Сбор нагрузок от надземной части сооружения с несущими стенами

 

Водонапорная башня цилиндрической формы состоит из железобетонного ствола (стен), поддерживающих металлическую емкость с конусообразной крышей. Фундаментом башни является продолжение стен одинакового с ними сечения, опирающегося на круглую плиту, также выполненную из железобетона. Расчетное сечение здания приведено на рис.1, а принятые на нем и в формулах обозначения - в таблицах 1, 2.

Таблица 1.

Варианты задания по параметрам сооружений

 

Параметр	Обозна-чение	Ед. изм.	Варианты
Общая высота башни	Н	м
Высота ствола (стен)	Н1	м		13,5	14,5
Высота запаса воды в ёмкости	Н2	м	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5
Высота переменного запаса воды в ёмкости	Н3	м	0,5	1,0	1,0	1,0	1,0
Расчетное сопротивление грунтов основания	R	кПа

Таблица 2.

Подварианты заданий по параметрам и нагрузкам сооружения

 

Параметры и нагрузки	Обозначение	Ед. изм.	Подварианты
Внешний диаметр ствола	d1	м	6,6	6,6	6,7
Внутренний диаметр ствола	d2	м	5,4	5,4	5,3
Внешний и внутренний диаметры ёмкости	d3, d4	м м
Толщина стенок и дна ёмкости	δ2, δ3	м	0,01	0,01	0,01
Высота кровли по оси башни	H4	м	1,0	1,0	1,0
Глубина заложения фундамента	h	м
Диаметр фундамента	D	м	8,5	8,5	8,5
Толщина плиты фундамента	δ4	м
Плотность: железобетона стали воды грунта	ρ1 ρ2 ρ3 ρ4	кН/м3 кН/м3 кН/м3 кН/м3		18,1	18,2
Нагрузки: вес оборудования вес неучтенного оборудования	N5 N6	кН кН
Нормативные нагрузки от: кровли по стропильным балкам снега ветра	q1 q2 q3	кПа кПа кПа	2,0 1,4	2,1 1,5	2,2 1,6

 

Фундамент водонапорной башни заглублен в основание, представленное песчаными грунтами различной крупности (от крупных до пылеватых), плотности сложения и степени влажности, в совокупности характеризующимися значением R.

Сумму вертикальных сил, действующих на фундамент, представляют суммой постоянных и временных нагрузок N_п + N_в = N.

К постоянным нагрузкам относятся:

собственный вес стен N₁,

вес ёмкости N₂,

вес запаса воды N₃,

вес чердачного перекрытая и кровли N₄,

вес оборудования N₅,

вес неучтенного оборудования N_{6 .}

 

 

Рис. 1. Расчетное сечение водонапорной башни

К временным:

переменный вес воды в ёмкости N₇,

снеговая нагрузка N₈.

Суммавертикальных сил составит:

N = N₁ + N₂ + N₃ + N₄ + N₅ + N₆ + N₇ + N₈.

 

Постоянные нагрузки

 

Собственный вес стен до обреза фундамента рассчитывается по формуле

N₁ = U · δ₁ · H₁ · ρ₁, (4)

в которой осевой периметр U может быть определен из выражения U = π · d_ср, где d_ср = 0,5 · (d₁ + d₂) представляет собой средний диаметр кольца.

Аналогично подсчитывают вес стенок ёмкости, а по известным формулам - вес днища ёмкости, вес постоянного и переменного запаса воды и получают значения N₂, N₃, N₇.

Чердачное перекрытие в башне совмещено с конструкцией кровли и его вес в этом случае учитывается при расчете нагрузки от кровли, собранной из листового железа по стропильным балкам. Нагрузка от кровли рассчитывается с учетом нормативной нагрузки q₁, выбранной в зависимости от конструкции крыши, и площади кровли F₁, м²:

N₄ = q₁ · F₁.

Для конусообразной крыши площадь кровли F₁ можно подсчитать по формулам:

,

где α - угол наклона кровли к горизонту.

Вес оборудования N₅ подсчитывается ориентировочно, например, в промышленных сооружениях с подъемным краном грузоподъемностью 50-100 кН вес оборудования принимается равным утроенной грузоподъемности крана, вес же неучтенного оборудования N₆ определяется по нормативам. N₅ и N₆ приведены в вариантах заданий.

Временные нагрузки

Снеговая нагрузка устанавливается в зависимости от конструкции кровли, её площади F₁ и нормативного веса снегового покрова на 1 м² проекций кровли q₂ кПа по формуле

N₈ = q₂ · F₁.

Вес переменного запаса воды, создающий временные нагрузки, легко подсчитывается по уже упоминавшимся известным формулам.

Ветровая нагрузка рассчитывается исходя из нормативного давления ветра q₃ кПа, зависящего от скоростного напора ветра, аэродинамического коэффициента и площади стен здания, воспринимающих давление ветра. Для сооружений башенного типа цилиндрической формы давление ветра принимается равномерно распределенным по вертикальному сечению F₀ через диаметр башни на высоту от земной поверхности. Сила ветра составляет

N₉ = q₃ · F₀.

Горизонтальная сила давления ветра приложена на половине высоты башни и создает момент силы относительно обреза фундамента М₁ или его подошвы М, которые можно вычислить из выражений:

М₁ = 0,5 · N₉ · Н

М = N₉ · (0,5Н + h)

Нагрузки от фундамента

Сбор постоянных нагрузок от фундамента на основание подробно рассматривается в следующем разделе. Нагрузки от фундамента Q составляют определенную долю в весе всего сооружения и в общем случае складываются из веса фундамента Q_ф и веса грунта на обрезах фундамента Q_г, т.е. Q = Q_ф + Q_г. Q_ф и Q_г могут быть подсчитаны с учетом формулы 4, т.е. исходя из объёмов конструкций или грунтов на обрезах фундамента и плотности материалов и грунтов основания.

Задание (варианты 1 - 5):

· произвести сбор нагрузок на основание отводонапорной башни (рис.1);

· рассчитать давление по подошве фундамента и сравнить с заданным расчетным сопротивлением грунтов;

· сделать вывод о надежности основания и устойчивости сооружения.

Данные промежуточных расчетов представить по форме 1.

Необходимые для расчетов параметры представлены в таблицах 1, 2.

 

Форма 1.

Сбор нагрузок и проверка устойчивости сооружения

Постоянные нагрузки на фундамент:

вес стен, N₁ =

вес ёмкости, N₂ =

вес запаса воды, N₃ =

вес чердачного перекрытия и кровли, N₄ =

вес оборудования, N₅ =

вес неучтенного оборудования, N₆ =

 

Временные нагрузка за фундамент:

вес переменного запаса воды, N₇ =

вес снега, N₈ =

 

Ветровая нагрузка:

сила давления ветра, N₉ =

момент силы давления ветра на обрезе фундамента, M₁ =

момент силы давления ветра на подошве фундамента, М =

 

Постоянные нагрузки на основание от фундамента:

вес фундамента, Q_ф =

вес грунта на обрезах фундамента, Q_г =

 

Площадь фундамента, F =

Давление на грунты основания, P_max =

Расчетное сопротивление грунтов, R =