Сбор нагрузок

Сбор нагрузок — это начальный этап расчёта строительных конструкций, в ходе которого определяются все виды воздействий, которым будет подвергаться здание или сооружение в процессе эксплуатации. Результатом сбора нагрузок являются численные значения сил, моментов и других параметров, используемые в дальнейших расчётах на прочность, устойчивость и деформативность. Сбор нагрузок выполняется в соответствии с требованиями нормативных документов, в первую очередь — сводов правил (СП) и строительных норм и правил (СНиП), действующих на территории Российской Федерации.

Классификация нагрузок

По характеру действия во времени нагрузки делятся на постоянные и временные. Временные, в свою очередь, подразделяются на длительные, кратковременные и особые. По способу приложения различают сосредоточенные и распределённые нагрузки. По направлению — вертикальные (сила тяжести) и горизонтальные (ветер, сейсмика). По природе происхождения нагрузки бывают механическими, температурными, климатическими, технологическими и другими.

Постоянные нагрузки

К постоянным относятся нагрузки, действующие на протяжении всего или большей части срока службы сооружения. Основные составляющие:

Собственный вес конструкций — масса несущих и ограждающих элементов (фундаментов, стен, колонн, перекрытий, покрытий, кровли). Определяется по проектным размерам и плотности материалов. Для типовых конструкций (например, железобетонных плит перекрытия) могут использоваться табличные значения из нормативных документов.
Вес стационарного оборудования — масса встроенных машин, агрегатов, технологических линий, если их демонтаж не предусмотрен в течение всего срока службы.
Давление грунта — боковое давление на подпорные стены, стены подвалов, фундаменты.
Предварительное напряжение — усилия от натяжения арматуры в предварительно напряжённых железобетонных конструкциях.

Временные нагрузки

Временные нагрузки могут изменяться во времени по величине и положению. Они подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

Длительные временные нагрузки

Вес перегородок — если их расположение может меняться в процессе эксплуатации, но сама нагрузка присутствует постоянно.
Вес стационарного оборудования, которое может быть заменено, но не демонтировано полностью.
Нагрузки от складируемых материалов (на складах, в библиотеках, архивах).
Температурные климатические воздействия — сезонные и суточные колебания температуры, вызывающие деформации конструкций.
Нагрузки от людей, животных, мебели в жилых и общественных зданиях (принимаются как длительные, хотя фактически являются кратковременными, по нормам).

Кратковременные временные нагрузки

Полезные нагрузки на перекрытия — от людей, мебели, оборудования, которые действуют непродолжительное время. Нормативные значения устанавливаются в зависимости от назначения помещения (например, 1,5 кПа для жилых комнат, 5,0 кПа для офисов, 12,0 кПа для торговых залов).
Снеговые нагрузки — вес снежного покрова на кровле. Зависят от снегового района (по карте районирования РФ) и формы крыши. Нормативное значение для Москвы — 1,8 кПа (III снеговой район).
Ветровые нагрузки — давление ветра на ограждающие конструкции. Зависят от ветрового района, высоты здания, типа местности. Для Москвы (I ветровой район) нормативное значение — 0,23 кПа.
Монтажные нагрузки — усилия, возникающие при транспортировке и монтаже конструкций.
Нагрузки от подвижного состава — для мостов, путепроводов, паркингов.

Особые нагрузки

Сейсмические воздействия — для зданий, строящихся в сейсмически активных районах. Интенсивность определяется по шкале MSK-64 (от 6 до 9 баллов для территории РФ).
Взрывные воздействия — от взрывов газовоздушных смесей, технологических взрывов.
Нагрузки от аварийных ситуаций — например, от обрыва несущего элемента, от удара транспортного средства.
Пожарные нагрузки — воздействие высоких температур при пожаре.

Методика сбора нагрузок

Сбор нагрузок производится последовательно, от верхних конструкций к нижним, с учётом грузовых площадей. Для плоских перекрытий грузовая площадь — это участок, с которого нагрузка передаётся на данную несущую конструкцию (балку, колонну, фундамент). Для колонн и стен грузовая площадь определяется как половина расстояния до соседних опор в каждом направлении.

Этапы сбора нагрузок

Определение состава нагрузок — выявление всех возможных воздействий на основе функционального назначения здания и климатических условий.
Вычисление нормативных значений — по формулам и таблицам нормативных документов (СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»).
Учёт коэффициентов надёжности по нагрузке — для перехода от нормативных значений к расчётным. Коэффициент γ_f для постоянных нагрузок обычно принимается 1,1 (для железобетона — 1,1; для металла — 1,05; для дерева — 1,1). Для временных нагрузок γ_f варьируется от 1,2 до 1,4.
Учёт коэффициентов сочетаний — при одновременном действии нескольких временных нагрузок вводится понижающий коэффициент (например, ψ_1 = 0,95 для длительных, ψ_2 = 0,9 для кратковременных).
Суммирование нагрузок — по каждому элементу (фундамент, колонна, балка) вычисляется полная расчётная нагрузка как сумма постоянной и временной с учётом коэффициентов.
Проверка на особые сочетания — для сейсмических и аварийных воздействий используются отдельные коэффициенты (обычно γ_f = 1,0).

Пример сбора нагрузок на плиту перекрытия

Рассмотрим типовую плиту перекрытия жилого дома. Состав нагрузок:

Постоянная: собственный вес плиты (толщина 200 мм, плотность 2500 кг/м³) — 0,2 м × 25 кН/м³ = 5,0 кН/м²; вес пола (стяжка 40 мм, керамическая плитка) — 1,2 кН/м²; вес перегородок (кирпичные, 120 мм) — 1,5 кН/м². Итого постоянная нормативная: 5,0 + 1,2 + 1,5 = 7,7 кН/м².
Временная: полезная нагрузка для жилых комнат — 1,5 кН/м² (нормативная). С учётом коэффициента надёжности γ_f = 1,3 расчётная временная: 1,5 × 1,3 = 1,95 кН/м².
Расчётная нагрузка: 7,7 × 1,1 + 1,95 = 10,42 кН/м² (при γ_f = 1,1 для постоянной).

Нормативная база в РФ

Основным документом, регламентирующим сбор нагрузок, является СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*). Дополнительно используются:

СП 14.13330.2018 — для сейсмических нагрузок.
СП 22.13330.2016 — для оснований фундаментов.
СП 63.13330.2018 — для железобетонных конструкций.
СП 16.13330.2017 — для стальных конструкций.
СП 64.13330.2017 — для деревянных конструкций.

Для мостов и транспортных сооружений действуют отдельные нормативы (ГОСТ Р 52748-2007, СП 35.13330.2011).

Особые случаи

Сбор нагрузок для высотных зданий

Для зданий высотой более 75 м (по СП 267.1325800.2016) требуется учёт пульсационной составляющей ветровой нагрузки, а также динамических воздействий от людей (синхронные колебания при ходьбе, танцах). Ветровая нагрузка для таких зданий может достигать 2,0–3,0 кПа на верхних этажах.

Сбор нагрузок для промышленных зданий

В промышленных зданиях учитываются нагрузки от кранов (мостовых, подвесных), вибрационные нагрузки от оборудования, технологические нагрузки (вес сырья, готовой продукции). Для крановых нагрузок используются нормативные значения из паспорта крана с учётом динамического коэффициента 1,1–1,2.

Сбор нагрузок для реконструируемых зданий

При реконструкции необходимо учитывать фактические нагрузки, которые могут отличаться от проектных из-за изменения назначения помещений, установки нового оборудования, усадки грунта. Часто требуется проведение инструментального обследования конструкций.

Распространённые ошибки

Неучёт собственного веса второстепенных элементов — например, отделочных слоёв, инженерных сетей.
Неправильное определение грузовых площадей — особенно для нерегулярных сеток колонн.
Игнорирование коэффициентов сочетаний — приводит к завышению или занижению нагрузок.
Путаница между нормативными и расчётными значениями — расчётные значения используются для проверки прочности, нормативные — для расчёта по деформациям.
Неучёт динамического характера нагрузок — для оборудования, кранов, ветра.

Значение в проектировании

Точность сбора нагрузок напрямую влияет на надёжность и экономичность строительных конструкций. Занижение нагрузок может привести к аварийным ситуациям, завышение — к неоправданному перерасходу материалов и удорожанию строительства. В современной практике сбор нагрузок выполняется с использованием специализированных программных комплексов (SCAD Office, ЛИРА-САПР, ANSYS, Robot Structural Analysis), однако ручная проверка остаётся обязательной для контроля.

Источники

СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах».
СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».
СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции».
СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».
СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции».
СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования».
СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (с изменениями).
ГОСТ Р 52748-2007 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчётные схемы нагружения».
Рекомендации по сбору нагрузок на строительные конструкции / ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. — М.: Стройиздат, 2010.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →