4.2. Розрахунок стін будівель з жорсткою конструктивною схемою

Стіни і стовпи розраховують на вертикальні і горизонтальні вітрові навантаження з урахуванням їхнього можливого сполучення як вертикальні нерозрізні багатопрольотні балки, які опираються на нерухомі опори – перекриття і покриття (рис. 4.1). Стіни і стовпи, які

не мають з’єднання з перекриттями, розраховуються як вільно стоячі.

Для спрощення розрахунків допускається розглядати стіни і стовпи в межах одного поверху як однопрольотні з прольотом Н_п і оперті шарнірно в горизонтальному напрямку на перекриття і покриття (Н_п – віддаль від низу перекриття вищерозташованого поверху до низу нижчерозташованого).

Навантаження від покриття і перекриттів на стіни передаються, як правило, позацентрово. Величина ексцентриситету залежить від жорсткості прогонів (плит) та пружних властивостей кладки. При статичному розрахунку стін з метою його спрощення, якщо не передбачається спеціальних опор, що забезпечували б центральну передачу навантаження, допускається приймати розподіл тиску під опорною площиною прогонів (плит) по трикутнику (рис. 4.2). В усіх випадках вважається, що рівнодіюча опорного тиску прикладена в її центрі ваги, але віддаль від внутрішньої поверхні стіни в розрахунках приймається не більшою, ніж с/3 ≤ 7 см.

Власна вага стін, які мають одну і ту ж товщину на всіх поверхах, не створює в них моментів (рис. 4.2а). Навантаження від власної ваги стін поступово збільшується від вищих до нижчих поверхів, але увесь час залишається прикладеним по осі стіни, яка не змінює своє положення по висоті стіни. Не виникають також моменти в стіні від її ваги, якщо її товщина відносно осі змінюється симетрично. В цьому випадку ексцентриситет прикладання навантаження від ригеля (плити) рівний

. (4.1)

Згинальний момент від навантаження на перекриття в стіні буде дорівнювати

. (4.2)

При несиметричній зміні товщини стіни в ній виникають моменти від навантаження вищерозташованих поверхів, при цьому ексцентриситет дії цього навантаження дорівнює (рис. 4.2б)

, (4.2)

а момент від цього навантаження на рівні низу перекриття M₂ = Ne₂. Сумарний момент в перерізі стіни на рівні перекриття в цьому випадку буде дорівнювати

. (4.3)

При сумуванні моменти приймаються зі своїми знаками.

Якщо для опирання ригелів влаштовують центрувальну плиту (рис. 4.2в), то згинальний момент в перерізі стіни знаходять за формулою (4.2).

Моменти в перерізах стін виникають також від навантажень на парапети, карнизи, балкони тощо. Такі навантаження, як правило, передаються з великими ексцентриситетами, а самі конструкції потребують спеціальних розрахунків.

Для верхнього поверху верхню опору стіни приймають шарнірною.

При статичному розрахунку стін необхідно вибрати їхню розрахункову схему, визначити величину всіх навантажень, які діють на стіну, знайти ексцентриситети і моменти в найбільш небезпечних перерізах. Для розрахунків приймаються нормативні навантаження з урахуванням коефіцієнтів надійності за навантаженням та з урахуванням їхнього можливого сполучення.

Підрахунок навантажень виконують зверху, починаючи з покрівлі, під горищного перекриття, карнизів і подальше переходять до стін верхнього поверху і так далі. Поздовжня сила N будь-якого поверху складається з навантаження P₁ від розташованого безпосередньо вище перерізу перекриття і суми поздовжніх сил Р від усіх вищерозташованих поверхів. При визначенні навантаження від перекриттів ураховується їхня вага, корисне навантаження і вага перегородок.

Перевірка міцності стін виконують в межах кожного поверху в найбільш послабленому перерізі. Такими перерізами зазвичай являються перерізи простінків під перемичками і на рівні підвіконників.

Згинальні моменти в перерізах зовнішніх стін від горизонтальних вітрових навантажень визначаються в межах кожного поверху як для балки з защемленими кінцями за формулою

, (4.4)

де q – рівномірно розподілене вітрове навантаження в межах поверху,

що приходиться на 1 м висоти стіни;

Н_п – висота поверху.

Вітрове навантаження допускається не враховувати, якщо додаткове напруження в стіні від нього не перевищує 0,01 кПа.

Величини ексцентриситетів, які виникають в стінах при дії вертикальних і горизонтальних (вітрових) навантажень, відносно осі, що проходить через центр ваги поперечного перерізу стіни, визначаються за формулою

, (4.5)

де М – згинальний момент в перерізі;

N – поздовжня сила від вертикального навантаження.

Розрахункові формули для визначення нормальних сил і моментів від вертикальних навантажень наведені в табл. 4.3.

В багатоповерхових будівлях з жорсткою конструктивною схемою горизонтальне навантаження, яке діє із площини стіни, спричиняє в стінах поздовжні зусилля, для визначення яких необхідно розглядати просторову роботу будівлі в цілому. Розрахункова схема будівлі може бути представлена у вигляді консолі складного профілю, защемленої на рівні верху фундаменту (рис. 4.4). Поперечний переріз консолі утворюється зовнішніми і поперечними стінами (в деяких випадках стовпами або каркасами перших поверхів). Перекриття являють собою жорсткі діафрагми, які сприймають навантаження від зовнішніх стін і передають їх на поперечні стіни. Навантаження вважають прикладеним по осі поперечних стін, які спільно з прилеглими ділянками зовнішніх стін утворюють в плані двотаври, таври тощо.

Таблиця 4.2

Розрахункові формули для визначення зусиль в стінах

Конструкція стін, розрахункові схеми і епюри моментів	Формули
	; ; Рсв – розрахункове значення власної ваги ділянки стіни між перерізом і вище розташованим поверхом
	;
	; ; ;

Розрахунок стін будівель на дію вітрового навантаження виконують у такій послідовності:

- визначають розрахункове навантаження на будівлю відповідно до ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи»;

- розподіляють вітрове навантаження між поперечними або поздовжніми стінами, які розташовані в напрямку його дії;

- знаходять напруження, які виникають в стінах будівлі і їхніх елементах від дії вітрового навантаження;

- знаходять сумарні напруження в стінах і в інших елементах будівель від дії вітрових і вертикальних навантажень і порівнюють їх з розрахунковими значеннями.