CC BY
496
Б/2011 ВЕСТНИК
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАСЧЕТНОГО ЗНАЧЕНИЯ
СНЕГОВОЙ НАГРУЗКИ В СП 20.13330.2011 «НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ» СО СНИП 2.01.07-85*, А ТАКЖЕ С ДРУГИМИ НОРМАТИВНЫМИ ДОКУМЕНТАМИ И МЕТОДИКАМИ.
THE ANALYSIS OF THE DESIGN VALUE OF SNOW LOAD GIVEN BY SP 20.13330.2011 "LOADS AND ACTIONS" WITH SNiP 2.01.0785* AND WITH OTHER METHODS AND DOCUMENTS.
H.H. Анохин, В.Л. Мондрус, C.A. Павлов
N.N. Anokhin, V.L. Mondrus, S.A. Pavlov
МГСУ
Рассмотрен вопрос назначения расчетного значения снеговой нагрузки согласно СП 20.13330.2011 актуализированной редакции СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», а также проведен сравнительный анализ со СНиП 2.01.07-85* и другими методиками.
The question of destination of design value of snow loads given by SP 20.13330.2011 "Loads and actions' was considered it was compared and analyzed with SNiP 2.01.07-85* and other different methods for the determination of design value of the weight of snow cover.
Ситуация в области нормирования снеговой нагрузки в российских нормах давно привлекает внимание. За последние десятилетия ее расчетное значение существенно изменялось трижды и, например, для Московской области было увеличено с 140 до 180 кг/м2. При этом обращает на себя внимание тот факт, что расчетная нагрузка принята меньшей, чем вес снежного покрова 210 кг/м2, отмеченный за XX век дважды - в 1924 и 1984 годах [4], [6].
В 2011 году вышел СП 20.13330.2011 актуализированная редакция СНиП 2.01.0785* «Нагрузки и воздействия. Отчасти методика определения расчетного значения снеговой нагрузки несколько изменилась и теперь она стала ближе к [8]. Тем не менее, ниже будет показано, что кардинальных различий между новым СП и СНиП нет.
Согласно [1] нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:
S0=0,7CeOt^Sg.
где ce - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов; ct - термический коэффициент; ц - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; Sg - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, который аналогично [2] принимается как превышаемый в среднем один раз в 25 лет ежегодный максимум ВСП.
Эта формула почти в точности копирует формулу в Еврокоде [8] за исключением понижающего коэффициента 0,7. Также согласно пункту 10.12 рассматриваемого СП, согласно которому коэффициент надежности по снеговой нагрузке следует принимать равным 1,4.
То есть, для третьего снегового района (например, г. Москва) согласно СНиП расчетное значение снеговой нагрузки было 180 кг/м2, а согласно [1] Б=1,4х0,7х180=176,4 кг/м2.
Таким образом, при одинаковых условиях, то есть можно не брать в расчет термический коэффициент и коэффициент сноса, а также коэффициент ц, расчетное значение снеговой нагрузки на грунт, хоть и несущественно, но снизилось на 2%. И хотя в [2] отошли от методики СНиПа, согласно которой вместо задания нормативных значений нагрузок и введения к ним фиксированных коэффициентов надежности по нагрузке введен новый принцип нормирования непосредственно расчетных значений веса снегового покрова (ВСП) земли, а нормативное значение определяется понижающим коэффициентом, а также разработана новая карта районирования территории РФ по ВСП, в основу которого положены наибольшие ежегодные значения, превышаемые в среднем один раз в 25 лет [5], кардинальных различий в определении расчетного значения снеговой нагрузки в [1] и [2] нет и можно считать, что оно осталось превышаемым в среднем один раз в 25 лет.
Если проанализировать данное принятое значение, то мы получим, что его вероятность (риск) равна И=1/25=0,04, а вероятность непревышения (вероятность безопасной работы) Р(Б)=1-0,04=0,96. Однако, это значение верно для срока в один год (т.е. для одной зимы). Для срока службы в 25 лет вероятность безопасной работы сооружения будет равна:
Рт(Б)=Р(Б)т=(1-0,04)25=0,36;
для 50 лет Рт(Б)=0,13; для 100 лет Рт(Б)=0,02 [3].
Специалистами ЦНИИПСК им. Мельникова предложена методика [6], в которой обеспеченность принятой при проектировании какого-либо сооружения расчетной снеговой нагрузки, т.е. вероятность того, что снеговая нагрузка в течение п лет - срока его эксплуатации - не превысит расчетную величину 5, вычисляется по формуле Р(Б, п) = ехр[-ехр((б + в 1п(п)-Б)/в)] = Р(Б,1)п.
Параметры а и р вычисляются статистической обработкой результатов измерения веса снегового покрова. По данным наблюдений до 2003 года [6], для района г. Москвы имеем а = 918 Па, р = 281 Па.
Отсюда следует, что нагрузка 5, которая с вероятностью Р не будет превышена в течение п лет, будет равна
Б(Р, п) = б + в 1п(п) - в 1п [-1п(Р)].
Для московского региона при Р = 0,95 и п = 100 лет получаем расчетную нагрузку
5(0.95,100)=918+281 1п(100) - 281 1п[-1п(0.95)] = 3,047 кПа,
а при п = 50 лет
5(0.95, 50) = 2,852 кПа.[4], [6].
Стоит отметить, что результаты, полученные специалистами ЦНИИПСК, отлично согласуются с Европейскими нормами [7] и [8], согласно которым за нормативное значение принимается вес снегового покрова со средним периодом повторяемости 50 лет, а коэффициент надежности по нагрузке равен 1,5. Таким образом, для 3-го снегового
8/2011 М1ВЕСТНИК
района нормативное значение ВСП равно 200 кг/м2, а расчетное - 300 кг/м2. Такому значению соответствуют период повторяемости Т=2000 лет, вероятность безопасной работы в течение одного года Р(Б)=0,9995, а для Т=100 лет Рт(Б)=Р(Б)100=0,95 [3].
Существует мнение, что можно не придавать описанным выше результатам вычислений (и наблюдений) буквального значения, так как одновременно с фактами превышения снеговой нагрузкой ее расчетного значения мы не наблюдаем массовых аварий стоящих под этим снегом конструкций. Однако ясно, что так происходит только из-за наличия неучтенных запасов прочности. В правильно запроектированных и изготовленных конструкциях распространенных типов такие запасы достигают 1.5 и более раз. И если за 30 - 40 лет наблюдений отмечались факты превышения снеговой нагрузкой расчетного значения на 20 - 50 %, то для конструкций с тяжелыми покрытиями это могло вызвать перегрузку лишь на 10 - 20 %. Для таких покрытий запасов прочности, как правило, хватает, чтобы избежать аварий. Но факт нарушения предельного неравенства говорит о том, что конструкция стала работать в условиях, которые не предполагались проектировщиком и, следовательно, им не обсчитывались и не анализировались. В этих условиях отсутствуют гарантии безопасной эксплуатации. Это недопустимо, даже если аварии и не произошло. Особенно, если учесть, что величина отмеченных выше запасов является оценочным, а отнюдь не гарантированным фактом. Такими запасами многие конструкции могут и не обладать, в особенности в настоящее время при общем снижении качества изготовления и монтажа и тщательности контроля свойств материалов. [4], [6].
Психологически можно понять возникающее на бытовом уровне впечатление, будто события, характеризуемые риском Я(Б)=0,0005 за 1 год, настолько маловероятны, что нет смысла предусматривать из в вычислениях при оценках риска в течение полного срока службы здания или сооружения. При этом в [1] и [2] упускается из вида, что при многократных реализациях нагрузок риск столкнуться с редкими событиями возрастает на порядки и перестает быть малым. Потому бытовые соображения не могут подменять последовательные и аккуратные вычисления рисков и вероятностей безопасной работы сооружения в течение всего срока эксплуатации. Конкретный пример произошел совсем недавно: аномально жаркое лето 2010 года продемонстрировало нам возможность реализации при сроках наблюдения порядка 100 лет даже событий, оцениваемых периодом повторяемости Т=6000...10 000 лет и считавшихся до того практически невероятными. [3].
Поэтому проектировщик ответственных сооружений сам имеет возможность и должен проводить анализ нагрузок и принимать решения по их назначению. ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету» и актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (или теперь СП 20.13330.2011) допускают при наличии статистических данных определять расчетное значение нагрузок непосредственно по заданной вероятности их превышения с учетом срока службы здания.
Литература на русском языке.
1. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». М, 2011.
2. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». - М, 2003.
3. Малый В.И. «Об особом отношении к снеговой нагрузке в российских нормах». ПГС. №8. 2011. С. 42-45.
4. Мондрус В.Л., Павлов С.А. «Рассмотрение различных методик по назначению расчетного значения снеговой нагрузки для купола резервуара». Научно-технический журнал «Вестник МГСУ». №1.Т2.2011. С. 184-188.
5. Назаров Ю.П., Лебедева И.В., Попов Н.А. Региональное нормирование снеговых нагрузок в России. Строительная механика и расчет сооружений. №3. 2006. - С.71 - 77.
6. Савельев В.А., Малый В.И., Павлов А.Б., Калашников Г.В., Мейтин В.И. Предложения по назначению расчетной снеговой нагрузки. ПГС. №5. 2004. - С.1 - 6.
7. Eurocode 0 - Basis of structural design, CEN 2003.
8. Eurocode 1 - Actions on structures - Part 1-3: General Actions - Snow Loads, CEN 2003.
The literature.
1. SP 20.13330.2011 «Loads and actions" - M., 2011.
2. SNiP 2.01.07-85* "Loads and actions" - M. 2003.
3. Mondrus V.L., Pavlov S.A. "The inspection of different methods for setting of the designvalue of snow load for the reservoirs cupola". VestnikMGSU. №1.T2.2011. C. 184-188.
4. Nazarov Y.P., Lebedeva I.V., Popov N.A. "Regional normalization of snow loads in Russia." Structural mechanics and structure design. №3. 2006. - C. 71-77.
5. Savelyev V.A., Maliy B.I., Pavlov A.B., Kalashnikov G.V., Meytin V.I. "Suggestion of setting of the design snow load." PGS №5. 2004. C. 1-6.
6. Eurocode 0 - Basis of structural design, CEN 2003.
7. Eurocode 1 - Actions on structures - Part 1-3: General Actions - Snow Loads, CEN 2003.
Ключевые слова: расчетное значение снеговой нагрузки, вес снегового покрова, коэффициент надежности по нагрузке, коэффициент перехода к снеговой нагрузке на покрытие.
Key words: design value of snow load, weight of snow cover, safety factor for actions, snow load shape coefficient.
Адрес авторов: Ярославское шоссе, д.26, каб. 405, кафедра строительной механики.
Телефон авторов: 8-495-287-49-14 доб. 3141.
E-mail авторов: pavlov.st.a@gmail.com, mondrus@mail.ru
Рецензент: Ларионов Владимир Васильевич, член-корреспондент МИА, доктор технических наук, профессор, директор ООО «ЦНИИПСК им. Мельникова».
