Особенности расчета деревянного перекрытия

Для выполнения расчета плиты пола, являющейся бесконечной гибкой плитой на упругом основании, следует соблюдать требования действующих норм и правил. Основным нормативным документом для проектирования полов является СНиП 2.03.13-88 «Полы». Кроме того, для расчета бетонных плит полов используются нормативный документ «Полы. Технические требования и правила проектирования, устройства, приемки, эксплуатации и ремонта» (в развитие СНиП 2.03.13-88 «Полы») и СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия», разработанный ЦНИИПромзданий; для расчета фибробетонных конструкций — свод правил СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции»; для учета некоторых дополнительных нюансов — СНиП 2.05.08-85 «Аэродромы». Близкие результаты расчета конструкций полов дают документы ACI 360R-06 «Проектирование плит на грунтовом основании» (комитет № 360 Американского института бетона ACI) и TR34 «Бетонные промышленные полы. Руководство по проектированию и устройству» (Британское общество производителей бетонных конструкций CS).

В последнее время для расчета плит полов необоснованно применяют компьютерные программы для расчета фундаментных плит, не учитывающие значимые при расчете пола исходные параметры. Это служит причиной применения в строительстве ошибочных решений, приводящих к разрушению пола при эксплуатации или значительному перерасходу средств на создание пола с излишним запасом прочности.

Часто в технических заданиях на проектирование полов в качестве расчетного параметра необоснованно приводится значение «нормативной эквивалентной равномерно-распределенной нагрузки». Так, согласно требованиям п. 2.3 нормативного документа «Полы. Технические требования и правила проектирования, устройства, приемки, эксплуатации и ремонта», «…собственный вес пола, а также нагрузки, равномерно-распределенные по площади, при расчете не учитываются…». То есть практически любое значение этой нагрузки — 5, 10 или 20 т/м2 — никак не влияет на параметры конструкции плиты пола.

Примером истинной равномерно-распределенной нагрузки величиной 5 т/м2 является слой песка толщиной около 3,2 м, насыпанного по всей площади пола. При данном характере нагружения в конструкции пола не возникает изгибающих моментов, и его толщина принимается конструктивно, например 120 мм (пол из неармированного бетона класса В22,5).

Условно в качестве равномерно-распределенной нагрузки величиной 5 т/м2 можно рассматривать нагрузку, создаваемую 5-тонным погрузчиком, габариты осей колес которого составляют приблизительно 1×1 м, складированные в 5-ярусные штабеля паллеты размером 0,8×1,2 м, весом 1 т каждая или рулоны бумаги, установленные в четыре уровня хранения. Во всех этих случаях величина условной равномерно-распределенной нагрузки одинакова, но конструкция пола будет разной по причине того, что величина и характер приложения сосредоточенных нагрузок различаются.

Только исходные данные о сосредоточенных нагрузках могут служить законным основанием для проектирования плиты пола по грунту. Согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», при составлении задания на проектирование пола, на который действуют нагрузки от оборудования и складируемых материалов, необходимо учитывать данные о местах расположения и величине нагрузок, габаритах опор оборудования. Замена фактически действующих сосредоточенных нагрузок на эквивалентные равномерно-распределенные может быть осуществлена только при проектировании конструкций междуэтажных перекрытий. Для полов, опирающихся на грунт, такая замена недопустима. В СНиПе 2.03.13-88 «Полы» и прочих используемых при расчете полов нормативных документах прописаны такие же требования к содержанию технических заданий. Так, п. 2.3. норматива «Полы. Технические требования и правила проектирования, устройства, приемки, эксплуатации и ремонта» гласит: «…на схеме нагрузок в плане должна быть указана их наибольшая величина, размеры и форма следов опирания на пол и наименьшие расстояния между этими следами…»

Требования нормативных документов основаны на том, что при расчете полов решаются только две основные задачи с точки зрения теории упругости:

  • задача № 1 — «О расчете круглой плиты неограниченных размеров при нагрузке распределенной по малой площади» для нагрузок, удаленных от краев;
  • задача № 2 — «О расчете прямоугольной плиты при нагрузке, близкой к сосредоточенной» для нагрузок у краевых и угловых участков плиты.

К проектированию полов задача о равномерной нагрузке, распределенной по всей площади плиты, не имеет никакого отношения и решается только для плит конечного размера и жесткости. Таким образом, техническое задание, содержащее даже упоминание об использовании в расчетах значения эквивалентной равномерно-распределенной нагрузки, является некорректным с точки зрения основания для проектирования.

Однако возникает резонный вопрос: почему же при обсуждении проектов складских комплексов фактически встречается параметр «допустимая нагрузка до 5 (6) т/м2»? При массовом строительстве складских комплексов в последние годы возникла необходимость каким-то образом классифицировать склады по параметрам, отражающим их инвестиционную привлекательность, а также для удобства общения девелоперов, арендаторов, покупателей и строителей складов. Так появилась классификация складов на типы А, В, С и т. п., которая предполагает различный уровень допустимых нагрузок на полы. Определение «склад класса А» предполагает значение равномерно-распределенной нагрузки, как правило, 5 или 6 т/м2, что позволяет инвесторам, проектировщикам и арендаторам иметь единое представление о параметрах склада — возможности размещения на полу стандартных сборно-разборных стеллажей с 5-ярусным хранением грузов на европаллетах полной массой до 1 т. Как правило, на складе используются фронтальные стеллажи с общепринятыми расстояниями между вертикальными стойками 1,05×2,75 м. Связью с предполагаемыми параметрами склада и ограничивается функциональность условного показателя «равномерно-распределенной нагрузки», способствующего пониманию сути пожеланий инвесторов, заказчиков и арендаторов, но бесполезного и недопустимого для инженерного расчета конструкции плиты пола.

Рассмотрим алгоритм приведения величины реально действующих сосредоточенных нагрузок на пол к значению условного показателя равномерно-распределенной нагрузки.

Пусть высота склада в свету (т. е. расстояние от поверхности пола до нижней поверхности балки покрытия) равна 12 м, а вес одной единицы груза (паллеты) — 1 т. Для предварительных расчетов плиты пола этих данных вполне достаточно. Определим количество ярусов хранения. При стандартной упаковке высота паллеты составляет 1,6—1,8 м. Добавив к ней зазоры и высоту балок рамы стеллажа, получим, что высота одного яруса примерно равна 2 м. Исходя из этого рассчитываем максимально возможное количество ярусов хранения: 12:2 = 6.

Предполагается, что хранение будет осуществляться на стандартных фронтальных стеллажах с размерами между осями стоек (в плане) 2,75х1,05 м, что допускает хранение до трех европаллет размером 0,8х1,2 м в каждой стеллажной ячейке.

Рассматриваемый вариант сбора нагрузок на опору стойки стеллажа предполагает напольное хранение грузов первого яруса. Размещение таких грузов на балке, передающей дополнительную нагрузку на стойки стеллажа, однозначно неприемлемо, поскольку приводит к дополнительным расходам за счет увеличения общего количества балок и роста (до 20%) нагрузок на стойки стеллажа. Поэтому в большинстве случаев используется напольное хранение грузов 1-го яруса. В случае использования узкопроходной техники, перемещающейся по направляющим упорам (без индукционного управления), параллельно балкам основной конструкции стеллажа с креплением к полу применяется установка опорных балок (прямоугольных стальных профилей размером более высоты направляющего упора) для укладки паллет нижнего яруса. В результате на стойки стеллажа оказывается косвенное, не очень большое воздействие, поскольку нагрузка распределена по относительно большой площади.

Средний вес паллеты 0,8 т
Параметр нагрузки Количество ярусов хранения
Всего На раме Всего На раме Всего На раме Всего На раме
6 6 6 5 7 7 7 6
Сосредоточенная нагрузка, т 7,2 6 8,4 7,2
Равномерно-распределенная нагрузка, т/м2 5 5 5,82 5,82

 

Средний вес паллеты 0,9 т
Параметр нагрузки Количество ярусов хранения
Всего На раме Всего На раме Всего На раме Всего На раме
6 6 6 5 7 7 7 6
Сосредоточенная нагрузка, т 8,1 6,75 9,45 8,1
Равномерно-распределенная нагрузка, т/м2 5,61 5,61 6,55 6,55

 

 

Средний вес паллеты 1 т
Параметр нагрузки Количество ярусов хранения
Всего На раме Всего На раме Всего На раме Всего На раме
5 5 5 4 6 6 6 5
Сосредоточенная нагрузка, т 7,5 6 9 7,5
Равномерно-распределенная нагрузка, т/м2 5,195 5,195 6,23 6,23

 

На основании исходных данных получаем формулу для расчета нагрузки на среднюю одиночную стойку стеллажа с учетом напольного хранения грузов первого яруса:

P=(Pпал*M*N1)/2 (1)

где Р — рассчитываемая нагрузка на одиночную стойку стеллажа;
Рпал — усредненный вес паллеты, т;
М — количество паллет на одном ярусе хранения (в случае применения стандартных стеллажей размером в плане 1,05×2,75 м оно равно 3);
Ni — количество ярусов хранения на раме стеллажа.

Подставляя в формулу (1) предварительно заданные исходные данные, получаем:

P=(1т*3*5)/2=7,5т  

Таким образом, нагрузка на одиночную стойку стеллажа при шестиярусном хранении и напольном хранении грузов первого яруса составляет 7,5 т.

В случая хранения всех паллет на раме стеллажа (без напольного хранения) получаем:

P=(Pпал*M*N)/2 (2)

где N — общее количество ярусов хранения.

Подставляя исходные данные, получаем, что:

P=(1т*3*6)/2=9т  

Для приведения данного сочетания нагрузок к эквивалентной равномерно-распределенной необходимо произвести деление нагрузки, действующей в пределах нагруженной стеллажной ячейки, на условно принятую грузовую площадь, определенную габаритными размерами стоек стеллажа:

Pэкв=(Рпал*М*N)/S (3)

где S — грузовая площадь
(2,75*1,05=2,8875 м2)

Итого получаем:

Pэкв=(1т*6*3)/2,8875 м2=6,23 т/м2  

В результате мы привели реально действующие нагрузки от грузов, расположенных на стеллажах, к условному значению равномерно-распределенной нагрузки. Таким образом, при одинаковом значении равномерно-распределенной нагрузки (6,23 т/м2) мы имеем различные величины нагрузок на стойки стеллажей (7,5 и 9 т), различающиеся по значению почти на 20%, что подтверждает недопустимость использования равномерно-распределенной нагрузки как расчетного параметра при проектировании полов.

Здесь приводятся таблицы ориентировочного соотношения между различными видами нагрузок при разном весе единиц грузов (паллет) при использовании стандартных фронтальных стеллажей размером в плане 2,75х1,05 м.

Виды покрытий

Их всего два: бетонные и полимерные. Бетонные полы прочно объединяются с несущей монолитной плитой. Конструкция бетонного покрытия на конкретном складе зависит от множества деталей: нагрузок, оказываемых стеллажами, параметров основания, типа армирования и расположения стоек.

Полимерные полы имеют в своём составе эпоксидную или полиуретановую основу. Их укладка производится через 3 недели после заливки сухого бетонного основания. Необходимая толщина полимерного напольного покрытия для стеллажей на складах: 0,2-4 мм.

Пол для склада — требования к эксплуатации

Существует несколько важных требований к складским полам:

  1. Значение статической нагрузки на одну опору стеллажа, имеющего высоту в 5 ярусов и вес паллеты до 1 т, составляет 12 тонн.
  2. Отсутствие трещин.
  3. Величина нагрузки от погрузчика с грузом не должна быть больше 11 тонн.
  4. Минимальное число швов на пути движения погрузочного транспорта.
  5. Значение колёсного давления не должно превышать 90 daN/cm2.
  6. Каналы и углубления должны находиться вне опор стеллажей и зоны работы погрузчика.
  7. Применяются стеллажи с температурно-усадочными швами, которые находятся под ними, параллельно проходу, на расстоянии не менее 10 см от опор конструкции.

Кроме того, ровность полов не должна быть менее 98%, а величина уклона – не больше 1-2,5%. 

Проектирование полов

В последнее время для расчёта плит для полов используют компьютерные программы, которые не учитывают некоторые важные исходные параметры. Это приводит к излишней трате средств на создание пола с избыточным запасом прочности или даже к разрушению  пола.

Зачастую в технических заданиях расчётным параметром служит «нормативно эквивалентная равномерно-распределённая нагрузка», однако это не верно. Например, в пункте 2.3 документа «Полы» указано, что при расчёте не должны учитываться такие параметры, как нагрузки, распределённые равномерно по площади и вес самого пола. Другими словами, практически любое значение нагрузки, будь то 5 или 20 т/м2 не влияет на характеристики конструкции пола.

В качестве примера истинной равномерно-распределённой нагрузки в 5 т/м2 можно привести песок толщиной 3,2 м, насыпанный по всей площади пола. При такой нагрузке в структуре пола не появляется изгибающих моментов, а потому его толщина принимается конструктивно. К примеру, пол толщиной 120 мм из неармированного бетона.

Условным примером равномерно-распределённой нагрузки можно считать:

  • нагрузку погрузчика весом 5 тонн, чьи колёса имеют габариты 1х1 м;
  • штабеля паллеты, имеющие параметры 0,8 на 1,2 м и вес в 1 тонну каждая, складированные в 5 ярусов;
  • рулоны бумаги, хранение которых разбито на четыре уровня.

Во всех этих случаях значение равномерно-распределённой нагрузки одинаково, но конструкция самого пола будет разной, поскольку характер и величина приложения сосредоточенных нагрузок имеют сильное различие.

Основания для проектирования пола

Единственно верным основанием для проектирования плит для пола по грунту считаются изначальные данные о сосредоточенных нагрузках. Согласно документу «Нагрузки и воздействия» (СНиП 2.01.07-85), при комплектовании задания на проектирование фундаментного пола, на который оказывается нагрузка от оборудования и складских материалов, необходимо брать в расчёт габариты опор оборудования, места расположения и величину нагрузок.

При этом производить замену активных сосредоточенных нагрузок на идентичные равномерно-распределённые, разрешено только для проектирования междуэтажных перекрытий. Такое решение недопустимо для полов, которые опираются на грунт.

Эти требования к техническим заданиям указаны как в СНиПе 2.03.13-88, так и в других нормативных документах, используемых при проектировании полов. Эти требования основываются на том факте, что при расчёте полов происходит решение двух главных задач на основании теории упругости:

  1. Задача для нагрузок, которые удалены от краёв.
  2. Задача для нагрузок у угловых и краевых участков плиты.

Таким образом, задача, связанная с равномерной нагрузкой, которая распределена по всей площади плиты, никак не относится к проектированию полов, и подходит лишь для плит конечной жесткости и размера. Другими словами, техническое задание, содержащее малейшее упоминание о применении в расчётах параметра эквивалентной равномерно-распределённой нагрузки,  можно считать некорректным основанием для проектирования.

Условность значения равномерно-распределённой нагрузки

Однако появляется законный вопрос: почему тогда при обсуждении проектов складских помещений встречается такая характеристика, называющаяся «допустимой нагрузкой до 5 (6) т/м2»? Всё дело в том, что ввиду массового строительства складских комплексов появилась необходимость их строгой классификации по характеристикам, которые бы отражали их инвестиционную привлекательность и делали бы общение между арендаторами, девелоперами и строителями складов более удобным.

Это вызвало появление классификации складских комплексов на несколько типов: «А», «B», «C» и так далее. Которые предполагают различные уровни допустимых нагрузок на полы. Например, склад категории «А» предполагает величину равномерно-распределённой нагрузки на уровне 5-6 т/м2. Это помогает проектировщикам, арендаторам и инвесторам обладать единым представлением о характеристиках склада: возможностях размещения на полу сборно-разборных стеллажей с  параметров 5-ярусного хранения грузов на европаллетах массой до 1 тонны.

Обычно на складах используют фронтальные стеллажи, имеющие общепринятое и стандартное  расстояние каждой вертикальной стойкой – 1,05 на 2,75 метров. Таким образом, смысл условного показателя равномерно-распределённой нагрузки ограничивается связью с предполагаемыми характеристиками склада, нужными для инвесторов, арендаторов и заказчиков, но недопустимыми для инженерного расчёта.

Алгоритм, связывающий сосредоточенные нагрузки с равномерно-распределёнными

В качестве примера работы алгоритма приведения активно действующих сосредоточенных нагрузок на пол к величине условного показателя равномерно-распределённой нагрузки, возьмём следующие данные: высота склада в свету (то есть расстояние от нижней части балки до поверхности пола) 12 м, а вес одной паллеты (единицы груза) – 1 тонна.

Этих данных хватит для предварительного расчёта плиты пола. Сначала определяется количество всех ярусов хранения. Стандартная паллета имеет высоту 1,6-1,8 м. Если добавить зазоры и высоту балок стеллажной рамы получится, что высота одного яруса составляет примерно 2 метра. Исходя из этих данных, можно получить максимально возможное количество ярусов для хранения грузов: 12/2=6.

Особенности расчета деревянного перекрытия

При этом предполагается, что хранение будет происходить на фронтальных стеллажах с параметрами 2,75 на 1,05 м между осями стоек. Это создаёт возможность для хранения в каждой ячейке стеллажа до трёх европаллет, имеющих размер 0,8 на 1,2 м.

Подобный способ сбора всех нагрузок на опору стойки стеллажа предполагает хранение напольного типа грузов первого яруса. Размещать такие грузы на балке, которая передаёт дополнительную нагрузку на стойки, однозначно нецелесообразно, потому что это приведёт к дополнительным расходам из-за увеличения роста нагрузок (до 20%) на стеллаж и общего числа балок.

Поэтому в большинстве ситуаций для грузов первого яруса применяется напольное хранение. Если используется техника узкопроходного типа, которая перемещается без индукционного управления, находясь на направляющих упорах параллельно балкам основной части стеллажа, прикреплённого к полу, применяют установку опорных балок для укладки нижнеярусных паллет. Опорные балки представляют собой прямоугольные стальные профили, имеющие большую высоту, чем у направляющего упора.

В результате распределение нагрузки осуществляется по относительно большой площади, и на стойки стеллажа оказывается не очень сильное воздействие.

Соотношение между нагрузками при разном весе паллет

В заключение следует представить таблицы, в которых указаны ориентировочные соотношения между разными типами нагрузок на полы в складских помещениях при различных значениях веса паллет. Важным нюансом является то, что таблицы подходят только если применяются стандартные фронтальные стеллажи, имеющие параметры 2,75 на 1,05 метров.

112PNG_4361860_14596221

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.