Средняя составляющая ветровой нагрузки. Расчет снеговой и ветровой нагрузки

На примере были собраны вертикальные нагрузки на фундаменты каркасного дома. При жестком соединении колонн с фундаментами для расчета последних нужно определить также моменты и поперечные силы. В этой статье мы займемся сбором ветровых нагрузок на рамы здания.

Естественно, объема статьи не хватит, чтобы определить нагрузку на все фундаменты, поэтому мы выберем одну колонну на пересечении осей «Б» и «2» (на плане – розовая) и для нее будем стремиться определить нагрузку.

Для этого нам нужно будет «вырезать» две рамы – вдоль оси «Б» и вдоль оси «2», собрать на них ветер, а затем с учетом вертикальных нагрузок из статьи «Сбор нагрузок в каркасном доме» рассчитать эти рамы (расчет рам изложен в статье «Расчет каркаса с плоскими перекрытиями для определения нагрузки на фундамент»).

Сбор ветровой нагрузки на раму вдоль оси «Б» (ветер слева)

Первым делом открываем ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия», раздел 9 «Ветровые нагрузки».

Чтобы найти расчетное значение ветровой нагрузки на 1 кв. метр здания, воспользуемся формулой (9.2):

Wе = γ fe * W 0 *C.

Значение W 0 – это по сути полное нормативное ветровое давление на высоте до 10 м, мы определим по таблице из приложения Е, выбрав ветровую нагрузку для нужного города; W 0 = 470 Па = 47 кг/м 2 .

Коэффициент надежности по эксплуатационному расчетному значению ветровой нагрузки γ fe выбираем из таблицы пункта 9.15 при η = 0,02 (для объектов массового строительства); γ fe = 0,21.

Коэффициент С определяется по формуле (9.3):

С = Сaer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd.

Разберем, как находить каждый из коэффициентов.

1) Коэффициент Сaer – это аэродинамический коэффициент, который зависит от формы здания. Дело в том, что при одинаковой силе ветра (в нашем случае это 47 кг/м 2) при обдуве зданий разной конфигурации мы получим разный эффект, выраженный в усилении или ослаблении этого ветрового давления на поверхность. Коэффициент вполне логичен, а его значение получено опытным путем. Чтобы найти Сaer для нашей конструкции, нужно заглянуть в схему 2 приложения И, в которой рассмотрено здание с двускатными покрытиями:

На схеме мы видим разрез дома и его план, а также коэффициенты Ce c индексами от 1 до 3, которые и будут равны искомому Сaer для разных частей здания. Заметьте также, что на схеме указано направление ветра, для которого верны данные коэффициенты. Так как рама у нас вдоль оси «Б» не симметрична, необходимо будет в итоге сделать расчет рамы для ветра в двух направлениях: со знаком «+» и «-», выбрав затем наихудшие значения усилий.

Итак, на стену по оси «1» (левую) ветер будет действовать с понижающим коэффициентом Се = + 0,8 (знак «+» означает, что ветер действует на поверхность; знак «-» - ветер действует от поверхности, как бы отрывая от нее).

Для правой стены по оси «4» коэффициент С е3 нужно найти из таблицы того же приложения И, для этого определим два значения:

1 – отношение b /l = 9.5/9 = 1.05, где b – длина здания в плане (перпендикулярно ветру), l – длина здания в плане (вдоль направления ветра);

2 – отношение h 1 /L = 5/9 = 0.55, где h 1 – высота дома от уровня земли до низа крыши; L – длина здания (вдоль направления ветра).

Так как полученные нами значения 1,05 и 0,55 не совпадают с имеющимися в таблице, нужно определять значения С е3 интерполяцией.

Предлагаю сделать это графическим методом (в любой чертежной программе).

Шаг 1. Найдем значение С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 0,5:

Откладываем отрезок равный 1 (2-1=1). С одной стороны вниз откладываем отрезок длиной 0,4 (соответствует 1); с другой – 0,5 (соответствует 2). Значения 0,4 и 0,5 мы взяли из таблицы приложения И. Соединяем отрезки наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 1, на 20 частей, т.к. (2-1)/(1,05-1)=20; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 1,05 до 1,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 1,05, и измеряем его длину: -0,405 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,4 и 0,5 – тоже с минусом).

Шаг 2. Найдем значение С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 1:

Делаем все по тому же принципу, только с одной стороны откладываем отрезок длиной 0,5; с другой – 0,6. Получаем значение -0,505 .

Шаг 3. Найдем значение С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 0,55:

Откладываем отрезок равный 0,5 (1-0,5=0,5). С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,405 (соответствует 0,5); с другой – 0,505 (соответствует 1). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 0,5, на 10 частей, т.к. (1-0,5)/(0,55-0,5)=10; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 0,55 до 0,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 0,55, и измеряем его длину: -0,415 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,405 и 0,505 – тоже с минусом).

В итоге, мы нашли искомый коэффициент С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 0,55:

Для левого ската крыши коэффициент С е1 также определяется интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h 1 /L = 0,55.

Шаг 1. Найдем значение С е1 при α = 30 и h 1 /L = 0,5:

Откладываем отрезок равный 20. С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,4 вниз – так как 0,4 у нас со знаком «-» (соответствует 20); с другой – 0,3 вверх – так как 0,3 со знаком «+» (соответствует 40). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 20, на 2 части, т.к. (40-20)/(30-20)=2. Откладываем отрезок (розовый), соответствующий значению 30 градусов, и измеряем его длину: -0,05 – это искомая величина (с минусом потому, что отрезок отложен вниз).

Шаг 2. Найдем значение С е1 при α = 30 и h 1 /L = 1:

Откладываем отрезок равный 20. С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,7 вниз – так как 0,7 у нас со знаком «-» (соответствует 20); с другой – 0,2 вниз – так как 0,2 тоже со знаком «-» (соответствует 40). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 20, на 2 части, т.к. (40-20)/(30-20)=2. Откладываем отрезок (розовый), соответствующий значению 30 градусов, и измеряем его длину: -0,45 – это искомая величина (с минусом потому, что он отложен вниз).

Шаг 3. Найдем значение С е1 при α = 30 и h 1 /L = 0,55:

Откладываем отрезок равный 0,5. С одной стороны вниз откладываем найденный в шаге 1 отрезок длиной 0,05 (соответствует 0,5); с другой – 0,45 (соответствует 1). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 0,5, на 10 частей, т.к. (1-0,5)/(0,55-0,5)=10; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 0,55 до 0,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 0,55, и измеряем его длину: -0,09 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,05 и 0,45 – тоже с минусом).

В итоге, мы нашли искомый коэффициент С е1 при α = 30 и h 1 /L = 0,5:

Для правого ската крыши коэффициент С е2 определяем интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h 1 /L = 0,55.

Искомый коэффициент С е2 при? = 30 и h 1 /L = 0,5:

2) Коэффициент Сh – это коэффициент высоты здания, который дает увеличение ветрового давления с увеличением высоты дома. Легко представить: чем выше взобраться, тем сильнее ветер. Обратите внимание, что подбирать этот коэффициент нужно по изменению 1 к ДБН «Нагрузки и воздействия». Согласно этому документу коэффициент Сh определяется по табл.9.01 для зданий и сооружений, старший период собственных колебаний которых не превышает 0,25 сек, и по табл.9.02 для всех других зданий и сооружений. Как разобраться с этими таблицами и периодами собственных колебаний? Если конфигурация здания сбалансирована настолько, что ветер не создаст значительных колебаний конструкции, то значения коэффициента берутся из таблицы 9.01 (в ней коэффициенты значительно меньшие, чем в таблице 9.02). Проверить старший период собственных колебаний конструкции можно, рассчитав ее в программном комплексе (например, с этой задачей справляются Мономах и Лира). Для нашего скромного домика мы возьмем данные из таблицы 9.01.

Зададимся типом местности II – сельская местность.

Для части здания ниже 5 метров Сh = 0,7. В нашем примере это как раз стены дома. Для крыши будет следующий коэффициент Сh = 0,82 (находится интерполяцией при максимальной высоте дома 7,9 м).

3) Коэффициент Сalt – это коэффициент, учитывающий размещения дома на высоте над уровнем моря. При проектировании любого объекта у нас всегда есть данные по абсолютной отметке, к которой мы уже потом привязываем относительные. Если эта абсолютная отметка меньше 500 м, то Сalt = 1. Если дом строится в горах, то коэффициент равен удвоенной величине абсолютной отметки (в километрах).

В нашем случае для г. Николаева Сalt = 1.

4) Коэффициент Сrel – учитывает рельеф местности и повышается, если дом стоит на склоне. Для ровной местности Сrel = 1.

5) Коэффициент Сdir = 1, можете почитать о нем в ДБН, по-видимому, больше единицы он бывает в каких-то исключительных случаях, о которых ДБН умалчивает.

6) Коэффициент Сd = 1, он, как и коэффициент Сh , зависит от периода колебаний здания.

1) для левой стены по оси «1»

С = 0,8*0,7*1*1*1*1 = 0,56;

2) для правой стены по оси «4»

С = -0,415*0,7*1*1*1*1 = -0,29;

W е 2 = 0,21*47*(-0,29) = -2,86 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания );

3) для левого ската крыши (у оси «1»)

С = -0,09*0,82*1*1*1*1 = -0,07;

W е 3 = 0,21*47*(-0,07) = -0,7 кг/м 2 (отрывающая нагрузка);

4) для правого ската крыши (у оси «4»)

С = -0,41*0,82*1*1*1*1 = -0,34;

W е 4 = 0,21*47*(-0,34) = -3,36 кг/м 2 (отрывающая нагрузка).

Определим ветровую нагрузку W (кг/м), приходящуюся на раму по оси «Б». Для этого нужно умножить распределенную по площади нагрузку W е на расчетный пролет сбора нагрузки для колонны (стропильной ноги). Расчетный пролет для крайних колонн, к которым приложена ветровая нагрузка (согласно плану в начале статьи), равен 2,75 м. Стропильные ноги установлены с шагом 1,2 м, значит для всех стропильных ног, кроме крайних (на торцах здания) расчетный пролет будет равен 1,2 м; для крайних – 1,2/2 = 0,6 м.

Ветер слева:

W 2 = W е 2 *L = -2,86*2.75 = -7,9 кг/м;

W 3 = W е 3 *L = -0,7*1,2 = -0,84 кг/м;

W 4 = W е 4 *L = -3,36* 1,2 = -4,03 кг/м.

На рисунке значения ветровой нагрузки указаны без знака «-», т.к. стрелками указано направление действия нагрузок.

Сбор ветровой нагрузки на раму вдоль оси «2» (ветер слева)

Расчетное значение ветровой нагрузки на 1 кв. метр здания:

W е = ? fe * W 0 *C .

Здесь W 0 = 470 Па = 47 кг/м 2 ; ? fe = 0,21 – как и в предыдущем расчете.

Коэффициент С определяется по формуле:

С = Сaer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd;

здесь Calt = Crel = Cdir = Cd = 1; Ch = 0,7 – до 5 метров; Ch = 0,82 – до верха дома (как в предыдущем расчете).

Найдем Сaer для частей здания (ветер слева).

На стену по оси «А» (левую) ветер будет действовать с понижающим коэффициентом Се = + 0,8.

Для правой стены по оси «Г» коэффициент С е3 нужно найти из таблицы, для этого определим два значения:

1 – отношение b /l = 9 /9,5 = 0,95, где b – длина здания в плане (перпендикулярно ветру), l – длина здания в плане (вдоль направления ветра);

2 – отношение h 1 /L = 5/9,5 = 0.53, где h 1 – высота дома от уровня земли до низа крыши; L – ширина здания (вдоль направления ветра).

Так как полученные нами значения 0,95 и 0,53 не совпадают с имеющимися в таблице, нужно определять значения С е3 интерполяцией.

Согласно примечанию к схеме 2 приложения И (ДБН «Нагрузки и воздействия») при ветре, перпендикулярном торцу здания, для всего покрытия Се = -0,7.

Определим коэффициент С и распределенную по поверхности стен и крыши ветровую нагрузку W е (ветер слева):

1) для левой стены по оси «А» на уровне до 5 м:

С = 0,8*0,7*1*1*1*1 = 0,56;

W е 1 = 0,21*47*0,56 = 5,53 кг/м 2 ;

для левой стены по оси «А» на уровне 7,9 м:

С = 0,8*0,82*1*1*1*1 = 0,66;

W е 1 " = 0,21*47*0,66 = 6,51 кг/м 2 ;

2) для правой стены по оси «Г» на уровне до 5 м:

С = -0,406*0,7*1*1*1*1 = -0,28;

W е 2 = 0,21*47*(-0,28) = -2,76 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания );

для правой стены по оси «Г» на уровне 7,9 м:

С = -0,406*0,82*1*1*1*1 = -0,33;

W е 2 " = 0,21*47*(-0,33) = -3,26 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания );

3) для коньковой балки по оси «Б»:

С = -0,7*0,82*1*1*1*1 = -0,57;

W е 3 = 0,21*47*(-0,57) = -5,63 кг/м 2 (отрывающая нагрузка).

Для варианта «ветер справа» нагрузки будут зеркальны.

Определим ветровую нагрузку W (кг/м), приходящуюся на раму по оси «2». Для этого нужно умножить распределенную по площади нагрузку W е на расчетный пролет сбора нагрузки для колонны (балки). Расчетный пролет для крайних колонн, к которым приложена ветровая нагрузка, разный для первого и второго этажей, т.к. на первом этаже есть колонна по оси «3», а на втором этаже этой колонны уже нет. В итоге, расчетный пролет для первого этажа (до трех метров) равен 3 м, а для второго этажа – 4,5 м. Уменьшением нагрузки на верхнюю часть колонны, в связи с уменьшением площади сбора нагрузки (стена сужается из-за крыши), пренебрегаем для упрощения расчета, эта нагрузка пойдет в запас. Расчетный пролет для коньковой балки равен сумме половины пролетов каждой стропильной ноги: 2,6 + 2,6 = 5,2 м.

Ветер слева:

W 1 = W е 1 *L = 5.53*2.75 = 15.2 кг/м;

W 1 = W е 1 *L = 5.53*4,5 = 24,9 кг/м;

W 1 = W е 1 " *L = 6,51*4,5 = 29,3 кг/м

(ветровая нагрузка на уровне от 5 до 7,9 м переменная, она возрастает от 24,9 до 29,3 кг/м);

W 2 = W е 2 *L = -2,76*2.75 = -7,6 кг/м;

W 2 = W е 2 *L = -2,76*4,5 = -12,4 кг/м;

W 2 = W е 2 " *L = -3,26*4,5 = -14,7 кг/м

(ветровая нагрузка на уровне от 5 до 7,9 м переменная, она возрастает от -12,4 до -14,7 кг/м);

W 3 = W е 3 *L = -5,63*5,2 = -29,3 кг/м.

Итак, ветровые нагрузки собраны. Можно приступать к расчету рам дома для определения нагрузок на столбчатые фундаменты.

Внимание! Для удобства ответов на ваши вопросы создан новый раздел "БЕСПЛАТНАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ" .

А в комментариях к этой теме прошу задавать вопросы только по содержанию статьи.

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.

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 м 2 (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 « ».

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 v в 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 м 2 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/м 3 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 м 3

в ячейке D10: =D3*D4*D5 =10,000

V =S *v в *t

7. Массу воздухаm 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 *v в 2 /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 *v в 3 /2)* КПД

При реальных КПД ветроэнергетических установок около 0,3...0,4, при скорости ветра v в =10 м/с и диаметре лопастей ветряка d =1,13 м (площадь круга S =1 м 2) 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 v в >4 м/с, выходя на рабочий режим при скорости v в =9…13 м/с. Однако уже при скорости ветраv в >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 v в 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 это24 м/с.

2. Плотность воздуха γ в кг/м 3 вписываем

в ячейку D5: =1,293

3. Ускорение свободного падения на поверхности нашей планеты g в м/с 2 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 стенкиQ в кг/м 2 определяем

в ячейке D9: =D3^2*D5/2/D6 =38,0

Q =v в 2 * γ /(2* g )

6. Максимальную для данной местности ветровую нагрузку на плоскую поверхностьW в кг/м 2 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 γ f

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

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

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

4. Задаем эквивалентную высоту объекта над землей z e 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

c max < 2,2 — с наветренной стороны

c min > -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 ветраν определяем по п.11.1.11 СП 20.13330.2011 изаносим

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 w 0 в кг/м 2 считываем

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

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

v в = (w 0 * g *2/ γ )^0,5

и в ячейке D13: =D12/1000*60*60 =76,8

v в ’ =v в /1000*60*60

10. Параметр k 10 считываем

11. Параметр α считываем

12. Параметр ζ 10 считываем

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

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

k (z e) = k 10 *(z e /10 ) ^(2* α )

14. Коэффициент пульсации ветра ζ(z e) вычисляем

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

ζ(z e) = ζ 10 *(z e /10)^(-α )

15. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w m в кг/м 2 рассчитываем

в ячейке D19: =D11*D17*D7 =19,2

w m = w 0 * k (z e) * c

16. Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки w p вкг/м 2 определяем

в ячейке D20: =D19*D9*D18*D8 =23,9

w p = w m * ξ * ζ(z e) * ν

17. Нормативное значение ветровой нагрузки w вкг/м 2 вычисляем

в ячейке D21: =D19+D20 =43,1

w = w m +w p

18. Расчетную ветровую нагрузку W вкг/м 2 с учетом коэффициента надежности рассчитываем

в ячейке D22: =D21*D3 =60,3

W = w * γ f

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.

Для расчета на ветровую нагрузку строительных конструкций, имеющих форму круглого цилиндра (башни, дымовые трубы, трубопроводы, провода, стальные канаты и т. п.), а также ферм, составленных из трубчатых или круглых стержней, необходимо знание числа Рейнольдса, чтобы по или определить их коэффициент лобового сопротивления. Влияние удлинения цилиндра учитывают по .

По СНиП коэффициент лобового сопротивления круглых цилиндров принимают по рис. 3.25, построенному для средней шероховатости цилиндров, например стальных дымовых труб, стальных трубопроводов, трубчатых элементов решетчатых стальных конструкций и т. п.

При вычислении числа Рейнольдса скорость потока определяют по формуле

При определении ветровой нагрузки на конструкции, составленные из стержней круглого профиля, коэффициент лобового сопротивления берется с учетом шероховатости и числа Рейнольдса, вычисленного для каждого диаметра цилиндра.

В расчетах конструкций из круглых цилиндров (трубы, провода, канаты) за рубежом распространены равноценные числу Рейнольдса критерии; в частности, закризисным обтеканием считается, когда Vd≥7 или d√ q ≥1,5, что соответствует числам Рейнольдса 470000 и 410000 (скорость в м/сек, диаметр в м).

Коэффициент лобового сопротивления шероховатых круглых цилиндров в зависимости от числа Рейнольдса показан на рис. 3.25. По нормам ГДР шероховатость гладких цилиндров строительных конструкций принимается равной 2·10 -4 , при умеренной шероховатости - 4·10 -4 , при шероховатой поверхности, например обледенелой, - 8·10 -4 . Размеры зерен шероховатости: для цельнотянутых и прокатных труб принимаются 0,01-0,05 мм, для сварных стальных труб - 0,05-0,2 мм, для стальных труб, образованных из листа с помощью заклепок или болтов, в зависимости от числа заклепок или болтов на единицу длины, - 0,2-2 мм. Шероховатость стальных трубчатых элементов решетчатых конструкций принимается 4·10 -4 . Эти данные относятся к трубам с нерегулярной шероховатостью.

Шероховатость может быть упорядоченной, например в виде регулярных ребер различной формы поперечного сечения по образующим цилиндрам, волнистый с разной длиной и высотой волны и др.

По французским нормам коэффициент лобового сопротивления бесконечно длинных многогранных призм без ребер и закруглений углов приведен в табл. 3.4.

Коэффициент лобового сопротивления бесконечно длинного цилиндра с регулярными ребрами квадратного или треугольного сечения (шероховатость 0,04), волнистого с крупной, средней и мелкой волной соответственно с шероховатостью 0,033; 0,03 и 0,01 равен 0,65-0,75. Наибольшие значения коэффициента сх у цилиндра с треугольным гофром (0,75) и мелковолнистым (0,70). Эти данные относятся к закризисному обтеканию цилиндров- числа Рейнольдса 0,4·10 6 ÷1,8·10 8 . Коэффициент лобового сопротивления гладкого круглого цилиндра, определенный в той же аэродинамической трубе и в том же интервале чисел Рейнольдса, - 0,4-0,55.

Исследование сопротивления моделей газгольдеров с ребрами (относительная шероховатость 0,006) при отношении высоты к диаметру, равном двум (удлинение λ=4), и числе Рейнольдса Re=6,3·10 5 и более показало, что коэффициент c x =0,68; коэффициент лобового сопротивления гладкого цилиндра того же удлинения в нижекритической области равен 0,74 (Флаксбарт).

Коэффициент лобового сопротивления изолированного круглого цилиндра, наклоненного к потоку под углом скольжения β, понижается с ростом этого угла быстрее, чем коэффициент с х плоской пластинки. Картина похожа на обтекание потоком как бы эллиптического цилиндра. Опытные значения коэффициента лобового сопротивления цилиндра хорошо аппроксимируются графиком sin 3 β. По другим данным, показатель степени ближе к 2,7. Коэффициент полного сопротивления цилиндра, расположенного под углом β к скорости потока, равен: c n =c x sin 2 β .

Для определения лобового сопротивления цилиндров с учетом числа Рейнольдса скорость потока принимают умноженной на sin α или sin β, если цилиндр расположен под углами атаки а или скольжения β. В случае обтекания цилиндра до кризиса такое уточнение не влияет на его сопротивление в большом интервале чисел Рейнольдса ().

Коэффициенты лобового сопротивления квадратного и шестигранного цилиндров бесконечной длины при Re=(0,34÷1,8)·10 8 и направлении потока на грань - 1,08 и 0,93, при потоке на угол - 1,18 и 1,23 соответственно.

На рис. 3.27 приведены опытные значения коэффициента лобового сопротивления квадратного цилиндра (призмы) бесконечной длины и с удлинением λ=5 в зависимости от угла атаки. Число Рейнольдса в опытах было равно 1,8·10 5 . Как видно на рис. 3.27, у длинного цилиндра минимум значения коэффициента с х наступает при угле атаки α=20°, а у цилиндра с удлинением λ=5 - при угле λ=25°. Характерно, что наибольшая нагрузка на квадратную сплошностенчатую башню будет при действии ветра по диагонали (α=45°), так как ее наветренная площадь возросла в 1,41 раза, а значение с х снизилось лишь в 1,3 раза. Коэффициент лобового сопротивления цилиндров треугольного и полукруглого сечений (λ=8; Re=90000) изменяется при противоположных направлениях потока приблизительно в два раза.

На рис. 3.28 приведены данные исследований в трубе круглых цилиндров (Re=565000) с различно расположенными пластинчатыми накладками - интерцепторами, используемыми для гашения вибрации трубчатых конструкций при ветре . Коэффициент лобового сопротивления цилиндра с накладками увеличивается до двух и более даже при относительно невысоких полосах. Цилиндры с накладками приближаются к многогранным призмам, коэффициент лобового сопротивления которых может быть до 1,4. Эти данные свидетельствуют о недопустимости простого суммирования ветровой нагрузки на гладкий круглый цилиндр с нагрузкой на небольшие по размерам детали. Коэффициент с х цилиндра с деталями на нем должен приниматься повышенным.

Влияние небольшого изменения формы поперечного сечения тела на коэффициент лобового сопротивления показано также на круглом цилиндре с невысокой накладкой, установленной по образующей под различными углами к передней критической точке (рис. 3.29). Накладкой служила круглая проволока диаметром 3 мм. Опыты проводились на цилиндре диаметром 30 мм с удлинением 4,4; число Рейнольдса до 5,5·10 4 . Как видно, накладка может как повышать, так и понижать лобовое сопротивление цилиндра. Наибольшее значение коэффициента с х =1,02 цилиндра с накладкой будет при α=60÷70°, наименьшее с х =0,6 - при α=20÷30°. Существенно то, что появилась стационарная подъемная сила, величина и знак которой зависят от места накладки на цилиндре (МГУ).

Наибольший коэффициент лобового сопротивления получается при накладках, расположенных по образующим цилиндра; у цилиндра с геликоидальными накладками он меньше. Наименьший коэффициент сопротивления будет в случае спирально расположенных накладок, так как на шаге спирали будут участки, где интерцептор уменьшает лобовое сопротивление цилиндра (см. рис. 3.29).

В нормах ГДР для расчета железобетонных труб, применяемых в качестве опор телевизионных антенн, местное продольное утолщение по образующей цилиндра учитывают в величине коэффициента с х. При расположении утолщения против потока (угол α=0°) значение с х принимают 0,85, при угле α=90° берут c x =1,15, при угле α=180° c x =0,6. Коэффициент лобового сопротивления трубчатой железобетонной башни с окнами по этим нормам принимается равным 0,7.

Коэффициенты лобового сопротивления проводов и стальных канатов спиральной (одинарной) свивки в зависимости от произведения Vd приведены на рис. 3.30 (ВНИИЭ). Разброс опытных величин коэффициента (заштрихованная область) находится в пределах 0,9-1,25. Причина его - влияние величины диаметра провода, количества проволок и диаметра их в верхнем повиве.

Для канатов двойной свивки, т. е. образованных несколькими прядями, свитыми из проволок, коэффициент лобового сопротивления принимают до кризиса равным 1,3 и 1,2 - после кризиса; для проводов и канатов закрытого типа, т. е. из профилированной проволоки во внешнем повиве, коэффициент c x =1,1 и 0,3 соответственно. Коэффициент лобового сопротивления кабелей вантовых и висячих мостов зависит от конструкции кабеля: при шестигранном или другом сечении каната принимают коэффициенты с х для многогранных призм (см. например, или 3.4). Крепежные детали на кабелях учитывают конструктивным коэффициентом или коэффициент лобового сопротивления деталей принимают равным 1,2.

По нормативным материалам для линий электропередачи при направлении ветра под углом к хорде (оси) нити поперечную нагрузку на нее принимают пропорциональной синусу угла между ветром и хордой.

Нагрузка на оттяжки-ванты складывается из собственного веса каната, льда на нем и давления ветра, принимаемого пропорционально sin β.

Тогда

где g - погонный вес каната в кГ/м;
β - угол оттяжки с горизонтом;
w - нагрузка от ветра на единицу длины каната, хорда которого нормальна к направлению потока, в кГ/м;
φ - угол между направлением оттяжки в плане и началом отсчета;
θ - угол между скоростью ветра и началом отсчета, принимаемым за направление наветренной оттяжки.

Горизонтальная узловая нагрузка на ствол мачты с оттяжками при действии ветра на несколько одинаковых оттяжек одного яруса, расположенных равномерно по окружности и под одинаковым углом к горизонту,

В ряде случаев нужны данные о сопротивлении цилиндров разнообразных профилей с различным радиусом скругления острых краев . В табл. 3.5 приведены основные сведения о цилиндрах бесконечной длины. Общим для всех профилей с относительно большими радиусами скругления краев является наступление кризиса обтекания, характеризуемое, как и у круглого цилиндра, резким снижением коэффициента лобового сопротивления. При малом радиусе закругления цилиндры ведут себя как профили с острыми краями, при большом - у них наступает кризис в области чисел Рейнольдса, близких к критическим числам Рейнольдса круглого цилиндра. Разброс чисел Струхаля в области кризиса значительно больше, чем у круглого цилиндра, например, у треугольного сечения цилиндра - с 0,18 до 0,65. С увеличением радиуса скругления краев цилиндров их коэффициент лобового сопротивления до кризиса не изменяется или понижается, но не столь заметно. У профилей с большим относительно характерного размера радиусом закругления коэффициент с х при кризисе падает очень сильно; например, у треугольного цилиндра после скругления с 1,3 до 0,2.

Коэффициент лобового сопротивления скругленных цилиндров конечной длины снижается, как и коэффициент сопротивления круглого цилиндра: он резко падает с уменьшением удлинения, начиная с λ=10 (). При углах скольжения β≠0° лобовое сопротивление таких цилиндров с ростом этого угла снижается не так сильно, как круглого цилиндра. Коэффициент лобового сопротивления немного скругленных цилиндров при углах β≠0° следует скорее закону сопротивления плоской пластинки. Для учета в расчетах удлинения таких цилиндров можно воспользоваться данными на или рис. 3.26.

В СНИП указанно 2 вида нагрузок - Нормативная и Расчетная, разберемся в чем их отличия и когда они применяются: - это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, и провисание тента при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости), а так же разрыву тентовой ткани.
- это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Большим плюсом каркасно-тентовой технологии строительства в этом ситуации является ее свойство по "исключению" этой нагрузки. Исключение подразумевает, что осадки не скапливаются на крыше ангара, благодаря её форме, а так же характеристикам укрывающего материала.

Укрывающий материал
Ангар укомплектовывается тентовой тканью с определенной плотностью (показатель влияющий на прочность) и необходимыми вам характеристиками.

Формы крыши
Все каркасно-тентовые здания имеют покатую форму крыши. Именно покатая форма крыши позволяет снимать нагрузку от осадков с крыши ангара.

Снеговая нагрузка.

I Вариант - посмотреть ваш населенный пункт в таблице
II Вариант - определите на карте номер снегового района, интересующего вас местоположения и переведите их в килограммы, по приведенной ниже таблице.

1. Определите номер вашего снегового района на карте
2. сопоставьте цифру с цифрой в таблице

Плохо видно? Скачайте все карты одним архивом в хорошем разрешении (формат TIFF).

W=Wo*k

Wo - нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ.

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

• А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры.
• B - городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями более 10 м.

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

• 5 м.- 0,75 А / 0.5 B .
• 10 м.- 1 А / 0.65 B°.
• 20 м.- 1,25 А / 0.85 B

Снеговые и ветровые нагрузки в городах РФ.