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.
Районы ветровой нагрузки
Первое, с чем нужно определиться – к какому району по давлению ветра относится рассматриваемая местность. Данную информацию можно найти на специальных картах в нормативных документах. Главный нормативный документ, регламентирующий ветровую нагрузку – СП 20.13330*
*Обратите внимание, что СП20.13330 есть 2011 и 2016 года, и карты в этих документах могут отличаются. На момент выхода статьи обязательным является СП 2011г. но в ближайшее время СП 2016г. официально станет действующим и расчет ветровой нагрузки нужно будет проводить по картам нового документа. Расчет ветровой нагрузки так же можно найти по СНиП 2.01.07-85*, но данный расчет не будет действительным т.к. нормы устарели.
Расчет ветровой нагрузки онлайн калькулятор
Полный расчет ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия” приведен ниже. Если с данным расчетом сложно разобраться, то можно воспользоватсья нашим онлайн калькулятором ветровой нагрузки. При возникновении сложностей вы можете заказать расчет написав нам на почту в разделе контакты.
>>> Перейти к онлайн калькулятору ветровой нагрузки <<<
Описание расчета:
- синие ячейки – предназначены для ввода данных.
- зеленые ячейки – расчетные, данные в них рассчитываются автоматически.
- оранжевые ячейки – результат расчета. В данном раcчете результатом является расчетная ветровая нагрузка с учетом пульсационной составляющей.
Пример расчета ветровой нагрузки на здание в онлайн калькуляторе
Ввод данных:
- Ввести тип местности. Тип местности определяется по п. 11.1.6.
- Ввести коэфициент надежности по ветровой нагрузке. По умолчанию равен 1.4 (п.11.1.12).
- Ввести коэфициент надежности по ответственности.
- Ввести нормативное значение ветрового давления. Нормативное значение определяется по таблице 11.1 в зависимости от ветрового района. Ветровой район определяется по карте 3. Справа от ячейки можно выбрать размерность входных и выходных данных (т, кг, кН).
- Ввести размеры здания:
- b-длина здания вдоль основной рамы.
- а-ширина здания поперек основной рамы.
- h-высота здания.
Расчетные ячейки:
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<d, где d – минимальный размер между а и b
wm – Cтатическое давление. Вычисляется по п. 11.1.3
ζ(ze) – коэффициент пульсации давления ветра Таблица 11.4
Через ρ и χ вычисляется ν по таблице 11.6
wp – динамическая составляющая вычисляется по ф.11.5 принимая во внимание примечание.
В графе суммарное давление вычисляется сумма статической и динамической составляющей. Размерность зависит от размерности выбранной при вводе. Ширина зоны А,Б,С для боковых поверхностей рассчитываются автоматечески исходя из заданных размеров.
Расчет ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия”.
11.1.1 Нормативное значение ветровой нагрузки w следует задавать в одном из двух вариантов. В первом случае нагрузка w представляет собой совокупность:
а) нормального давления we, приложенного к внешней поверхности сооружения или элемента;
б) сил трения wf, направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее горизонтальной (для шедовых или волнистых покрытий, покрытий с фонарями) или вертикальной проекции (для стен с лоджиями и подобных конструкций);
в) нормального давления wi, приложенного к внутренним поверхностям сооружений с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами.
Во втором случае нагрузка w рассматривается как совокупность:
а) проекций wx и wv, внешних сил в направлении осей х и у, обусловленных общим сопротивлением сооружения;
б) крутящего момента wz относительно оси z.
При разработке архитектурно-планировочных решений городских кварталов, а также при планировании возведения зданий внутри существующих городских кварталов рекомендуется провести оценку комфортности пешеходных зон в соответствии с требованиями норм или технических условий.
11.1.2 Нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней wm и пульсационной wp составляющих
w = wm + wp (11.1)
При определении внутреннего давления wi пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.
11.1.3 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по формуле
wm = w0k(ze)c (11.2)
где w0 – нормативное, значение ветрового давления (см. 11.1.4);
k(ze) – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze (см. 11.1.5 и 11.1.6);
с – аэродинамический коэффициент (см. 11.1.7).
11.1.4 Нормативное значение ветрового давления w0 принимается в зависимости от ветрового района по таблице 11.1. Нормативное значение ветрового давления допускается определять в установленном порядке на основе данных метеостанций Росгидромета (см. 4.4). В этом случае w0, Па, следует определять по формуле
(11.3)
где – давление ветра, соответствующее скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А (11.1.6), определяемой с 10-минутным интервалом осреднения и превышаемой в среднем один раз в 50 лет.
Таблица 11.1Таблица ветровых нагрузок в зависимости от ветрового района
|
Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения Ж) |
Iа |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
|
w0, кПа |
0,17 |
0,23 |
0,30 |
0,38 |
0,48 |
0,60 |
0,73 |
0,85 |
11.1.5 Эквивалентная высота ze определяется следующим образом.
1. Для башенных сооружений, мачт, труб и т.п. сооружений
ze = z.
2. Для зданий:
а) при h <= d -> ze = h;
б) при d < h <= 2d:
для z >= h – d ->ze = h;
для 0 < z < h – d-> ze = d;
в) при h > 2d:
для z >= h – d -> ze = h;
для d < z < h – d -> ze = z;
для 0 < z <= d -> ze = d.
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.
Таблица 11.2
|
Высота ze, 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 |
k(ze) = k10(ze/10)2a. (11.4)
Значения параметров k10 и a для различных типов местностей приведены в таблице 11.3.
Таблица 11.3
|
Параметр |
Тип местности |
||
|
А |
В |
С |
|
|
a |
0,15 |
0,20 |
0,25 |
|
k10 |
1,0 |
0,65 |
0,4 |
|
z10 |
0,76 |
1,06 |
1,78 |
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.
Примечания
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 wpна 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
wp = wmz(ze)v, (11.5)
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);
|
Высота ze, м |
Коэффициент пульсаций давления ветра z 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 |
z(ze) = z10(ze/10)–a. (11.6)
Значения параметров z10 и a для различных типов местностей приведены в таблице 11.4;
б) для всех сооружений (и их конструктивных элементов), у которых f1 < fl < f2, – по формуле
wp = wmxz(ze)v, (11.7)
где f2 – вторая собственная частота;
- xde1f1;
(11.8)
Здесь w0 (Па) – нормативное значение давления ветра (11.1.4);
k(zэк) – коэффициент, учитывающий изменение давления ветра для высоты zэк (11.1.6);
- gf
Для конструктивных элементов zэк – высота z, на которой они расположены; для зданий и сооружений zэк = 0,7h, где h – высота сооружений;
в) для сооружений, у которых вторая собственная частота меньше предельной, необходимо производить динамический расчет с учетом s первых форм собственных колебаний. Число s следует определять из условия
fs < fl < fs+l;
г) при расчете зданий допускается учитывать динамическую реакцию по трем низшим собственным формам колебаний (двум изгибных и одной крутильной или смешанным крутильно-изгибным).
Примечание – При расчете многоэтажных зданий высотой до 40 м и одноэтажных производственных зданий высотой до 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5, размещаемых в местностях типа А и В (см. 11.1.6), пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается определять по формуле (11.5).
11.1.9 Усилия и перемещения при учете динамической реакции по s собственным формам определяются по формуле
(11.9)
где X – суммарные усилия или перемещения;
Xs – усилия или перемещения по s-й форме колебаний.
11.1.10 Предельное значение частоты собственных колебаний fl, Гц, следует определять по таблице 11.5.
Таблица 11.5
|
Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения Ж) |
fl, Гц |
|
|
||
|
Iа |
0,85 |
2,6 |
|
I |
0,95 |
2,9 |
|
II |
1,1 |
3,4 |
|
III |
1,2 |
3,8 |
|
IV |
1,4 |
4,3 |
|
V |
1,6 |
5,0 |
|
VI |
1,7 |
5,6 |
|
VII |
1,9 |
5,9 |
Значение логарифмического декремента колебаний d следует принимать:
а) для железобетонных и каменных сооружений, а также для зданий со стальным каркасом при наличии ограждающих конструкций d = 0,3;
б) для стальных сооружений футерованных дымовых труб, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах d = 0,15.
11.1.11 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления v следует определять для расчетной поверхности сооружения или отдельной конструкции, для которой учитывается корреляция пульсаций.
Расчетная поверхность включает в себя те части наветренных и подветренных поверхностей, боковых стен, кровли и подобных конструкций, с которых давление ветра передается на рассчитываемый элемент сооружения.
Если расчетная поверхность близка к прямоугольнику, ориентированному так, что его стороны параллельны основным осям (рисунок 11.2), то коэффициент v следует определять по таблице 11.6 в зависимости от параметров r и c, принимаемых по таблице 11.7.
|
r, м |
Коэффициент v при c, м, равном |
||||||
|
5 |
10 |
20 |
40 |
80 |
160 |
350 |
|
|
0,1 |
0,95 |
0,92 |
0,88 |
0,83 |
0,76 |
0,67 |
0,56 |
|
5 |
0,89 |
0,87 |
0,84 |
0,80 |
0,73 |
0,65 |
0,54 |
|
10 |
0,85 |
0,84 |
0,81 |
0,77 |
0,71 |
0,64 |
0,53 |
|
20 |
0,80 |
0,78 |
0,76 |
0,73 |
0,68 |
0,61 |
0,51 |
|
40 |
0,72 |
0,72 |
0,70 |
0,67 |
0,63 |
0,57 |
0,48 |
|
80 |
0,63 |
0,63 |
0,61 |
0,59 |
0,56 |
0,51 |
0,44 |
|
160 |
0,53 |
0.53 |
0,52 |
0,50 |
0,47 |
0,44 |
0,38 |
При расчете сооружения в целом размеры расчетной поверхности следует определять с учетом указаний Д.1 приложения Д, при этом для решетчатых сооружений в качестве расчетной поверхности необходимо принимать размеры расчетной поверхности по его внешнему контуру.
Таблица 11.7
| Основная координатная плоскость, параллельно которой расположена расчетная поверхность | r | c |
| zoy | b | h |
| zox | 0,4а | h |
| хоу | b | а |
11.1.12 Коэффициент надежности по ветровой нагрузке следует принимать равным 1,4.
Добавить комментарий