Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки: Особенности расчета металлических решетчатых башен на ветровую нагрузку

Ветровая нагрузка на односкатные и двускатные крыши в Германии

В Германии применение ветровых нагрузок регулируется нормой DIN EN 1991-1-4 и Национальным приложением DIN EN 1991-1-4/NA. Данная норма распространяется на высотные и инженерные сооружения высотой до 300 м.

Ветер, является естественной переменной величиной во времени на наружных конструкциях. Ветровая нагрузка классифицируется в качестве переменных свободных воздействий, благодаря чему нагрузку можно легко сочетать с другими воздействиями (например, вынужденная нагрузка или снег) в определенных расчетных ситуациях в соответствии с нормой сочетания DIN EN 1990. Изменения аэродинамического коэффициента, вызванные другими воздействиями (снег, движение транспорта или гололед) и вследствие модификаций конструкции, должны учитываться во время строительства. Однако, в случае ветровых нагрузок, окна и двери считаются закрытыми. Случайно открытые окна и двери должны рассматриваться как особая расчетная ситуация.

Динамическая ветровая нагрузка должна быть в упрощенном виде отображена в виде эквивалентного давления ветра или силы ветра, которые соответствуют максимальному действию турбулентного ветра. Ветер действует на внешние поверхности замкнутых конструкций, а также на внутренние поверхности проницаемых или открытых конструкций. Воздействие должно быть применено перпендикулярно рассматриваемым поверхностям. В случае больших поверхностей при циркулирующем ветре, необходимо дополнительно учесть фрикционную составляющую, параллельную площади поверхности.

Ветровая нагрузка в качестве нормативного значения определяется в норме ветровой нагрузки DIN EN 1991-1-4 с Национальным приложением Германии. Данное значение определяется базовой скоростью ветра с годовым значением превышения вероятности 2% и средним периодом повторяемости 50 лет.

Результирующая ветровая нагрузка в случае достаточно жестких зданий, не восприимчивых к колебаниям, можно описать как статическую эквивалентную силу, которая зависит от максимальной скорости.

2}$
где
xS = смещение головки в м из-за собственного веса в направлении ветра
h = высота здания в м; href = 25 м
b = ширина здания перпендикулярно направлению ветра в м
δ = логарифмический приращение затухания по норме DIN EN 1991-1-4, приложение F

Тип конструкцииЗатухание в строительстве δmin
Железобетонная конструкция0,1
Стальные конструкции0,05
Смешанная конструкция (сталь и бетон)0,08
Зависимое от высоты пиковое давление скорости

Ветровая нагрузка на здание, не подверженное колебаниям, зависит от пикового давления скорости qp . Данное значение равнозначно скорости ветра порыва ветра длительностью от двух до четырех секунд, с учетом условий окружающей местности. Для определения нагрузки в местоположении, Национальное приложение Германии содержит карту зоны ветра с соответствующими базовыми значениями основных скоростей ветра v

b, 0 и основными значениями базовых давлений скорости ветра qb, 0, а также спецификации различных типы ландшафтов (категории I — IV) [1] , [2] , [3] .

При увеличении зоны ветра увеличивается и основное значение базовой скорости ветра.

Pисунок 01 — Зоны ветровой нагрузки в Германии

При увеличении категории местности он становится более грубым.

ТопографияОписание
Категория рельефа местности IОткрытое море, озера с открытой площадью не менее 5 км по направлению ветра; гладкая, ровная, без препятствий
Категория рельефа местности IIМесто с оградами, отдельными фермами, домами или деревьями, например сельскохозяйственные угодья
Категория местности IIIПригороды, промышленные или торговые зоны; леса
Категория рельефа IVВ городских районах, где здания составляют не менее 15% площади, их средняя высота превышает 15 м
Побережье смешанного профиляПереходная область между категориями местности I и II
Внутренний смешанный профильПереходная область между категориями местности II и III

Пиковое давление скорости vb, 0 можно определить, определив базовое значение базовой скорости ветра qp и тип местности.

пиковое скоростное давление
qp в кН/м² [3]
Подход 1
Таблица NA-B.1
Подход 2
NA.B.3.3
Подход 3
NA.B.3.2
Влияние уровня моря
NNmod
Ниже 800 м над уровнем моря1,0
Между 800 м и 1100 м над уровнем моря0,2 + Hs/1000
Над 1 100 м над уровнем моряТребуемые специальные соображения
Ветровая зона12341234
Основная главная скорость ветра
vb, 0 в м/с
22.525.027,530.0
Коэффициент направленности
c
dir
1,0
Коэффициент сезона
cсезона
1,0
базовая скорость ветра
qb в кН/м²
0,320,390,470,56
Категория местностиВысота конструкцииqp в кН/м²
qp (z) в кН/м²
Категория рельефа местности IДо 2 м1,90 ⋅ qb ⋅ NNmod
От 2 до 300 м2,60 ⋅ qb ⋅ (z/10) 0,19 ⋅ NNmod
Категория рельефа местности IIДо 4 м1,70 ⋅ qb ⋅ NNmod
От 4 до 300 м2,10 ⋅ qb ⋅ (z/10) 0,24 ⋅ NNmod
Категория местности IIIДо 8 м1,50 ⋅ qb ⋅ NNmod
От 8 до 300 м1,60 ⋅ qb ⋅ (z/10) 0,31 ⋅ NNmod
Категория рельефа IVДо 16 м1,30 ⋅ qb ⋅ NNmod
От 16 до 300 м1,10 ⋅ qb ⋅ (z/10) 0,40 ⋅ NNmod
Острова в Северном море IДо 2 м1. 10 ⋅ NNmod
От 2 до 300 м1,50 ⋅ (z/10) 0,19 ⋅ NNmod
Прибрежные зоны и острова Балтийского моря I — IIДо 4 м1,80 ⋅ qb ⋅ NNmod
От 4 до 50 м2,30 ⋅ q
b
⋅ (z/10) 0,27 ⋅ NNmod
От 50 до 300 м2,60 ⋅ qb ⋅ (z/10) 0,19 ⋅ NNmod
Внутренние районы II — IIIДо 7 м1,50 ⋅ qb ⋅ NNmod
От 7 до 50 м1,70 ⋅ qb ⋅ (z/10) 0,37 ⋅ NNmod
От 50 до 300 м2,10 ⋅ qb ⋅ (z/10) 0,24 ⋅ NNmod
КонтинентДо 10 м0,50 ⋅ NNmod0,65 ⋅ NNmod0,80 ⋅ NNmod0,95 ⋅ NNmod
От 10 м до 18 м
0,65 ⋅ NNmod0,80 ⋅ NNmod0,95 ⋅ NNmod1,15mod NNmod
18 м до 25 м0,75 ⋅ NNmod0,90mod NNmod1. 10 ⋅ NNmod1,30 ⋅ NNmod
Балтийское мореДо 10 м0,85 ⋅ NNmod1,05mod NNmod
От 10 м до 18 м1,00 ⋅ NNmod1,20mod NNmod
18 м до 25 м1.10 ⋅ NNmod1,30 ⋅ NNmod
Острова Северное и Балтийское море и Балтийское мореДо 10 м1,25 ⋅ NNмод
От 10 м до 18 м1.40 ⋅ NNmod
18 м до 25 м1,55 ⋅ NNmod
Острова в Северном мореДо 10 м1. 40 ⋅ NNmod
От 10 м до 18 мСогласно подходу 2
18 м до 25 мСогласно подходу 2
Определение местного базового давления скорости ветра с помощью онлайн-службы Dlubal

Онлайн-служба Dlubal, объединяющая стандартные спецификации и цифровые технологии, сочетает в себе различные снеговые, ветровые и сейсмические нагрузки . Данная служба совмещает соответствующую карту зон, в зависимости от выбранного типа нагрузки (снеговая, ветровая, сейсмическая) и нормы для определенной страны, с картами Google. Применив поиск, вы можете поместить маркер в запланированное место строительства, указав адрес, географические координаты или местные условия. Приложение с помощью точной высоты над уровнем моря и данных о требуемой зоне, определяет нормативную нагрузку или ускорение в данном местоположении. Если новое место строительства не удалось определить по конкретному адресу, можно увеличить изображение и сместить фокус в требуемое место. При перемещении маркера расчет корректируется по новой высотной отметке и отображаются правильные значения нагрузок.

Онлайн-служба находится на веб-сайте Dlubal в разделе Применение → Сетевые средства

Определив следующие параметры…

1. тип нагрузки = ветер
2. Норматив = EN 1991-1-4
3. Национальное приложение = Германия | DIN EN 1991-1-4
4. address = Целльвег 2, Тифенбах

… для выбранного местоположения получены следующие результаты:

5. зона ветра
6. если применимо: дополнительная информация
7. фундаментальная базовая скорость ветра vb, 0
8. базовая скорость ветра давление qb

Pисунок 02 — Онлайн-сервис Dlubal

При выборе местоположения выше 1 100 м, онлайн-служба отображаетс в точке 6 «Не задана ветровая нагрузка выше 1 100 м | NCI A.2 (3) ». Нагрузки не могут быть определены в соответствии с существующим правилом, поэтому для данного места требуются особые меры.

давление ветра на поверхности

Воздействие действующего давления ветра, действующего на поверхность, является продуктом определяющего пикового давления скорости, умноженным на аэродинамический коэффициент [1] , [2] .

Для наружных поверхностей:
we = qp (ze ) ⋅ cpe
где
дре) = давление пиковой скорости
ze = исходная высота внешнего давления
cpe = аэродинамический коэффициент для внешнего давления

Для внутренних поверхностей:
wi = qp (zi ) ⋅ cpi
где
дря) = пиковое давление скорости
zi = исходная высота для внутреннего давления
cpi = аэродинамический коэффициент для внутреннего давления

Полученная нагрузка от внешнего и внутреннего давления является нагрузкой нетто-давления на поверхность. Давление на поверхности считается положительным, а давление (отсос) от поверхности отрицательным.

Полезное давление:
wnet = we + wi

Pисунок 03 — Давление на поверхности

Выбранные аэродинамические коэффициенты

Давления и нагрузки всасывания применяются на поверхности конструкции, которая находится в потоке ветра. Величина воздействия на внешние поверхности зависит от области приложения их нагрузки. Область приложения нагрузки — это поверхность, которая поглощает равномерную ветровую нагрузку и концентрично передает ее конструктивной системе ниже. Для данного типа расчета норма содержит аэродинамические коэффициенты внешнего давления, которые зависят от поверхности приложения нагрузки [1] , [2] .

Область приложения нагрузки A [3]Аэродинамическая
Коэффициент внешнего давления cpe
Описание
<1 м²cpe, 1Расчет небольших конструктивных элементов и их креплений (например, элементов обшивки или кровли)
От 1 м² до 10 м²cpe, 1 — (cpe, 1 — cpe, 10 ) ⋅ log10 (A)
> 10 м²cpe, 10Проектирование всей конструкции
Вертикальные стены зданий с прямоугольной планировкой

Скорость ветра, естественно, нелинейно увеличивается с высотой над уровнем моря. Полученное результирующее распределение пикового скоростного давления можно применить в упрощенном и масштабированном виде к высоте наветренной поверхности здания (наветренная площадь D), в зависимости от отношения высоты здания h к ширине здания b [1] , [2] .

Pисунок 04 — Распределение максимального скоростного давления по высоте

Всасывающие нагрузки на стены остальных подветренных поверхностей здания, параллельных ветру (области A, B, C и E), зависят от аэродинамики здания. Конечные аэродинамические коэффициенты для наружных поверхностей могут быть определены и применены в масштабе в зависимости от отношения высоты здания h к глубине здания d.

ЗонаIBCdE
ч/дcpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1
≥5-1,4-1,7-0,8-1,1-0,5-0,7+0,8+1,0-0,5-0,7
1-1,2-1,4-0,8-1,1-0,5+0,8+1,0-0,5
≤0,25-1,2-1,4-0,8-1,1-0,5+0,8+1,0-0,3-0,5
Более высокие силы всасывания могут возникать в области всасывания у отдельных зданий, расположенных на открытых площадках.
Допускается линейная интерполяция промежуточных значений.
Для зданий с h/d> 5 общая ветровая нагрузка должна быть определена с помощью значений сил по норме DIN EN 1991-1-4 плюс Национальное приложение Германии главы 7.6 — 7.8 и 7.9.2.

Pисунок 05 — Расположение поверхностей вертикальных стен

Односкатная

Подобно размерам здания, форма кровли оказывает также аэродинамическое воздействие на внешние поверхности кровли. Кровлю с наклоном более 5 °, с характерным высоким и низким карнизом, называют односкатной. Вследствие аэродинамики, в зависимости от угла наклона кровли действуют ветровые нагрузки на поверхности приложения нагрузки [1] , [2] .

ЗонаF Pисунок 06 — Расположение поверхностей односкатной крыши hi
Направление потока θ = 0 ° 2)
Угол наклона α 1)cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1
5 °-1,7-2,5-1,2-2,0-0,6-1,2
+0,0+0,0+0,0
15°-0,9-2,0-0,8-1,5-0,3
+0,2+0,2+0,2
30°-0,5-1,5-0,5-1,5-0,2
+0,7+0,7+0,4
45 °-0,0-0,0-0,0
+0,7+0,7+0,6
60 °+0,7+0,7+0,7
75 °+0,8+0,8+0,8
Направление потока θ = 180 °
5 °-2,3-2,5-1,3-2,0-0,8-1,2
15°-2,5-2,8-1,3-2,0-0,9-1,2
30°-1,1-2,3-0,8-1,5-0,8
45 °-0,6-1,3-0,5-0,7
60 °-0,5-1,0-0,5-0,5
75 °-0,5-1,0-0,5-0,5
Направление потока θ = 90 °
fвысокиеFнизкая
cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1
5 °-2,1-2,6-2,1-2,4-1,8-2,0-0,6-1,2-0,5
15°-2,4-2,9-1,6-2,4-1,9-2,5-0,8-1,2-0,7-1,2
30°-2,1-2,9-1,3-2,0-1,5-2,0-1,0-1,3-0,8-1,2
45 °-1,5-2,4-1,3-2,0-1,4-2,0-1,0-1,3-0,9-1,2
60 °-1,2-2,0-1,2-2,0-1,2-2,0-1,0-1,3-0,7-1,2
75 °-1,2-2,0-1,2-2,0-1,2-2,0-1,0-1,3-0,5
1) Допускается линейная интерполяция промежуточных значений при условии, что знак не изменится. Для интерполяции задано значение 0.0.
2) При направлении потока θ = 0 ° и углах наклона α = + 5 ° до + 45 ° давление меняется очень быстро между положительными и отрицательными значениями. Таким образом, для данной площади задается как положительный, так и отрицательный коэффициент внешнего давления. Для таких кровель оба случая (давление и всасывание) должны рассматриваться отдельно, учитывая во-первых только положительные значения (давление), а во-вторых только отрицательные значения (всасывание).

Pисунок 06 — Расположение поверхностей односкатной крыши

Двускатная

Двухскатная кровля называется форма кровли, состоящая из двух поверхностей кровли, наклоненных в противоположных направлениях, которые пересекаются на верхнем горизонтальном краю в коньке кровли. Данная геометрия имеет свои собственные аэродинамические эффекты в областях приложения нагрузки [1] , [2] .

ЗонаF Pисунок 06 — Расположение поверхностей односкатной крыши hiJ
Направление потока θ = 0 ° 2)
Угол наклона α 1)cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1cpe, 10cpe, 1
5 °-1,7-2,5-1,2-2,0-0,6-1,2-0,6+0,2
+0,0+0,0+0,0-0,6
15°-0,9-2,0-0,8-1,5-0,3-0,4-1,0-1,5
+0,2+0,2+0,2+0,0+0,0+0,0
30°-0,5-1,5-0,5-1,5-0,2-0,4-0,5
+0,7+0,7+0,4+0,0+0,0
45 °-0,0-0,0-0,0-0,2-0,3
+0,7+0,7+0,6+0,0+0,0
60 °+0,7+0,7+0,7-0,2-0,3
75 °+0,8+0,8+0,8-0,2-0,3
Направление потока θ = 90 °
5 °-1,6-2,2-1,3-2,0-0,7-1,2-0,6
15°-1,3-2,0-1,3-2,0-0,6-1,2-0,5
30°-1,1-1,5-1,4-2,0-0,8-1,2-0,5
45 °-1,1-1,5-1,4-2,0-0,9-1,2-0,5
60 °-1,1-1,5-1,2-2,0-0,8-1,0-0,5
75 °-1,1-1,5-1,2-2,0-0,8-1,0-0,5
1) При направлении потока θ = 0 ° и углах наклона α = -5 ° до + 45 ° давление меняется очень быстро между положительными и отрицательными значениями. Поэтому, и положительное, и отрицательное значение указано. Для таких крыш должно учитываться четыре случая, в которых наименьшее или наибольшее значение для областей F, G и H сочетается с наименьшим или наибольшим значением для областей I и J. Не допускается смешивание положительных и отрицательных значений на поверхности кровли.
2) Для уклонов кровли между указанными значениями допускается линейная интерполяция при условии, что знак коэффициентов давления не изменится. Для уклона между α = + 5 ° и -5 ° должны быть применены значения для плоских кровель по норме DIN EN 1991-1-4 плюс глава 7.2.3. Нулевое значение задается для интерполяции.

Pисунок 07 — Расположение поверхностей двускатной крыши

К расчету арочной конструкции на ветровую нагрузку Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Колоколов С. Б.

Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]

К РАСЧЕТУ АРОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ

В статье рассматривается распределение интенсивности ветровой нагрузки по поверхности арочной конструкции. Предлагается определять аэродинамический коэффициент при расчете арки на ветровую нагрузку с помощью функции параболического типа. Приводятся результаты сравнительного расчета стальной арки, выполненного с применением существующего и предлагаемого способа определения аэродинамического коэффициента.

Ключевые слова: арочная конструкция, ветровая нагрузка, аэродинамический коэффициент.

Определение ветровой нагрузки на арочные конструкции осуществляется в соответствии со СНиП «Нагрузки и воздействия» [1]. В Приложении 4 [1] приведена схема распределения ветрового давления на сводчатые покрытия, согласно которой криволинейная поверхность разбита на три зоны: зона активного давления (в дальнейшем — зона 1), занимающая часть наветренной стороны до высоты 0,7 f ^ — стрела подъема арки), две другие — зоны пассивного давления: центральная зона (в дальнейшем — зона 2), находящаяся выше, чем 0,7 £ и зона в подветренной стороне, симметричная зоне активного давления (в дальнейшем — зона 3). Величину интенсивности ветрового давления при прочих равных условиях определяет аэродинамический коэффициент с. Числовые значения этого коэффициента принимаются в каждой зоне постоянными по величине. При этом в точках перехода из одной зоны в другую аэродинамический коэффициент (следовательно, и интенсивность ветровой нагрузки) изменяется скачком, а при переходе из зоны 1 в зону 2 — даже с переменой знака. Очевидно, что в действительности при гладкой поверхности арки таких резких изменений интенсивности давления быть не может. Вопросы величины аэродинамических коэффициентов были предметом обсуждения в литературе [2],

[3], [4], [5]. Однако закономерности изменения величины аэродинамического коэффициента по криволинейной поверхности должного внимания не уделялось.

В предлагаемой статье автор предпринял попытку исследования влияния замены схемы ступенчатого распределения величины аэродинамического коэффициента, принятой СНиП, на схему с изменяющейся по квадратной параболе величиной этого коэффициента. На ри-

сунке 1 приведена сравнительная картина распределения величины аэродинамического коэффициента по развертке арки: штриховой линией показано распределение по СНиП, сплошной — распределение по параболе.

Величина аэродинамического коэффициента в узловых точках арки в предлагаемой схеме определена исходя из следующих условий: si

Jp(s) ■ ds = cei ■ si , (1)

0

s2

Jp(s) ■ ds = ce2 ■ (s2 — sl) , (2)

si

s3

Jp(s) ■ ds = ce ■ (s3 — s2 ) , (3)

s2

где s 1 , s2 , s3 — координаты, соответственно, концов 1, 2, 3 зон (начало координат принято в начале зоны 1),

p(s) — функция, описывающая изменение величины аэродинамического коэффициента в пределах каждой зоны: в зоне 1 —

p(s) = at ■ s2 + bi ■ s + q ,

(4)

Рисунок 1. Схема распределения интенсивности ветрового давления

в зоне 2 ■

p(s) = a2 ■ s2 + b2 ■ s + C2

(5)

в зоне 3

p(s) = аз ■ s2 + Ьз ■ s + Cз, (6)

ce1, ce2, ce — величина аэродинамического коэффициента, соответственно, в 1, 2, 3 зонах по СНиП.

Кроме того, были приняты следующие условия:

dpdss) = о при s = 0, при s =si +s2 и при s =s2 +s3, (7) а также

P2 =■

2

(8)

Величины аэродинамического коэффициента в узловых точках арки из решения уравнений (1)-(3) с учетом условий (7,8) определяются выражениями:

P 6 ■ Ce1 — Ce — С

P = “———-

e2

4

P = 5 ■ Ce2 — Ce

1 = 4

P3 =

5 ■ Ce — Ce.

4

(9)

(10)

(11)

Коэффициенты квадратичной функции в пределах каждой зоны определяются из следующих условий:

Р(0) = С1 = Po,

¿р( 0 )

— = b1 = 0, ds

p(s1) = a1 ■ s2 + b1 ■ s1 + C1 = P2 , p(s1) = a2 ■ sl + b2 ■ s1 + c2 = P2 > p(s2 ) = a2 ■ s2 + b2 ■ s2 + c2 = P2 ’

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

s1 + s2 4 ,

p(^TL) = a2(

)2 + b2(£^) + C2 = P1, (17)

p(s2 ) = a3 ■ s2 + b3 ■ s2 + C3 = P2 ’ p(s3 ) = a3 ■ s3 + b3 ■ s3 + C3 = P2 ,

(18)

(19)

sS2 + S3 \ /Sr> + S

p(—-3 ) = a3(

^22

2″r s3 i=„ / s2 + s3 )2 + b(s2 + s3

)+C3 = P3. )’-

2

P2 — Po

b2 =

C2 = P2 +

b1 = 0,

C1 = P0 , a = 4(P2 — P1)

a2 =————-t» ’

2 (s1 — s2 ) 2

4(P1 -P2)(s1 + s2) , (s1 — s2 )2

4(P2 — P1 )(s1 ■ s2)

(s1 — s2 ) 2

a3 =

P2 — P3 s12

b3 =

2(P3 — P2 ) ■ s3

C3 =

P3(sl — s3 ) + P2 ■ s3 s12

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28) (29)

Предлагаемая функция распределения величины аэродинамического коэффициента была использована для определения влияния ветровой нагрузки на арку. С этой целью составлена компьютерная программа вычисления величин аэродинамического коэффициента в узлах арки. В качестве числовой модели была рассмотрена очерченная по дуге окружности арка с пролетом 16 м, изготовленная из стального двутавра 40Б1. Ось арки была разбита на 64 равных по длине участка. Величина расчетной ветровой нагрузки условно принята равной 10 • р(з) кН/м.

Расчеты арки со стрелой подъема 8 м выполнены от ветровой нагрузки, распределенной по СНиП и по параболе. На рисунке 2 показан вид эпюр распределения горизонтальной составляющей интенсивности ветрового давления рх по развертке арке (штриховой линией 1 показана эпюра при распределении по СНиП, сплошной 2 — при параболическом распределении). Как видно, интенсивность горизонтальной составляющей ветрового давления, наиболее ответственной за отклонение деформированной оси арки от симметрии, при обоих рассматриваемых способах распределения величины аэродинамического коэффициента совпада-

1

2

s

1

Ce + Ce2

s

ет только в зоне 2. При применении параболического распределения изменение интенсивности горизонтального давления на границах зон существенно сглажено. Как отразилась замена способа распределения на величине изгибающих моментов, возникающих в арке при действии ветровой нагрузки, видно из рассмотрения рисунка 3, на котором показаны эпюры изгибающих моментов. Как и на рисунках 1 и 2, эпюра для распределения по СНиП показана штриховой (1), а для распределения по параболе — сплошной (2) линией. Конфигурация эпюр практически совпадает, что очевидно, поскольку при подборе функции принято условие равенства равнодействующих ветровой нагрузки в обоих способах распределения. Также понятно, что расчетная (наибольшая) величина изгибающих моментов в арке при параболическом распределении несколько меньше, чем при распределении по СНиП (за счет устранения скачков интенсивности нагрузки).

Ъ

Рисунок 2. Эпюры горизонтальной составляющей ветровой нагрузки: 1 — при распределении по СНиП, 2 — при распределении по параболе

Рисунок 3. Эпюры изгибающих моментов в арке: 1 — при распределении по СНиП,

2 — при распределении по параболе

В таблице 1 приведены некоторые результаты расчетов подъемистой арки (стрела подъема 8 м) при двух способах распределения ветровой нагрузки. Положительной принята горизонтальная составляющая давления, совпадающая с направлением ветра, вертикальная -направленная вниз; положительными приняты изгибающие моменты, разгибающие арку, а продольные силы — растягивающие арку.

Участок 16 — последний в зоне 1, участок 17 — первый в зоне 2. Участок 48 — последний в зоне 2, участок 49 — первый в зоне 3. На этих участках составляющие давления при способе распределения СНиП резко меняют свою величину. Однако изменение изгибающего момента при использовании схемы СНиП в местах перехода из одной зоны в другую не столь заметно. В то же время разница в величине изгибающих моментов при расчете по разным схемам распределения в этих частях арки наибольшая. Так, разница в величине изгибающих моментов в середине арки составляет 6,7 кНм или 14% от величины изгибающего момента в схеме СНиП, а на участке 16 разница 31,2 кНм или 25%, на участке 49 — 28,6 кНм или 79%. Параболическое распределение дает в среднем некоторое снижение изгибающих моментов (наибольший момент меньше на 10%), но одновременно увеличение продольных сил (наибольшая продольная сила возрастает на 6%), особенно в подветренной части арки (здесь возрастание достигает 15%). Напряжения при распределении по параболе уменьшаются практически на всех участках арки: на наиболее напряженном участке на 10%, а на мало нагруженных участках подветренной стороны более чем в два раза. Наибольшие значения изгибающих моментов в результатах расчета по обеим схемам отмечены на участке 12: по СНиП 147,9 кНм, по предлагаемой схеме 130,0 кНм.

В таблице 2 приведены аналогичные результаты расчетов пологой арки со стрелой подъема 1,6 м (0,1 пролета арки) при той же нагрузке, но с распределением коэффициента аэродинамического с учетом соотношения пролета и высоты арки. Как видно, закономерности в распределении внутренних усилий и напряжений в пологой арке такие же, как и в подъемистой арке.

Таким образом, результаты сравнительного расчета с использованием нормативного и

Таблица 1. Результаты расчета арки кругового очертания с пролетом 16 м и стрелой подъема 8 м

Номер участка Горизонтальная составляющая интенсивности нагрузки на участке, кН/м Вертикальная составляющая интенсивности нагрузки на участке, кН/м Изгибающие моменты на участках, кНм Продольные силы на участках, кН Наибольшие напряжения на участках, МПа

по СНиП параболическое По СНиП Параболическое По СНиП Параболическое По СНиП Параболическое По СНиП Параболическое

1 2,75 5,66 0,07 0,14 0 0 66 73 11 12

10 2,46 2,00 1,24 1,01 144,5 130,0 83 88 193 176

12 2,32 0,61 1,47 0,39 147,9 130,0 83 88 198 176

16 1,99 -2,28 1,90 -2,17 122,7 91,5 79 82 166 127

17 -3,25 -2,36 -3,41 -2,48 109,8 80,7 72 81 149 114

20 -2,71 -2,39 -3,85 -3,39 68,9 47,3 72 77 98 71

32 -0,12 -0,13 -4,71 -5,49 -47,2 -53,9 58 64 68 78

45 2,71 2,39 -3,85 -3,39 -58,4 -34,0 57 68 82 53

48 3,25 2,36 -3,41 -2,48 -42,7 -15,1 59 70 63 30

49 1,14 2,28 -1,08 -2,17 -36,0 -8,6 60 71 55 22

64 1,57 3,14 -0,04 -0,08 0 0 64 72 14 19

Таблица 2. Результаты расчета арки кругового очертания с пролетом 16 м и стрелой подъема 1,6 м

Номер участка Горизонтальная составляющая интенсивности нагрузки на участке, кН/м Вертикальная составляющая интенсивности нагрузки на участке, кН/м Изгибающие моменты на участках, кНм Продольные силы на участках, кН Наибольшие напряжения на участках, МПа

По СНиП Параболическое По СНиП Параболическое По СНиП Параболическое По СНиП Параболическое По СНиП Параболическое

1 0,10 0,43 0,24 1,06 0 0 129 137 21 22

9 0,07 0,05 0,25 0,18 21,1 19,4 130 138 47 47

11 0,07 -0,08 0,25 -0,28 21,6 18,4 130 138 48 45

12 0,06 -0,14 0,25 -0,55 21,1 17,2 130 138 47 44

15 0,05 -0,33 0,25 -1,50 16,8 12,2 130 138 42 38

16 -0,42 -0,33 -2,01 -1,59 14,4 10,2 130 138 39 35

20 -0,32 -0,29 -2,03 -1,89 4,9 2,2 129 137 27 25

32 -0,01 -0,01 -2,05 -2,31 -12,2 -13,8 128 137 36 40

45 0,32 0,29 -2,03 -1,89 -11,3 -8,0 128 137 35 32

49 0,42 0,33 -2,01 -1,59 -6,9 -2,8 129 137 30 26

50 0,22 0,33 -1,00 -1,50 -5,5 -1,5 129 137 28 24

64 0,39 0,58 -0,95 -1,42 0 0 129 137 22 24

предлагаемого способов распределения величины аэродинамического коэффициента по поверхности арки при назначении ветровой нагрузки позволяют сделать вывод, что предлагаемый

способ обеспечивает соответствие изменения внутренних сил в арке плавному характеру изменения наклона поверхности арочной конструкции к направлению ветра.

3.02.2012

Список литературы:

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия — М.: ГУП ЦПП, 2003 — 44с.

2. Барштейн М.Ф. Ветровая нагрузка на здания и сооружения // Строительная механика и расчет сооружений. — 1974, №4. -С. 43-48.

3. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра / ЦНИИСК им В.А. Кучеренко. — М.: Стройиздат, 1978. -224 с.

4. Савицкий Г.А. Ветровая нагрузка на сооружения. — М.: Стройиздат, 1972. — 110с.

5. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения / В.Н.Гордеев, А.И.Лантух-Лященко, В.А.Пашинский и др. — М.: Изд-во АСВ, 2008. — 482с.

Сведения об авторе:

Колоколов Сергей Борисович, профессор кафедры строительных конструкций Оренбургского государственного университета, доктор технических наук, профессор 460018, Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 3126, тел. (3532) 372524, е-таіі: [email protected]

UDC 624.32 Kolokolov S.B.

Orenburg state university, e-mail: [email protected]

ABOUT CALCULATION OF WIND LOAD ON ARCH CONSTRUCTION

The article dedicates to a question of distribute the wind load intensity along arch construction. It is proposed to compute aerodynamic coefficient, while calculating the wind load on arch construction, with use of parabolic type of function. Author shows and analyses the results of comparative calculation of steel arch based on traditional and proposed in the article method of aerodynamic coefficient computing.

Key words: arch construction, wind load, aerodynamic coefficient.

Bibliography:

1. BN&R 2.01.07-85*. Loads and pressure — GUP CPP, 2003 — 44p.

2. Barshtein M.F. Wind load on buildings and constructions. — Building mechanics. — 1974 №4. — P 43-48.

3. Guide to calculation of buildings and constructions under wind action / V.A.Kucherenko CNIISK. M.:Strojizdat, 1978. — 224 p.

4. Savitsky G.A. Wind load on constructions. M.:Strojizdat, 1972. — 110 p.

5. Loads and pressure on buildings and constructions / V.N.Gordeev, A.i.Lantuch-Liashenko, V.A.Pashinsky and others. -M.: ASV, 2008. — 482 p.

Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки. Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты с


Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты с

14

Сооружения и их элементы с круговой цилиндрической поверхностью (резервуары, градирни, башни, дымовые трубы), провода и тросы, а также круглые трубчатые и сплошные элементы сквозных сооружений

где — определяется по табл.1 схемы 13;

— определяется по графику:

Для проводов и тросов (в том числе и покрытых гололедом)

1. следует определять по формуле к схеме 12а, принимая,- диаметр сооружения.

Значения принимаются: для деревянных конструкций=0,005 м; для кирпичной кладки=0,01 м; для бетонных и железобетонных конструкций=0,005 м; для стальных конструкций=0,001 м; для проводов и тросов диаметром ; для ребристых поверхностей с ребрами высотой.

2. Для волнистых покрытий

=0,04.

3. Для проводов и тросов 20 мм, свободных от гололеда, значениедопускается снижать на 10%

studfiles.net

Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты

14

Сооружения и их элементы с круговой цилиндрической поверхностью (резервуары, градирни, башни, дымовые трубы), провода и тросы, а также круглые трубчатые и сплошные элементы сквозных сооружений

ãäå — определяется по табл.1 схемы 13;

— определяется по графику:

Для проводов и тросов (в том числе и покрытых гололедом)

1. следует определять по формуле к схеме 12 а, принимая , — диаметр сооружения.

Значения принимаются: для деревянных конструкций=0,005 м; для кирпичной кладки=0,01 м; для бетонных и железобетонных конструкций=0,005 м; для стальных конструкций=0,001 м; для проводов и тросов диаметром ; для ребристых поверхностей с ребрами высотой .

2. Для волнистых покрытий

=0,04.

3. Для проводов и тросов 20 мм, свободных от гололеда, значение допускается снижать на 10%

studfiles.net

Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты с

I

II

III

IV

10

20

30

10

20

30

10

20

30

10

20

30

+0,5

+1,1

+2,1

0

+1,5

+2

+1,4

+1,8

+2,2

+1,3

+1,4

+1,6

–1,3

0

+0,9

–1,1

+0,5

+0,8

+0,4

+0,5

+0,6

+0,2

+0,3

+0,4

–1,1

0

+0,6

–1,5

0

+0,4

0

–0,4

0

0

0

+0,4

1. Коэффициенты се1, се2, се3, се4 следует относить к сумме давлений на верхнюю и нижнюю поверхности навесов.

Для отрицательных значений се1, се2, се3, се4 направление давления на схемах следует изменять на противоположное

2. Для навесов с волнистыми покрытиями ct = 0,04

studfiles.net

Аэродинамические коэффициенты

Д.1 Аэродинамические коэффициенты

Д.1.1 Отдельностоящие плоские сплошные конструкции

Отдельностоящие плоские сплошные конструкции на земле (стены, заборы и т.д.)

Для различных участков конструкций (рисунок Д.1) коэффициент сх определяется по таблице Д.1;

ze = h.

Рисунок Д.1

Таблица Д.1

Участки плоских сплошных конструкций на земле (см. рисунок Д.1)

А

В

С

D

2,1

1,8

1,4

1,2

Рекламные щиты

Для рекламных щитов, поднятых над землей на высоту не менее d/4 (рисунок Д.2): сх = 2,5kl, где kl — определено в Д.1.15.

Рисунок Д.2

Равнодействующую нагрузку, направленную по нормали к плоскости щита, следует прикладывать на высоте его геометрического центра с эксцентриситетом в горизонтальном направлении е = ± 0,25b.

ze = zg + d/2.

Д.1.2 Прямоугольные в плане здания с двускатными покрытиями

Вертикальные стены прямоугольных в плане зданий

Таблица Д.2

Боковые стены

Наветренная стена

Подветренная стена

Участки

А

В

С

D

Е

-1,0

-0,8

-0,5

0,8

-0,5

Для наветренных, подветренных и различных участков боковых стен (рисунок Д.3) аэродинамические коэффициенты се приведены в таблице Д.2.

Для боковых стен с выступающими лоджиями аэродинамический коэффициент трения сf = 0,1.

Рисунок Д.3

Двускатные покрытия

Для различных участков покрытия (рисунок Д.4) коэффициент се определяется по таблицам Д.3, а и Д.3, б в зависимости от направления средней скорости ветра.

Для углов 15° £ b £ 30° при a = 0° необходимо рассмотреть два варианта распределения расчетной ветровой нагрузки.

Для протяженных гладких покрытий при a = 90° (рисунок Д.4, б) аэродинамические коэффициенты трения сf = 0,02.

Рисунок Д.4

Таблица Д.3а

  1. a

Уклон b

F

G

Н

I

J

15°

-0,9

-0,8

-0,3

-0,4

-1,0

0,2

0,2

0,2

30°

-0,5

-0,5

-0,2

-0,4

-0,5

0,7

0,7

0,4

45°

0,7

0,7

0,6

-0,2

-0,3

60°

0,7

0,7

0,7

-0,2

-0,3

75°

0,8

0,8

0,8

-0,2

-0,3

Таблица Д.3б

  1. a

Уклон b

F

С

Н

I

-1,8

-1,3

-0,7

-0,5

15°

-1,3

-1,3

-0,6

-0,5

30°

-1,1

-1,4

-0,8

-0,5

45°

-1,1

-1,4

-0,9

-0,5

60°

-1,1

-1,2

-0,8

-0,5

75°

-1,1

-1,2

-0,8

-0,5

Д.1.3 Прямоугольные в плане здания со сводчатыми и близкими к ним по очертанию покрытиями

Рисунок Д.5

Примечание — При 0,2 £ f/d £ 0,3 и hl/l ³ 0,5 необходимо учитывать два значения коэффициента се1.

Распределение аэродинамических коэффициентов по поверхности покрытия приведено на рисунке Д.5.

Аэродинамические коэффициенты для стен принимаются в соответствии с таблицей Д.2.

При определении эквивалентной высоты (11.1.5) и коэффициента v в соответствии с 11.1.1: h = h3 + 0,7f.

Д.1.4 Круглые в плане здания с купольными покрытиями

Значения коэффициентов се в точках А и С, а также в сечении ВВ приведены на рисунке Д.6. Для промежуточных сечений коэффициенты се определяются линейной интерполяцией.

При определении эквивалентной высоты (11.1.5) и коэффициента v в соответствии с 11.1.1: h = h3 + 0,7f.

Рисунок Д.6

Д.1.5 Здания с продольными фонарями

Рисунок Д.7

Для участков А и В (рисунок Д.7) коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.

Для фонарей участка С при l £ 2 сх = 0,2; при 2 £ l £ 8 для каждого фонаря сх = 0,1l; при l > 8 сх = 0,8, здесь l = a/hf.

Для остальных участков покрытия се = -0,5.

Для вертикальных поверхностей и стен зданий коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицей Д.2.

При определении эквивалентной высоты zе (11.1.5) и коэффициента v (11.1.1) h = h3.

Д.1.6 Здания с зенитными фонарями

Рисунок Д.8

Для наветренного фонаря коэффициент се следует определять в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.

Для остальных фонарей коэффициенты сх определяются так же, как и для участка С (раздел Д.1.5).

Для остальной части покрытия се = -0,5.

Для вертикальных поверхностей и стен зданий коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицей Д.2.

При определении эквивалентной высоты ze (11.1.5) и коэффициента v (11.1.1) h = h3.

Д.1.7 Здания с шедовыми покрытиями

Рисунок Д.9

Для участка А коэффициент се следует определять в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.

Для остальной части покрытия се = -0,5.

Для вертикальных поверхностей и стен зданий коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицей Д.2.

При определении эквивалентной высоты ze (11.1.5) и коэффициента v (11.1.1) h = h3.

Д.1.8 Здания с уступами

Рисунок Д.10

Для участка С коэффициент се = 0,8.

Для участка А коэффициент се следует принимать в соответствии с таблицей Д.2.

Для участка В коэффициент се следует определять линейной интерполяцией.

Для остальных вертикальных поверхностей коэффициент се необходимо определять в соответствии с таблицей Д.2.

Для покрытия зданий коэффициенты се определяются в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.

Д.1.9 Здания, постоянно открытые с одной стороны

Рисунок Д.11

При проницаемости ограждения m £ 5 % сi1 = ci2 = ± 0,2. Для каждой стены здания знак «плюс» или «минус» следует выбирать из условия реализации наиболее неблагоприятного варианта нагружения.

При m ≥ 30 % сi1 = -0,5; ci2 = 0,8.

Коэффициент се на внешней поверхности следует принимать в соответствии с таблицей Д.2.

Примечание — Проницаемость ограждения m следует определять как отношение суммарной площади имеющихся в нем проемов к полной площади ограждения.

Д.1.10 Навесы

Аэродинамические коэффициенты се для четырех типов навесов (рисунок Д.12) без сплошностенчатых вертикальных ограждающих конструкций определяются по таблице Д.4.

Рисунок Д.12

Таблица Д.4

Тип схемы

a, град

Значения коэффициентов

ce1

ce2

ce3

ce4

I

10

0,5

-1,3

-1,1

0

20

1,1

0

0

-0,4

30

2,1

0,9

0,6

0

II

10

0

-1,1

-1,5

0

20

1,5

0,5

0

0

30

2

0,8

0,4

0,4

III

10

1,4

0,4

20

1,8

0,5

30

2,2

0,6

IV

10

1,3

0,2

20

1,4

0,3

30

1,6

0,4

Примечания

1 Коэффициенты се1, се2, се3, се4 соответствуют суммарному давлению на верхнюю и нижнюю поверхности навесов.

2 Для отрицательных значений се1, се2, се3, се4 направление давления на схемах следует изменять на противоположное.

3 Для навесов с волнистыми покрытиями аэродинамический коэффициент трения cf = 0,04.

Д.1.11 Сфера

Рисунок Д.13

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления сх сферы при zg > d/2 (рисунок Д.13) приведены на рисунке Д.14 в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости d = D/d, где D, м, — шероховатость поверхности (см. Д.1.15). При zg < d/2 коэффициент сх следует увеличить в 1,6 раза.

Коэффициент подъемной силы сферы сz принимается равным:

при zg > d/2 — cz = 0;

при zg < d/2 — сz = 0,6.

Опечатка

Эквивалентная высота (11.1.5) ze = zg + d/2.

При определении коэффициента v в соответствии с 11.1.11 следует принимать

b = h = 0,7d.

Число Рейнольдса Re определяется по формуле

где d, м, — диаметр сферы;

w0, Па, — определяется в соответствии с 11.1.4;

ze, м, — эквивалентная высота;

k(ze) — определяется в соответствии с 11.1.6;

  1. gf

Рисунок Д.14

Д.1.12 Сооружения и конструктивные элементы с круговой цилиндрической поверхностью

Аэродинамический коэффициент се1 внешнего давления определяется по формуле

ce1 = kl1cb,

где kl1 = 1 при сb > 0; для сb < 0 — kl1 = kl, определено в Д.1.15.

Распределение коэффициентов сb по поверхности цилиндра при d = D/d < 5×10-4 (см. Д.1.16) приведено на рисунке Д.16 для различных чисел Рейнольдса Re. Значение указанных на этом рисунке углов bmin и bb, а также соответствующее им значение коэффициентов сmin и сb приведены в таблице Д.5.

Значения аэродинамических коэффициентов давления се2 и сi (рисунок Д.14) приведены в таблице Д.6. Коэффициент сi следует учитывать для опущенного покрытия («плавающая кровля»), а также при отсутствии покрытия.

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления определяются по формуле

cX = klcx¥,

где kl — определено в Д.1 в зависимости от относительного удлинения сооружения (см. Д.1.15). Значения коэффициентов cx¥ приведены на рисунке Д.17 в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости D = d/d (см. Д.1.16).

Рисунок Д.15

Рисунок Д.16

Таблица Д.5

Re

bmin

cmin

bb

cb

5×105

85

-2,2

135

-0,4

2×106

80

-1,9

120

-0,7

107

75

-1,5

105

-0,8

Таблица Д.6

h/d

1/6

1/4

1/2

1

2

³ 5

ce2, ci

-0,5

-0,55

-0,7

-0,8

-0,9

-1,05

Рисунок Д.17

Для проводов и тросов (в том числе покрытых гололедом) сх = 1,2.

Аэродинамические коэффициенты наклонных элементов (рисунок Д.18) определяются по формуле

схb = cхsin2bsin2q.

где сх — определяется в соответствии с данными рисунка Д.17;

ось х параллельна скорости ветра V;

ось z направлена вертикально вверх;

  1. bXYи осью х;
  2. qz.

Рисунок Д.18

При определении коэффициента v в соответствии с 11.1.1:

b = 0,7d; h = h3 + 0,7f.

Число Рейнольдса Re определяется по формуле, приведенной в Д.1.11, где zе = 0,8h для вертикально расположенных сооружений;

ze равно расстоянию от поверхности земли до оси горизонтально расположенного сооружения.

Д.1.13 Призматические сооружения

Опечатка

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления призматических сооружений определяются по формуле

cX = klcX¥,

где kl определено в Д.1.15 в зависимости от относительного удлинения сооружения lе.

Значения коэффициента cX¥ для прямоугольных сечений приведены на рисунке Д.19, а для n-угольных сечений и конструктивных элементов (профилей) — в таблице Д.7.

Таблица Д.7

Эскизы сечений и направлений ветра

b, град.

п (число сторон)

cx¥ при Re > 4×105

Правильный многоугольник

Произвольный

5

1,8

6 — 8

1,5

10

1,2

12

1,0

Рисунок Д.19

Д.1.14 Решетчатые конструкции

Аэродинамические коэффициенты решетчатых конструкций отнесены к площади граней пространственных ферм или площади контура плоских ферм.

Направление оси х для плоских ферм совпадает с направлением ветра и перпендикулярно плоскости конструкции; для пространственных ферм расчетные направления ветра показаны в таблице Д.8.

Аэродинамические коэффициенты сх отдельностоящих плоских решетчатых конструкций определяются по формуле

где cxi — аэродинамический коэффициент i-го элемента конструкций, определяемый в соответствии с указаниями Д.1.13 для профилей и Д.1.12, в для трубчатых элементов; при этом kl = 1;

Ai — площадь проекции i-го элемента конструкции;

Аk — площадь, ограниченная контуром конструкции.

Рисунок Д.20

Ряд плоских параллельно расположенных решетчатых конструкций

Рисунок Д.21

Для наветренной конструкции коэффициент cxl определяется так же, как и для отдельностоящей фермы.

Для второй и последующих конструкций сх2 = сх1h.

Для ферм из профилей из труб при Re < 4×105 коэффициент h определяется по таблице Д.8 в зависимости от относительного расстояния между фермами b/h (рисунок Д.19) и коэффициента проницаемости ферм 

Таблица Д.8

j

b/h

1/2

1

2

4

6

0,1

0,93

0,99

1

1

1

0,2

0,75

0,81

0,87

0,9

0,93

0,3

0,56

stroit-prosto.ru

Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты

14

Сооружения и их элементы с круговой цилиндрической поверхностью (резервуары, градирни, башни, дымовые трубы), провода и тросы, а также круглые трубчатые и сплошные элементы сквозных сооружений

ãäå — определяется по табл.1 схемы 13;

— определяется по графику:

Для проводов и тросов (в том числе и покрытых гололедом)

1. следует определять по формуле к схеме 12 а, принимая , — диаметр сооружения.

Значения принимаются: для деревянных конструкций=0,005 м; для кирпичной кладки=0,01 м; для бетонных и железобетонных конструкций=0,005 м; для стальных конструкций=0,001 м; для проводов и тросов диаметром ; для ребристых поверхностей с ребрами высотой .

2. Для волнистых покрытий

=0,04.

3. Для проводов и тросов 20 мм, свободных от гололеда, значение допускается снижать на 10%

studfiles.net

Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты с

I

II

III

IV

10

20

30

10

20

30

10

20

30

10

20

30

+0,5

+1,1

+2,1

0

+1,5

+2

+1,4

+1,8

+2,2

+1,3

+1,4

+1,6

–1,3

0

+0,9

–1,1

+0,5

+0,8

+0,4

+0,5

+0,6

+0,2

+0,3

+0,4

–1,1

0

+0,6

–1,5

0

+0,4

0

–0,4

0

0

0

+0,4

1. Коэффициенты се1, се2, се3, се4 следует относить к сумме давлений на верхнюю и нижнюю поверхности навесов.

Для отрицательных значений се1, се2, се3, се4 направление давления на схемах следует изменять на противоположное

2. Для навесов с волнистыми покрытиями ct = 0,04

studfiles.net

Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты с

14

Сооружения и их элементы с круговой цилиндрической поверхностью (резервуары, градирни, башни, дымовые трубы), провода и тросы, а также круглые трубчатые и сплошные элементы сквозных сооружений

где — определяется по табл.1 схемы 13;

— определяется по графику:

Для проводов и тросов (в том числе и покрытых гололедом)

1. следует определять по формуле к схеме 12а, принимая,- диаметр сооружения.

Значения принимаются: для деревянных конструкций=0,005 м; для кирпичной кладки=0,01 м; для бетонных и железобетонных конструкций=0,005 м; для стальных конструкций=0,001 м; для проводов и тросов диаметром ; для ребристых поверхностей с ребрами высотой.

2. Для волнистых покрытий

=0,04.

3. Для проводов и тросов 20 мм, свободных от гололеда, значениедопускается снижать на 10%

studfiles.net

Рекомендации по назначению аэродинамических коэффициентов при определении ветровой нагрузки на покрытия одноэтажных зданий промышленных предприятий

Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений
ЦНИИпромзданий

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО НАЗНАЧЕНИЮ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ
КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ
ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ НА ПОКРЫТИЯ
ОДНОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
(к СНиП 2.01.07-85)

Москва 1992

Рекомендации по назначению аэродинамических коэффициентов при определении ветровой погрузки на покрытия одноэтажных зданий промышленных предприятий (к СНиП 2.01. 07-85).- М.: ЦНИИпромзданий, 1992.

Настоящие рекомендации разработаны в развитие п. 6.6 СНиП 2.01.07-85 институтом ЦННИпромзданий (В.П. Брикса — Брестская лаборатория, А.Я.Розенблюм — отдел несущих конструкции одноэтажных зданий) при участии ЦНИИСК им. Кучеренко (А.Н.Попов) на основе результатов специально поставленных аэродинамических испытаний, проведенных с целью уточнения значений аэродинамических коэффициентов при определении ветровой нагрузки.

Для работников проектных и научно-исследовательских организаций в области строительства.

Аэродинамические коэффициенты внешнего давления С (соответствующие коэффициентам Се по СНиП 2.01.07-85), приведенные в настоящих рекомендациях, следует использовать при определении ветровой нагрузки на покрытия одноэтажных зданий промышленных предприятии, геометрические параметры которых находятся в следующих пределах:

— угол между горизонтальной плоскостью и покрытием a — от 3 до 10°;

— отношение высоты здания к его пролету Н/L от 0,3 до 0,6;

— отношение высоты фонаря к пролету здания h/L— от 0,1 до 0,2;

— отношение пролета фонаря к пролету здания а/L— от 0,3 до 0,5.

Рекомендуемые аэродинамические коэффициенты С для покрытий одноэтажных зданий приведены на схемах 1-6. Знак «плюс» у коэффициентов С соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак «минус» — от поверхности.

Для многопролетных зданий с фонарными надстройками коэффициенты С следует определять по схеме 6, принимая их для пятого, шестого и т.д. пролетов как дли четвертого пролета схемы.

Промежуточные значения коэффициентов С следует определять линейной интерполяцией.

Для наветренной, подветренной и боковых стен здании, a также покрытий многопролетных зданий без фонарных надстроек коэффициенты С следует определять в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85.

При расчете креплений элементов в углах здания и по внешнему контуру покрытия следует учитывать местное отрицательное давление ветра с коэффициентом С = -2,0, распределенное вдоль поверхности на ширине 2,0 м.

Схема 1

Таблица 1

А

Коэффициенты С

С1

С2

С3

0,3

-1,30

-0,50

-0,30

0,5

-1,25

-0,60

-0,35

0,6

-1,20

-0,65

-0,40

Схема 2

Таблица 2

H/L

h/L

a/L

Коэффициенты С

C1

C2

C3

C4

C5

0,3

0,1

0,3

-0,35

0

-0,95

-0,55

-0,35

0,5

-0,30

-0,05

-1,15

-0,55

-0,35

0,2

0,3

0,20

0,60

-0,70

-0,60

-0,40

0,5

0,25

0,55

-0,80

-0,65

-0,45

0,5

0,1

0,3

-0,60

-0,20

-0,85

-0,55

-0,35

0,5

-0,55

-0,25

-1,10

-0,60

-0,35

0,2

0,3

0

0,60

-0,70

-0,55

-0,40

0,5

0,10

0,50

-0,85

-0,65

-0,45

0,6

0,1

0,3

-0,85

-0,45

-0,85

-0,60

-0,40

0,5

-0,80

-0,60

-1,00

-0,60

-0,35

0,2

0,3

-0,15

0,60

-0,50

-0,60

-0,50

0,5

-0,05

0,45

-0,90

-0,65

-0,45

Схема 3

Для покрытия здания коэффициенты давления С следует принимать

на участке АВ по схеме 2;

на участке ВС С6=-0,40;

на участке СD С7 =-0,30.

Схема 4

Для покрытия здания коэффициенты давления С следует принимать:

на участке АВ по схеме 1;

на участке ВС по табл. 3;

на участке СD С7 — -0,25.

Таблица 3

H/L

Коэффициенты

C4

C5

C6

0,3

-0,35

-0,30

-0,30

0,5

-0,45

-0,40

-0,30

0,6

-0,50

-0,45

-0,30

Схема 5

Для покрытия здания коэффициенты давления С следует принимать:

на участке АВ по схеме 1;

на участке ВС по схеме 4;

на участке CD C7=-0,20, С8= -0,30, С9=-0,25;

на участке DE С10=-0,20.

Схема 6

Для покрытия здания коэффициенты давления С следует принимать:

на участке АВ по схеме 2;

на участке ВС С6=-0,35, С7=-0,25, С8=-0,20;

на участке CD С9=-0,20, С10=-0,30, С11=-0,20;

на участке DЕ С12=0,20.

Расчет ветровых нагрузок | Альпром

Итак , вы долго согласовывали, делали и наконец смонтировали свою самую лучшую наружную рекламу.

Красота! Все довольны. Но чу… после первого сильного ветра вам звонит рассерженный клиент с шокирующим известием – реклама упала!

Кошмар рекламщика стал явью…Что же случилось ?

А случилось следующее – при проектировании наружной рекламы был проигнорирован или выполнен неверно расчет ветровой нагрузки на наружную рекламу : на материал и на крепежные элементы.

Как избежать этого, как обезопасить себя от такого плачевного итога своей работы?

Ответ прост – при проектировании и монтаже наружной рекламы необходимо учитывать порывы ветра, стремящиеся сорвать ваше изделие, необходимо рассчитать и принять во внимание ветровую нагрузку на наружную рекламу.

Давайте запомним несложную формулу расчета ветровой нагрузки, которая измеряется в кг/кв.м.:

Pw = k * q

Расшифровываем хитрые буквицы

Pw – давление ветра, нормальное к воспринимающей поверхности. Это давление считается положительным.
k – аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и положения подверженного ветру

объекта.
q – скоростной напор ветра (кг/кв.м), соответствующий наибольшей для данного места скорости ветра c учётом особых порывов.

Величина q в зависимости от скорости ветра определяется следующим образом:

q = 7 / g * кв.V / 2

7 – вес воздуха (1,23 кг/куб.м) при Pатм.= 760 мм рт.ст. и tатм.= 15 °С
g – ускорение силы тяжести (9,81 м/кв.сек)
V- наибольшая скорость ветра (м/сек) на данной высоте h, т.е.

Высота h над уровнем земли, м

Скорость ветра V, км/ч м/с

Скоростной напор q, кг/кв.м

Высота h над уровнем земли, мСкорость ветра V, км/ч м/сСкоростной напор q, кг/кв.м
0 – 8103,7  28,851
8 – 20128,9  35,880

q = кв.V / 16

Вертикально установленное полотно, закреплённое в раме или натянутое на троссах

Конструкция – b-ширина, d-высотаСоотношение размеровПлощадь, SАэродинамический коэффициент, k
Вертикально установленное полотно, закреплённое в раме или натянутое на троссахd/b < 5b * d1,2
d/b >= 5b * d1,6

Вот так вот оказывается все совсем просто.

Хотите узнать о расчете ветровых нагрузок больше и получить  консультацию наших специалистов?

Прямо сейчас звоните +7(8482) 78-20-44 или напишите на электронную почту [email protected]

Ветровой напор. Аэродинамические коэффициенты — Энциклопедия по машиностроению XXL

Ветровой напор. Аэродинамические коэффициенты. Ветровой напор обусловлен давлением ветра, увеличивающимся с увеличением скорости ветра. Обычно скорость ветра при удалении от поверхности земли возрастает следовательно, вместе с высотой возрастает и ветровой напор.  [c.224]

Отношения действительных давлений к скоростным напорам называются аэродинамическими коэффициентами. Последние по своей абсолютной величине обычно меньше единицы, но могут быть в некоторых случаях и больше единицы. Для наветренной стороны аэродинамические коэффициенты имеют положительное значение, для заветренной же стороны—отрицательное. Это означает, что под действием ветра наружный воздух входит в здание  [c.225]


В табл. 39 дана характеристика ветра различной силы. Усилие Ръ, создаваемое ветром, равно произведению площади соответствующего элемента F на скоростной напор д и аэродинамический коэффициент с, который колеблется в пределах 0,8—2,4 и в среднем равен 1.6, т. е. рь = Рдс.  [c.131]

При определении ветровых нагрузок на провода с гололедом следует принимать значения скоростного напора 0,25 д, где д — скоростной напор, принятый при определении нагрузки р . Согласно ПУЭ в районах с толщиной стенки гололеда 15 мм и более значения скоростного напора следует принимать не менее 14 даН/м (значения скорости ветра — не менее 15 м/с). Согласно ПУЭ в расчетах ветровых нагрузок на провода принимаются следующие значения аэродинамического коэффициента С 1,1—для проводов и тросов диаметром 20 мм и более 1,2 —для проводов и тросов диаметром менее 20 мм, а также для проводов и тросов любого диаметра, покрытых гололедом.  [c.24]

Принимая согласно Правилам устройства аэродинамический коэффициент для проводов всех сечений равным 1,2, коэффициент неравномерности ветра 0,85 и выражая скоростной напор через скорость ветра  [c.43]

Давление ветра на наружные ограждения здания будет составлять только некоторую часть от его полного давления, характеризуемую так называемым аэродинамическим коэффи-циентом. Величина аэродинамического коэффициента п зависит от формы здания и направления ветра Для вертикальных ограждений обычных зданий при направлении ветра перпендикулярно их поверхности значения аэродинамических коэффициентов можно принять равными для наветренной стороны П1 = = +0,8, для заветренной стороны П2 = —0,4 (разрежение воздуха). Если принять указанные значения щ я П2 и температуру воздуха равной 0°, то по формуле (66) получим величину ветрового напора для вертикальных ограждений Ар в зависимости от скорости ветра V равной  [c.146]

Расчет подъемных кранов на ветровую нагрузку ведется в соответствии с ГОСТ 1451—65 [8]. На судовые и плавучие краны стандарт не распространяется. Особенностью стандарта являются два расчетных состояния кранов нерабочее и рабочее. В первом состоянии ветровую нагрузку определяют по СНиП. В рабочем состоянии скоростной напор принимается независимо от района установки крана равным 15 кГ/м . В особых случаях он может быть повышен до 25 кГ/м . Наряду с наиболее распространенными приемами определения ветровой нагрузки в этом ГОСТе предложены значительно более сложные формулы для вычисления аэродинамических коэффициентов. В них учитываются, например, отдельно теневые площади поясов и решетки, отношение коэффициентов сопротивлений при действии ветра вдоль и поперек фермы.  [c.91]


Рв = qK, (25) где q — расчетный напор ветра в кгс м , величина которого определяется в зависимости от положения фермы относительно земли по диаграмме рис. 1 ka — коэффициент аэродинамического сопротивления для ферм и сплошных балок ka = 1,4, кабин крановщиков и противовесов = 1,2.  [c.14]

Общее давление ветра на щит тем меньше, чем больше его размеры. Это позволяет вводить поправочные коэффициенты при определении ветровой нагрузки на конструкции, отличающиеся размерами. Например, во Франции (нормы 1965 г.) при ширине здания или сооружения 100 м этот коэффициент принимают равным 0,7, при 4 ж он равен 1,0, а при 1—2 ж — 1,2. Учет влияния абсолютных размеров конструкции на их лобовое сопротивление — это скорее статистический подход к расчетному скоростному напору ветра, а не уточнение аэродинамических характеристик, так как сопротивление геометрических подобных тел с острыми краями мало зависит от числа Рейнольдса.  [c.87]

В ФРГ ветровая нагрузка нерабочего состояния определяется по DIN 1055. Расчетный напор на высоте 8 от земли принимается равным 50 кг/ж . Ветровая нагрузка рабочего состояния в проекте нового стандарта на расчет кранов (DIN 15018/19) устанавливается из расчета 25 кг м , что соответствует 8 баллам шкалы Бофорта. Такое же давление принято Нормами Европейской подъемно-транспортной федерации (FEM). Аэродинамические коэффициенты принимаются для решетчатых и сплошностенчатых конструкций 1,6, для кабин и противовесов 1,2. Учитывается также влияние отношения длины к высоте балок. Для расчета мощности двигателей механизмов передвижения по проекту DIN 15079 принимается давление ветра 12 кгДи , так как при большем давленйи работа кранов считается невозможной. Коэффициенты трения скольжения берутся равными колеса по рельсу 0,12 и губок захвата по рельсу 0,25.  [c.119]


Нагрузки и воздействия | SELENATEL

Главная>Расчет>Нагрузки и воздействия

Основным сочетанием нагрузок по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» для башен и мачт является ветровой напор на конструкции ствола и оборудования с собственным весом конструкций и оборудования. Также данным СНиПом предусмотрен учет гололедной, температурной и сейсмической нагрузки.

Расчет производится по двум предельным состояниям: 1) по прочности и устойчивости 2) по деформативности.

Согласно п.1.3 СНиП расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке yf, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию и принимаемый при расчете на прочность и устойчивость:

— для весовой нагрузки γf — 1.05

— для ветровой нагрузки γf — 1.4

— для гололедной нагрузки γf — 1.3

При расчете по деформациям γf =1

Ветровая нагрузка

Согласно СНиП 2.01.07-85* ветровая нагрузка определяется как сумма средней и пульсационной составляющей W=Wm+Wp. Чтобы определить среднюю составляющую ветровой нагрузки Wm на сооружение и оборудование надо знать ветровое давление в районе установки, а также наветренную площадь сооружения с оборудованием. Если выразить это формулой то получается следующее:

Среднее значение ветровой нагрузки (кгс) = ветровое давление(кгс/м) х высотный коэффициент х наветренная площадь(м²)

или

Wm = w0 k Fcx

— высотный коэффициент k определяется по таблице 6, промежуточные значения определяются интерполяцией.

Данная формула является аналогом ф-лы (6) СНиП с той разницей, что вместо одного аэродинамического коэффициента с у нас введено Fcx — наветренная площадь, это произведение площади проекции какого-либо элемента конструкции на его аэродинамический коэффициент лобового сопротивления. В практике расчета антенно-мачтовых сооружений удобнее чтобы эти два параметра шли неотделимо друг от друга. Отметим, что для антенно-мачтовых сооружений и их элементов используется именно аэродинамический коэффициент лобового сопротивления сх.

Для примера если взять уголок 50х5 длиной 2м, то его проекцией будет прямоугольник 0.05х2м => площадь проекции F=0.1м², аэродинамический коэффициент для профилей по СНиП равен 1.4, т.о. наветренная площадь уголка Fcx будет равна 0.14м².

Для цилиндрических элементов (трубы, круглая сталь, тросы) аэродинамический коэффициент сх варьируется от 0.4 до 1.2 и определяется по схеме 14 приложения 4 СНиП.

Для плоской решетчатой конструкции (фермы) очевидно, что ее наветренная площадь будет равна сумме наветренных площадей ее элементов. Но башни и мачты являются пространственными фермами, где есть наветренная грань и следующая за ней затеняемая грань. Для этого случая СНиПом предусмотрена схема 17 приложения 4. Строго следуя указаниям несложно определить аэродинамический коэффициент сt секции. Помножив его на контурную площадь секции Ак, получаем наветренную площадь секции.

Нормативное значение ветрового давления w0 определяется согласно пункту 6.4: по карте 3 определяется ветровой район и по таблице 5 определяется w0. Если район строительства по карте 3 относится к малоизученным, то скорость ветра следует принимать по данным районной метеостанции, причем берется значение скорости, превышаемой раз в 5 лет, и по ф-ле (7) определяется ветровое давление w0.

Помимо средней составляющей ветровой нагрузки СНиП требует учитывать пульсационную составляющую Wp. Для упрощенного ручного расчета, можно воспользоваться формулой (9) пункта 6.7б в которой антенно-мачтовое сооружение рассматривается как система с одной степенью свободы и учитывается только первая форма собственных колебаний, а период собственных колебаний может быть определен энергетическим методом. В современных расчетных комплексах определение пульсационной составляющей автоматизировано, и определяется она для каждой формы колебаний, учитывая s первых форм. Количество учитываемых форм s определяется из условия fs < flim < fs+1, где flim по СНиП берется из таблицы 8.

Гололедная нагрузка

Гололедную нагрузку следует учитывать при проектировании антенно-мачтовых сооружений по п.7 СНиП. Для этого необходимо учесть увеличение наветренной площади элементов конструкции и увеличение их веса за счет гололедных образований, а затем произвести расчет на ветровое воздействие в сочетании с собственным весом.

При учете гололедной нагрузки согласно пункту 7.4 СНиПа давление ветра на элементы покрытые гололедом следует принимать равным 25%. Данная цифра, видимо, взята из тех соображений, что по наблюдениям период образования гололеда (в основном это начало или конец зимы) сопровождается слабым ветром. Заранее можно предположить, что такое сочетание нагрузок оказывает более слабое воздействие, чем 100% ветровая нагрузка. Правда есть примечание 1 к пункту 7.4 «В отдельных районах, где наблюдаются сочетания значительных скоростей ветра с большими размерами гололедно-изморозевых отложений, толщину стенки гололеда и его плотность, а также давление ветра следует принимать в соответствии с фактическими данными». Поэтому данный вопрос требует рассмотрения в отдельных случаях, особенно когда сооружение состоит из большого количества тонких элементов (в таком случае прирост наветренной площади от гололеда будет значительным).

Сейсмические воздействия

При определении сейсмических воздействий на опоры необходимо руководствоваться СНиП II-7-81* (СП 14.13330.2011) Строительство в сейсмических районах. Согласно п.2.1 данного СНиП (п.5.1. СП), при расчете конструкций и оснований на сейсмическое воздействие, температурные климатические воздействия и ветровые нагрузки не учитываются.

 

 

(PDF) Коэффициенты ветровой нагрузки для использования в аэродинамической трубе

j ¯

Cp; pkðθ; T = 16 ¼22,5 с; r¼16Þj

≈4,414 þ0,536 ln 16 þ0,5772 × 0,536 ¼6,21 ð18Þ

В качестве альтернативы можно использовать метод моментов в сочетании с допущением Fr¼0,5704. Среднее значение выборки и

стандартное отклонение выборки для 16 пиков Cp; pkiðθ; T = nÞ

(i¼1; 2; :::; 16) оказались jE½Cppkðθ; T = nÞj ¼ 4,72

и SD½Cp; pkðθ; T = nÞ ¼ 0.75 соответственно, что дает оценки

σ¼ð61 = 2 = πÞ × 0,75 ¼0,585 и μ¼4,72 −0,5772 × 0,58 ¼

4,39. Следовательно, расчетное математическое ожидание Cp; pkðθ; T = 16; r¼

16 в течение 16-эпохального интервала прототипа (то есть время прототипа 360 с

) составляет

Cp; pkðθ; T = 16 ¼22,5 с; r¼16Þj

¼4,39 þ0,585 ln 16 þ0,5772 × 0,585 ¼6,35 ð19Þ

Из уравнений. (15) и (16) стандартное отклонение выборки

, ошибка

при оценке j¯

Cp; pkðθ; T = 16 ¼22.5s; r¼16Þj равно

SD½Cp; pkðθ; T = 16 ¼22,5sÞ

¼0,585 = 161 = 2fðln 16Þ2ð44 × 16 −24Þ = ½40 × ð16 −1Þ

þπ2 = 6þ2ðln = 2¼0 × 6 0,555 20Þ

, которому соответствует коэффициент вариации 0,555 = 6,35 ¼

0,09. Наблюдаемый пик рекорда коэффициента давления составляет 6,33.

Если бы было доступно более одной записи, каждый из соответствующих пиков

, конечно, был бы другим.

Предполагается, что количество эпох, для которых пиковое значение

Cp; pkðθ; T = n; rÞ, необходимое для целей проектирования, соответствует длине записи прототипа 3600 с, а не 360 с,

, то есть до rÀ160 эпох.Используя метод оценок моментов

параметров местоположения и масштаба, расчетное ожидание

Cp; pkðθ; T = 16; r¼160Þ в течение 160-эпохального интервала прототипа составляет

Cp; pkðθ; T = 16; r¼160Þj

¼4,39 þ0,585 ln 160 þ0,5772 × 0,585 ¼7,70 ð21Þ

Для Fr¼0,5704 (соответствует расчетному ожиданию

пика) стандартное отклонение ошибки выборки в

оценка j¯

Cp; pkðθ; rT = 16Þr¼160jis

SD½¯

Cp; pkðθ; T = 16; r¼160Þ

¼0.585 = 161 = 2fðln 160Þ2ð44 × 16 −24Þ = ½40 × ð16 −1Þ

þπ2 = 6þ2ðln 160Þ6 × 1,202 = π2g1 = 2¼0,91 ð22Þ

, которому соответствует коэффициент вариации 0,91 = 7,702

.

Коэффициент ветровой нагрузки может быть скорректирован с учетом большей изменчивости

оценочного коэффициента давления Cp; pkðθ; T = 16; r¼

160Þ. В этом примере, используя оценочные коэффициенты вариации

, показанные ниже по формуле. (5), но заменяет COV½Cp; pk ðθ; 1hÞ ¼

½0.112þ0.1021 = 2¼0,15 на, скажем, ½0,112þ0,1221 = 2¼0,16, не приводит ли

к значительному изменению оценочного коэффициента

вариации пикового давления и, следовательно, при расчетном ветре

коэффициент нагрузки γ. Однако это может быть не так для записей давления

, показывающих очень высокие пики.

Эти результаты согласуются с оценкой коэффициентов пикового давления

временных рядов прототипа порядка 1 ч из измеренных

временных рядов, которым соответствуют длительности прототипа

порядка нескольких минут.Однако для данной ситуации было бы разумно повторить эти вычисления, чтобы убедиться, что

остается верным. Действительно, удвоение оценки параметра масштаба EV I dou-

уменьшает стандартную ошибку текущей оценки пика.

В этом разделе предполагалось, что ошибки смещения в оценке

пикового эффекта пренебрежимо малы. Для тестов, проведенных в Reynolds

, числа

намного ниже, чем число Рейнольдса прототипа, это предположение

может быть неверным; Примером являются пиковое давление на крыше

углов при ветре, смещенном по отношению к сторонам крыши

(например,г., Long 2005; Simiu 2011, стр. 178). В таких случаях требуются поправки

на смещение.

Эффект ошибки интерполяции в базе данных

Проект

Данные аэродинамического давления, используемые для проектирования с помощью базы данных

(DAD), не охватывают все возможные размеры модели и уклоны крыши.

По этой причине в процессе проектирования обычно требуются интерполяции на основе существующих моделей. Расчеты, представленные в Main

и Fritz (2006), показали, что такие интерполяции приводят к ошибкам

, которые, в зависимости от количества моделей в базе данных, могут иметь COV

до 0.1. Учет этого COV в выражении

для коэффициента нагрузки, используемого в этом примере, дает

γ¼1þ2ð0,162þ0,12þ0,152þ4 × 0,102Þ1 = 2¼1,62

, а не 1,59; то есть увеличение расчетного значения коэффициента ветровой нагрузки

в этом примере составляет 2%.

Эффект снижения неопределенности на местности

Фактор воздействия

Специальное испытание в аэродинамической трубе, которое воспроизводит в масштабе построенную среду

проектируемой конструкции, имеет преимущество

в снижении неопределенности фактора воздействия на местность, от

COVðEzÞ¼0.От 16 до 0,08 или даже, для идеального моделирования в аэродинамической трубе —

до 0. Это приводит к снижению расчетного коэффициента ветровой нагрузки

с LF ≈1,59 до LF ≈1þ2ð0,082þ0,152þ4 ×

0,102Þ1 = 2¼1,52 или 1,50 соответственно, то есть примерно на

4 или 6% соответственно. На самом деле моделирование в аэродинамической трубе не является идеальным. В принципе, коэффициент Ez компенсирует эффекты отклонений моделирования потока в аэродинамической трубе из целевых моделей атмосферного пограничного слоя

.Однако поскольку на практике такие отклонения

могут быть значительными, как показано, например, результатами

Fritz et al. (2008), ошибки, которые они производят при оценке отклика конструкции

, требуют будущих подробных исследований.

Жесткие здания с неизвестной ориентацией

Стандарт ASCE 7-10 определяет для зданий значение ¯

Kd¼

0,85, которое было найдено в Habte et al. (2015) должно быть разумно

подходящим для регионов без ураганов.Для ¯

KdÀ0,85 и

коэффициентов вариации, перечисленных в предыдущем разделе, следует

из уравнений. (2) и (4), что COV½ppkðN¼50 летÞ ≈0,302 и

γ≈1,604.

Расчеты, представленные Habte et al. (2015), однако, показали, что

, вместо того, чтобы быть исчезающе малыми, значения COVðKdÞ, соответствующие

с Kd¼0,85, имеют порядок 0,10. Это означает, что

, что Kd может довольно значительно варьироваться в зависимости от ориентации здания

, которая предполагается в ASCE 7-10 неизвестной, и

, следовательно, вносит вклад в общую меру неопределенности в

влияние ветра, COV½pðNÞ .При COVðKdÞ≈0,1

следует из уравнения. (2) что COV½pðN¼50 летÞ ≈0,312, и уравнение. (4)

© ASCE 04017007-4 ASCE-ASME J. Risk Uncertainty Eng. Syst., Часть A: Civ. Англ.

ASCE-ASME J. Risk Uncertainty Eng. Syst., Часть A: Civ. Eng., -1—1

Загружено с ascelibrary.org Дат Дутинь, 03.04.17. Авторское право ASCE. Только для личного пользования; все права защищены.

Влияние помех на аэродинамические силы ветра между двумя зданиями

Основные моменты

В этом исследовании было протестировано 8568 экспериментальных вариантов расположения зданий и направлений ветра.

Влияние помех на основные моменты в направлениях попутного ветра, поперечного ветра и крутильных колебаний представлено и обсуждено со ссылкой на факторы помех.

Также представлены и обсуждаются характеристики местных ветровых сил на девяти уровнях высоты основного здания.

Среднее влияние помех ( MIF MD ) на базовые моменты в направлении ветра, когда мешающее здание больше, чем отношение высоты единицы, увеличенное до 35% из-за эффекта образования каналов.

Вариации коэффициентов местных сил попутного и поперечного ветра по уровням высоты зависят от местоположения и отношения высоты здания, создающего помехи.

Abstract

Воздействие индуцированных ветром помех на общие ветровые нагрузки и местные ветровые нагрузки на два здания были изучены в серии испытаний в аэродинамической трубе на типичных моделях высотных зданий с использованием метода измерения давления. В этом исследовании были рассмотрены пять типов моделей смежных зданий с соотношением высот ( H r = 0.5, 0.7, 1, 1.5 и 2) и направления ветра рассматривались от 0 ° до 355 ° с шагом 5 °. Представлены и обсуждены эффекты аэродинамической интерференции на основные моменты и местные силы ветра на девяти уровнях высоты главного здания. В результате интерференционные эффекты ( MIF MD и RIF MD ) на коэффициенты базового момента вдоль ветра с H r = 1 и 1,5 значительно увеличиваются при возникновении помех. здание было близко к основному зданию.Кроме того, когда более высокое мешающее здание было расположено в ( X / B , Y / B ) = (1,5, 1), средние ветровые нагрузки и колебания ветровых нагрузок при попутном и поперечном ветре направления одновременно увеличились. Средние и среднеквадратичные коэффициенты местных сил вдоль ветра на z / H = 0,975 были значительно увеличены, когда мешающее здание было расположено в ( X / B, Y / B ) = (1,5, 0) . Вариации коэффициентов местных сил попутного и поперечного ветра по уровням высоты зависели от местоположения и отношения высоты здания, создающего помехи.

Ключевые слова

Воздействие помех

Фактор помех

Местная ветровая нагрузка

Структурная ветровая нагрузка

Высокое здание

Испытание в аэродинамической трубе

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2015 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

AS / NZS 1170.2 Пример расчета ветровой нагрузки

Полностью рабочий пример AS / NZS 1170.2 расчет ветровой нагрузки

В этой статье мы рассчитаем расчетное ветровое давление для складской конструкции. Мы будем использовать модель из нашего S3D, чтобы продемонстрировать, как нагрузки (AS 1170.2 / NZS1170.2) прикладываются к каждой поверхности.

Рисунок 1. Модель склада в SkyCiv S3D в качестве примера.

Рисунок 2. Расположение сайта (из Google Maps).

Таблица 1. Строительные данные, необходимые для нашего расчета ветра.

Расположение Happy Valley Road, Кабарла, Квинсленд, Австралия
Вместимость Разное — Структура склада
Местность Плоский приусадебный участок
Размеры 19.507 м × 31,699 м в плане
Высота карниза 9,144 м
Высота апекса на отм. 10,973 м
Уклон крыши 3:16 (10,62 °)
Без проема
Облицовка Стеновые опоры с шагом 0,6 м
Стеновые стойки с шагом 0,6 м

Формула для определения расчетного ветрового давления:

Для расчетной скорости ветра:

\ ({V} _ {сидеть, β} = {V} _ {R} {M} _ {d} {M} _ {z, cat} {M} _ {s} {M} _ {t} \) (1)

Где:

\ ({V} _ {sit, β} \) = расчетная скорость ветра в м / с
\ ({V} _ {R} \) = региональная скорость ветра с порывами 3 с (из карты ветров), м / с ( AS / NZS 1170.2 {C} _ {fig} {C} _ {dyn} \) (2)

Где:

\ (p \) = расчетное давление ветра в Па
\ ({⍴} _ {air} \) = плотность воздуха (1,2 кг / куб.м)
\ ({V} _ {des, θ} \ ) = построение ортогональных расчетных скоростей ветра
\ ({C} _ {dyn} \) = коэффициент динамического отклика, установленный на 1,0
\ ({C} _ {fig} \) = коэффициент аэродинамической формы (для внутреннего или внешнего давления) для закрытых домов где:

\ ({C} _ {fig, i} = {C} _ {p, i} {K} _ {c, i} \) — для внутреннего давления (3)
\ ({C} _ { fig, e} = {C} _ {p, e} {K} _ {a} {K} _ {c, e} {K} _ {l} {K} _ {p} \) — для внешнего давления (4)

\ ({C} _ {p, i} \) = коэффициент внутреннего давления
\ ({K} _ {c, i} \) = коэффициент комбинации, применяемый к внутреннему давлению
\ ({C} _ {p, e } \) = коэффициент внешнего давления
\ ({K} _ {a} \) = коэффициент уменьшения площади
\ ({K} _ {c, e} \) = коэффициент комбинации, применяемый к внешнему давлению
\ ({K} _ {l} \) = коэффициент местного давления
\ ({K} _ {p} \) = коэффициент пористой оболочки

Каждый параметр будет рассмотрен ниже.

Региональная скорость ветра, \ ({V} _ {R} \)

Данные о региональной скорости ветра подробно представлены на рисунке 3.1 стандарта AS / NZS 1170.2 (как показано на рисунках 3 и 4 ниже). Каждый административный район подразделяется на регионы скорости ветра с соответствующей скоростью ветра. В нашем примере участок расположен рядом с красной точкой и классифицируется как Region A4 , поскольку он находится примерно в 106 км от сглаженной береговой линии главного острова Австралии. Соответствующую скорость ветра можно рассчитать с помощью таблицы 3.1 AS / NZS 1170.2, как показано на рисунке 5. Годовой интервал повторения выбирается в зависимости от уровня важности и расчетного срока службы конструкции, как подробно описано в таблице 3.3 AS / NZS 1170.0.

Рисунок 3. Региональная карта скорости ветра для Австралии (Рисунок 3.1 (A) AS / NZS 1170.2).

Рисунок 4. Региональная карта скорости ветра для Новой Зеландии (Рисунок 3.1 (B) AS / NZS 1170.2).

Рисунок 5. Соответствующая скорость ветра в зависимости от региона ветра и годового интервала повторяемости (Таблица 3.1 AS / NZS 1170.2).

В таблицах 3.1 и 3.3 стандарта AS / NZS 1170.0 (рисунки 6 и 7) для конечных состояний или предельных состояний по пригодности к эксплуатации подробно описано, как классифицировать конструкцию по уровню важности и соответствующей годовой вероятности превышения.

Рисунок 6. Определение уровня важности согласно таблице 3.1 AS / NZS 1170.0.

Рисунок 7. Определение годовой вероятности превышения согласно таблице 3.3 AS / NZS 1170.0.

В нашем примере мы будем рассматривать только конечное предельное состояние.Структура нашего примера классифицируется как «Обычная» и предполагается, что ее расчетный срок службы составляет 50 лет . Следовательно, мы примем годовую вероятность превышения, эквивалентную 1/500 . Следовательно, соответствующее значение нашего \ ({V} _ {R} \) составляет 45 м / с .

SkyCiv теперь автоматизирует определение области ветра и получение соответствующего значения скорости ветра с помощью всего лишь нескольких вводов. Попробуйте наш SkyCiv Free Wind Tool

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Множитель направления ветра, \ ({M} _ {d} \)

Для каждого региона ветра и соответствующего направления ветра (8 сторон света) множитель направления ветра, \ ({M} _ {d} \) , имеет разные значения, как показано в таблице 3.2 AS / NZS 1170.2.

Рисунок 8. Значения множителя направления ветра для каждого региона и направления ветра в соответствии с таблицей 3.2 стандарта AS / NZS 1170.2.

В этом примере мы проверим скорость ветра от «NE» , где \ ({M} _ {d} \) = 0,85. Однако также можно с уверенностью принять \ ({M} _ {d} \) = 1.0 , чтобы получить консервативный результат.

Множитель рельефа / высоты, \ ({M} _ {z, cat} \)

Чтобы вычислить множитель ландшафта / высоты \ ({M} _ {z, cat} \), нам нужно классифицировать категорию ландшафта нашего сайта.В таблице 2 показано определение каждой категории местности на основе Раздела 4.2.1 стандарта AS / NZS 1170.2. \ ({M} _ {z, cat} \) теперь можно рассчитать с помощью Таблицы 4.1 AS / NZS 1170.2 в зависимости от высоты, ветрового региона и категории местности для конструкции.

Таблица 2. Определение категории местности для AS / NZS 1170.2.

Категория местности Определение
Категория 1 Открытая открытая местность с небольшим количеством препятствий или без них и водными поверхностями при удобной для обслуживания скорости ветра
Категория 2 Водные поверхности, открытая местность, луга с небольшим количеством хорошо разбросанных препятствий высотой обычно от 1.От 5 до 10 метров
Категория 3 Местность с множеством близко расположенных препятствий высотой от 3 до 5 м, например участки загородной застройки.
Категория 4 Местность с многочисленными большими, высокими (от 10 м до 30 м) и близко расположенными препятствиями, такими как центры крупных городов и хорошо развитые промышленные комплексы.

Рис. 9. Расчетный множитель рельефа / высоты, \ ({M} _ {z, cat} \), основанный на соответствующей категории местности и регионе ветра (Таблица 4.1 AS / NZS 1170.2).

В нашем примере местоположение площадки можно классифицировать как «Категория 2» , предполагая, что у нас есть однородная категория местности для каждого направления ветра. Мы разделим высоту конструкции на каждые 3 м и среднюю высоту крыши. Табличные значения \ ({M} _ {z, cat} \) для каждого уровня показаны в Таблице 3.

Таблица 3. Расчетное значение \ ({M} _ {z, cat} \) для каждого уровня конструкции.

Высота, м \ ({M} _ {z, cat} \)
3 м 0.91
6 м 0,928
9 метров 0,982
10,06 м 1,001

Множитель экранирования, \ ({M} _ {s} \)

Эффект экранирования можно учесть при расчете расчетного ветрового давления с использованием AS / NZS 1170.2. Это необходимо для учета снижения давления ветра при наличии близлежащих сооружений. В разделе 4.3 стандарта AS / NZS 1170.2 подробно описан расчет коэффициента экранирования \ ({M} _ {s} \).В этом примере, поскольку площадка расположена в открытом поле, а ближайшие постройки находятся на расстоянии более 20h (201,2 м) от конструкции, мы можем предположить, что \ ({M} _ {s} \) = 1,0 .

Топографический множитель, \ ({M} _ {t} \)

Влияние топографии на ветровое давление отражается в топографическом множителе \ ({M} _ {t} \), где он усиливает расчетное ветровое давление в зависимости от высоты участка земли, независимо от того, находится ли конструкция на холме. или откос.В разделе 4.4 стандарта AS / NZS 1170.2 подробно описан расчет этого параметра. За пределами местной топографической зоны, рассчитанное расстояние от вершины холма или откоса, \ ({M} _ {t} \) можно считать равным 1,0, как показано на рисунках 4.2 и 4.3 стандарта AS / NZS 1170.2 (рисунок 10).

Рис. 10. Параметры, необходимые для расчета топографического фактора, \ ({M} _ {t} \), на основе раздела 4.4 AS / NZS 1170.2.

Исходя из данных о высоте местности (из Google Maps, из NE), мы делаем вывод, что топографию можно классифицировать как холм.На основании рисунка 4.2 стандарта AS / NZS 1170.2 можно получить следующие баллы, как показано в таблице 4:

Таблица 4. Извлеченные точки данных из данных о высоте земли (из Google Maps), как показано на рисунке 11.

Параметр Значение
M т 1,076
уклон 0,07
Расположение пика -380,00 м от места нахождения строения
Высота пика 628.16 м
Расположение ступни -2000,00 м от места нахождения строения
Высота стопы 515,37 м
H 112,79 м
Loc. из H / 2 -1154,23 м от места нахождения строения
x 380,00 м
L u 774,23 м
L 1 278.72 м
L 2 1114,89 м

Рис. 11. Отметка местности на участке СВ-ЮЗ (из Google Maps).

Из данных, приведенных в таблице 4, вычисленный топографический множитель \ ({M} _ {t} \) равен 1,08 на основе уравнения 4.4 (2) AS / NZS 1170.2, как показано в уравнении (5).

\ ({M} _ {t} = {M} _ {h} = 1 + [H / 3.5 (z + {L} _ {1})] [1 — (| x | / {L} _ { 2})] \) (5)
\ ({M} _ {t} = 1.08 \)

Наконец, с использованием уравнения (1) расчетная расчетная скорость ветра показана в таблице 5.

Таблица 5. Расчетное значение \ ({V} _ {sit, β} \) для каждого уровня конструкции.

Высота, м \ ({V} _ {sit, β} \), м / с
3 37,45
6 38,19
9 40,42
10.06 41,20

Где:

\ ({V} _ {sit, β (минимум)} \) = 30 м / с для постоянных конструкций и 25 м / с для временных конструкций (расчетный срок службы ≤ 5 лет)

Для расчета расчетного давления ветра необходимы аэродинамические коэффициенты формы \ ({C} _ {fig} \) для внутренних и внешних поверхностей. Об этом мы поговорим в следующем разделе.

Коэффициент аэродинамической формы, \ ({C} _ {fig} \)

Коэффициент аэродинамической формы, \ ({C} _ {fig} \), используется для определения значений давления ветра, приложенного к каждой поверхности.Положительное значение \ ({C} _ {fig} \) означает, что давление действует по направлению к поверхности, а отрицательное означает, что давление действует от поверхности.

Коэффициент аэродинамической формы для внутреннего давления, \ ({C} _ {fig, i} \)

Коэффициент внутреннего давления, \ ({C} _ {p, i} \)

Для \ ({C} _ {fig, i} \) расчет коэффициента внутреннего давления \ ({C} _ {p, i} \) подробно описан в таблице 5.1 стандарта AS / NZS 1170.2, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12.Коэффициент внутреннего давления, \ ({C} _ {p, i} \), как определено в разделе 5.3 AS / NZS 1170.2.

В этом примере наша конструкция замкнута и предполагается, что у нее нет отверстий, следовательно, подходящим условием для нее является конструкция: «Здание эффективно масштабируется и имеет неоткрывающиеся окна», а соответствующие коэффициенты внутреннего давления равны \ ({C } _ {p, i} \) = -0,2, 0,0 .

Коэффициент аэродинамической формы для внешнего давления, \ ({C} _ {fig, e} \)

Коэффициент внешнего давления, \ ({C} _ {p, e} \)

Раздел 5.4 AS / NZS 1170.2 определяет процедуру получения коэффициента внешнего давления \ ({C} _ {p, e} \) для прямоугольных зданий. Поверхности здания для распределения внешнего давления определены на рисунке 5.2 кода, как показано на рисунке 13. Кроме того, в таблицах с 5.2 по 5.3 стандарта AS / NZS 1170.2 подробно описаны расчетные значения \ ({C} _ {p, e} \) для каждое определение поверхности показано на рисунках с 14 по 18.

Рис. 13. Определение поверхности для распределения внешнего давления, как определено в Разделе 5.4 AS / NZS 1170.2.

Рис. 14. Расчетный коэффициент внешнего давления \ ({C} _ {p, e} \) для наветренной стены прямоугольных закрытых зданий (таблица 5.2 (A) стандарта AS / NZS 1170.2).

Рис. 15. Расчетный коэффициент внешнего давления \ ({C} _ {p, e} \) для подветренной стены прямоугольных закрытых зданий (таблица 5.2 (B) стандарта AS / NZS 1170.2).

Рисунок 16. Расчетный коэффициент внешнего давления \ ({C} _ {p, e} \) для боковых стен прямоугольных закрытых зданий (таблица 5.2 (C) AS / NZS 1170.2).

Рис. 17. Расчетный коэффициент внешнего давления, \ ({C} _ {p, e} \), для поверхности двускатной крыши с подветренной и подветренной стороны с углом наклона <10 ° (таблица 5.3 (A) стандарта AS / NZS 1170.2).

Рис. 18. Расчетный коэффициент внешнего давления, \ ({C} _ {p, e} \), для противоточной и подветренной поверхности двускатной и шатровой крыши с углом наклона ≥ 10 ° (Таблица 5.3 (A) и Таблица 5.3 (B) ) AS / NZS 1170.2).

В этом примере значения \ ({C} _ {p, e} \) для поверхностей стен показаны в Таблицах 6 и 7 ниже, где \ (b / d \) = 0.616, \ (h / d \) = 0,516 и \ (h / b \) = 0,317. Кроме того, в таблице 8 показаны значения \ ({C} _ {p, e} \) для поверхностей крыши.

Таблица 6. Расчетные коэффициенты внешнего давления \ ({C} _ {p, e} \) для наветренной и подветренной поверхностей стен.

Высота, м \ ({C} _ {p, e} \) (наветренный) \ ({C} _ {p, e} \) (с подветренной стороны) — по L \ ({C} _ {p, e} \) (с подветренной стороны) — по B
3 0.8 -0,3 -0,5
6 0,8
9 0,8
10,06 0,7

Таблица 7. Расчетные коэффициенты внешнего давления \ ({C} _ {p, e} \) для поверхностей боковин.

Положение от наветренной стены, м \ ({C} _ {p, e} \) (боковина)
от 0 до 10,06 м -0.65
от 10,06 до 19,507 м -0,50

Таблица 8. Расчетные коэффициенты внешнего давления \ ({C} _ {p, e} \) для поверхностей боковин.

Поверхность крыши \ ({C} _ {p, e} \)
Против ветра -0,913, -0,406
По ветру -0,503
Боковой ветер -0,354

Коэффициент уменьшения площади, \ ({K} _ {a} \)

Коэффициент уменьшения площади \ ({K} _ {a} \) применим только к боковым стенам и поверхностям крыши.В противном случае вычисленное значение \ ({K} _ {a} \) всегда равно 1.0. В таблице 5.4 стандарта AS / NZS 1170.2 показано значение \ ({K} _ {a} \) в зависимости от площади боковых стен и поверхностей крыши, как показано на рисунке 19.

Рис. 19. Значения коэффициента уменьшения площади \ ({K} _ {a} \) для боковых стен и поверхностей крыши (таблица 5.4 стандарта AS / NZS 1170.2).

Для нашего примера рассчитанные значения коэффициента уменьшения площади показаны в Таблице 9 ниже.

Таблица 9. Значения коэффициента уменьшения площади \ ({K} _ {a} \) для этого примера.

Поверхность Площадь, кв.м. \ ({K} _ {a} \)
боковина (по d) 196,21 0,8
боковина (по б) 285,29 0,8
крыша — наветренная 314,564 0,8
крыша с подветренной стороны 314,564 0,8
крыша — боковой ветер 629.129 0,8

Коэффициент местного давления для облицовки, \ ({K} _ {l} \)

Фактор местного давления, \ ({K} _ {l} \), всегда равен 1,0 для всех поверхностей, кроме компонентов и облицовки. В разделе 5.4.4 AS / NZS 1170.2 подробно описана процедура вычисления для получения \ ({K} _ {l} \) для этих компонентов.

Рисунок 20. Расположение давлений оболочки, как определено в таблице 5.6 стандарта AS / NZS 1170.2.

Рисунок 21.Значения фактора местного давления \ ({K} _ {l} \) для каждой зоны, как показано на рисунке 20.

В этом примере значения \ (a \) являются минимальными из \ (0,2b \) (3,91 м), \ (02.d \) (6,34 м) или \ (h \) (10,06 м). , следовательно, \ (a \) = 3,91 м. Соответствующая площадь и коэффициент местного давления для прогонов и стоек показаны в Таблице 10 ниже, при условии, что длина пролета прогонов равна расстоянию между фермами (7,924 м), а длина пролета стоек равна высоте этажа ( 3 м). Соотношение сторон здания является наибольшим из \ (h / d \) (0.516) и \ (h / b \) (0,317).

Таблица 10. Значения коэффициента местного давления \ ({K} _ {l} \) для прогонов и стоек.

Облицовка Площадь, кв.м. Зоны Kl для положительного давления Kl для отрицательного давления
прогон 4,75 RC1 1,0 3,0
RA1 1.0 1,5
RA2 1,0 2,0
RA3 1,0 1,5
RA4 1,0 2,0
стеновые стойки 1,80 WA1 1,0 1,0
SA1 1,0 1,5
SA2 1,0 2,0
SA3 1.0 1,5
SA4 1,0 2,0
SA5 1,0 3,0

Коэффициент уменьшения проницаемой оболочки, \ ({K} _ {p} \), для крыш и боковых стен

Коэффициент уменьшения проницаемой оболочки, \ ({K} _ {p} \), всегда равен 1,0 для всех поверхностей, за исключением того, что внешняя поверхность состоит из проницаемой оболочки, а коэффициент твердости меньше 0,999, где коэффициент твердости — это коэффициент твердой площади к общей площади поверхности.В этом примере мы будем считать, что \ ({K} _ {p} \) равно 1.0.

Факторы комбинации действий, \ ({K} _ {c, i} \) и \ ({K} _ {c, e} \)

Коэффициенты сочетания воздействий, \ ({K} _ {c, i} \) и \ ({K} _ {c, e} \), используются для расчета эффекта ветровой нагрузки, одновременно действующей на определенные поверхности (например, как ветер, действующий на стены, крыши и внутренние давления). В таблице 5.5 стандарта AS / NZS 1170.2 показаны примеры сочетания действий с соответствующими коэффициентами сочетания действий, как показано на рисунке 22.

Рисунок 22. Коэффициенты сочетания действий \ ({K} _ {c, e} \) и \ ({K} _ {c, i} \) из таблицы 5.5 AS / NZS 1170.2.

В этом примере мы рассмотрим расчетный случай (b), когда 4 эффективных поверхности нагружены расчетным давлением. Следовательно, \ ({K} _ {c, i} \) и \ ({K} _ {c, e} \) оба равны 0,8 .

Расчетное давление ветра для основной рамы

Поскольку у нас уже есть необходимые параметры, \ (p \), мы можем получить расчетные значения ветрового давления, используя уравнения (2) — (4).Таблицы с 11 по 13 показывают сводку параметров для каждой поверхности.

Таблица 11. Расчетные значения давления для наветренной стены.

высота, м \ ({M} _ {z, cat} \) \ ({V} _ {des, θ} \) \ ({C} _ {fig} \) \ ({C} _ {p, e} \) \ ({K} _ {a} \) \ ({K} _ {c, e} \) \ ({K} _ {l} \) \ ({K} _ {p} \) Расчетное давление \ (p \), Па
3 0.910 37,45 0,640 0,8 1 0,8 1 1 538,64
6 0,928 38,19 0,640 0,8 1 0,8 1 1 560,16
9 0,982 40,42 0,640 0,8 1 0,8 1 1 627.25
10,06 1,001 41,20 0,560 0,7 1 0,8 1 1 570,29

Таблица 12. Расчетные значения расчетного давления для подветренной и боковых стен, а также поверхностей крыши.

Поверхность \ ({V} _ {des, θ} \) \ ({C} _ {fig} \) \ ({C} _ {p, e} \) \ ({K} _ {a} \) \ ({K} _ {c, e} \) \ ({K} _ {l} \) \ ({K} _ {p} \) Расчетное давление \ (p \), Па
Подветренная стена 41.20 -0,24 -0,3 1 0,8 1 1 -0,65 0,8 0,8 1 19615}» data-sheets-numberformat=»[null,2,"0.00",1]»> -529,55
Боковая стенка
(от 0 до 10,06 м)
-0,400 * -0,5 0,8 0,8 1 1 Крыша
(против ветра)
-0,710 * -0,888 0,80 0,8 1,0 1,0 -723,13
-0,315 * -0,394 0,80 0,8 1,0 1,0 -320,99
Крыша
(по ветру)
-0,402 * -0,503 0,80 0,8 1,0 1.0 -409,79
Крыша
(боковой ветер)
-0,720 *
-0,400 *
-0,240 *
-0,160 *
-0,90
-0,50
-0,30
-0,20
0,80
0,80
0,80
0,80
0,8
0,8
0,8
0,8
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
-733,23 (от 0 до 3 часов)
-407,35 (от 2 до 2 часов)
-244,41 (от 2 до 3 часов)
-162,94 (> 3 часов)

Таблица 13.Расчетное внутреннее ветровое давление, действующее одновременно с внешним давлением.
* — произведение \ ({K} _ {a} \) и \ ({K} _ {c, e} \) не должно быть меньше 0,8 (Раздел 5.4.3 AS / NZS 1170.2).

Поверхность \ ({V} _ {des, θ} \) \ ({C} _ {fig, i} \) \ ({C} _ {p, i} \) \ ({K} _ {c, i} \) Расчетное давление \ (p \), Па
Внутреннее давление 41,20 0,0 0,0 0.8 0,0
41,20 -0,16 -0,2 0,8 -169,73

Подводя итог, расчетные давления показаны в таблицах 14 и 15, в которых сочетается влияние внешнего и внутреннего давления.

Таблица 14. Расчетное расчетное ветровое давление для наветренной стены.

высота, м Внешнее давление \ ({p} _ {e} \), Па Внутреннее давление, Па Комбинированное давление, Па
\ ({p} _ {i, max} \) \ ({p} _ {i, min} \) \ ({p} _ {e} — {p} _ {i, max} \) \ ({p} _ {e} — {p} _ {i, min} \)
3 538.64 0,00 -169,73 538,64 708,4
6 560,16 0,00 -169,73 560,16 729,9
9 627,25 0,00 -169,73 627,25 797,0
10,06 570,29 0,00 -169,73 570,29 740,0

Таблица 15.Расчетное расчетное давление ветра для других поверхностей.

Поверхность Внешнее давление \ ({p} _ {e} \), Па Внутреннее давление, Па Комбинированное давление, Па
\ ({p} _ {i, max} \) \ ({p} _ {i, min} \) \ ({p} _ {e} — {p} _ {i, max} \) \ ({p} _ {e} — {p} _ {i, min} \)
Подветренная стена -244.41 0,00 -169,73 -244,41 -74,68
Боковая стенка (от 0 до 10,06 м) -529,55 0,00 -169,73 -529,55 -359,83
Боковая стенка (от 10,06 до 19,507 м) -407,35 0,00 -169,73 -407,35 -237,62
Крыша (с подветренной стороны) -723,13 0,00 -169.73 -723,13 -553,40
-320,99 0,00 -169,73 -320,99 -151,26
Крыша (по ветру) -409,79 0,00 -169,73 -409,79 -240,06
Крыша (боковой ветер) -733,23 (от 0 до h)
-407,35 (от h до 2 часов)
-244,41 (от 2 до 3 часов)
-162,94 (> 3 часа)
0,00 -169.73 -733,23 (от 0 до h)
-407,35 (от h до 2 часов)
-244,41 (от 2 до 3 часов)
-162,94 (> 3 часа)
-563,50 (от 0 до 3 часов)
-237,62 (от 2 до 2 часов)
-74,68 (от 2 до 3 часов)
6,79 (> 3 часа)

Поскольку шаг каждой рамы равен 7,925 м, учитывая одну раму, эквивалентные распределенные ветровые нагрузки, действующие на раму, показаны на рисунках 23 и 24. Обратите внимание, что мы будем рассматривать два варианта нагружения, и максимальные абсолютные значения давления на крышу с наветренной стороны учитываются для каждого случая.

Рис. 23. Эквивалентное расчетное давление ветра для одной рамы (случай 1).

Рис. 24. Эквивалентное расчетное давление ветра для одной рамы (случай 2).

Все эти расчеты могут быть выполнены с использованием программного обеспечения SkyCiv для ветровой нагрузки для ASCE 7-10, 7-16, EN 1991, NBBC 2015 и AS 1170. Пользователи могут войти в местоположение площадки, чтобы получить скорость ветра и факторы топографии, войти в здание параметры и генерировать давление ветра. С профессиональной учетной записью пользователи могут автоматически применять это к модели конструкций и выполнять структурный анализ в одном программном обеспечении.

В противном случае, попробуйте наш SkyCiv Free Wind Tool для расчета скорости ветра и давления ветра на простых конструкциях.

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Патрик Гарсия
Инженер-конструктор, разработка продуктов
BEng (Гражданский)

Ссылки:
  • Объединенный технический комитет. (2011). AS / NZS 1170.2: 2011 Действия по проектированию конструкций — Часть 2: Воздействия ветра. Австралийско-новозеландский стандарт (AS / NZS), Объединенный технический комитет BD-006, Австралия / Новая Зеландия .

Влияние продолжительности испытаний в аэродинамической трубе на факторы ветровой нагрузки

J Struct Eng (Н Д Н Д). Авторская рукопись; доступно в PMC 2021 25 февраля.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC70

NIHMSID: NIHMS1658806

, M.ASCE, 1 , 2 and,

4 Dat Duthinh

1 Инженер-исследователь, инженерная лаборатория, NIST, Гейтерсбург, Мэриленд 20899

Адам Л.Пинтар

2 Математический статистик, Отдел статистической инженерии, NIST, Гейтерсбург, Мэриленд 20899

Эмиль Симиу

3 Сотрудник NIST, Техническая лаборатория, NIST, Гейтерсбург, Мэриленд 2089

1 Инженер-исследователь, инженер-конструктор Лаборатория, NIST, Гейтерсбург, Мэриленд 20899

2 Математический статистик, Отдел статистической инженерии, NIST, Гейтерсбург, Мэриленд 20899

3 Сотрудник NIST, Техническая лаборатория, NIST, Гейтерсбург, Мэриленд 2089

Реферат

Метод A представлена ​​для расчета неопределенности, связанной с оценкой коэффициентов пикового давления по протоколам испытаний в аэродинамической трубе различной длины, и того, как эта неопределенность влияет на проектные ветровые эффекты.Предлагаемый метод применим к любым типам конструкций и объектам аэродинамических испытаний любого типа, в том числе на крупномасштабных объектах. В качестве примера применения метода представлено исследование временных рядов, относящихся к пяти категориям коэффициентов давления, подразумеваемых в главе 27 стандарта ASCE 7-10. Результаты исследования показывают, что для типичных аэродинамических труб гражданского строительства расчетные ветровые эффекты, основанные на испытаниях продолжительностью всего 10 с, что соответствует длительности прототипа менее 6 минут, больше, чем у их аналогов, основанных на испытаниях с 100 s всего примерно на 5%.Предлагаемый метод дает полезные указания на минимальную длину записей давления, которые должны быть измерены в аэродинамических трубах.

Ключевые слова: Коэффициент вариации, Распределение экстремальных значений, Коэффициент нагрузки, Пиковое превышение порога, Коэффициент давления, Ошибка выборки, Статистическая независимость, Погрешность, Продолжительность испытания, Испытание в аэродинамической трубе

Введение и обзор

Стандарты ветровой нагрузки основаны на испытаниях в аэродинамической трубе и на запасах прочности, основанных на концепциях надежности и калибровке с учетом прошлой практики.Временные ряды коэффициентов давления, измеренных в типовых аэродинамических трубах за интервал времени T м , используются для оценки свойств распределения коэффициентов пикового давления для временного ряда длительностью T 1 м , где подстрочный индекс м обозначает модель, T 1 м T м и T 1 м является аналогом прототипа продолжительности шторма (т.е., 60 или 10 мин, в зависимости от рассматриваемых строительных норм).

Операторы аэродинамической трубы заинтересованы в записи временных рядов за интервалы T м как можно короче, ограничиваясь тем фактом, что измеряемый временной ряд должен включать достаточно независимых локальных пиков, из которых экстраполяция на более длительные периоды времени с использованием методы анализа экстремальных значений могут дать надежные результаты. Одним из ограничений продолжительности T м является то, что ошибка выборки увеличивается по мере уменьшения количества независимых пиков.

Minciarelli et al. (2001, вывод № 5, стр. 10 и раздел 4, стр. 8) предположили либо нормальное, либо распределение Гамбеля пиковых ветровых эффектов и пришли к выводу из компьютерного моделирования, что «для малоэтажных зданий рекордное давление в аэродинамической трубе длительность более 20 или 30 минут для получения более точных оценок пиков, по-видимому, не способствует значительному улучшению оценок общего ветрового воздействия », но рекомендуется дальнейшее исследование« с учетом других статистических данных о флуктуирующих временах.”Rofail и Kwok (1992) исследовали различные методы для получения пиковых коэффициентов воздействия ветра и пришли к выводу, что длину образца можно уменьшить с одного часа до 30 минут без значительного влияния на погрешности.

Стандарт ASCE 7-10 (ASCE 2010) фактически классифицирует нагрузки на здания по пяти основным категориям с особыми спектральными характеристиками: давление на внутренние, края и угловые области крыш; а также внутренние и краевые области стен. В этой работе записи для отдельных кранов, принадлежащих каждой из пяти категорий, анализируются для двух зданий.Выводы, основанные на этих записях в отношении минимально допустимой длины записи, основаны на рассматриваемом наихудшем случае (например, отдельный кран на краю стены при наиболее жестком направлении ветра) и поэтому являются консервативными. Их консерватизм усиливается, если они применяются к областям, входящим в более чем один отвод, поскольку из-за несовершенной пространственной корреляции изменчивость колеблющихся давлений имеет тенденцию к уменьшению по мере увеличения рассматриваемых областей. Поэтому процедура, разработанная в этом примечании, рассматривается как подходящая основа для оценки минимально допустимой длины записи.

Расчетные ветровые эффекты зависят от микрометеорологических, аэродинамических и климатологических параметров ветра. Поскольку на эти параметры влияют неопределенности, то же самое будет и на проектные ветровые эффекты. В данной работе рассматриваются эти неопределенности, включая, в частности, зависимость неопределенности коэффициента пикового давления от временных интервалов T м и T 1 м , а также степень влияния этой неопределенности дизайн ветровых эффектов.

Заметка организована следующим образом. Сначала представлена ​​структура, используемая для оценки влияния неопределенностей в коэффициентах давления на расчетное ветровое воздействие. Затем представлен подход к оценке распределения пиков и связанных с ними неопределенностей с учетом превышения пороговых значений (POT). Ошибки выборки оцениваются как функции длины записи для хронологии коэффициентов давления, измеренных для каждой из пяти отдельных категорий записей, предусмотренных стандартом ASCE 7-10.Затем оценивается степень, в которой длина записи влияет на эффект проектного ветра для каждой из этих категорий, и на основе этой оценки представлены выводы.

Расчетное пиковое влияние ветра и типичные неопределенности

Пиковое влияние ветра — это случайная величина, определяемая как произведение составляющих независимых случайных величин, в частности, p pk ( N ) = aE Z K d G ( θ м ) C p, pk ( θ м ) V 2 ( N ).Структурный дизайн фокусируется на продукте ожиданий, обозначаемом E [ppk (N)] = aE [EZ] E [Kd] E [G (θm)] E [Cp, pk (θm)] E [V2 (N)] , где E [·] представляет собой математическое ожидание. Следующее выражение выполняется многомерным дельта-методом (Casella and Berger 2002, теорема 5.5.28)

E [ppk (N)] ≈p¯pk (N) = aE¯zK¯dG¯ (θm) C¯p, pk (θm) V¯2 (N)

(1)

где (· ¯) обозначает выборочное среднее или, в более общем смысле, последовательную оценку математического ожидания. Повторное обращение к многомерному дельта-методу дает

COV [p¯p, k (N)] = {COV2 [E¯Z] + COV2 [K¯d] + COV2 [G¯ (θm)] + COV2 [C¯p, pk (θm)] + 4COV2 [V¯ (N)} 1/2

(2)

В уравнении.(1) коэффициент a = детерминированная константа. Аэродинамический коэффициент C¯p, pk (θm) зависит от рассматриваемой площади. Если принять во внимание эту зависимость, для жестких конструкций коэффициент реакции на порывы G¯ = 1, а его коэффициент вариации COV (G¯) = 0. Средняя скорость ветра с N -годовым средним интервалом повторяемости (MRI) обозначается V¯ (N), и она оценивается по выборкам самых больших скоростей ветра независимо от направления; θ м — направление ветра θ , для которого произведение G¯ (θ) C¯p, pk (θ) является наибольшим; E¯z — коэффициент воздействия на местность, принятый для простоты и не зависящий от направления; z обозначает высоту над поверхностью; K¯d — коэффициент уменьшения направленности ветра, который учитывает тот факт, что направление θ м и направления наибольшей направленной скорости ветра обычно не совпадают.Для более полного обсуждения см. Simiu et al. (2017).

Расчетный пиковый ветровой эффект с 50-летней МРТ может быть определен как

ppkdes (N = 50 лет) = p¯pk (N = 50years) {1 + kCOV [p¯pk (N = 50years)]}

(3)

Для целей кодификации был использован коэффициент k определяется путем калибровки с учетом прошлой практики и консенсуса среди экспертов-практиков; значение k ≈ 2 (соответствует 97,5-му процентилю гауссовского распределения) было принято после предложения Ellingwood et al.(1980, стр. 6–7). Количество

γ (N = 50 лет) ≡1 + kCOV [p¯pk (N = 50 лет)]

(4)

называется коэффициентом ветровой нагрузки. Следовательно

ppkdes (N = 50 лет) = γ (N = 50 лет) p¯pk (N = 50 лет)

(5)

Ellingwood et al. (1980) использовали COV (E¯z) ≈0,16, COV (K¯d) ≈0 и COV (G¯) ≈0,11 для гибких структур. Для жестких конструкций с заданными площадями COV (G¯) = 0, как отмечалось ранее. Далее можно предположить, что обычно COV (C¯p, pk) ≈ (0,112 + 0,102) 1/2 = 0,15, где 0.11 — предполагаемый вклад в неопределенность из-за ошибок измерения, а 0,10 — предполагаемый вклад из-за ошибок выборки (т. Е. Ограниченной длины записи). Для типичных условий разумно принять COV [V¯ (N = 50 лет)] ≈0,12. Обоснование этих мер неопределенности можно найти в Ellingwood et al. (1980). Эти значения соответствуют тем, которые использовались при разработке стандарта ASCE 7 (ASCE 2005). Для жестких конструкций они приводят к коэффициенту ветровой нагрузки γ ≈ 1.6. Это значение может быть использовано в формуле. (5) в сочетании с расчетным ожидаемым пиковым ветровым эффектом, если неопределенности, влияющие на ветровую нагрузку, существенно не отличаются от тех, которые лежат в основе стандарта. Однако меры неопределенности, которые отличаются от только что перечисленных, могут использоваться в приложениях, в зависимости от ситуации, в результате чего коэффициенты ветровой нагрузки γ ( N = 50 лет) могут отличаться от 1,6. В этом примечании рассматривается случай, когда ошибка выборки, связанная с C¯p, pk, больше 0.10 из-за малого размера выборки, связанной с краткосрочными испытаниями в аэродинамической трубе.

Оценка C¯p, pk и ее неопределенность

Оценка распределения максимального аэродинамического коэффициента основана на стохастической модели превышения порога (POT) и моделировании Монте-Карло. Полные подробности описаны в Duthinh et al. (2017) и кратко изложены здесь. История коэффициентов давления в аэродинамической трубе сначала меняет знак, если необходимо, потому что процедура применяется только к положительным пикам.Затем временные ряды декластерируются, чтобы удалить корреляцию между соседними наблюдениями, что является обычной практикой в ​​анализе экстремальных значений. Затем двумерный процесс Пуассона, впервые описанный для использования с экстремальными значениями в Пикандсе (1971), аппроксимируется с использованием максимального правдоподобия (ML) для последовательности пороговых значений. Качество каждой подобранной модели оценивается с использованием W-статистики, определенной в Smith (2004). Порог, обеспечивающий наиболее качественную посадку, выбирается как лучший.

Распределение C p, pk эмпирически построено с использованием подхода Монте-Карло.То есть временная история длиной T 1 м генерируется из подобранного двумерного процесса Пуассона с использованием выбранного порога. Регистрируется наблюдаемый максимум моделируемой выборки. Этот процесс повторяется много раз, скажем, M , и гистограмма максимальных значений M оценивает распределение C p, pk . Среднее из максимальных значений M составляет C¯p, pk.

Расчет неопределенности в распределении C p, pk выполняется с использованием приближенного алгоритма начальной загрузки.Поскольку оценка параметров выполняется с помощью ML, отрицательная обратная матрица Гессе, вычисленная при оценке ML, предоставляет информацию о неопределенности в оценках параметров. Таким образом, матрица Гессе может использоваться для случайного возмущения оценок параметров, и построение Монте-Карло распределения C p, pk повторяется для возмущенных оценок параметров. Повторение процесса изменения оценок параметров и построения нового распределения C p, pk позволяет количественно оценить неопределенность для любого свойства распределения, наиболее важно C¯p, pk.

Ошибки отбора проб

Метод POT, описанный ранее, теперь применяется к временной истории jp1 углового крана 813 крыши для ветра, дующего под углом 315 ° (0 ° параллельно коньку крыши), из аэродинамической базы данных NIST (2004) для Жесткие здания, разработанные Университетом Западного Онтарио. Коэффициенты давления в записи относятся к почасовой скорости ветра на заданной высоте на местности с экспозицией, смоделированной при испытаниях в аэродинамической трубе. Полный временной ряд охватывает рекордную продолжительность 100 с при частоте 500 Гц, что соответствует продолжительности полной шкалы 60 мин.Анализ выполняется с временным рядом, разделенным на n разделов длительностью 100/ n секунды каждый, при этом n = 1, 2, 3, 5, 10, 15 и 20. Для n = 5 например, анализ пяти временных рядов, каждый длительностью 100/5 = 20 с, дает пять оценок (например, Duthinh et al., 2017) среднего распределения пиков, соответствующих указанной длительности 100 с ( масштаб модели). Эти пять оценок и их средние значения нанесены на график. Коэффициенты вариации (COV в%), связанные с этими пятью оценками, и среднее значение пяти COV нанесены на график.Аналогичные результаты показаны на тех же рисунках для других значений исследуемой продолжительности n или эквивалентного значения. Средние значения распределений пиков для различных n соединены пунктирной линией [], а средние значения COV соединены сплошной линией []. Два наблюдения очевидны из результатов: среднее n оцененных средних значений распределения пиков мало варьируется для всех исследованных значений n ; хотя отдельные оценки, основанные на различных разделах временного ряда, соответствующих одному значению n , имеют большую изменчивость, на что указывает длина вертикальных полос в.Как и ожидалось, коэффициент вариации оценочного среднего распределения пиков увеличивается по мере увеличения n или уменьшения длительности записи, на что указывает длина вертикальных полос в.

(а) Средства распределения; и (b) COV пиков для различной продолжительности испытаний, jp1tap813w315, угол крыши.

Аналогичные результаты получены для кранов 1715 (край крыши), 1712 (внутренняя часть крыши), 2011 (внутренняя часть стены) и 3905 (край стены) набора данных jp1 (здание 7, открытая местность) для наиболее требовательных направлений ветра; и для кранов 702 (угол крыши), 709 (край крыши), 1712 (внутренняя часть крыши), 2004 (внутренняя часть стены) и 2201 (край стены) набора данных eh2 (набор данных eh2, здание 15, открытая местность).

Здание 7 имеет ширину 40 футов (12,19 м), длину 62,5 футов (19,05 м), высоту 40 футов (12,19 м, высота карниза) и уклон крыши 1:12 (4,8 °). Здание 15 имеет ширину 80 футов (24,38 м), длину 125 футов (38,10 м), высоту 40 футов (12,19 м, высота карниза) и имеет уклон крыши 1:12 (4,8 °). Оба здания с двускатной крышей моделировались в масштабе 1: 100, и данные собирались в течение 100 с при 500 Гц.

Графики этих результатов вместе с местоположением отводов и временными рядами коэффициентов давления показаны в дополнительных данных.Рассматриваемые здесь отводы выбираются в различных зонах крыши и стен, определенных ASCE 7-10. К ним относятся места с наибольшим притоком ветра (углы и края крыши) и с наибольшим положительным давлением (центр стены). Наблюдения, относящиеся к временному ряду jp1tap813w135, применимы и к другим временным рядам.

Коэффициент нагрузки

Из ур. (2) и (4) и обсуждение в разделе «Расчетные пиковые ветровые эффекты и типичные неопределенности»:

γ (N = 50 лет) = 1 + k {COV2 (E¯z) + COV2 (K¯d) + COV2 [G¯ (θm)] + COV2 [C¯p, pk (θm)] + 4COV2 [ V¯ (N)]} 1/2 = 1 + 2 {0.162 + 0 + 0 + (0,112 + SE2) + 4 × 0,122} 1/2

(6)

где SE = ошибка выборки из-за ограниченного размера выборки записи давления.

и перечислите ошибку выборки и коэффициент нагрузки, соответствующие различной продолжительности теста для исследуемого временного ряда в наборах данных jp1 и eh2, соответственно. Количество разделов, на которые делится временной ряд, n , определяет продолжительность записи давления. Среднее значение COV и максимальное значение COV указаны для каждого отвода и продолжительности испытания, а также ошибка выборки, выбранная для расчета коэффициента нагрузки γ [Ур.(6)] — это максимальный COV ( жирным шрифтом ) для этого значения n . Из-за преобладающего присутствия других неопределенностей в уравнении. (6), особенно неопределенность квадрата скорости ветра, γ относительно нечувствительна к ошибке выборки в C¯p, pk и, следовательно, к продолжительности испытания в аэродинамической трубе. Текущий коэффициент нагрузки γ = 1,6 может использоваться для испытаний в аэродинамической трубе продолжительностью около 100 с в модельном масштабе или 60 мин в полном масштабе; и γ = 1,7 (увеличение на 6% по сравнению с 1.6) подразумевается настоящими расчетами для испытаний в аэродинамической трубе продолжительностью от 75 до 10 с в модельном масштабе или от 45 до 6 минут в полном масштабе.

Таблица 1.

Ошибка выборки и коэффициент нагрузки для различной продолжительности испытания, Набор данных jp1

25 8,09 8,0925 8,09 8,0925 8,09 90322 4252 4252 4252 20,11 24 фактор нагрузки

8

фактор продолжительность испытания, набор данных eh2

n Длительность шкалы модели (с) Продолжительность полной шкалы (мин) tap813 w315 угол крыши
tap1715w270 кромка крыши
tap1712w270 внутренняя часть крыши
tap2011w270 внутренняя часть стены
tap3905 w90 край стены
γ
% макс.COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%)
1 100 60 5,94 5,94 5,53 5,53 5,43 4,4252 5,53 5,43 5,425 4,92 1,62
2 50 30 6,52 7,62 9,03 9,92 7,16 7,17 7,17 7,17
3 33,33 20 8,34 7,79 5,97 6,64 8,54 9,38 7.62 9,13 10,80 15,98 1,70
5 20 12 9,35 11,17 8,11 8,468 9,35 11,17 8,11 11,17 8,11 11,37 9,52 10,39 1,66
10 10 6 11,57 16,63 10.94 17,96 9,41 12,45 11,01 13,39 11,91 14,57 1,71
15
15
15 15 10,72 14,38 12,92 17,67 14,24 17,85 1,74
20 5 13 18,85 14,05 21,66 14,05 20,70 14,43 18,35 14,14 22,45 1,76 1,76
2205 tap173333333 12252 1225233 14252 10,09 92,673 14252 12,09 9109 9236 9 Ограничения

десять, так как эти выводы

10 в этой статье основное внимание уделяется разработке процедуры. Читателя предостерегают от широкого обобщения этих выводов, особенно о резком сокращении продолжительности испытаний в аэродинамической трубе без проведения собственного исследования.В рассмотренных здесь сериях для исследования были доступны все 100-секундные серии. Таким образом, для n = 10, например, можно было утверждать, что перегородки были однородными. Напротив, если бы перегородки не были однородными, а отличались бы каким-то систематическим образом, эти различия распространялись бы на C¯p, pk. Это могло произойти, например, если бы разделы имели более короткую продолжительность, чем временная корреляция. Такую ошибку было бы трудно диагностировать без более длительных тестов.

Заключение

В данной статье представлен процесс определения того, как продолжительность испытания в аэродинамической трубе влияет на ошибку выборки расчетного среднего распределения пикового давления ветра и, следовательно, на оценку среднего пикового давления и ветра. коэффициент нагрузки. Из-за преобладающего присутствия других неопределенностей, особенно скорости ветра, коэффициент нагрузки мало изменяется в широком диапазоне продолжительности испытаний. Преобладание неопределенности, связанной со скоростью ветра, связано с тем, что в выражении для эффектов ветра скорость ветра возведена в квадрат.Для исследуемой серии коэффициент текущей нагрузки γ = 1,6 представляется разумным для испытаний в аэродинамической трубе, продолжающихся около 100 с в модельном масштабе или 60 мин в полном масштабе; γ = 1,7 (увеличение на 6% по сравнению с 1,6) оказалось достаточным для испытаний в аэродинамической трубе продолжительностью от 75 до 10 с в модельном масштабе или от 45 до 6 минут в полном масштабе.

Ссылки

  • ASCE. 2005 г. Минимальные расчетные нагрузки на здания и другие конструкции ASCE / SEI 7-05. Рестон, Вирджиния: ASCE.[Google Scholar]
  • ASCE. 2010 г. Минимальные расчетные нагрузки на здания и другие конструкции ASCE / SEI 7-10. Рестон, Вирджиния: ASCE. [Google Scholar]
  • Casella G, and Berger RL. 2002 г. Vol. 2 из Статистический вывод . 2-е изд. Пасифик Гроув, Калифорния: Даксбери. [Google Scholar]
  • Duthinh D, Pintar AL, and Simiu E. 2017. «Оценка пиков стационарных случайных процессов: подход, превышающий пороговые значения». ASCE-ASME J. Risk Uncertainty Eng. Syst. Часть A Civ. Англ. 3 (4): 04017028 10.1061 / AJRUA6.0000933. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Эллингвуд Б., Galambos TV, MacGregor JG и Cornell CA. 1980 г. Разработка вероятностного критерия нагрузки для американского национального стандарта A58. NBS SP 577 Вашингтон, округ Колумбия: Национальное бюро стандартов. [Google Scholar]
  • Минчарелли Ф., Джоффре М., Григориу М. и Симиу Э. 2001. «Оценки экстремальных ветровых эффектов и факторов ветровой нагрузки: влияние неопределенностей в знаниях». Вероятно. Англ. Мех 16 (4): 331–340. 10.1016 / S0266-8920 (01) 00024-8.[CrossRef] [Google Scholar]
  • NIST. 2004. «Экстремальные ветры и ветровые воздействия на конструкции». База данных по аэродинамике жестких зданий. Доступ: 6 апреля 2017 г. https://www.itl.nist.gov/div898/winds/homepage.htm.
  • Пиканды J III. 1971. «Двумерный пуассоновский процесс и экстремальные процессы». J. Appl. Вероятно 8 (4): 745–756. 10.2307 / 3212238. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Rofail AW и Kwok KCS. 1992. «Исследование надежности результатов аэродинамической трубы для давления оболочки.”J. Wind Eng. Ind. Aerodyn 44 (1–3): 2413–2424. 10.1016 / 0167-6105 (92)

    -7. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Simiu E, Pintar AL, Duthinh D, and Yeo D. 2017. «Коэффициенты ветровой нагрузки для использования в процедуре аэродинамической трубы». ASCE-ASME J. Risk Uncertainty Eng. Syst. Часть A Civ. Англ. 3 (4): 04017007 10.1061 / AJRUA6.0000910. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Smith RL 2004. «Статистика экстремальных явлений с применением в окружающей среде, страховании и финансах» Глава. 1 из Экстремальные ценности в финансах, телекоммуникациях и окружающей среде , под редакцией Финкенштедта Б. и Рутзена Х, 1–78.Бока-Ратон, Флорида: Chapman & Hall / CRC Press. [Google Scholar]

Устойчивый и неустойчивый ветер, нагружающий здания и конструкции [и обсуждение] на JSTOR

Abstract

Ветровые нагрузки удобно разделить на устойчивые (усредненные по времени) и нестационарные (зависящие от времени) нагрузки. Последние возникают из-за флуктуирующих сил из-за турбулентности, а также из-за самовозбуждающейся аэродинамической нестабильности. Кратко обсуждаются соответствующие характеристики атмосферных ветров — профиль скорости и турбулентность — и их зависимость от местности.Для расчета, основанного на постоянных ветровых нагрузках, расчетная скорость ветра зависит от приемлемой степени риска. На коэффициенты силы и давления могут влиять число Рейнольдса, шероховатость поверхности, характеристики ветра и близость к другим конструкциям. Неустойчивые нагрузки, вызванные непосредственно турбулентностью, оцениваются с помощью концепции аэродинамической допустимости. Здесь рассматриваются только механизмы образования вихрей и галопирования, приводящие к аэродинамической нестабильности, а также некоторые конструктивные особенности, позволяющие избежать таких возбуждений.Для прогнозирования реакции даже обычных конструкций на этапах проектирования необходима дополнительная информация о скоростях и характеристиках турбулентности естественных ветров, особенно над городами. Также необходимы дальнейшие исследования аэродинамической проводимости и аэродинамического возбуждения практических конструкций. Исследование этих свойств включает исследования в аэродинамической трубе, в которых необходимо определять отдельные эффекты интенсивности и масштаба турбулентности, и требуются усовершенствованные методы моделирования характеристик естественного ветра в аэродинамических трубах.Основная трудность в применении этих аэродинамических данных для прогнозирования реакции конструкции заключается в неопределенности в оценке значений демпфирования конструкции.

Информация для издателя

Королевское общество — это самоуправляемое товарищество многих самых выдающихся ученых мира, представляющих все области науки, техники и медицины, и старейшая научная академия, которая постоянно существует. Основная цель Общества, отраженная в его учредительных документах 1660-х годов, заключается в признании, продвижении и поддержке передового опыта в науке, а также в поощрении развития и использования науки на благо человечества.Общество сыграло роль в некоторых из самых фундаментальных, значительных и изменяющих жизнь открытий в истории науки, и ученые Королевского общества продолжают вносить выдающийся вклад в науку во многих областях исследований.

Права и использование

Этот предмет является частью коллекции JSTOR.
Условия использования см. В наших Положениях и условиях
Философские труды Лондонского королевского общества.Серия A, Математические и физические науки © 1971 Королевское общество
Запросить разрешения

Сравнение методов расчета ветровой нагрузки — Glew Engineering

Рис. 1. Пример структуры расчета ветровой нагрузки

Приложения ASCE 7

Сравнение одного из приложений ASCE 7 с двумя уравнениями, включенными в последний блог. Первый — это общий расчет силы сопротивления, второй — включение двух других коэффициентов для учета воздействия и интенсивности порывов ветра.В качестве примера возьмем три объекта на крыше здания высотой 100 футов:

  1. Цилиндр высотой 10 футов и шириной 10 футов.
  2. Куб того же объема, что и цилиндр A , ориентированный гранью, перпендикулярной (90 °) направлению ветра.
  3. Еще один куб того же объема, но повернутый на 45 ° для улучшения аэродинамики передней части.

Для скорости ветра я выбрал 110 миль в час. Это может показаться высоким, но это стандартная расчетная скорость ветра для зданий в Калифорнии, установленная в ASCE 7.Представляет скорость 3-секундных сильных порывов ветра, которые конструкции должны выдерживать.

Уравнения ветровой нагрузки

Для расчета ветровой нагрузки на конструкцию или объект используются многочисленные методы. ASCE 7 — одна из наиболее подробных, другие организации, такие как Международный совет по кодам и Национальная ассоциация монтажников башен, адаптировали уравнения из ASCE 7 или разработали свои собственные, исходя из конкретных потребностей своей отрасли. Для этого краткого исследования я буду использовать общий расчет сопротивления (уравнение 1-2), расчет сопротивления, модифицированный двумя дополнительными коэффициентами, связанными с ветром (уравнение 3-5), и уравнение ASCE 7 для «других конструкций» (дымоходы, резервуары, кровельное оборудование и аналогичные конструкции) (Уравнение 6-7).

n Продолжительность шкалы модели (с) Продолжительность полного диапазона (мин) tap702 w315 угол крыши
tap709 w0 край крыши
tap2004w270 внутри стены
tap2201w270 край стены
γ
Среднее значение COV (%) Макс.COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%) Среднее значение COV (%) Макс. COV (%)
1 100 60 6,90 6,90 6,31 6,31 3,11 5,11252 725 9,03 903 1.64
2 50 30 7,74 8,96 8,44 9,05 6,43 7,48 8,49 825,82 8,49 825,82 8,49 825,81 8,49 825,81 8,49 825,81 903 3 33,33 20 9,61 10,81 6,55 9,38 7,82 8,91 10,31 11.25 11,61 12,28 1,66
5 20 12 8,69 13,75 9,79 9252 11252 9,79 9,79 9252 9,79 13,85 1,68
10 10 6 12,86 19,13 10,65 17,25 10.72 13,27 11,98 16,98 16,48 20,01 1,74
15 6,67 4 4 13,91 18,70 18,63 24,24 1,78
20 5 3 13,70 22.27 15,29 22,09 12,14 15,56 14,99 20,79 18,64 26,90 1,82
(1)
(2)

Где:

F = ветровая нагрузка (в Н или фунт-силах)
P = давление ветра (в Па или фунт-сила-фут)
A = площадь проекции ( дюйм м 2 или футы 2 )
C d = коэффициент лобового сопротивления (без единицы измерения)
V = скорость ветра

(3)

(4)

(5)

Где:

K z = коэффициент воздействия
G = коэффициент реакции на порывы
z = высота средней точки объекта над землей
h = высота верхней части объекта над землей

(6)
(7)

Где:

q z = скоростное давление
G = коэффициент воздействия порывов ветра (как определено в ASCE 7 §26.9)
C f = коэффициент силы (как определено в ASCE 7 §29.5)
K z = коэффициент скоростного давления (как определено в ASCE 7 §29.3.1)
K zt = топографический коэффициент (как определено в ASCE 7 §26.8.2)
K d = коэффициент направленности ветра (как определено в ASCE 7 §26.5)

Коэффициенты ветровой нагрузки

Разработка и применение »Бернарда Кима

Степень

Магистр технических наук

Программа

Гражданская и экологическая инженерия

Аннотация

База данных аэродинамики Западного университета (WAD) была разработана в качестве альтернативного средства для инженеров-строителей для оценки предварительных расчетных ветровых нагрузок на высотные здания.База данных состоит из аэродинамических нагрузок, полученных в результате испытаний модели баланса сил или давления на 56 высотных зданиях в смоделированных реальных условиях, проведенных в лаборатории аэродинамической трубы пограничного слоя в Западном университете. Данные для данного здания включают статистику нормированных аэродинамических нагрузок, такую ​​как средние значения, среднеквадратичные значения и функции спектральной плотности мощности основных изгибающих моментов в двух ортогональных направлениях и базовый крутящий момент. Для оценки предварительных расчетных ветровых нагрузок на целевое здание используется теория нечеткой логики для выбора эталонных зданий из базы данных, аэродинамические характеристики и условия выше по течению которых аналогичны целевым зданиям.Предлагается модифицированный подход с трехмерным коэффициентом нагрузки от порывов ветра для оценки индуцированных ветром откликов целевого здания для всех направлений ветра. Основанная на WAD процедура для оценки реакции, вызванной ветром, подтверждается путем сравнения оцененных ответов с соответствующими реакциями, полученными в результате испытаний модели баланса сил или давления для 36 высотных зданий, включенных в WAD. Сравнение показывает, что основанная на WAD процедура может обеспечить достаточно точные оценки базовых моментов и ускорений высотных зданий, и поэтому считается подходящей для использования в их предварительном проектировании.Наконец, реакции на ветер, спрогнозированные с использованием процедур на основе WAD, также сравниваются с реакциями, полученными из положений о ветровой нагрузке в трех основных нормах проектирования, то есть ASCE 7-10, NBCC 2010 и AS / NZS 1170.2: 2011, а также База данных по аэродинамической нагрузке NatHaz, разработанная в Университете Нотр-Дам. Результаты сравнительного исследования показывают, что прогнозы ветровых нагрузок на основе WAD более точны, чем вышеупомянутые методы, что указывает на то, что процедура на основе WAD является жизнеспособной альтернативой оценке предварительных расчетных ветровых нагрузок для высотных зданий.

Рекомендуемое цитирование

Ким, Бернар, «Прогнозирование ветровых нагрузок на высокие здания: разработка и применение аэродинамической базы данных» (2013). Электронный журнал диссертаций и диссертаций . 1344.
https://ir.lib.uwo.ca/etd/1344

.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.