Ветровая нагрузка

При проектировании зданий и сооружений расчет ветровой нагрузки приходится делать довольно-таки часто. Исчисляется этот показатель по особым формулам. Важно учитывать такую нагрузку, например, при составлении чертежей стропильных систем крыш домов, выборе места расположения и конструкции рекламных щитов и т. д. — более подробный расчет ветровой нагрузки на кровлю

Нормативы СНиП

Собственно, именно о распределения этого параметра дает СНиП 201. 07-85. Согласно данному документу, ветровая нагрузка должна рассматриваться как совокупность:

  • давления, что действует на внешние поверхности конструкций сооружения или элемента;
  • силы трения, направленные по касательной к поверхности конструкции, отнесенных к площади вертикальной или горизонтальной проекции;
  • нормального давления, приложенного к внутренней поверхности здания с проницаемыми ограждающими конструкциями или открытыми проемами.
Ветровая нагрузка: правила расчета, рекомендации профессионалов

Как определяют

При вычислении ветровой нагрузки учитывают два основных параметра:

  • среднюю составляющую;
  • пульсационную.

Определяется нагрузка как сумма этих двух параметров.

Средняя составляющая: основная формула

Если ветровая нагрузка п ри проектировании не будет учтена, это в дальнейшем крайне негативно скажется на эксплуатационных характеристиках здания или сооружения. Средняя составляющая вычисляется по формуле :

W = Wo * k. Здесь W — расчетное значение ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли, Wo — ее нормативное значение, k — коэффициент изменения давления по высоте. Все исходные данные из этой формулы определяются по таблицам. Иногда при вычислениях используют также параметр c — аэродинамический коэффициент. Выглядит формула в этом случае следующим образом: W = Wo * k с.

Нормативное значение

Чтобы узнать, чему равен этот параметр, нужно воспользоваться таблицей районов по ветровой нагрузке РФ. Таких существует всего восемь. Таблица ветровых нагрузок ( в зависимости значений Wo от того или иного района России) представлена ниже.

Ветровая нагрузка: правила расчета, рекомендации профессионалов

Для малоизученных местностей страны, а также для горных регионов этот параметр СНиП допускает определять по данным официально зарегистрированных метеостанций и на основе опыта эксплуатации уже существующих зданий и сооружений. В этом случае для определения нормативного значения ветровой нагрузки используется особая формула. Выглядит она следующим образом: Wo =061 V 2 o. Здесь V 2 o — скорость ветра в метрах в секунду на уровне 10 м, соответствующий интервалу осреднения за 10 минут и превишаемой раз в 5 лет.

Как определяется коэффициент k?

Для этого параметра также есть специальная таблица. При его определении учитывается тип той местности, где предполагается строительство сооружения или здания. Всего таких три:

  • Тип «А» — открытые ровные участки: побережья морей, озер и рек, степи, пустыни, тундры районы лесостепи.
  • Тип «В» — местность, покрытая препятствиями высотой до 10 метров: городская зона, леса и др.
  • Тип «С» — городские районы с застройкой высотой более 25 м.
Ветровая нагрузка: правила расчета, рекомендации профессионалов

Тип местности строительства также определяется с учетом требований СНиП. При проектировании это необходимо принимать во внимание. Любое сооружение считается расположенным на местности данного типа в том случае, если последняя располагается с наветренной стороны от него на расстоянии 30h. Здесь h — это проектная высота сооружения до 60 м. При большей высоте сооружения тип местности считается определенным в том случае, если он сохраняется не менее чем на 2 км с наветренной стороны.

Как вычислить пульсационную нагрузку

По СНиП ветровая нагрузка, к ак уже упоминалось, должна определяться как сумма средней нормативной и пульсационной. Значение последнего параметра зависит собственно от вида самого сооружения и особенностей его конструкции. В этом плане различают:

  • сооружения с собственной частотой колебаний, превышающих установленное пороговое значение (дымовые трубы, башни, мачты, аппараты колонного типа);
  • сооружения или элементы их конструкции, представляющие собой систему с одной степенью свободы (поперечные рамы одноэтажных производственных зданий, водонапорные башни и др.);
  • симметричные в плане здания.

Формулы для различных типов сооружений

Для первого типа сооружений при определении пульсационной ветровой нагрузки и используется формула: W p = WGV. Здесь W — нормативная н агрузка, определяется по формуле, представленной выше, G — коэффициент пульсации давления при высоте z, V — коэффициент корреляции пульсаций. Последние два параметра определяются по таблицам.

Ветровая нагрузка: правила расчета, рекомендации профессионалов

Для сооружений с собственной частотой колебаний, превышающих установленное пороговое значение, при определении пульсационной ветровой нагрузки применяется такая формула: W p = WQG. Здесь Q — коэффициент динамичности, который определяется по диаграмме (представлена ниже) в зависимости от параметра E, вычисляемого по формуле E=? R W/940f ( R — коэффициент надежности по нагрузке, f — частота собственных колебаний) и логарифмического декремента колебаний. Последний параметр постоянный и принимается для:

  • для зданий со стальным каркасом как 0.3;
  • для мачт, футерних труб и др. как 015.
Ветровая нагрузка: правила расчета, рекомендации профессионалов

Для симметричных в плане зданий пульсационная в етровая нагрузки в ичисляется по формуле:

  • W p =mQNY.

Здесь Q — коэффициент динамичности, m — масса сооружения на высоте z, Y — горизонтальные колебания сооружения на уровне z по первой форме. N в этой формуле — особый коэффициент, который можно определить, предварительно разделив здание на r количество участков в пределах которых ветровая нагрузка постоянная, и воспользовавшись специальными формулами.

Еще один способ

Выполнить расчет ветровой нагрузки м возможно, пользуясь и немного другой методике. В этом случае сначала нужно определить давление ветра по формуле:

  • (Psf) = .00256 * V^2.

Здесь V — скорость ветра (миль/ч). Затем следует вычислить коэффициент лобового сопротивления. Он будет равен:

  • 1.2 — для длинных вертикальных конструкций;
  • 0.8 — для коротких вертикальных;
  • 2.0 — для длинных горизонтальных конструкций;
  • 1.4 — для коротких (например, фасад здания).

Далее нужно воспользоваться общей формуло и ветровой нагрузки на здание или сооружение :

  • F = A * P * Cd.

Здесь A — площадь области , P — давление ветра, Cd — коэффициент лобового сопротивления. Можно также использовать и несколько более сложную формулу:

  • F = A * P * Cd * Kz * Gh.

При ее применении дополнительно учитываются коэффициенты экспозиции K z b и чувствительности к порыву ветра G h . Первый рассчитывается как z/33]^(2/7 второй— 65+60 /(h/33)^(1/7). В этих формулах z — высота от земли до середины сооружения, h — полная высота последнего.

Ветровая нагрузка: правила расчета, рекомендации профессионалов

Рекомендации специалистов

Для расчета ветровой нагрузки инженеры часто советуют пользоваться хорошо известными многим программами MS Excel и OOo Calc из пакета Open Office. Порядок действия при применении этого, например, может быть таким:

  • Excel включается на листе «Энергия ветра»;
  • скорость ветра записывается в ячейку D3;
  • время — в D5;
  • площадь сечения потока воздуха — в D6;
  • плотность воздуха или его удельный вес — в D7;
  • КПД ветроустановки — D8.

Существуют и другие способы использования этого ПО с другими исходными данными. В любом случае применять MS Excel и OOo Calc для расчета ветровой нагрузки на здания и сооружения, а также их отдельные конструкции достаточно удобно.

Яндекс.Метрика users online