Расчет ветровой нагрузки – ГОСТ Р 56728-2015 Здания и сооружения. Методика определения ветровых нагрузок на ограждающие конструкции, ГОСТ Р от 19 ноября 2015 года №56728-2015

Расчет ветровой нагрузки, ветровой район таблица

Основные повреждения, которые получают здания при порывистых ветрах, приходятся, в основном, на крышу. По телевизору, в интернете мы можем увидеть достаточно много наглядных примеров того, как не только отдельные элементы крыши, но и вся крыша, полностью, срывается под порывами ураганного ветра. Почему же происходят подобные случаи? Давайте рассмотрим механику подобных явлений и попробуем сделать расчет ветровой нагрузки.

Ветровые потоки

Расчет ветровой нагрузки учитывает направление господствующих ветров. При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие:

  1. нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
  2. боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
  3. вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.

Атака ветрового потока, направленная на скат крыши, образует три усилия, влияющие на расчет ветровой нагрузки, стремящиеся сдвинуть кровлю:

  • касательное, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и, захватывая свободные молекулы воздуха, уходящее прочь, стремясь, при этом, опрокинуть крышу;
  • перпендикулярное скату кровли, создавая давление, способное вдавить элементы кровли внутрь конструкции крыши;
  • и, наконец, из-за разницы давлений воздушной массы (с наветренной стороны образуется зона высокого давления, а с подветренной стороны – низкого), в верхней, подветренной, стороне строения образуется подъемная тяга, как у крыла самолета, стремящаяся  поднять крышу.

Силы, действующие на крышу

Проанализировав все усилия воздушных потоков, можно сделать вывод, что при высокой наклонной кровле ветер образует силы, стремящиеся опрокинуть крышу. Но чем больше угол наклона крыши, тем меньше действуют на нее касательные силы и больше – перпендикулярные скату.

Пологие скаты способствуют созданию больших подъёмных сил, старающихся приподнять конструкцию, отправив её в свободный полёт.

Расчет ветровой нагрузки

Как видим, если не подойти серьезно к учету ветровой нагрузки на крышу, то может произойти беда. Как и кто может это сделать?

Расчёт ветровой нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется специалистами-проектировщиками по формуле:

Wр = 0,7 * W * k * C.

  • W – нормативная величина усилия, создаваемого напором воздуха; определяется по картам в приложении к СП 20.133330.2011;
  • k – коэффициент, показывающий зависимость давления от высоты над срезом верхнего уровня земли;
  • C – аэродинамический коэффициент, учитывающий направление «набегания» воздушного потока на скат крыши.

Таблица коэффициента k для типов местности:

Высота над уровнем земли, метр

Тип местности

A

B

C

≤ 50,750,50,4
101,250,650,4
201,250,850,55
401,51,10,8
601,71,31,0
801,851,451,15
1002,01,61,25
1502,251,91,55
2002,452,11,8
2502,652,32,0
3002,752,52,2
3502,752,752,35
≥ 4802,752,752,75

Типы местности:

  • A – открытые пространства на побережьях морей, озёр, водохранилищ, пустыня, степь, лесостепь, тундра;
  • B – населённые пункты, лес, местность с равномерно распределёнными искусственными строениями с высотой больше 10 метров;
  • C – территория города с плотным расположением строительных сооружений высотой более 25 метров.

Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при векторе потока в скат крыши:

Угол наклона ά

F

G

H

I

J

15°-0,9-0,8-0,3-0,4-1,0
0,20,20,2
30°-0,5-0,5-0,2-0,4-0,5
0,70,70,4
45°0,70,70,6-0,2-0,3
60°0,70,70,7-0,2-0,3
75°0,80,80,8-0,2-0,3

Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при направлении потока во фронтон крыши:

Угол наклона ά

F

H

G

I

-1,8-1,7-0,7-0,5
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

Положительная величина аэродинамического коэффициента означает, что ветер давит на поверхность. Отрицательные показатели – поток создаёт разрежение у поверхности кровли, иными словами – «отсос» воздушной подушки.

Зависимость давления, создаваемого потоком воздуха от высоты здания

Как бороться с ветровыми «проказами»?

Во избежание разрушений строители нижние концы стропил надежно прикрепляют к вмонтированным в стену кронштейнам. Если неизвестно, с какой стороны будет направление господствующих ветров, то стропила закрепляют подобным образом по всему периметру здания. Общую устойчивость каркаса крыши обеспечивают ее элементы — подкосы, раскосы и связки, сечение которых рассчитано, исходя из тех природных условий, в которых ведется строительство или ремонт здания.

Уважаемые посетители!

Мы с удовольствием ответим на возникшие вопросы. Для этого Вы можете:

позвонить по номеру: +7 (495) 669 31 74

или отправить сообщение по адресу: [email protected]

и получить подробную консультацию.

 

Программы и формулы для расчета ветровой нагрузки

Программы для расчета ветровой нагрузки

Формулы для расчета ветровой нагрузки

Источник: СНиП 2.01.07-85 (с изм. 1 1993)

Давление ветровой нагрузки определяется по формуле: 

W= W0kc

где Wo- нормативное значение давления (см. таб.1)
k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таб.2 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

  • А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, лесостепи, тундра;
  • В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой не более 10 м;
  • С - городские районы с застройкой зданниями высотой более 25 м.

с - аэродинамический коэффициент.

W= 0,61V02

где V-численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответствующей 10-минутному интервалу осреднения и превышаемой в среднем раз в 5 лет (если техническими условиями, утверждёнными в установленном порядке, не регламентированы другие периоды повторяемости скоростей ветра).

Таблица 1.

Ветровые районы СССР Ia 1 2 3 4 5 6 7
 Wo,кПа(кгс/м3)

0,17

(23)

0,23

(23)

0,30

(30)

0,38

(38)

0,48

(48)

0,60

(60)

0.73

(73)

0,85

(85)

 

Таблица 2.

Высота z,м коэффициент k для типов местности
A B C
< 5 0,75 0,5 0,4
10
1
0,65 0,4
20 1,25 0,85 0,55
40 1,5 1,1 0,8
60 1,7 1,3 1
80 1,85 1,45 1,15
10 2 1,6 1,25
150 2,25 1,9 1,55
200 2,45 2,1 1,8
250 2,652 2,3 2
300 2,75 2,5 2,2
350 2,75 2,75 2,35
>480 2,75 2,75 2,75

 

Таблица 3.

Высота z,м Коэффициент пульсаций давления ветра z для типов местности
A B C
£ 5 0,85 1,22 1,78
10 0,76 1,06 1,78
20 0,69 0,92 1,5
40 0,62 0,8
1,26
60 0,58 0,74 1,14
80 0,56 0,7 1,06
100 0,54 0,67 1
150 0,51 0,62 0,9
200 0,49 0,58 0,84
250 0,47 0,56 0,8
300 0,46 0,54 0,76
350 0,46 0,52 0,73
³ 480 0,46 0,5 0,68

Таблица 4. Определение аэродинамического коэффициента для разных типов сооружений

4.1. Сфера

 

b, град 0 15 3 45 60 75 90
с 1 0,8 0,4 -0,2 -0,8 -1,2 -1,25
               
b, град 105 120 135 150 175 180  
с -1 -0,6 -0,2 0,2 0,3 0,4  

 

4.2. Призматические сооружения

l 5 10 20 35 50 100 беск.
k 0,6 0,65 0,75 0,85 0,9 0,95 2

 

Пример расчета ветровой нагрузки:

Для трубы диаметром D=500 мм, высотой h=1000 мм, расположенной на высоте 10 м. Скорость ветра v0=8 м/с. Местность-город.

W = W0kc = (0,61*64)*0,65*0,75 = 19,032 (кПа)

 

 

Ветровая нагрузка. Расчет в Excel.

Опубликовано 15 Дек 2013
Рубрика: О жизни | 22 комментария

Смесь газов, названная воздухом и образующая атмосферу нашей планеты, постоянно движется с различной скоростью и в разных направлениях над  сушей и океанами Земли. Это явление мы называем ветром. Ветер создает комфортные условия среды обитания, но...

...ветровая нагрузка может создавать угрозу для жизни живых существ и угрозу разрушений для конструкций и сооружений.

Человеку комфортно, когда скорость ветра мала и не превышает 5 м/с. Сильный ветер – это ветер со скоростью более 12 м/с. Ветер со скоростью более 20 м/с – это шторм, а более 30 м/с – ураган.

Энергия ветра.

С точки зрения полезного использования ветровой энергии в энергетике на сегодняшний день оптимальными являются скорости ветра 8…18 м/с. При меньших скоростях ветроэнергетические установки малоэффективны, при больших возникает опасность разрушения конструкций установки.

Так как воздух имеет массу, и эта масса движется с некоторой скоростью относительно поверхности земли, то трудно даже представить, какой колоссальной кинетической энергией обладает окружающее нас воздушное пространство!!!

Чтобы составить представление о величине этой энергии, давайте вырежем из пространства его часть в виде цилиндра, мысленно расположив  некий обруч плоскостью перпендикулярно направлению вектора скорости ветра. Площадь сечения  обруча – S=1 м2 (диаметр d=1,13 м).

Если на вашем компьютере не установлена программа MS Excel, можно воспользоваться свободно распространяемой программой OOo Calc из пакета Open Office.

Правила форматирования ячеек листа Excel, применяемые в статьях этого блога, можно посмотреть на странице «О блоге».

Включаем Excel и на листе «Энергия ветра» и составляем простую расчетную программу, которая позволит быстро рассчитывать мощность ветроустановок при различных исходных условиях.

Исходные данные:

1. Скорость ветра vв в м/с записываем

в ячейку D3: =10,0

2. Время t в с заносим

в ячейку D5: =1

3. Площадь сечения потока воздуха S в м2 вписываем

в ячейку D6: =1,000

4. Плотность воздуха или удельный вес воздуха при нормальных условиях (атмосферном давлении 101325 Па = 760 мм рт. ст. и температуре +273,15° К = 0° C) γ в кг/м3 вписываем

в ячейку D7: =1,293

5. Коэффициент полезного действия — КПД ветроустановки (реально достигаемые значения не превышают 0,3…0,4) записываем

в ячейку D8: =0,35

Результаты расчетов:

6. При скорости ветра v за время t через сечение обруча пройдет объем воздуха в виде цилиндра V, который вычисляем в м3

в ячейке D10: =D3*D4*D5 =10,000

V=S*vв*t

7. Массу воздуха m в кг, прошедшую через сечение кольца за время t определяем

в ячейке D11: =D6*D9 =12,930

m=γ*V

8. Кинетическую энергию T в Дж, которой обладает движущийся цилиндр воздуха рассчитываем

в ячейке D12: =D10*D3^2/2 =647

T=m*vв2/2

9. Мощность N в КВт, которую мы смогли бы отобрать из этой струи воздуха при заданном КПД, вычисляем

в ячейке D13: =D11/D4*D7/1000 =0,226

N=(T/t)*КПД=(S*γ*vв3/2)*КПД

При реальных КПД ветроэнергетических установок около 0,3...0,4, при скорости ветра vв=10 м/с и диаметре лопастей ветряка d=1,13 м (площадь круга S=1 м2) можно получить мощность  порядка N=200...250 Вт. Этой мощности хватит чтобы за час вспахать полсотки земли! Представляете сколько вокруг нас энергии, которую мы никак не научимся эффективно отбирать и преобразовывать?! Сегодняшние ветроэнергетические установки мало-мальски начинают работать при скорости ветра vв>4 м/с, выходя на рабочий режим при скорости  vв=9…13 м/с. Однако уже при скорости ветра vв>17 м/с приходится больше заботиться о безопасности окружающих людей, животных, сооружений и сохранности установки, нежели о производстве энергии…

Итак, возможности использования ветра слегка затронули, переходим к проблемам, которые он создает.

Упрощенный расчет в Excel ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка, воздействуя на сооружение, пытается его опрокинуть, разорвать, сдвинуть в направлении действия потока воздуха.

Определим ветровое давление на плоскую стенку перпендикулярную направлению ветра, используя законы и формулы элементарной физики.

В файле Excel на листе «Упрощенный расчет» составляем небольшую расчетную программу, которая позволит рассчитывать ветровую нагрузку на плоскую стенку.

Исходные данные:

1. Скорость ветра vв в м/с записываем

в ячейку D3: =24,0

Скорость ветра необходимо принять для расчетов максимально возможную в данной местности с учетом даже кратковременных порывов, например, для города Омска это 24 м/с.

2. Плотность воздуха γ в кг/м3 вписываем

в ячейку D5: =1,293

3. Ускорение свободного падения на поверхности нашей планеты g в м/с2 записываем

в ячейку D6: =9,81

4. Коэффициент k, учитывающий аэродинамику формы и положения объекта, а также некоторый запас  заносим

в ячейку D7: =1.6

Результаты расчетов:

5. Расчетный скоростной напор воздуха на поверхность стенки Q в кг/м2 определяем

в ячейке D9: =D3^2*D5/2/D6 =38,0

Q=vв2*γ/(2*g)

6. Максимальную для данной местности ветровую нагрузку на плоскую поверхность W в кг/м2 рассчитываем

в ячейке D10: =D9*D7 =60,7

W=Q*k

Расчет в Excel ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011.

В главе №11 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» /Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* от 20.05.2011/ для профессионалов-строителей расписана методика определения ветровой нагрузки. Кроме нормального (перпендикулярного к поверхностям) давления она учитывает силу трения воздуха о неровности поверхностей, пульсации воздушного потока, аэродинамические колебания (флаттер, дивергенцию, галопирование), предусматривает проверку на отсутствие вихревого резонанса. Мы не будем далеко забираться в эти дебри и ограничимся укрупненным расчетом. Если вам необходим полный профессиональный расчет по действующим нормативам, то открывайте СП 20.13330.2011 – и считайте, разобраться в алгоритме не сложно. Дело в том, что расчеты для разных объектов весьма индивидуальны! Могу порекомендовать адрес в Интернете, где расположены ссылки на три бесплатные неплохие программы определения ветровых нагрузок: http://fordewind.org/wiki/doku.php?id=опр_ветра.

Перед началом работы необходимо найти и скачать из Интернета СП 20.13330.2011, включая все приложения.

Часть материалов из СП 20.13330.2011 находятся в файле, который подписчики сайта могут скачать по ссылке, размещенной в самом конце этой статьи.

В примечаниях к ячейкам столбца C с исходными данными поместим некоторые важные данные и ссылки на пункты СП 20.13330.2011!!!

В файле Excel на листе «Расчет по СП 20.13330.2011» начинаем составлять программу, которая позволит определять расчетную ветровую нагрузку по второму алгоритму.

Исходные данные:

1. Вписываем коэффициент надежности по нагрузке γf

в ячейку D3: =1,4

2. Определяем тип местности, воспользовавшись примечанием к ячейке C4. Например, наша местность относится к типу B. Выбираем соответствующую строку с записью B в поле с выпадающим списком, расположенном поверх

ячейки D4: =ИНДЕКС(I5:I7;I2) =B

3. Открываем Приложение Ж в СП 20.13330.2011 и по карте «Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра» определяем для интересующей нас местности номер ветрового района (карта есть в файле для скачивания). Например, для Санкт-Петербурга и Омска – это II ветровой район. Выбираем соответствующую строку с записью II в поле с выпадающим списком, расположенном поверх

ячейки D5: =ИНДЕКС(G5:G12;G2) =II

О том, как работает функция ИНДЕКС совместно с полем со списком можно прочитать здесь.

4. Задаем эквивалентную высоту объекта над землей ze в м, пользуясь п.11.1.5 СП 20.13330.2011

в ячейке D6: =5

5. Аэродинамический коэффициент c выбираем по приложению Д.1 СП 20.13330.2011, например, для плоской стенки и записываем

в ячейку D7: =1,3

cmax < 2,2  — с наветренной стороны

cmin > -3,4 — с подветренной стороны

Определение двух следующих коэффициентов, влияющих на значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки, является очень непростой задачей, требующей расчета частот собственных колебаний объекта! Расчет этот для разных сооружений ведется по различным и очень непростым алгоритмам!!! Я укажу далее лишь примерные возможные диапазоны значений этих коэффициентов. Желающие разобраться досконально с частотами колебаний должны обратиться к другим источникам.

6. Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра ν определяем по п.11.1.11 СП 20.13330.2011 и заносим

в ячейку D8: =0,85

0,38 < ν < 0,95

7. Коэффициент динамичности ξ определяем по п.11.1.8 СП 20.13330.2011 и вписываем

в ячейку D9: =1,20

1,00 ≤ ξ < 2,90

Результаты расчетов:

8. Нормативное значение ветрового давления w0 в кг/м2 считываем

в ячейке D11: =ИНДЕКС(H5:h22;G2) =30

9. Ориентировочную скорость ветра vв в м/с и км/ч определяем соответственно

в ячейке D12: =(D11*9,81*2/1,2929)^0,5 =21,3

vв = (w0 *g*2/γ)^0,5

и в ячейке D13: =D12/1000*60*60 =76,8

vв= vв/1000*60*60

10. Параметр k10 считываем

в ячейке D14: =ИНДЕКС(K5:K7;I2) =0,65

11. Параметр α считываем

в ячейке D15: =ИНДЕКС(J5:J7;I2) =0,20

12. Параметр ζ10 считываем

в ячейке D16: =ИНДЕКС(L5:L7;I2) =1,06

13. Коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте k (ze) вычисляем

в ячейке D17: =D14*(D6/10)^(2*D15) =0,49

k (ze) = k10*(ze/10)^(2*α)

14. Коэффициент пульсации ветра ζ(ze) вычисляем

в ячейке D18: =D16*(D6/10)^(-D15) =1,22

ζ(ze)= ζ10*(ze/10)^(-α)

15. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm в кг/м2 рассчитываем

в ячейке D19: =D11*D17*D7 =19,2

wm= w0* k (ze)*c

16. Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp вкг/м2 определяем

в ячейке D20: =D19*D9*D18*D8 =23,9

wp= wm*ξ*ζ(ze)*ν

17. Нормативное значение ветровой нагрузки w вкг/м2 вычисляем

в ячейке D21: =D19+D20 =43,1

w = wm+wp

18. Расчетную ветровую нагрузку W вкг/м2 с учетом коэффициента надежности рассчитываем

в ячейке D22: =D21*D3 =60,3

W = w*γf

Итоги

В расчетах по упрощенной методике и по СП 20.13330.2011 мы получили очень близкие результаты. Хотя во  многом это скорее случайное совпадение, обе методики имеют право на жизнь и могут использоваться  каждая для решения своих задач. По упрощенному расчету можно быстро сделать оценку нагрузки и при выполнении детального проекта уточнить ветровую нагрузку расчетом  по СП 20.13330.2011.

В заключении хочу сказать, что эта статья написана для того, чтобы читающий смог составить общее представление о том, что такое энергия ветра, понять созидательные и разрушительные аспекты темы. Расчет ветровой нагрузки достаточно сложная и многофакторная задача. Я не спроста разместил статью в рубрике «О жизни». Это не справочный материал для инженера-проектировщика! Пользуясь представленными материалами можно приблизительно рассчитать нагрузку на небольшой забор, легкую теплицу или маленькую доску объявлений. Ветровая нагрузка на более серьезные объекты должна быть рассчитана специалистом строго по главе №11 СП 20.13330.2011!

Прошу уважающих труд автора  скачать файл после подписки на анонсы статей.

Ссылка на скачивание файла: veter (xls 1,97MB).

Буду рад прочитать ваши комментарии, уважаемые читатели!!! Профессионалам – строителям в комментариях прошу учитывать, что статья написана для широкой аудитории.

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Расчет ветровой нагрузки по формуле

При расчете ветровой нагрузки необходимо учитывать многие ее составляющие, но для упрощения всего расчета будем считать ее основную составляющую – среднюю составляющую основной ветровой нагрузки Wm. Для наглядности в таблицу ниже сведены все составляющие ветровой нагрузки согласно СП 20.13330.2016:

Формула расчета основной средней ветровой нагрузки следующая:

Где Wm – нормативное значение основной средней ветровой нагрузки, кг/м2
Wo – нормативное значение ветрового давления, кг/м2
k – коэффициент, который учитывает влияние высоты на давление ветра
с – аэродинамический коэффициент

1. Его можно найти у нас в калькуляторе снеговой/ветровой нагрузок, выбрав необходимый город
2. В таблице ниже, зная свой ветровой район:

Теперь давайте разберемся с коэффициентом k.

Данный коэффициент зависит от эквивалентной высоты Ze. Обратите внимание, что это не просто высота до расчетной отметки, и искать ее необходимо следующими вариантами.

Для разных участков по высоте бывают разные эквивалентные высоты

После того, как вы нашли эквивалентную высоту Ze, зная тип вашей местности, находим коэффициент k:

Типы местности:
А – открытые местности (степи, лесостепи, побережье морей, озер, пустыни, тундра, сельские местности с высотой построек до 10 м)
В – городские территории, лесные массивы и другие территории с высотой построек более 10м
С – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25м

Завершающим этапом определения средней составляющей ветровой нагрузки является нахождение аэродинамического коэффициента c.

Данный коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным, и зависит от формы здания или сооружения и направления ветра. Давайте рассмотрим основные формы зданий и сооружений, с которыми приходится работать.

1. Прямоугольные здания с двускатными покрытиями
a. Ветер направлен сбоку

Если на участке стоит буква вместо цифры, то значение коэффициента необходимо определять интерполяцией в зависимости от уклона крыши.

2. Отдельно стоящие плоские сплошные конструкции (стены, заборы, рекламные щиты)

На рисунках показаны разные участки здания и сооружения и соответствующие аэродинамические коэффициенты с для них.

После того, как все три неизвестные найдены – легко найти нормативное значение основной средней ветровой нагрузки.

Напоминаем формулу Wm = Wo·k·c

При нахождении коэффициента k имеем следующее: d=12 м, h=7 м. При h≤d –> Ze=h=7 м.

Найдем коэффициент k методом интерполяции между 0,5 и 0,65. Получаем k = 0,56.

Далее находим аэродинамический коэффициент с. Здесь b=12м, d=6м, h3=4м, h=7м
е1 – это наименьшее из b или 2·h3. е1=2·4=8м (меньше чем b=12м)
e – это наименьшее из b или 2·h. е=12м (меньше чем 2·h =2·8=16 м)

Зная все размеры, получаем следующее распределение коэффициентов c:

И путем умножения Wo на k и на с мы получаем окончательное распределение ветровой нагрузки:

Для нахождения расчетной ветровой нагрузки необходимо каждое значение еще умножить на коэффициент надежности по ветровой нагрузке равный 1,4.

От автора:
Если данная статья была Вам полезна, то буду очень благодарен, если Вы поделитесь ей с друзьями и коллегами, и сохраните себе в закладки.
Также в ближайшее время будет реализован калькулятор по определению ветровой нагрузки.

Строительный сайт
При расчете ветровой нагрузки необходимо учитывать многие ее составляющие, но для упрощения всего расчета будем считать ее основную составляющую – среднюю составляющую основной ветровой нагр

Источник: prostobuild.ru

Расчет ветровой нагрузки по формуле

Что такое ветровая нагрузка

Переток воздушных масс вдоль поверхности земли происходит с разной скоростью. Натыкаясь на какое-либо препятствие, кинетическая энергия ветра преобразуется в давление, создавая ветровую нагрузку. Это усилие может ощутить любой человек, двигающийся навстречу потоку. Создаваемая нагрузка зависит от нескольких факторов:

  • скорость ветрового потока,
  • плотность воздушной струи,— при повышенной влажности, удельный вес воздуха становится больше, соответственно, возрастает величина переносимой энергии,
  • форма стационарного объекта.

В последнем случае на отдельные части строительного сооружения действуют силы, направленные в разные стороны, например:

  1. На вертикальную стену действует так называемое лобовое усилие, стремящееся сдвинуть объект с места. Противостоять этому усилию помогают несколько конструктивных решений:
  2. На крышу, кроме горизонтальных усилий (вдавливающих), действуют и вертикальные силы, образующиеся от разделения воздушного потока при ударе о стену. Вектор воздушного потока стремится поднять крышу, оторвать её от стен.
  3. Совокупность всех этих вихревых потоков создают ветровую нагрузку не только на крупные элементы здания, но распространяет свои влияния на все элементы строительного сооружения, — двери, окна, кровлю, водостоки, антенну, дымоход.

Расчёт усилий

Общая формула расчёта создаваемых усилий на вертикальную поверхность:

  • Wm – норматив средней величины ветрового усилия на высоте h над землёй,
  • Wo – норматив ветрового давления, зависящий от ветрового района, определяется согласно СНиП 2.01.07-85: карта 3, приложение 5, данные приведены в таблице 1,
  • k – коэффициент пульсаций, таблица 2,
  • C – аэродинамический коэффициент, зависящий от геометрии строительного сооружения, например, для наветренных фасадов его значение составляет 0,8.

Таблица 1. Норматив ветрового давления Wo:

Таблица 2. Коэффициент пульсаций давления ветрового потока k:

Пример: Стена.

Для местности типа В с высотой над уровнем земли 10 метров:

  • коэффициент k = 1,06,
  • для района вида III норматив ветрового давления Wo = 38 кгс/м²,
  • для плоского фасада аэродинамический коэффициент C = 0,8.

Создаваемое усилие на один квадратный метр составит:

Wm = 38 кгс/м² * 1,06 * 0,8 = 32,224 кгс/м²

При высоте стены в 15 метров и ширине 25 метров общая ветровая нагрузка равна:

15 м * 25 м * 32,224 кгс/м² = 12084 кг или 12,084 тонны.

Окно.

На типовое окно с площадью 3 м² ветер будет давить с силой:

3 м² * 32,224 кгс/м² = 96,672 кг, — почти 100 кг.

Расчёт ветровой нагрузки на крышу

Основные повреждения на здании при сильных порывах ветра связаны с кровелькой конструкцией. По телевизору и в интернете приведено достаточно много наглядных примеров, как не только отдельные элементы кровли, но полностью вся крыша срывается под воздействием ветровой нагрузки.

При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие.

  1. Нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
  2. Боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
  3. Вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.

Воздушный поток, направленный на скат крыши, образует:

  • касательное движение, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и уходящее прочь, — эта сила стремится сдвинуть крышу с места,
  • перпендикулярное усилие, — нормаль, направленное внутрь кровли, создающее давление, могущее вдавить элементы крыши внутрь конструкции,
  • с подветренной стороны ската крыши создаётся обратная сила, способствующая созданию подъёмной силы, — как у крыла самолёта.

Расчёт воздушной нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется по формуле:

  • W – нормативная величина усилия, создаваемого напором воздуха, определяется по картам в приложении к СП 20.133330.2011,
  • k – коэффициент, показывающий зависимость давления от высоты над срезом верхнего уровня земли (таблица 3),
  • C – аэродинамический коэффициент, учитывающий направление набегания воздушного потока на скат крыши (таблица 4 и 5).

Таблица 3. Коэффициент k для типов местности:

Расчет ветровой нагрузки по формуле
Что такое ветровая нагрузка – расчет усилий. Расчёт ветровой нагрузки на крышу. Альтернативная энергетика.

Источник: homehill.ru

Расчет на опрокидывание от ветровой нагрузки

Ветер по-разному влияет на строительные конструкции. Если для одноэтажного котеджа его воздействие минимальное, то для небоскреба или “парусного” рекламного щита нагрузка может стать определяющей. В этой статье подробно описано как вычислить ветровую нагрузку на различные сооружения.

Расчет ветровой нагрузки онлайн калькулятор

Полный расчет ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия” приведен ниже.

  • синие ячейки – предназначены для ввода данных.
  • зеленые ячейки – рачетные, данные в них рассчитываются автоматически.
  • оранжевые ячейки – результат расчета. В данном раcчете результатом является рачетная ветровая нагрузка с учетом пульсационной составляющей.
Пример расчета ветровой нагрузки в онлайн калькуряторе
  1. Ввести тип местности. Тип местности определяется по п. 11.1.6.
  2. Ввести коэфициент надежности по нагрузке. По умолчанию равен 1.4 (п.11.1.12).
  3. Ввести коэфициент надежности по ответственности.
  4. Ввести нормативное значение ветрового давления. Нормативное значение определяется по таблице11.1 в зависимости от ветрового района. Ветровой район определяется по карте 3. Справа от ячейки можно выбрать размерность входных и выходных данных (т, кг, кН).
  5. Ввести размеры здания:
  • b-длина здания вдоль основной рамы.
  • а-ширина здания поперек основной рамы.
  • h-высота здания.

Ce – не является ячейкой ввода и поумолчанию заданы все варианты для расчета нагрузки на стены здания. Но изменив эти значения можно посчитать ветровую нагрузку для других конструкций. Расчет Ce для любых конструкций проводится по приложению Д

k(ze) стат. – расчет коэфициента учитывающего изменение ветрового давления для высоте. Онлайн калькулятор считает только при условии: h ze = h,

Здесь z – высота от поверхности земли,

d – размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра (поперечный размер),

h – высота здания.

11.1.6 Коэффициент k(ze) определяется по таблице 11.2 или по формуле (11.4), в которых принимаются следующие типы местности:

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра,

В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м,

С – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h – при высоте сооружения h до 60 м и на расстоянии 2 км – при h > 60 м.

Примечание – Типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Коэффициент k для типов местности

Значения параметров k10 и a для различных типов местностей приведены в таблице 11.3.

11.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки we, wf, wi, wx, wy и wz следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления се, трения сf, внутреннего давления сi и лобового сопротивления сx, поперечной силы су, крутящего момента сz, принимаемых по приложению Д.1, где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов се или сt соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» – от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

При определении ветровой нагрузки на поверхности внутренних стен и перегородок при отсутствии наружного ограждения (на стадии монтажа) следует использовать аэродинамические коэффициенты внешнего давления се или лобового сопротивления сх.

Для сооружений повышенного уровня ответственности, а также во всех случаях, не предусмотренных Д.1 приложения Д (иные формы сооружений, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока или составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям, необходимость учета влияния рядом стоящих зданий и сооружений и т.п. случаях), аэродинамические коэффициенты необходимо принимать на основе результатов продувок моделей сооружений в аэродинамических трубах или по рекомендациям, разработанным специализированными организациями.

1 При назначении коэффициентов сх, сv и сm необходимо указать размеры сооружения, к которым они отнесены.

2 Значения аэродинамических коэффициентов, указанных в приложении Д.1, допускается уточнять на основе данных модельных аэродинамических испытаний сооружений.

11.1.8 Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp на эквивалентной высоте ze следует определять следующим образом:

а) для сооружений (и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний fl, Гц, больше предельного значения собственной частоты fl (см. 11.1.10), – по формуле

где wm – определяется в соответствии с 11.1.3,

z(ze) – коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 или формуле (11.6) для эквивалентной высоты ze (см. 11.1.5),

v – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11),

Расчет на опрокидывание от ветровой нагрузки
Расчет на опрокидывание от ветровой нагрузки Ветер по-разному влияет на строительные конструкции. Если для одноэтажного котеджа его воздействие минимальное, то для небоскреба или “парусного”

Источник: stroit-prosto.ru

Ветровая нагрузка. Как расчитать?

Ветровая нагрузка. Как расчитать?

Сообщение alex2005 » 09 ноя 2009 12:50

Господа, может есть какие то простые формулы расчета ветровой нагрузки. Снип нужный весь просмотрели, но вообще ни чего там не понятно, формулы, коэфициенты, ужас.

Клиент требует расчеты ветровые нагрузки и весовые , вторые мы просчитали, а вот как с ветром быть вообще в ступоре короб 36х1,15, естественно банер.

Сообщение donald » 09 ноя 2009 15:45

Сообщение alex2005 » 10 ноя 2009 08:05

Короб будет висеть от земли на высоте 4,2 м, установка на фасаде здания, монтаж на выносные угловые (уголок 45х45) крепления на расстоянии 0,3 м от стены (обусловленно обшивкой здания вентфасадом керамическим), общая площадь короба 41,4 м2, ширина короба 0,2 м, размеры 36 м х 1,15 м

Добавлено спустя 17 минут 27 секунд:

а вот теперь еще и задачку нам усложнили – хотят лицо акрил

Сообщение donald » 10 ноя 2009 10:07

Исходные данные:
1. Размеры короба: 36 х 1,15 м
2. Высота над уровнем земли – 4,2 м
3. Тип местности – В ( городские территории равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м)
4. Ветровой район – 1 ( Москва) У вас черт пойми какой ( город писать надо под ником,города Че на карте нет)

[1] – это СНиП 2.01.07-85

Расчет:
В соответствии с [1] п.6.3. нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле: Wm=W0*k*C,
где W0 – нормативное значение ветрового давления (см. [1] п. 6.4),
Для вычисления нагрузки согласно [1] приняты следующие данные:
Москва I ветровой район,
нормативное значение ветрового давления W0 = 23 кг/м2 (табл. 5),
тип местности – B (п. 6.5), принимаем высоту z = 4,2 м,
по табл.6 k = 0,5,
аэродинамический коэффициент ([1] п. 6.6, ):
– на заветренной стороне с = – 0.6,
– на наветренной стороне с = 0,8,
Wm1 = 0,23•0,5•0.6= 0,069 кПа,
Wm2 = 0,23•0,5•0,8= 0,092 кПа

Значения ветровой нагрузки на заветренной стороне
нормативная величина ветровой нагрузки – Wн = 0,069 кПа,
расчетная величина ветровой нагрузки – Wр = 0,069•1,4=0,0966 кПа. ( 100 Н/кв.м.)
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке f =1,4.

Значения ветровой нагрузки на наветренной стороне
нормативная величина ветровой нагрузки – Wн = 0,092 кПа,
расчетная величина ветровой нагрузки – Wр = 0,092•1,4=0,130 кПа. (130 Н/кв.м.)
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке f =1,4.

Вот и всё! Наветренный случай -это когда ветер дует к фасаду. Заветренный -от фасада. Считайте два случая.
Если бы короб был бы на крыше ( не было сзади стены) , то две эти нагрузки надо было бы сложить. А увас возможны только два случая.

Переведу вам в ньютоны:
Заветреный случай: 100 н/кв.м *41.5 кв.м= 4.2 кН
Наветреный случай: 130 н /кв.м * 41,5 кв.м=5,4 кН

Высота то у вас-понты. Понимаю там под 40 метров, вот тогда бы и пульсационную составляющую необходимо бы посчитать.

Интересно , как вы посчитали весовые нагрузки. Вы коэффициенты по массе применяли?? Надеюсь учли снеговые и гололедные нагрузки.
Читайте СНип.

По поводу акрила: мало ли чего хотят. Акрил здесь не пройдет!

Сообщение alex2005 » 11 ноя 2009 16:26

Сообщение donald » 11 ноя 2009 21:24

На вырыв анкера будут работать от момента вертикальной силы Р ( Р= вес короба+ вес снега + вес гололедной корки) и ветровой нагрузки. В расчет идут анкера из верхнего ряда, нижние анкера в расчет не надо брать. Я вам приведу пример упрощенного расчета анкера на вырыв ( вам этого будет вполне достаточно).
Потом желательно проверить анкера на срез. Все полученые данные нужно сравнить с предельными значениями нагрузок на используемые анкерные болты.( они прописаны в каталогах производителя).Обеспечить необходимый коэффициент запаса!

Тема с анкерными болтами- это отдельная огромная песня.Я бы с удовольствием завел бы отдельную тему на этот счет( было бы только кому интересно).

Сообщение alex2005 » 11 ноя 2009 22:18

donald
Мне вот например очень интересно, а именно про анкера, про сварку, про бетонные подушки и т. д.
Думаю нужно создать тему в графе “Технологии рекламы”
Из нас ни кто не имеет технического образования, все делаем своим умом и клиентов убеждаем практически отсебятиной, когда возникает вопрос о предоставлении точных расчетов (с выдерженными чертежами) называем сумму в + 6тыр и вопрос отпадает сам собой (такую сумму назвали нам в конструкторском бюро, когда мы обратились за расчетами панель-кронштейна)))
И кстати не видим здесь ничего предосудительного, потому что делаем все на совесть.

Пошел тему создавать, если не там создам, надеюсь модераторы ее не удалят, а перенесут куда надо.

Сообщение Verwolf » 24 фев 2011 11:10

Сообщение donald » 24 фев 2011 12:15

Verwolf
Учитывать в любом случае нужно. Также рекомендую, для крышной установки посчитать всё же пульсационную составляющую ветровой нагрузки. Ветровая нагрузка никак не зависит от ваших анкеров, а наоборот анкера будут зависеть от значения ветровой нагрузки.

При опрокидывании установки вперед анкера в преденей линии играют очень малую роль, т.к плечо от центра анкера до точки опрокидывания очень маленькое. Основную роль здесь будут играть именно пригрузы по задней линии.
А вот во втором расчетном случае, когда ветер дует в лоб, и вывеска пытается перевернуться назад, анкера очень даже кстати.

Нужно сделать так:
1. Считаем ветровую нагрузку с аэродинамическим коэффициентом 1,4 ( наветренный и заветренный случай вместе)
2. Считаем пульсационную составляющую.
3. Складываем .
4. Делаем рассчетную схему на опрокидываение вперед. Анекра не учитываем. По уровнению неопрокидывания ( Момент удержив. >= 1.5*Момент опрокидывания) находим маасу пригрузов на задней линии ( отсюда их количество)
5. Делаем расчетную схему на опрокидыванеи назад. Всё также, находим удерживающию силу на передней линии. Эта как раз будет та сила , с которой будут рваться наши анкера. ( усилие на разрыв). Берем эту силу и лезем в руководство по анкерному крепежу той фирмы, чьи анкера вы собираетесь использовать. Заложившись как минимум двукратным запасом, выбираем нужный анкер на разрыв. Там конечно будет присутствовать ещё и сила на срез, которую нужно тоже бы посчитать. НО в ручную это будет сделать муторно.

Мы обычно загоняем расчетные модели в САЕ-программу с расчетным модулем и снимаем уже готовые реакции опор ( а там тебе всё: и на вырыв, и на срез, и результирующая сила)

Как смог на пальцах объяснил, сложно так как-то в двух словах всё это разъяснить. Так что не серчайте.

Ветровая нагрузка
Господа, может есть какие то простые формулы расчета ветровой нагрузки. Снип нужный весь просмотрели, но вообще ни чего там не понятно, формулы, коэфи..

Источник: sign-forum.ru

Расчет опоры на устойчивость против опрокидывания

Расчет опоры на устойчивость против опрокидывания выполняется отдельно на нагрузки, действующие поперек и вдоль оси моста (рис.2.15).

Проверку опоры на устойчивость против опрокидывания в поперечном направлении производят на воздействие ветровых нагрузок и горизонтальной нагрузки от ударов подвижного состава, которые совместно не учитывают.

Рис.2.10. Схема к расчету опоры на устойчивость против опрокидывания в поперечном направлении при воздействии ветра

Определение расчетных усилий. При наличии поезда на мосту к опрокидывающему моменту относительно точки О от воздействия ветра на пролетное строение и опору добавляется опрокидывающий момент от ветрового давления на подвижной состав. Также увеличивается удерживающий момент относительно точки О от веса подвижного состава. Расчет на устойчивость выполняют для двух случаев загружения: с поездом на мосту и без него. Подвижную временную вертикальную нагрузку принимают как порожний подвижной состав, воздействие от которого определяют в соответствии с нормами [1, п.2,11].

Для сочетания 1. Постоянные нагрузки плюс подвижной состав плюс ветер:

Для сочетания 2. Постоянные нагрузки плюс ветер:

где – нормативные давления поперечного ветра соответственно на подвижной состав, пролетное строение и опору, – нормативные давления поперечного ветра соответственно на пролетное строение и опору при отсутствии поезда на мосту, – плечи относительно точки О соответствующих ветровых нагрузок, м, – интенсивности нормативных нагрузок соответственно от веса мостового полотна, тротуаров, прогонов, кН/м, – временная вертикальная нагрузка от порожнего подвижного состава железных дорог [1, п. 2.11], – коэффициент надежности по нагрузке для порожнего подвижного состава железных дорог [1, п. 1.40*], – коэффициент сочетаний для нагрузки от порожнего подвижного состава железных дорог [1, п. 2.3], – длина загружения пролетного строения постоянными и временной вертикальной нагрузками, м, – нормативная нагрузка от веса опоры, кН, – расчетная ширина опоры, м, – коэффициент надежности по нагрузке к ветровой нагрузке [1, п.2.32*], – коэффициент надежности по нагрузке к весу деревянных конструкций пролетного строения и опоры [1, п.1.40*], – коэффициент сочетаний для ветровой нагрузки при наличии поезда на мосту [1, п.2.2], – коэффициент сочетаний для ветровой нагрузки при отсутствии поезда на мосту [1, п.2.2].

Для опоры ветровые воздействия на подвижной состав, пролетное строение и опору создают относительно оси возможного поворота (опрокидывания) – точки О – опрокидывающий момент . Удерживающий момент относительно той же точки О создает вертикальное воздействие от подвижного состава, нагрузки от веса пролетного строения и веса опоры.

Опора считается устойчивой против опрокидывания, если выполняется условие:

где – момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) опоры, кН·м, – момент удерживающих сил относительно той же оси, кН·м, – коэффициент условий работы для стадии эксплуатации, – коэффициент надежности по назначению для той же стадии работы.

Устройство и применение приспособления
Стенд для притирки клапанов двигателя ЗиЛ-130 и проверки качества данных работ представляет из себя сборную конструкцию из металлических упоров (их два) и деревянного основания. Габаритные размеры стенда 900×360×290 мм. Стенд является переносным. Стенд состоит из следующих составных час .

Дефектация деталей заднего моста автомобиля ВАЗ – 2107
Проверка технического состояния балки заднего моста Проверка технического состояния балки производится при ремонте автомобиля. Деформированная балка может явиться причиной шума заднего моста и ускоренного износа шин. Деформацию балки моста проверяют как в горизонтальной, так и в вертикальной плоско .

Техническая и эксплуатационная характеристики полигона дороги
Схема полигона представлена на рис. 1 (см исходные данные). Длинны перегонов берем из табл. 1 (см исходные данные). Перегоны а-е и л-р берем равными перегонам а-б и л-м соответственно. Г-К=18+22+24+15+22+20=121 км. К-А=15+17+12+26+15+20=105 км. Г-А=121+105=226 км. Вид тяги будет тепловозная, так ка .

Расчет опоры на устойчивость против опрокидыванияСтраница 1
Расчет опоры на устойчивость против опрокидывания Расчет опоры на устойчивость против опрокидывания выполняется отдельно на нагрузки, действующие поперек и вдоль оси моста (рис.2.15). Проверку

Источник: www.tlookup.ru

Обновленный расчет ветрового давления в Excel

zzzzz-5 , 15 января 2009 в 07:01

#1

спасибо .проверим

Геннадий1147 , 20 января 2009 в 00:13

#2

Спасибо. На неделе посмотрю - отпишу.

IVlad , 22 января 2009 в 16:20

#3

tutanhamon,
если не секрет, по какому нормативному документу считается
Значение коэф. K на высоте?
В нашей фирме используют к-ты поболее.

tutanhamon , 22 января 2009 в 16:26

#4

Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл.6 СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия" в зависимости от типа местности. Для промежуточных значений высоты, значение коэффициента k определяется линейной интерполяцией.
А у вас, наверно, по МГСН береться?...

tutanhamon , 22 января 2009 в 16:28

#5

Но если есть желание - то можете изменять эту таблицу в экселевской книге по своему желанию =))..

IVlad , 22 января 2009 в 16:38

#6

Нет, у нас по МДС 20-1.2006.

IVlad , 22 января 2009 в 16:48

#7

...там например на 20 м и типе местности В
К(z)- 1,65, т.е. почти в 2 раза больше!

tutanhamon , 22 января 2009 в 16:51

#8

Подправил в описании к листу - сделал указание на соответствующий лист...
В принципе, тут проблемы нет никакой, достаточно подправить значения в диапазоне "Значения_по_высоте" на листе "Таблицы СНиП".. Но если возникнет у вас желание - могу добавить расчет и по МДС 20-1.2006 сегодня к вечеру...

IVlad , 22 января 2009 в 17:09

#9

tutanhamon,
нет, спасибо, мне то не надо.
Я себе сделал файлик считающий все нагрузки требуемые для статического расчета вент. фасада (учитывая тип системы, массы отделки и элементов систем и т.д.).
Я то к тому, кто по каким нормам проектирует.

vlr , 28 января 2011 в 22:14

#10

Можно добавить мелочь, но приятную? Шаг поперечных рам здания. Затем перемножить значения ветрового давления на шаг, т.е. погонную нагрузку на раму получить. Ну чтобы уж всё в одном флаконе было.

Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

Ветер в сочетании с изменяющейся температурой, влажностью воздуха и осадками существенно осложняет условия эксплуатации светопрозрачных конструкций. Он может создавать пылевые бури, метели; совместно с дождем вызывает увлажнение ограждающих конструкций и даже обуславливает проникновение пыли, снега и влаги через притворы оконных блоков. Ветер оказывает силовое воздействие на здания и сооружения.

В холодное время года под воздействием ветра значительно увеличиваются теплопотери здания, особенно через неплотности окон и дверей. При большой скорости ветра теплопотери в зданиях возрастают на 30-40%. Вместе с тем, ветер может способствовать улучшению аэрации территории застройки, наилучшему воздухообмену внутри здания, высушиванию строительных материалов, а при определенных параметрах- и смягчению отрицательного воздействия высоких температур и влажности.

Ветровой режим в строительной климатологии оценивают повторяемостью направлений ветра и средней скорости ветра по румбам. Повторяемость направления ветра рассчитывают в процентах от общего числа случаев направления ветра без учета штилей. Среднюю скорость ветра по румбам м/с, рассчитывают делением суммы скоростей на сумму случаев с ветром каждого румба.

В архитектурно-строительном проектировании принято характеризовать направления ветра по 8 румбам.

В соответствии со сторонами света, различают:

  1. северный
  2. северо-восточный
  3. восточный
  4. юго-восточный
  5. южный
  6. юго-западный
  7. западный
  8. северо-западный румбы.

Значения повторяемости направлений и скорости ветра в январе и июле для населенных пунктов России представлены в СНиП 23-01-99.

Сила ветра-величина переменная, как в вертикальной, так и горизонтальной проекции; она зависит от направления и скорости ветрового потока. Ветер при встрече препятствия в виде здания формирует с наветренной стороны давление (+), а с подветренной-откос (-) Величина ветрового давления увеличивается при высоте.

Рисунок 1 Эпюры ветрового давления на вертикальные преграды:

Ris1 8.jpgгде, 1-направление ветра; 2-воздушные потоки внутри здания.

Районирование территории России но скорости ветра и ветровому давлению установлено в СНиП 2.01.07-85  «Нагрузки и воздействия».

Ветровой напор является доминирующим силовым воздействием либо на отдельно стоящие здания, либо во фронте ветрозащитной постройки. В этом случае возможно существенное охлаждение помещений с наветренной стороны фасадов. На светопрозрачные ограждения действует также так называемое гравитационное давление, возникающее из-за разности плотностей холодного наружного и тёплого внутреннего воздуха. Это давление изменяется по высоте. Максимальный его уровень проявляется в нижней части здания: вверху оно меняет свой знак, переходя через ноль. Уровень нейтральной зоны повышается с увеличением этажности здания.

Рисунок 2 Уровень нулевой зоны гравитационного давления в зданиях различной этажности

Ris1 9.jpg

Внутри застройки ветер трансформируется по направлению и силе. Кроме того, движение воздушных масс имеет пульсирующий характер и не зависит от наружной температуры. Поэтому внутри застройки доминирующим является гравитационное давление на наружные стены зданий и оконные конструкции. Ниже на рисунке показана зависимость величины гравитационного давления на ограждающие конструкции здания при разных температурах наружного воздуха. Расчёты показали, что величина гравитационного давления при расчётных температурах наружного воздуха на уровне первого этажа девятиэтажного здания составляет в Красноярске - 800 Па, а в Москве - 500 Па.

Рисунок 3 График гравитационного давления на стены здания

Ris1 10.jpg

Гравитационное и ветровое давление в общем случае действуют совместно. Формирование избыточного давления на внешних поверхностях здания под влиянием естественных гравитационных сил и ветра показано на рисунке:

Рисунок 4 Построение эпюр избыточных давлений.

Ris1 11.jpg

При отсутствии ветра на поверхностях наружных стен будет действовать разной величины гравитационное давление. По закону сохранения энергии среднее давление по высоте внутри и снаружи будет одинаково. Относительно среднего уровня в нижней части здания давление столба тёплого воздуха будет меньше, чем давление столба холодного наружного воздуха с внешней поверхности стены. Эпюра этого избыточного ( относительно давления внутри здания) гравитационного давления показана на рис. a. На противоположных стенах здания эпюры одинаковы. В нижней части здания внешнее давление больше внутреннего, и величина избыточного давления имеет знак плюс. Вверху здания внутреннее давление больше внешнего, поэтому избыточное давление имеет знак минус. На некоторой высоте избыточное гравитационное давление будет равно нулю. Плоскость нулевого избыточного давления называется нейтральной плоскостью здания. Величина Рt= ± hg (ph-pb),<span /> где g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения, рb и рh - соответственно плотности воздуха внутри и снаружи здания.

Если здание обдувается ветром, а температуры внутри здания и снаружи его равны (т. с. гравитационного давления нет), то на внешних поверхностях ограждений будет создаваться повышенное статистическое давление или разрежение. Внутри здания давление будет равно среднему между повышенным с наветренной и пониженным с подветренной сторон, если проницаемости ограждающих конструкций одинаковы. Эпюры давлений но высоте здания на рис. б показаны одинаковыми в предположении постоянства скорости ветра и аэродинамического режима обтекания по высоте. На практике, как известно, скорость ветра, а, следовательно, и ветровое давление увеличиваются с высотой. В СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" в табл. 6 приводятся значения коэффициента К, учитывающего изменение ветрового давления по высоте, в зависимости от типа местности. [1]

Таблица 1 Изменение ветрового давления по высоте

            

Высота Z, м                    

Коэффициент K для типов местности                                                               
А
В
С
5
0,75
0,5
0,4
10
1,0
0,65
0,4
20
1,25
0,85
0,55
40
1,5
1,1
0,8
60
1,7
1,3
1,0
80
1,85
1,45
1,15
100
2,0
1,6
1,25
150
2,25
1,9
1,55
200
2,45
2,1
1,8
250
2,65
2,3
2,0
300
2,75
2,5
2,2
350
2,75
2,75
2,35
480
2,75
2,75
2,75

Примечание
При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.

Принимаются следующие типы местности:

  • А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
  • В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
  • С - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

В соответствии со СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" ветровую нагрузку, действующую на окна, необходимо рассчитывать по формуле:

Wm=Wo·k·Cгде

  • Wm- нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли;
  • С - аэродинамический коэффициент, учитывающий геометрию здания (+0,8-для наветреннго фасада, -0,6- для подветреннго фасада)
  • Wo - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района по таблице:

Таблица 2. Нормативное значение ветрового давления

Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения 5 СНиП 2.01.07-85)                          
Ia       
I        
II       
III     
IV      
V       
VI     
VII      
WкПА
0.17
0.23
0.30
0.38
0.48
0.60
0.73
0.85
Wo кгс/м2
17
23
30
38
48
60
73
85

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки Wp на высоте Z находится в зависимости от коэффициента пульсации давления ветра £ на уровне Z:

Таблица 3 Коэффициент пульсации давления ветра

            

Высота              Z, м

Коэффициент K для типов местности                                                               
А
В
С
5
0,85 1,22 1,78
10
0,76 1,06 1,78
20
0,69 0,92 1,50
40
0,62 0,80 1,26
60
0,58 0,74 1,14
80
0,56 0,70 1,06
100
0,54 0,67 1,00
150
0,51 0,62 0,90
200
0,49 0,58 0,84
250
0,47 0,56 0,80
300
0,46 0,54 0,76
350
0,46 0,52 0,73
480
0,46 0,50 0,68

Wp=1.4 ξWph·Z/H

где Wph - нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте Н верха дома. По ветровой нагрузке коэффициент надёжности γf принимается равным 1,4, т. е. расчётное значение ветровой нагрузки:

Wp=1.4 (Wm+Wp)

При совместном действии гравитационных сил и ветра применим принцип независимости действия сил. Поэтому величина избыточного давления определяется простым сложением частных результатов, см. рис. 4в. Эпюры избыточного давления на ограждающую конструкцию используются в дальнейшем для выбора конструктивного исполнения окна с точки зрения его воздухопроницаемости и сопротивления ветровой нагрузке и позволяют сделать вывод о дифференцированном подходе к остеклению многоэтажных зданий: на различных этажах и различно ориентированных по отношению к розе ветров фасадах здания должны устанавливаться различные по классам типы оконных конструкций.

Осадки в виде дождя и снега также должны учитываться при выборе конструкции остекления, т. к. светопрозрачные ограждения не являются абсолютно водонепроницаемыми, а снежный покров, ложащийся на горизонтальные или наклонные поверхности светопрозрачных элементов фонарей, зимних садов, оказывает силовое воздействие в виде весовой нагрузки.

Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию ограждения S определяется по формуле:

S=Soδ где

So- - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли; принимается в соответствии с картой снегового районирования территории России по СНиП 2.01.07-85* и табл. 3

Таблица 4 Нормативное значение веса снегового покрова

Снеговые районы (принимаются по карте 1 приложения 5)                                                             
I
II
III
IV
V
VI
So, кПА (кгс/м2)
0.5(50)
0.7(70)
1.0(100)
1.5(150)
2.0(200)
2.5(250)

Коэффициент и перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке зависит от схем распределения снеговой нагрузки, значений скорости ветра за три наиболее холодных месяца и углов наклона покрытий. Например, для односкатных зданий - зимних садов, коэффициент перехода

µ = 1 при a < 25°
µ = 0 при а < 60°,

при этом промежуточные значения µ определяются линейной интерполяцией.[2]

Примечание

  1. ↑ А.Ю. Безруков,В.Л.Миков "Справочник замерщика" Методическое пособие по проведению замеров оконных и дверных блоков"
  2. ↑ Интерполяция - способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений.

Вклад участника:

Смирнова Дана

Нагрузка ветровая: правила расчета, рекомендации специалистов

Нагрузка ветроваяПри создании проектов по возведению сооружений и зданий расчет ветровой нагрузки приходится выполнять достаточно часто. Рассчитывается этот показатель по специальным формулам. Важно принимать во внимание такую нагрузку, например, при создании чертежей для возведения стропильных систем кровель домов, подборе конструкции и площади расположения рекламных щитов и проч.

Значение процедуры

Если пренебречь расчетами нагрузки движения воздуха, можно, как говорится, на корню загубить все дело и подвергнуть опасности жизни людей.

Если с давлением снега на стены зданий обычно сложностей не возникает — нагрузку эту видно, её можно взвесить и даже потрогать — то с ветровой всё гораздо сложнее. Ее не видно, предугадать ее интуитивно очень сложно. Да, конечно, ветер какое-то воздействие на несущие конструкции оказывает, и в некоторых случаях оно бывает даже разрушительное: скручивает рекламные баннеры, заваливает заборы и каркасы стен, срывает крыши. Но как же возможно предугадать и учесть эту силу? Поддаётся ли в принципе она расчётам?

Поддаётся! Однако дело это муторное, и непрофессионалы ветровую нагрузку подсчитывать крайне не любят. Тому существует понятное объяснение: значение расчетов — дело очень ответственное и трудное, гораздо сложнее расчётов снеговой нагрузки. Если в специально посвященному этому СП снеговой нагрузке уделено всего лишь две с половиной страницы, то исчисление ветровой втрое больше! Плюс к нему приписано обязательное приложение, размещаются на 19 страницах с указанием аэродинамических коэффициентов.

Если гражданам России еще повезло с этим, то для жителей Беларуси всё ещё сложнее — документ TKP_ЕN_1991−1−4−2О09 «Ветровые воздействия», регламентирующий нормативы и расчеты, имеет объем в 120 страниц!

С Еврокодом (ЕN_1991−1−4−2О09) в масштабах постройки частного сооружения по ветровым воздействиям немногим захочется разбираться дома за чашкой чая. Профессионально интересующимся рекомендуется скачать и изучать его основательно, имея в окружении специалиста-консультанта. Иначе из-за неверного подхода и понимания последствия расчетов могут быть плачевными.

Нормативы СНиП

Фактически само определение данному параметру дает СНиП № 2.01. 07−85. Согласно этому документу, нагрузка ветровых масс обязана рассматриваться как совокупность следующих входных данных:

  • давления, которое действует на наружные поверхности конструкций элемента сооружений или всего сооружения;
  • силы трения, которая направлена по касательной к плоскости конструкции, отнесенной к площади ее горизонтальной либо вертикальной проекции;
  • фактического давления, приложенного к внутренней плоскости здания с открытыми проемами или проницаемыми ограждающими конструкциями.

Как рассчитать нагрузку

Расчет ветровой нагрузкиПри ее вычислении необходимо учитывать два ключевых параметра − пульсационную и среднюю составляющую. Нагрузка определяется как сумма двух этих параметров.

Рассмотрим основную формулу расчета средней составляющей. Если при проектировании ветровой напор учтен не будет, то впоследствии это крайне негативно отразится на эксплуатационных свойствах сооружения или здания.

Средняя составляющая рассчитывается по следующей формуле: W = Wо * k.

Расшифровывается так:

  • W — это расчетный показатель ветровой нагрузки при высоте над поверхностью земли,
  • Wo — это ее нормативный показатель,
  • k — обозначает коэффициент перемены давления по высоте.

Каждое начальное значение из указанной формулы определяется согласно уже имеющимся таблицам. В некоторых случаях при вычислениях употребляют также параметр C — это обозначение аэродинамического коэффициента. Формула в этом случае будет выглядеть таким образом: W = Wo * kс.

Нахождение нормативного значения

Значение процедурыЧтобы определить, какое конкретное значение имеет этот параметр, потребуется прибегнуть к таблице районов по ветровой нагрузке Российской Федерации. Таковых имеется всего восемь, и они легко находятся в свободном доступе в интернете.

Для малоизученных местностей государства, а также для горных регионов этот параметр СНиП позволяет определять по информации официально зарегистрированных метеорологических станций и на основе опыта использования уже имеющихся сооружений и зданий. В таком случае для установления нормативного значения ветровой нагрузки употребляется специальная формула. Выглядит она таким образом: Wo=0.61 * V2o. Здесь V2o — скорость ветра в измерении метр в секунду на уровне 10 метров, который соответствует интервалу усреднения за 10 мин. и превышающей 1 раз за 5 лет.

Краткие рекомендации специалистов

Для подсчета показателей возможностей ветровой нагрузки инженеры зачастую советуют использовать хорошо известные большинству компьютерных пользователей программами ОOo Calc и MS Excel из пакета Open Office. Порядок расчетов при применении этого обеспечения может быть следующим:

  • Excel включают на листе «Мощность ветра»;
  • скорость ветра записывают в строку D3;
  • время — в строку D5;
  • зона сечения потока воздуха — в строке D6;
  • удельный вес воздуха или его плотность — в ячейку D7;
  • КПД ветроустановки — строка D8.

Далее программа сама произведет расчеты согласно введенным в них формулам.

Существуют и другие способы применения этого ПО с другими исходными данными. Но как бы то ни было, применять OOo Calc и МS Excel для подсчета ветровой нагрузки на сооружения и здания, а также их раздельные конструкции, довольно удобно.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *