Для практического дизайна ветер и землетрясения могут рассматриваться как горизонтальные или боковые нагрузки . Хотя ветровые (ветровые) и сейсмические нагрузки могут иметь вертикальные компоненты, они, как правило, малы и легко противостоят несущим колоннам и стенам.
Изменение величины ветровой нагрузки с высотой многоуровневого здания от Земли отличается от того, что соответствует сейсмической нагрузке. Однако меры, принимаемые для выдерживания обоих типов нагрузок, аналогичны. — подробнее о влаго-ветрозащите на ondutis.ru
Даже в районах, где вероятность сильного землетрясения или сильного ветра невелика, желательно обеспечить зданиям значительную устойчивость к обеим нагрузкам. Во многих случаях такое сопротивление достигается практически без увеличения затрат на конструкции, в которых сейсмическое и ветровое сопротивление игнорируется.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕТРА
Поскольку ветровые нагрузки считаются горизонтальными силами, предполагается, что давление ветра для проектных целей применяется к общей площади вертикальной части здания, расположенной выше среднего уровня окружающей местности. Хотя нагрузки считаются горизонтальными, они могут создавать внутреннее давление или всасывание на горизонтальных или наклонных поверхностях. Во всяком случае, предполагается, что ветровые нагрузки действуют перпендикулярно открытым поверхностям здания. Кроме того, гипотетически считается, что ветер исходит с любого направления, если не известно, что в определенной местности экстремальные ветры дуют в определенном направлении. В конструкции считается, что каждая стена прямоугольного здания подвержена максимальной ветровой нагрузке.
В общем, ветры бьют по зданиям порывами. Поэтому конструкция подвергается динамической нагрузке. Однако, за исключением чрезвычайно высоких или стройных зданий, принято относиться к ветру как к статической нагрузке, даже если его давление не является постоянным.
Расчет проектного давления ветра осложняется несколькими факторами. Одним из них является влияние препятствий, как естественных, так и искусственных, присутствующих на поверхности местности; другим-изменение скорости ветра с высотой над землей; другим-влияние геометрической формы (отношения высоты или ширины к длине) зданий на давление. В крупных проектах желательно основывать проектное давление на результатах, полученных в результате испытаний моделей зданий в аэродинамических трубах, а также на данных, поступающих из окружающих зданий и местности.
ДАВЛЕНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ ВЕТРОМ
Давление считается положительным, когда оно имеет тенденцию толкать элемент здания внутрь здания. Отрицательными считаются те, которые, как правило, высасывают элементы.
На рисунке 3-Ла показан поток ветра над наклонной крышей малоэтажного здания. На крышах с наклонами до 300 ветер может оказывать всасывание на всю крышу (рис. 3-ib). Как также показано на рисунках 3-lb и c, давление на внешней поверхности наветренной стены является положительным, в то время как давление, действующее на подветренной стене, является отрицательным (всасывание). Если стены имеют пролеты, ветер накладывает на них внутреннее давление, а также на мезонины и крышу. Таким образом, чистое давление в элементе здания является векторной суммой давлений, действующих на противоположных гранях элемента.
Из-за характеристик ветра, описанных в статье 3.3, и зависимости давления ветра от геометрической конфигурации здания существует значительная неопределенность в отношении величины, направления и продолжительности максимальных ветровых нагрузок, которые могут воздействовать на часть конкретного здания. Таким образом, для расчета проектных ветровых нагрузок зданий выдвигаются бесчисленные гипотезы, основанные в некоторой степени на статистических результатах. Минимальные спецификации для таких нагрузок представлены в местных и национальных строительных нормах, а также в публикации Building Code Requirements for Minimum Design Loads in Buildings and Other Structures, ANSI A58.i, del Americau National Standards Institute.
Обычно правила позволяют определять проектные ветровые нагрузки на основе математических расчетов, соответствующих указанной аналитической процедуре. или путем испытаний в аэродинамических трубах. Такие испытания целесообразны для конструкций с необычной формой, зданий с редкой реакцией на боковые нагрузки или конструкций, расположенных на участках, где можно ожидать эффекта уплотнения или образования порывов в результате препятствий в наветренном направлении. Тестирование также желательно в местах, где нет данных о ветрах или когда требуется более точная информация. Стандарт ANSI A58. 1 требует выполнения следующих условий во время испытаний в аэродинамической трубе:
Испытания должны проводиться на масштабной модели, которая соответствует размерам, распределению массы, жесткости и буферизации предлагаемой конструкции.
Необходимо будет воспроизвести движение воздуха таким образом, чтобы учитывать изменение скорости с высотой.
Геометрический масштаб модели не должен превышать в три раза продольный компонент турбулентности. Используемые измерительные приборы должны иметь характеристики отклика, соответствующие точности, необходимой при записываемых измерениях.
Необходимо принять во внимание соотношение сил и давления и количества воздуха в движении.
В аналитических методах, указанных в правилах строительства, максимальные скорости ветра, наблюдаемые в регионе, преобразуются в давление по скорости. Затем эти значения умножаются на несколько факторов, которые учитывают характеристики здания, места и ветра, чтобы получить проектные (прогнозируемые) ветровые нагрузки.
Имейте в виду, однако, что, как правило, спецификации правил применимы к давлениям, значительно меньшим, чем те, которые присутствуют во время торнадо, которые могут иметь ветер до 950 км/ч.
Давление скорости ветра, используемое для проектирования зданий, варьируется в зависимости от типа местности, высоты над уровнем земли, важности здания, возможности ураганов и базовой скорости ветра, зарегистрированной в местности. Предполагается, что давление ветра действует горизонтально на площадь объекта, проецируемую на вертикальную плоскость, перпендикулярную направлению ветра.
Основная скорость ветра, используемая для проектирования, — это максимальная скорость ветра, записанная на высоте 10 м над ровной, ясной местностью со средним интервалом повторения 50 лет. Необычные условия ветра часто встречаются на пересеченной местности и вокруг мыса вблизи моря. Базовые скорости, применимые к этим регионам, должны быть отобраны с помощью метеорологов и путем применения статистического анализа экстремальных значений к данным считывания анемометров, взятым на предлагаемом участке здания или в непосредственной близости. Другим способом является использование общих карт, таких как на рисунке 3-2, на которых показаны основные скорости ветра в Милх, которые записываются в Соединенных Штатах.