нагрузка, сопутствующая нагрузка, живая нагрузка. Силы, действующие горизонтально, такие как устойчивость, ветровые и сейсмические явления, требуют встраивания в конструкции систем сопротивления боковой нагрузке. Когда к конструкции прикладываются боковые нагрузки, горизонтальные диафрагмы передают нагрузку на систему сопротивления боковым нагрузкам. Комбинации нагрузок включают различные комбинации в соответствии со стандартными кодексами (IS 800 – 2007 и AISC -89/ MBMA – 2002) с учетом критериев как удобства эксплуатации, так и прочности. Ниже приведены различные типы структурных нагрузок в предварительно спроектированных зданиях . .
Различные типы структурных нагрузок в быстровозводимых зданиях
Мертвая нагрузка
Мертвые нагрузки, также известные как постоянные или статические нагрузки, — это те, которые остаются относительно постоянными с течением времени и включают, например, вес конструктивных элементов здания, таких как балки, стены, крыша и конструктивные элементы настила. Мертвые нагрузки могут также включать постоянные неструктурные перегородки, неподвижные светильники и даже встроенные шкафы.
Остаточная нагрузка на конструкцию из PEB является результатом веса постоянных компонентов, таких как балки, плиты перекрытия, колонны и стены. Эти компоненты будут создавать одинаковую постоянную ‘мертвую’ нагрузку в течение срока службы здания. Мертвые нагрузки проявляются в вертикальной плоскости. Мертвая нагрузка рассчитывается в соответствии с IS: 875 (часть 1) -1987. Мертвая нагрузка = объем элемента x удельный вес материалов. Рассчитав объем каждого элемента и умножив на единицу веса материалов, из которых он изготовлен, можно определить точную остаточную нагрузку для каждого компонента. Затем различные компоненты могут быть сложены вместе, чтобы определить остаточную нагрузку для всей конструкции.
Сопутствующая нагрузка
Сопутствующая нагрузка — это подмножество остаточной нагрузки, которое включает вес любых материалов, отличных от несущих конструкций. Эти материалы могут включать трубы, разбрызгиватели, механические воздуховоды, электропроводы, потолки и отделочные материалы. Некоторые типичные веса этих компонентов включают разбрызгиватели, светильники, механические воздуховоды и т.д. Сопутствующие нагрузки — это дополнительные мертвые нагрузки, подвешенные к системе здания, или любой внутренний вес постоянных материалов, отличных от фактической металлической системы здания. Электрические системы, подвешенные к потолку, или внутренняя спринклерная система относятся к категории сопутствующих нагрузок. Сопутствующая нагрузка — это дополнительный вес, который создается за счет дополнительных постоянных материалов, а не за счет конструктивной системы, например, потолков, освещения, механических шахт и механической системы воздуховодов. Типичные значения варьируются от 0,1 до 0,3 кН / м 2.
Нагрузка под напряжением
Действующие нагрузки относятся к динамическим силам, возникающим в результате заселения и предполагаемого использования. Они представляют собой переходные силы, которые могут перемещаться по зданию или воздействовать на любой конкретный элемент конструкции. Также измеряемые в psf, эти нагрузки включают ожидаемый вес людей, мебели, бытовой техники, автомобилей, передвижного оборудования и тому подобного. Поскольку нагрузки под напряжением зависят от прочности конструкции, знание точного планируемого использования здания имеет решающее значение. Величина остаточной нагрузки или ее отсутствие часто определяет, какую нагрузку под напряжением оно может выдержать. Железобетон создает самые тяжелые мертвые нагрузки, но также выдерживает наибольший вес благодаря своей огромной прочности на сжатие. Конструкционная сталь обеспечивает гораздо меньшую мертвую нагрузку и превосходную устойчивость к нагрузкам под напряжением в многоэтажных зданиях. Натуральное и искусственное дерево относительно легко опирается на фундамент, но выдерживает меньшие нагрузки, чем сталь и бетон. Нагрузка под напряжением, действующая на элементы конструкции, обусловлена подвижным оборудованием и материалами. В предварительно спроектированных зданиях нагрузка под напряжением создается на крыше во время строительных и ремонтных работ. Соответствующий код, используемый для расчета нагрузки на срок службы, — ASCE / SEI 7-10.
Ветровая нагрузка
Ветровая нагрузка — это нагрузка, выраженная в фунтах на квадратный фут, оказываемая ветром на внешнюю поверхность конструкции. Это будет зависеть от угла, под которым ветер ударяет по конструкции, и формы конструкции.
Предотвращение повреждения ветром включает укрепление участков, где здания могут развалиться. Стены, крыша и фундамент должны быть прочными, а крепления между ними — прочными и надежными. Чтобы конструкция выдерживала ветровые нагрузки, она должна иметь непрерывный путь прохождения нагрузки от крыши к фундаменту — соединения, которые связывают все части конструкции вместе и могут противостоять ветровым нагрузкам, которые могут давить на здание во время шторма. Ветровые нагрузки определяются скоростью ветра, наклоном крыши, высотой карниза, категорией экспозиции и состоянием открытых стен здания. Обычно стальные здания не рассчитаны на скорость ветра менее 110 км / ч. Ветер оказывает на конструкцию три типа сил, а именно подъемную нагрузку [давление ветрового потока, которое создает сильный подъемный эффект, очень похожий на воздействие на крылья самолета], сдвиговую нагрузку [Горизонтальное давление ветра, которое может вызвать прогиб стен, вызывающий наклон здания] и боковую нагрузку [ Горизонтальное толкающее давление на стены, которое может привести к соскальзыванию конструкции с фундамента или опрокидыванию].
Сейсмическая нагрузка
Сейсмические нагрузки возникают из-за сопротивления конструкции движению (или инерции), когда грунт ускоряется во время землетрясения. Величина сейсмических нагрузок зависит от многих факторов, некоторые из которых зависят от местоположения здания и характера участка. Кроме того, многие из этих факторов сильно различаются от объекта к объекту в одной и той же общей зоне. Производители s. PEB могут помочь достичь этого, комбинируя стальные конструкции с бетоном для оптимальной защиты от землетрясения. Они по опыту знают, сколько бетона следует заменить металлическими каркасами и какой тип стали использовать в конкретной сейсмоопасной зоне. Что еще более важно, металлические профили, основа PEB engineering, обладают более высокой устойчивостью к повреждениям от землетрясений, чем здания из одного бетона.