12.4 Расчёт многоэтажных зданий на ветровую нагрузку

Ветер может оказывать давление на здание под любым углом в горизонтальной плоскости. Так как в продольном направлении пространственная жесткость здания значительно больше, чем в поперечном, то влияние продольной составляющей ветровой нагрузки не опасно. При расчете учитывается лишь поперечная составляющая, которая в зависимости от направления ветра может меняться от нуля до максимума, представляющего собой сумму активного и пассивного (отсоса) давления ветра, определяемого по СНиП 2.01.07-85. Поэтому расчет следует производить на максимальное давление.

В здании ветровую нагрузку последовательно воспринимают продольные стены, перекрытия, служащие опорами для этих стен, и поперечные стены, являющиеся опорами для перекрытий и вертикальными диафрагмами жесткости.

Расчету подлежат продольные и поперечные стены,

В продольных стенах ветровая нагрузка вызывает местный изгиб из плоскости стены. Так как в многоэтажных зданиях высота этажей всегда значительно меньше расстояния между поперечными стенами, то продольная стена при расчете на ветровую нагрузку рассматривается как балочная плита, защемленная на уровне перекрытий, и рассчитывается в коротком направлении (рис. 12.4). Изгибающий момент на уровне перекрытия при активном давлении ветра будет суммироваться с изгибающим моментом от перекрытия. Его значение для всех этажей, кроме верхнего, может быть определено в предположении жесткой заделки обоих концов и упругой работы кладки по формуле

(12.2)

где - ветровая нагрузка на 1 м высоты стены; Н – высота этажа.

Рис.12.4 Расчетная схема стены при действии ветровой нагрузки

Верхняя опора верхнего этажа принимается шарнирной, поэтому изгибающий момент в нижней заделке стены этого этажа определяется по формуле:

(12.3)

Изгибающий момент от активной ветровой нагрузки о, в средней части высоты стены будет погашать момент от перекрытия, поэтому при активном давлении ветра его учитывать не нужно. В этом сечении до- гружающим является изгибающий момент от отсоса , равный

(12.4)

Но его значение обычно сравнительно мало. К этому следует до- бавить, что высота этажей в гражданских зданиях обычно небольшая, значение составляет незначительную долю значения М, поэтому при расчете продольных стен местную ветровую нагрузку можно не учитывать.

Для расчета поперечных стен необходимо знать, какая часть из общей ветровой нагрузки будет воспринята каждой стеной, т. е. не- обходимо установить, как равнодействующая ветровой нагрузки W распределяется между отдельными стенами в зависимости от их раз- меров и положения в плане — симметричном или несимметричном относительно оси здания. При этом следует иметь в виду, что перекрытия, которые воспринимают ветровую нагрузку от продольных стен и передают ее на поперечные стены, рассматриваются в своей плоскости как абсолютно жесткие пластинки, обеспечивающие неизменяемость контура здания в плане и совместную работу всех стен.

При проектировании поперечные стены целесообразно располагать симметрично относительно оси здания (рис. 12.5, а), что значительно упростит расчет. Ветровая нагрузка в этом случае распределяется между поперечными стенами пропорционально их жесткости.

При несимметричном расположении- поперечных стен (рис. 12.6, б) равнодействующая усилий в них , пройдет на расстоянии r от равнодействующей W ветровой нагрузки. В связи с этим возникает крутящий момент W, и дополнительный изгиб попе- речных стен в своих плос- костях. Сопротивление крутящему моменту оказывают не только поперечные, но и более мощные продольные стены, поэтому при небольшой величине r этот момент практически не оказывает существенного влияния на работу поперечных стен и его можно не учитывать. Однако несимметричного их расположения лучше избегать.

При расчете поперечные стены рассматривают как вертикальные консоли (рис 12.7), заделанные в грунт и работающие под влиянием давления ветра на изгиб.

Сечение этих консолей принимают в зависимости от сопряжения между поперечными и продольными стенами. В каменных массивных стенах это сопряжение обычно обеспечивается перевязкой швов и обладает достаточной жесткостью. В этом случае стены взаимно перпендикулярного направления работают совместно, и сечение консоли будет иметь форму двутавра (рис. 12.7, в, г) или швеллера (рис. 12.7, д), ребром которого является поперечная стена, а полками — участки продольных стен. Ширина этих участков, вводимая в расчет, принимается равной 1/3 Н в каждую сторону от края рассматриваемой поперечной стены, но не более 6h и не более расстояния от края стены до края, примыкающего к ней простенка. Тогда ширина полки s может быть принята меньшей из следующих трех значений: s = 2/ЗН + = 12h + и равной ширине простенка, примыкающего к рассматриваемой поперечной стене. (Здесь Н — высота стены, h- толщина примыкающей продольной стены, h₁, — толщина рассматриваемой поперечной стены).

Рисунок 12.6 Распределение ветровой нагрузки: а) – с симметричным расположением поперечных стен; б) – с нессиметричным расположением

Рисунок 12.7 – Расчетная схема каменного остова здания при расчете на ветровую:

а) по фасаду; б – в разрезе; в- в плане; г- сечение в виде двутавра; д- то же швеллера;

е- то же, прямоугольника

При недостаточной жесткости сопряжения между поперечными и продольными стенами, последние в расчете не учитываются, и сечение консоли принимают прямоугольным (рис. 12.7, е).

При симметричном и равномерном расположении поперечных стен и примерно одинаковой их жесткости ветровая распределенная нагрузка на 1м высоты рассчитываемой k-й стены на рассматриваемом уровне i по высоте здания будет

(12.5)

где l - расстояние между поперечными стенами; - интенсивность ветровой нагрузки на уровне i, состоящая из суммы активного и пассивного давления ветра.

При учете совместной работы поперечных и продольных стен необходимо обеспечивать восприятие сдвигающих усилий в местах их взаимного примыкания. Должно соблюдаться условие

,

(12.6)

где Т – сдвигающее усилие в пределах одного этажа; у – расстояние от оси продольной стены до центра тяжести сечения стен в плане (в форме двутавра); А – площадь сечения полки (участка продольной стены, учитываемого в расчете); h – толщина поперечной стены; I – момент инерции сечения стен относительно центра тяжести сечения; Н – высота этажа; R_sq – сопротивление кладки сдвигу по вертикальному перевязанному сечению.