Государственные строительные нормы Украины (ДБН)...

Государственные строительные нормы Украины (ДБН)

 Система надежности и безопасности в

строительстве 

Нагрузки и воздействияНагрузки и воздействия нормы проектированияДБН В.1.2-...-2004

(вторая редакция)

 ОАО Укрниипроектсталькострукция им. В.Н.Шимановского,

Киев, Украина

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

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”

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯОБЩИЕ 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.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯОБЩИЕ 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

сооруженийКлиматические нагрузки для городов Украины

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОККЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОККлассификация 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 НАГРУЗОККЛАССИФИКАЦИЯ 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 НАГРУЗОККЛАССИФИКАЦИЯ 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 НАГРУЗОККЛАССИФИКАЦИЯ 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 НАГРУЗОККЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК 

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 ВРЕМЕНИУЧЕТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ

УЧЕТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИУЧЕТ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ

КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИКРАНОВЫЕ 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

КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИКРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ

,1,0 minmax

max B

LFFFH

nnnn

k

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

КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИКРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ

Варианты приложения боковых сил для четырехколесных кранов

КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИКРАНОВЫЕ 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

КРАНОВЫЕ НАГРУЗКИКРАНОВЫЕ НАГРУЗКИ

Варианты приложения боковых сил для многоколесных кранов

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИСНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ

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

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИСНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ

Снеговая нагрузка является переменной повторной нагрузкой , для которой установлены три расчетные значения:

предельное расчетное значение

эксплуатационное расчетное значение

квазипостоянное расчетное значение

CSS fmm 0

CSS fee 0

CSSS p 04,0

S

S0 -нормативное значение снеговой нагрузки;

160 Па.

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИСНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ

Характеристические значения для Tef = 50 лет

СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИСНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ

Сопоставление ДБН и СНиП

ВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ

Для ветровой нагрузки установлены два расчетных значения:

предельное расчетное значение

эксплуатационное расчетное значение

CWW fmm 0

CWW fee 0

Коэффициент надежности fm зависит от заданного среднего периода повторяемости T

Допускается средний период повторяемости T принимать равным установленному сроку службы конструкции Tef.

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

ВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ

Характеристические значения для Tef =50 лет

ВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕВЕТРОВОЕ 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 ДАВЛЕНИЕВЕТРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ

Сопоставление ДБН и СНиП по давлению ветра, Па

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ

Обрушение опоры ЛЭП в Донбассе от перегрузки гололедом

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ

Гололедные нагрузки являются эпизодическими и характеризуются одним предельным расчетным значением.

Предельное значение ветрового давления на покрытые гололедом элементы определяется по формуле:

W0 =W0fw

где W0 ветровое давление при гололеде, превышаемое один раз в 50 лет;

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ

Толщина стенки гололеда

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИ Ветер при гололеде

ГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИГОЛОЛЕДНЫЕ НАГРУЗКИСравнение значений толщины стенки гололеда на проводах диаметром 10 мм

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.

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

Подход к определению ветровой нагрузки в ДБН

В ДБН использован так называемый квазистатический подход, при котором не разделяется статическая и пульсационная составляющие :

CWW fmm 0где 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:

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

где Caer - аэродинамический коэффициент, Ch - коэффициент высоты сооружения, Calt - коэффициент географической высоты, Crel - коэффициент рельефа, Cdir - коэффициент направления, Cd - коэффициент динамичности.

C= Caer Ch Calt Crel Cdir Cd ,

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

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.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Высота Н, м

СНиП II-6-74 (тип местности А) СНиП II-6-74 (тип местности Б)

СНиП 2.01.07-85 (тип местности А) СНиП 2.01.07-85 (тип местности В)

СНиП 2.01.07-85 (тип местности С) ДБН (I тип местности)

ДБН (II тип местности) ДБН (III тип местности)

ДБН (IV тип местности)

Графики возрастания скоростного напора по высоте

ДБН

СНиП II-6-74 СНиП 2.01.07-85

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ 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.

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

Коэффициент динамичности Сd по ДБН

здание с железобетонным каркасом

здание со стальным каркасом

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ 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 НАГРУЗКАПОЛНАЯ 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)

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

00,5

11,5

2

2,53

3,54

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Высота Н,м

СНиП ІІ-6-74 СНиП2.01.07-85 ДБН

Сравнительный анализ ветровой нагрузки на здание высотой 180м

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

0

1

2

3

4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Высота Н,м

СНиП ІІ-6-74СНиП 2.01.07-85ДБН

Сравнительный анализ ветровой нагрузки на здание высотой 90м

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ 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 НАГРУЗКАПОЛНАЯ 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.

ПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКАПОЛНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕБЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ