Полезную нагрузку проще всего задать сплошной: 9,4 кПа на все перекрытия склада. Такое загружение даёт наибольший вес здания, и для основания и суммарных реакций оно действительно определяющее. Но наибольшие пролётные моменты в неразрезной плите, наибольшие прогибы и изгиб колонн от несимметричной нагрузки получаются, когда часть пролётов загружена, а соседние пусты. Ниже — как я строил такие раскладки на перекрытиях большого склада и что в итоге приложено к модели в ЛИРЕ 10.
Объект и нагрузки
Производственно-логистический комплекс в Москве. Складская часть — сборный железобетонный каркас с перекрытиями на отметках +8,400, +16,800 и +25,200. Административно-бытовые части АБЧ-1…АБЧ-4 — монолитный каркас с плоскими плитами. Кроме того, есть грузовой балкон на отм. +6,940 и открытая автостоянка с деками и рампами.
Нормативные полезные нагрузки:
| Помещение / зона | qн, кПа |
|---|---|
| Складские помещения (3 яруса) | 9,40 |
| Грузовой балкон, платформа, рампы, деки автостоянки, дебаркадеры | 12,26 |
| Пол первого этажа по грунту | 40,86 |
| Офисные помещения АБЧ | 2,45 |
| Вестибюли, коридоры, лестницы АБЧ | 3,00 |
| Технические помещения | 3,92 |
| Венткамеры | 1,96 |
| Лестничные марши и площадки | 4,00 |
| Вне контура здания: проезды / стоянки | 7,00 / 5,00 |
Два момента из сбора нагрузок, на которых часто ошибаются.
Расчётное или нормативное. Техническое задание давало часть нагрузок как расчётные: например, 1 150 кг/м² для склада. Я пересчитал их в нормативные делением на γf = 1,2 — для складируемых материалов и погрузчиков с грузом его даёт таблица 8.2 СП 20.13330.2016 (п. 8.1.4). Отсюда 9,40 кПа, а не 11,28. Нагрузки, заданные в ТЗ как нормативные, приняты без пересчёта; не заданные в ТЗ — по таблице 8.3 СП 20, для территории вне здания — по таблице 8.4. Если значение из ТЗ по ошибке ввести в модель как нормативное, а потом ещё раз умножить на γf, нагрузка будет завышена на 20 %.
Кратковременная или длительная. Этот вопрос для склада решает норма, а не привычка. По п. 5.4 г) СП 20 нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях относятся к длительным. Поэтому полезную нагрузку я разделил на две группы:
- склад — перекрытия склада и пол склада по грунту: длительная нагрузка, её длительная часть равна полной, доля 1,0;
- прочие помещения — административно-бытовые части, технические помещения, грузовой балкон, деки, рампы, дебаркадеры, территория: кратковременная нагрузка, пониженное нормативное значение (длительная часть) — 0,35 от полного.
Разница принципиальная. Длительная часть нужна для расчётов по второй группе предельных состояний: прогибов, раскрытия трещин продолжительного действия, осадок. Если по привычке задать складу долю 0,35, то в этих расчётах от 9,4 кПа останется 3,3 кПа, хотя стеллажи с грузом стоят на перекрытии годами. К тому же единственная длительная нагрузка входит в основные сочетания с коэффициентом 1,0 (п. 6.3), а вторая и последующие кратковременные снижаются до 0,9 и 0,7.
Для масштаба: сплошная полезная нагрузка на складе — около 56,7 тыс. т нормативной, в прочих помещениях — около 23,0 тыс. т, вместе около 80 тыс. т. Это сопоставимо с собственным весом железобетонного каркаса. Поэтому вопрос о том, как именно она распределена, здесь не формальный.
Почему сплошное загружение — не всё
Для неразрезной конструкции нагрузка в одном пролёте разгружает соседний. Если загружены все пролёты, моменты в пролётах частично гасятся опорными. Если загружен пролёт через один, пролётный момент в загруженном пролёте растёт, растёт и его прогиб. Колонна между загруженным и пустым пролётами получает несимметричную нагрузку, а значит изгиб, которого при сплошном загружении почти нет.
Норма говорит об этом прямо. Во вводной части раздела 8 СП 20 варианты загружения перекрытий требуется принимать в наиболее неблагоприятном расчётном положении. Если данных об условиях эксплуатации недостаточно, рассматриваются три варианта: сплошное загружение, неблагоприятное частичное загружение для конструкций, чувствительных к такой схеме, и отсутствие временной нагрузки. Третий вариант у меня закрыт сочетаниями с минимальными вертикальными нагрузками и ветром, где полезной нагрузки нет вовсе. Второй — это и есть раскладки.
Какая раскладка определяющая, зависит от конструкции:
- в монолитных плитах АБЧ, грузового балкона и дек плита неразрезная в двух направлениях. Для неё нужны и полосы, и шахматка;
- в сборном каркасе склада многопустотный настил опирается на ригели шарнирно, ригели на консоли колонн — тоже шарнирно. Неразрезности плиты здесь нет, и для настила определяющая сплошная нагрузка. Но раскладка через пролёт даёт разные реакции ригелей по разные стороны колонны, то есть момент в колонне;
- для вставок из сборных плит 2Т на грузовом балконе нагрузка принята полной: это однопролётные элементы, и чередовать нагрузку внутри них бессмысленно;
- пол по грунту рассматривается только в сплошном загружении: он передаёт нагрузку на основание через грунт, а не через пролётную конструкцию.
Шесть схем
Кроме сплошного загружения я рассмотрел шесть невыгодных раскладок. Раз полезная нагрузка разделена на две группы, каждая схема — это пара загружений: для склада и для прочих помещений, построенных по одной и той же схеме и действующих вместе:
- 13 / 31 — чётные пролёты, направление 1;
- 14 / 32 — нечётные пролёты, направление 1;
- 15 / 33 — чётные пролёты, направление 2;
- 16 / 34 — нечётные пролёты, направление 2;
- 17 / 35 — шахматная схема А;
- 18 / 36 — шахматная схема Б.
Сплошное загружение — тоже пара: 12 для склада и 30 для прочих помещений.
Направление 1 и направление 2 — две оси сетки колонн. Полосы 13–16 дают через-пролётное загружение то в одну, то в другую сторону. Шахматные схемы А и Б взаимно дополняют друг друга: там, где в схеме А ячейка загружена, в схеме Б она пустая. Вместе они покрывают каждую ячейку сетки в обоих состояниях.
Правила построения я задал одинаковые для всех отсеков:
- границы загружаемых участков проходят по разбивочным осям, то есть по границам пролётов. Полоса, которая начинается в середине пролёта, не даёт ни максимума пролётного момента, ни чистого эффекта для колонны;
- в пределах загруженного пролёта значение — как при сплошном загружении: 9,40 кПа на складе, 3,00 кПа в коридорах, 12,26 кПа на грузовом балконе и деках. Раскладка меняет только, где нагрузка есть, а не её величину.
Что получилось на плане
Сплошное загружение построено по каждому отсеку и уровню, раскладки — отдельными листами: на одном листе шесть схем одного отсека.
Логику удобно смотреть на отсеке ПР-3 (оси 34/35–43/44, отм. +8,400). В схемах 13 / 31 и 14 / 32 горизонтальные полосы складской нагрузки 9,40 кПа чередуются с пустыми пролётами между буквенными осями. В схемах 15 / 33 и 16 / 34 такие же полосы идут между цифровыми осями. В схемах 17 / 35 и 18 / 36 план превращается в шахматную доску со сторонами ячейки, равными пролёту. Вдоль ряда Г видны участки дебаркадера с нагрузкой 12,26 кПа: они подчиняются той же сетке. У лестничной клетки остаётся небольшой участок коридора 3,00 кПа.
Для складской части показан уровень +8,400. На +16,800 и +25,200 раскладки совпадают, на антресолях и встроенных блоках выполнены по тому же принципу. Для АБЧ показан типовой этаж: на вышележащих этажах раскладки те же, на первом и втором этажах — по тому же принципу с учётом очертаний перекрытий. Для автостоянки — совмещённый план дек, платформы и рамп.
Как раскладки входят в сочетания
Сплошное загружение и шесть раскладок — семь взаимоисключающих вариантов. В одном сочетании действует только один вариант, причём склад и прочие помещения в нём идут вместе и по одной схеме: раскладка 13 для склада — только с раскладкой 31 для прочих помещений. Так же устроены снег (равномерный или с мешками, см. статью B4 о снеговых мешках) и ветер (одно из четырёх направлений, см. статью B9 о зонах ветровой нагрузки). Без этих взаимоисключений программа могла бы сложить сплошную нагрузку с шахматной и получить на перекрытии вдвое больше, чем может стоять на складе. Для РСУ это означает две группы взаимоисключения — складскую и прочую.
Для каждой раскладки есть своё основное сочетание — вместе с полезной нагрузкой на лестницы и равномерным снегом. Как это задаётся для РСУ и РСН и почему для разных элементов удобнее разные подходы, разбираю в парной статье B7 о РСН и РСУ.
Ещё одна деталь из той же логики. На грузовой балкон, платформу, рампы и деки снеговая нагрузка не прикладывается. При эксплуатации транспортом покрытие очищают, а транспортная нагрузка 12,26 кПа многократно больше снеговой. Несочетание полезной нагрузки на покрытиях со снеговой соответствует примечанию 2 к таблице 8.3 СП 20.
На что смотреть в своей модели
- Есть ли раскладки вообще. Одно загружение «полезная, сплошная» не покажет ни максимальных пролётных моментов в монолитной плите, ни изгиба колонн от несимметричной нагрузки.
- Границы по осям. Полосы и клетки должны совпадать с пролётами. Иначе раскладка не даёт тех экстремумов, ради которых построена.
- Взаимоисключения. Проверьте, что сплошная нагрузка и раскладки не складываются в одном сочетании.
- Расчётное против нормативного. Если ТЗ даёт расчётные значения, в модель вводите нормативные и назначайте γf. Проверьте по одному помещению, что в сочетании получается ровно значение из ТЗ.
- Длительная или кратковременная. Нагрузка от складируемых материалов по п. 5.4 г) — длительная, её длительная часть равна полной. Доля 0,35 — только для кратковременных нагрузок прочих помещений. Ошибка здесь занижает прогибы и раскрытие трещин именно там, где нагрузка больше всего.
Итог
Полезная нагрузка на складе — самая большая временная нагрузка здания, и её распределение по плану так же важно, как её величина и её длительность. Сплошное загружение нужно для основания и суммарных усилий. Шесть раскладок — для пролётных моментов, прогибов и изгиба колонн. Норма требует рассмотреть сплошное, частичное неблагоприятное загружение и отсутствие нагрузки, но какие схемы нужны конкретной конструкции, где провести границы и как исключить невозможные сочетания, решает расчётчик. Штатные средства ЛИРЫ 10 позволяют задать всё это точно и воспроизводимо, а проверять результат по схемам остаётся инженеру.