Ветровое давление на сооружение

Ветровое давление на сооружение – давление или разряжение, создающиеся на поверхности сооружения обтекающим его ветром.

***

Ветровые нагрузки

6.1. Ветровую нагрузку на сооружение следует рассматривать как 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 зданий с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами;

либо как нормальное давление wx, wy обусловленное общим сопротивлением сооружения в направлении осей x и y и условно приложенное к проекции сооружения на плоскость, перпендикулярную соответствующей оси.

При проектировании высоких сооружений, относительные размеры которых удовлетворяют условию h/d > 10, необходимо дополнительно производить поверочный расчет на вихревое возбуждение (ветровой резонанс); здесь h – высота сооружения, d – минимальный размер поперечного сечения, расположенного на уровне 2/3h.

6.2. Ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих.

При определении внутреннего давления wi, а также 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 типов А и В (см. п.6.5), пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.

6.3. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле

wm = wokc; (6)

где,

wo – нормативное значение ветрового давления (см. п. 6.4);

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (см. п. 6.5);

c – аэродинамический коэффициент (см. п. 6.6).

6.4. Нормативное значение ветрового давления wo следует принимать в зависимости от ветрового района СССР по данным табл. 5.

Таблица 5

Ветровые районы СССР (принимаются по карте 3 обязательного приложения 5) Iа I II III IV V VI VII

wo, кПа (кгс/м2 ) 0,17 (17) 0,23 (23) 0,30 (30) 0,38 (38) 0,48 (48) 0,60 (60) 0,73 (73) 0,85 (85)

Для горных и малоизученных районов, обозначенных на карте 3, нормативное значение ветрового давления wo допускается устанавливать на основе данных метеостанций Госкомгидромета, а также результатов обследования районов строительства с учетом опыта эксплуатации сооружений. При этом нормативное значение ветрового давления wo, Па, следует определять по формуле

wo = 0,61 v2o;

где vo – численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответствующей 10-минутному интервалу осреднения и превышаемой в среднем раз в 5 лет (если техническими условиями, утвержденными в установленном порядке, не регламентированы другие периоды повторяемости скоростей ветра).

6.5. Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл. 6 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

B – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С – городские районы с 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 2 км – при большей высоте.

Таблица 6

Высота z, м Коэффициент k для типов местности

A B C

5 0,75 0,50 0,40

10 1,00 0,65 0,40

20 1,25 0,85 0,55

40 1,50 1,10 0,80

60 1,70 1,30 1,00

80 1,85 1,45 1,15

100 2,00 1,60 1,25

150 2,25 1,90 1,55

200 2,45 2,10 1,80

250 2,65 2,30 2,00

300 2,75 2,50 2,20

350 2,75 2,75 2,35

480 2,75 2,75 2,75

Примечание. При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

При определении компонентов ветровой нагрузки we, wf, wi, wx, wy следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления ce, трения cf, внутреннего давления ci и лобового сопротивления cx или cy, принимаемых по обязательному приложению 4, где стрелками показано направление ветра. Знак "плюс" у коэффициентов ce или ci соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак "минус" – от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

При расчете креплений элементов ограждения к несущим конструкциям в углах здания и по внешнему контуру покрытия следует учитывать местное отрицательное давление ветра с аэродинамическим коэффициентом ce = -2, распределенное вдоль поверхностей на ширине 1,5 м (черт. 1).

В случаях, не предусмотренных обязательным приложением 4 (иные формы сооружений, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока или составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям и т. п.), аэродинамические коэффициенты допускается принимать по справочным и экспериментальным данным или на основе результатов продувок моделей конструкций в аэродинамических трубах.

Примечание. При определении ветровой нагрузки на поверхности внутренних стен и перегородок при отсутствии наружного ограждения (на стадии монтажа здания) следует использовать аэродинамические коэффициенты внешнего давления ce или лобового сопротивления cx.

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z следует определять:

а) для сооружений (и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний f1, Гц, больше предельного значения собственной частоты fl, (см. п. 6.8), – по формулеwp = wm?v; (8)

где

wm – определяется в соответствии с п. 6.3;

? – коэффициент пульсаций давления ветра на уровне z, принимаемый по табл. 7;

v – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. п. 6.9);

Таблица 7

Высота z, м Коэффициент пульсаций давления ветра ? для типов местности

A B C

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

Коэффициенты динамичности

1 – для железобетонных и каменных сооружений, а также зданий со стальным каркасом при наличии ограждающих конструкций (? = 0,3); 2 – для стальных башен, мачт, футерованных дымовых труб, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах (? = 0,15)

б) для сооружений (и их конструктивных элементов), которые можно рассматривать как систему с одной степенью свободы (поперечные рамы одноэтажных производственных зданий, водонапорные башни и т.д.), при f1 < fl – по формулеwp = wm??v; (9)

где

& – коэффициент динамичности, определяемый по черт. 2 в зависимости от параметра и логарифмического декремента колебаний ? (см.п. 6.8);

yf – коэффициент надежности по нагрузке (см.п. 6.11);

wo – нормативное значение ветрового давления, Па (см. п. 6.4);

в) для зданий, симметричных в плане, у которых f1 < fl, а также для всех сооружений, у которых f1 < fl < f2 (где f2 – вторая частота собственных колебаний сооружения), – по формулеwp = m??y; (10)

где

m – масса сооружения на уровне z, отнесенная к площади поверхности, к которой приложена ветровая нагрузка;

& – коэффициент динамичности (см. п.6.7, б);

y – горизонтальное перемещение сооружения на уровне z по первой форме собственных колебаний (для симметричных в плане зданий постоянной высоты в качестве y допускается принимать перемещение от равномерно распределенной горизонтально приложенной статической нагрузки);

yy – коэффициент, определяемый посредством разделения сооружения на r участков, в пределах которых ветровая нагрузка принимается постоянной, по формуле (11)

где

Mk – масса k-го участка сооружения;

Yk – горизонтальное перемещение центра k-го участка;

wpk – равнодействующая пульсационной составляющей ветровой нагрузки, определяемой по формуле (8), на k-й участок сооружения.

Для многоэтажных зданий с постоянными по высоте жесткостью, массой и шириной наветренной поверхности нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на уровне z допускается определять по формуле (12)

где wph – нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте h верха сооружения, определяемое по формуле

Предельное значение частоты собственных колебаний fl, Гц, при котором допускается не учитывать силы инерции, возникающие при колебаниях по соответствующей собственной форме, следует определять по табл. 8.

Таблица 8

Ветровые районы СССР (принимаются по карте 3 обязательного приложения 5) fl, Гц, при

& = 0,3 ? = 0,15

Ia 0,85 2,6

I 0,95 2,9

II 1,10 3,4

III 1,20 3,8

IV 1,40 4,3

V 1,60 5,0

VI 1,70 5,6

VII 1,90 5,9

Значение логарифмического декремента колебаний ? следует принимать:

а) для железобетонных и каменных сооружений, а также для зданий со стальным каркасом при наличии ограждающих конструкций ? = 0,3;

б) для стальных башен, мачт, футерованных дымовых труб, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах, ? = 0,15.

6.9. Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления v следует определять для расчетной поверхности сооружения, на которой учитывается корреляция пульсаций.

Расчетная поверхность включает в себя те части поверхности наветренных, подветренных, 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 (черт. 3), то коэффициент v следует определять по табл. 9 в зависимости от параметров p и ?, принимаемых по табл. 10.

Основная система координат при определении коэффициента корреляции v

При расчете сооружения в целом размеры расчетной поверхности следует определять с учетом указаний обязательного приложения 4, при этом для решетчатого сооружения необходимо принимать размеры расчетной поверхности по его внешнему контуру.

Таблица 9 p, м Коэффициент v при ?, м, равных

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

Таблица 10

Основная координатная плоскость, параллельно которой расположена расчетная поверхность p ?

zoy b h

zox 0,4a h

xoy b a

Для сооружений, у которых f2 fl, необходимо производить динамический расчет с учетом s первых форм собственных колебаний. Число s следует определять из условия

fs fl fs+1

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке &f, следует принимать равным 1,4.

..

Некоторые тексты близкой тематики