Podczas projektowania budynków i konstrukcji, obliczenia obciążenia wiatrem muszą być wykonywane dość często. Ten wskaźnik jest obliczany za pomocą specjalnych formuł. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę takie obciążenie, na przykład przy sporządzaniu rysunków systemów więźb dachowych, wyborze lokalizacji i konstrukcji billboardów itp.
Standardy SNiP
Właściwie sama definicja tego parametru daje SNiP 2.01. 07-85. Zgodnie z tym dokumentem obciążenie wiatrem należy traktować jako agregat:
- nacisk działający na zewnętrzne powierzchnie konstrukcji konstrukcji lub elementu;
- siła tarcia skierowana stycznie do powierzchni konstrukcji, odniesiona do obszaru jej rzutu pionowego lub poziomego;
- normalny nacisk wywierany na wewnętrzną powierzchnię budynku z przepuszczalnymi przegrodami budowlanymi lub otwartymi otworami.
Jak ustalić
Przy obliczaniu obciążenia wiatrem brane są pod uwagę dwa główne parametry:
- średni składnik;
- pulsujące.
Obciążenie jest zdefiniowane jako suma tych dwóch parametrów.
Komponent średni: wzór podstawowy
Jeżeli obciążenie wiatrem nie zostanie uwzględnione podczas projektowania, będzie to miało bardzo negatywny wpływ na działanie budynku lub konstrukcji. Jego średni składnik jest obliczany według następującego wzoru:
W=Wok.
Tutaj W jest obliczoną wartością obciążenia wiatrem na wysokości z nad powierzchnią ziemi, Wo jest jej wartością standardową, k jest współczynnikiem zmiany ciśnienia wraz z wysokością. Wszystkie dane początkowe z tego wzoru są określone w tabelach.
Czasami parametr c jest również używany w obliczeniach - współczynnik aerodynamiczny. Wzór w tym przypadku wygląda tak: W=Wokс.
Wartość normatywna
Aby dowiedzieć się, co to jest ten parametr, musisz skorzystać z tabeli regionów dla obciążenia wiatrem Federacji Rosyjskiej. Jest ich tylko osiem. Tabela obciążeń wiatrem (zależność wartości Wo od konkretnego regionu Rosji) została przedstawiona poniżej.
Dla mało zbadanych obszarów kraju, a także dla regionów górskich, ten parametr SNiP pozwala określić zgodnie z oficjalnie zarejestrowanymi stacjami pogodowymi oraz w oparciu o doświadczenie eksploatacyjne istniejących budynków i konstrukcji. W takim przypadku do określenia standardowej wartości obciążenia wiatrem stosowany jest specjalny wzór. Wygląda to tak:
Wo=0.61 V2o.
Tutaj V2o - prędkość wiatru w metrach na sekundę na poziomie 10 m, odpowiadająca przedziałowi uśredniania 10minut i przekraczane co 5 lat.
Jak wyznaczany jest współczynnik k?
Istnieje również specjalna tabela dla tego parametru. Przy jej określaniu należy wziąć pod uwagę rodzaj terenu, na którym ma być wzniesiona konstrukcja lub budynek. Są trzy z nich:
- Typ "A" - otwarte płaskie obszary: wybrzeża mórz, jezior i rzek, stepy, pustynie, regiony tundry, lasostepy.
- Typ "B" - teren pokryty przeszkodami o wysokości do 10 metrów: tereny miejskie, lasy itp.
- Typ „C” - obszary miejskie z budynkami o wysokości powyżej 25 m.
Rodzaj terenu budowy jest również określany z uwzględnieniem wymagań SNiP. Należy to wziąć pod uwagę podczas projektowania. Za każdy budynek uważa się położony w miejscowości określonego typu, jeśli ta ostatnia znajduje się po stronie nawietrznej w odległości 30 godzin. Tutaj h jest projektowaną wysokością konstrukcji do 60 m. Przy większej wysokości budynku, rodzaj terenu jest uważany za pewny, jeśli pozostaje co najmniej 2 km od strony nawietrznej.
Jak obliczyć obciążenie tętnienia
Według SNiP obciążenie wiatrem, jak już wspomniano, powinno być określane jako suma średniej normy i pulsacji. Wartość ostatniego parametru zależy od rodzaju samej konstrukcji i cech jej konstrukcji. Pod tym względem wyróżniają:
- struktury o naturalnej częstotliwości drgań przekraczającej ustaloną wartość graniczną (kominy,wieże, maszty, aparaty kolumnowe);
- konstrukcje lub elementy ich konstrukcji, które są systemem o jednym stopniu swobody (ramy poprzeczne przemysłowych budynków parterowych, wieże ciśnień itp.);
symetryczne pod względem zabudowy
Formuły dla różnych typów konstrukcji
Dla pierwszego typu konstrukcji przy wyznaczaniu pulsującego obciążenia wiatrem stosuje się wzór:
Wp=WGV.
Tutaj W jest standardowym obciążeniem określonym przez wzór przedstawiony powyżej, G jest współczynnikiem pulsacji ciśnienia na wysokości z, V jest współczynnikiem korelacji pulsacji. Ostatnie dwa parametry są określone przez tabele.
Dla konstrukcji o częstotliwości drgań własnych przekraczającej ustaloną wartość graniczną przy wyznaczaniu pulsującego obciążenia wiatrem stosuje się następujący wzór:
Wp=WQG.
Tu Q jest współczynnikiem dynamicznym wyznaczonym z wykresu (przedstawionego poniżej) w zależności od parametru E, obliczonym ze wzoru E=√RW/940f (R jest współczynnikiem bezpieczeństwa obciążenia, f jest częstotliwością drgań własnych) oraz logarytmiczne fluktuacje dekrementacji. Ostatni parametr jest stały i akceptowany przez:
- dla budynków o konstrukcji stalowej jako 0,3;
- dla masztów, wykładzin itp. jako 0.15.
Dla budynków symetrycznych pulsujące obciążenie wiatrem jest obliczane według wzoru:
-
Wp=mQNY.
Tutaj Q to współczynnik dynamiki, m to masa konstrukcji na wysokości z, Y to poziome wibracje konstrukcji na poziomie z zgodnie z pierwszą postacią. N w tym wzorze jest specjalnym współczynnikiem, który można określić, dzieląc najpierw konstrukcję na r, liczbę odcinków, w obrębie których obciążenie wiatrem jest stałe, i używając specjalnych wzorów.
Jeszcze jeden sposób
Możesz obliczyć obciążenie wiatrem przy użyciu nieco innej metody. W takim przypadku najpierw musisz określić ciśnienie wiatru za pomocą wzoru:
(Psf)=0,00256V^2.
Tutaj V to prędkość wiatru (w milach na godzinę).
Następnie powinieneś obliczyć współczynnik oporu. Będzie równa:
- 1.2 - dla długich konstrukcji pionowych;
- 0.8 - dla krótkich linii pionowych;
- 2.0 - dla długich konstrukcji poziomych;
- 1.4 - dla krótkich (na przykład elewacji budynku).
Następnie musisz użyć ogólnego wzoru na obciążenie wiatrem budynku lub konstrukcji:
F=APCd.
Tutaj A to powierzchnia, P to ciśnienie wiatru, Cd to współczynnik oporu.
Możesz również użyć nieco bardziej skomplikowanej formuły:
F=APCdKzGh.
Po zastosowaniu, współczynniki ekspozycji Kz b i czułość na podmuchy Gh są dodatkowo brane pod uwagę. Pierwszy jest obliczany jako z/33]^(2/7,drugi - 65+60 / (h/33)^(1/7). W tych wzorach z to wysokość od podłoża do środka konstrukcji, h to całkowita wysokość tej drugiej.
Rekomendacje ekspertów
Aby obliczyć obciążenie wiatrem, inżynierowie często zalecają używanie dobrze znanych programów MS Excel i OOo Calc z pakietu Open Office. Na przykład procedura korzystania z tego oprogramowania może wyglądać następująco:
- Excel jest włączony w arkuszu „Energia wiatrowa”;
- prędkość wiatru jest zapisywana w komórce D3;
- czas jest w D5;
- obszar przepływu powietrza - w D6;
- gęstość powietrza lub ciężar właściwy - w D7;
- Sprawność turbiny wiatrowej - w D8.
Istnieją inne sposoby używania tego oprogramowania z innymi danymi wejściowymi. W każdym razie wygodnie jest użyć MS Excel i OOo Calc do obliczenia obciążenia wiatrem budynków i konstrukcji, a także ich poszczególnych konstrukcji.
