Домой Нюансы Как производится расчет ветровых нагрузок

Как производится расчет ветровых нагрузок

Нормативы СНиП

Фактически само определение данному параметру дает СНиП № 2.01. 07−85. Согласно этому документу, нагрузка ветровых масс обязана рассматриваться как совокупность следующих входных данных:

  • давления, которое действует на наружные поверхности конструкций элемента сооружений или всего сооружения;
  • силы трения, которая направлена по касательной к плоскости конструкции, отнесенной к площади ее горизонтальной либо вертикальной проекции;
  • фактического давления, приложенного к внутренней плоскости здания с открытыми проемами или проницаемыми ограждающими конструкциями.

Как рассчитать нагрузку

80dc5573ea744ee9de08db07eca4bb73.jpgПри ее вычислении необходимо учитывать два ключевых параметра − пульсационную и среднюю составляющую. Нагрузка определяется как сумма двух этих параметров.

Рассмотрим основную формулу расчета средней составляющей. Если при проектировании ветровой напор учтен не будет, то впоследствии это крайне негативно отразится на эксплуатационных свойствах сооружения или здания.

Средняя составляющая рассчитывается по следующей формуле: W = Wо * k.

Расшифровывается так:

  • W — это расчетный показатель ветровой нагрузки при высоте над поверхностью земли,
  • Wo — это ее нормативный показатель,
  • k — обозначает коэффициент перемены давления по высоте.

Каждое начальное значение из указанной формулы определяется согласно уже имеющимся таблицам. В некоторых случаях при вычислениях употребляют также параметр C — это обозначение аэродинамического коэффициента. Формула в этом случае будет выглядеть таким образом: W = Wo * kс.

Нахождение нормативного значения

0e5ec3dcdd196546930e30851bd1f328.jpgЧтобы определить, какое конкретное значение имеет этот параметр, потребуется прибегнуть к таблице районов по ветровой нагрузке Российской Федерации. Таковых имеется всего восемь, и они легко находятся в свободном доступе в интернете.

Для малоизученных местностей государства, а также для горных регионов этот параметр СНиП позволяет определять по информации официально зарегистрированных метеорологических станций и на основе опыта использования уже имеющихся сооружений и зданий. В таком случае для установления нормативного значения ветровой нагрузки употребляется специальная формула. Выглядит она таким образом: Wo=0.61 * V2o. Здесь V2o — скорость ветра в измерении метр в секунду на уровне 10 метров, который соответствует интервалу усреднения за 10 мин. и превышающей 1 раз за 5 лет.

Расчет ветровых нагрузок

Итак , вы долго согласовывали, делали и наконец смонтировали свою самую лучшую наружную рекламу.

Красота! Все довольны. Но чу… после первого сильного ветра вам звонит рассерженный клиент с шокирующим известием – реклама упала!

bd12382e1badded1827559fd3fa3ff15.jpg

Кошмар рекламщика стал явью…Что же случилось ?

А случилось следующее – при проектировании наружной рекламы был проигнорирован или выполнен неверно расчет ветровой нагрузки на наружную рекламу : на материал и на крепежные элементы.

Как избежать этого, как обезопасить себя от такого плачевного итога своей работы?

Ответ прост — при проектировании и монтаже наружной рекламы необходимо учитывать порывы ветра, стремящиеся сорвать ваше изделие, необходимо рассчитать и принять во внимание ветровую нагрузку на наружную рекламу. .

ab0e7e2daf93de0813180231e49000c5.jpg

Давайте запомним несложную формулу расчета ветровой нагрузки, которая измеряется в кг/кв.м.:

Pw = k * q

Расшифровываем хитрые буквицы

Pw — давление ветра, нормальное к воспринимающей поверхности. Это давление считается положительным.
k — аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и положения подверженного ветру

объекта.
q — скоростной напор ветра (кг/кв.м), соответствующий наибольшей для данного места скорости ветра c учётом особых порывов.

Величина q в зависимости от скорости ветра определяется следующим образом:

q = 7 / g * кв.V / 2

7 — вес воздуха (1,23 кг/куб.м) при Pатм.= 760 мм рт.ст. и tатм.= 15 °С
g — ускорение силы тяжести (9,81 м/кв.сек)
V- наибольшая скорость ветра (м/сек) на данной высоте h, т.е.

Высота h над уровнем земли, м

Скорость ветра V, км/ч м/с

Скоростной напор q, кг/кв.м

Высота h над уровнем земли, м Скорость ветра V, км/ч м/с Скоростной напор q, кг/кв.м
0 — 8 103,7  28,8 51
8 — 20 128,9  35,8 80

q = кв.V / 16

Вертикально установленное полотно, закреплённое в раме или натянутое на троссах

Конструкция — b-ширина, d-высота Соотношение размеров Площадь, S Аэродинамический коэффициент, k
Вертикально установленное полотно, закреплённое в раме или натянутое на троссах d/b < 5 b * d 1,2
d/b >= 5 b * d 1,6

Вот так вот оказывается все совсем просто.

a475c611da5f4abe96b14c030a381455.jpg

Посмотрите видео изготовления и монтажа рекламных конструкций с правильно расчитаной ветровой нагрузкой специалистами Альпром

Хотите узнать о расчете ветровых нагрузок больше и получить  консультацию наших специалистов?

Прямо сейчас звоните +7(8482) 78-20-44 или напишите на электронную почту [email protected]

Посмотрите на красивые идеи , реализованные в Альпром

  • All
  • Баннеры
  • Буквы объемные
  • Высотные работы
  • Короба световые
  • Крышная реклама
  • Печать широкоформатная
  • Светодиодная реклама

Объемные буквы для Лексусadmin2017-02-26T06:44:37+00:00

5d0c03b39121f85c5333534c8c13b25d.jpg

http://alpromtlt.ru/objomnie-bukvi-dlya-lexus/

Gallery

Объемные буквы для Лексус

Буквы объемные, Светодиодная реклама

Световой короб длиной 11 метров из композита со светодиодами в Самаре от Альпромadmin2017-02-26T06:51:17+00:00

72fc9b39562f23d43d4193bb60fdc898.jpg

Световой короб длиной 11 метров из композита со светодиодами в Самаре от Альпром

Gallery

Световой короб длиной 11 метров из композита со светодиодами в Самаре от Альпром

Короба световые, Светодиодная реклама

Световые короба Триал Спорт в Тольяттиadmin2017-02-26T06:56:06+00:00

e0c9a001a8a1c31dddb284f89d44abf5.jpg

Световые короба Триал Спорт в Тольятти

Gallery

Световые короба Триал Спорт в Тольятти

Короба световые, Светодиодная реклама

Объемные световые буквы NOBEL AUTOMOTIVE в Тольяттиadmin2017-02-26T07:04:28+00:00

bc436956fce38e3191961cb4f7f217d4.jpg

Объемные световые буквы NOBEL AUTOMOTIVE в Тольятти

Gallery

Объемные световые буквы NOBEL AUTOMOTIVE в Тольятти

Буквы объемные, Светодиодная реклама

Входная группа Inglot в Тольяттиadmin2017-02-26T07:19:43+00:00

edce3ef2a06497863af1842c1c1e9504.jpg

Входная группа Inglot в Тольятти

Gallery

Входная группа Inglot в Тольятти

Короба световые, Светодиодная реклама

Объемные буквы ОКЕЙ в Тольяттиadmin2017-02-26T07:27:31+00:00

d7e37f96572422ea4f71a5f1921a9cad.jpg

Объемные буквы ОКЕЙ в Тольятти

Gallery

Объемные буквы ОКЕЙ в Тольятти

Буквы объемные, Высотные работы, Светодиодная реклама

Объемные буквы из пенопласта Ботек Wellness в Тольяттиadmin2017-02-26T07:40:55+00:00

ab7f469d7ec79cd18f8b83bbd6a49d45.jpg

Объемные буквы из пенопласта Ботек Wellness в Тольятти

Gallery

Объемные буквы из пенопласта Ботек Wellness в Тольятти

Буквы объемные, Светодиодная реклама

Крышная рекламная конструкция Лада Арена в Тольяттиadmin2017-02-26T08:19:20+00:00

79ab1b146d3685a9892298c5a4358a50.jpg

Крышная рекламная конструкция Лада Арена в Тольятти

Gallery

Крышная рекламная конструкция Лада Арена в Тольятти

Буквы объемные, Крышная реклама, Светодиодная реклама

admin2017-02-21T23:24:14+00:00

Расчет ветровой нагрузки рекламных конструкций

d292cc6eda07f81d2765f9fedf489910.jpg

Одним из основных воздействий на рекламные уличные конструкции является ветровая нагрузка. Порядок её расчета прописан в СНиП 2.01.07-85 » Нагрузки и воздействия» . В этой статье мы постараемся систематизировать методику определения ветровой нагрузки применительно к рекламным вывескам.

Для расчета ветровой нагрузки нам понадобятся:

1. Исходные данные:

  • месторасположение рекламной установки на территории РФ.
  • тип местности, на которой установлена реклама
  • габаритные размеры вывески
  • высота расположения вывески над поверхностью земли.
  • монтажная схема вывески ( отдельностоящая, на фасаде здания и т.д.)

2. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздествия» ( буду ссылаться как на [1] )

3. Калькулятор


1. Согласно п. 6.2 [1] – ветровую нагрузку следует определять как сумму среденей и пульсационной составляющих:

W = Wm + Wp,

где :Wm- нормативное значение среденей составляющей,Wp- нормативное значение пульсационной составляющей,

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

Wm = w0 · k ·c,

где w0- нормативное значение ветрового давления ( см. п. 6.4 [1] ),k- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте ( см. п. 6.5 [1] )c – аэродинамический коэффициент ( см. п. 6.6 [1] ). В конце статьи в Таблице 1 приведены аэродинамические коээфициенты наиболее часто встречающихся расчетных схем.Нормативное значение ветрового давления w0 следует принимать в зависимости от ветрового района РФ по данным табл.5 [1]. К примеру, Москва — Ι ветровой район, w0= 0,23 кПаКоэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл.6 [1] в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

А- открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;В- городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.С- городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Как правило, к рекламщикам относятся типы местности В и С. Нужно определить к какому типу местности относится наша вывеска. Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h ( h — высота сооружения )

3. 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=2,9, по формуле :

Wp= Wm·ζ ·ν,

гдеWm- определяется в соответствии с пунктом 2 данной статьи.ζ- коэффициент пульсаций давления ветра на уровне z, принимаемый по табл.7 [1]ν- коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра ( см. п 6.9[1] )б) для сооружений ( и их конструктивных элементов), которые можно рассматривать как систему с одной степенью свободы ( например, водонапорная башня) , при f1< 2,9

Wp=Wm·ξ·ζ ·ν,

где ξ- коэфиициент динамичности , определяемый по черт.2 [1] в зависимости от параметраи логарифмического декремента колебаний б=0,15 ( см. 6.8 [1] )γf- коэффициент надежности по нагрузке = 1,4w0- нормативное значение ветрового давления, Па , см табл.5 [1]. ( к примеру, для Москвы =23000 Па)

4. После того, как определены нормативные составляющие ( средняя и пульсационная), определяем расчетную величину ветровой нагрузки.

Wрасч = (Wm + Wр ) ·γf ,

гдеγf — коэффициент надежности по нагрузке = 1,4

Таблица 1

Таблица аэродинамических коэффициентов , с
Схема с Примечание
1 42229386ff61b7da53d07db71fc0191c.jpg с=1,4 Отдельностоящие рекламные конструкции ( реламные щиты, пилоны, стеллы и т.д.), панель-кронштейны, крышные установки. Вывески прямоугольной формы, где присутствует ветровое давление как с наветренной стороны, так и с заветренной
2 ef8d0943cb166af54e5128b9de75b0e2.jpg с=-0,6 Вывески , расположенные на фасадах боллее 1,5 м от краев и углов здания.

Ветер отрывает вывеску от фасада.

3 с=-2 Вывески, расположенные на фасадах в области 1,5 м от краев и углов здания, и во внурненних углах здания.

Зона повышенного отрицательного давления ветра!!!

4 c930428ca1daa0c6b1312bec348c7ef9.jpg с(ф)=1,4·φ Плоская фермаφ= ∑f1/ F -коэффициент заполнения, где

∑f1- сумма проекции элементов фермы на плоскость фермы

F= h·L- площадь всей фермы

5 1fb0a8d9302bdbfcfca9ebfdeff557af.jpg с(пр)=с(ф)(1+m)

при f ≥0,6 и b/h=6…m=0,4;

f ≥0,6 и b/h=4…m=0,3;

f ≥0,6 и b/h=2…m=0,2;

f ≥0,6 и b/h=1…m=0,05;

f =0 и при любом b/h…m=1;

Пространственная фермас(пр)- аэродинам. коэфф-т пространственной фермы

с(ф)- аэродинам. коэфф-т плоской фермы

Для промежуточных значений геометрических параметров аэродинамический коэфф-т определяется интерполяцией.

Энергия ветра.

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 м2 (диаметр d=1,13 м).

4d656c2decccb072318d71a6f7d18297.jpg

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 vв 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 м2 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/м3 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

253fdf806f94ede604f4e733e451e477.jpg

Результаты расчетов:

6. При скорости ветра v за время t через сечение обруча пройдет объем воздуха в виде цилиндра V, который вычисляем в м3

в ячейке D10: =D3*D4*D5 =10,000

V=S*vв*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*vв2/2

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*vв3/2)*КПД

При реальных КПД ветроэнергетических установок около 0,3…0,4, при скорости ветра vв=10 м/с и диаметре лопастей ветряка d=1,13 м (площадь круга S=1 м2) 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 vв>4 м/с, выходя на рабочий режим при скорости  vв=9…13 м/с. Однако уже при скорости ветраvв>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.

Альтернативная энергетика

Ветровая нагрузка может принести и пользу, например, преобразуя силу ветра в ветрогенераторах. Так, на скорости ветра V = 10 м/сек, при диаметре круга в 1 метр, ветряк обладает лопастями d = 1,13 м и выдаёт порядка 200–250 Вт полезной мощности. Электроплуг, потребляя такое количество энергии, сможет вспахать за один час порядка полсотки (50м²) земли на приусадебном участке.

Если применить большие размеры ветрогенератора, – до 3 метров, и средней скорости воздушного потока 5 м/сек, можно получить 1–1,5 кВт мощности, что полностью обеспечит небольшой загородный дом бесплатным электричеством. При внедрении так называемого «зелёного» тарифа, срок окупаемости оборудования сократится до 3–7 лет и, в дальнейшем, может приносить чистую прибыль.

Справка. «Зелёный» тариф – это выкуп государством излишнего электричества у населения, полученного при использовании альтернативных (возобновляемых) источников энергии.

Значение процедуры

Если пренебречь расчетами нагрузки движения воздуха, можно, как говорится, на корню загубить все дело и подвергнуть опасности жизни людей.

Если с давлением снега на стены зданий обычно сложностей не возникает — нагрузку эту видно, её можно взвесить и даже потрогать — то с ветровой всё гораздо сложнее. Ее не видно, предугадать ее интуитивно очень сложно. Да, конечно, ветер какое-то воздействие на несущие конструкции оказывает, и в некоторых случаях оно бывает даже разрушительное: скручивает рекламные баннеры, заваливает заборы и каркасы стен, срывает крыши. Но как же возможно предугадать и учесть эту силу? Поддаётся ли в принципе она расчётам?

Поддаётся! Однако дело это муторное, и непрофессионалы ветровую нагрузку подсчитывать крайне не любят. Тому существует понятное объяснение: значение расчетов — дело очень ответственное и трудное, гораздо сложнее расчётов снеговой нагрузки. Если в специально посвященному этому СП снеговой нагрузке уделено всего лишь две с половиной страницы, то исчисление ветровой втрое больше! Плюс к нему приписано обязательное приложение, размещаются на 19 страницах с указанием аэродинамических коэффициентов.

Если гражданам России еще повезло с этим, то для жителей Беларуси всё ещё сложнее — документ TKP_ЕN_1991−1−4−2О09 «Ветровые воздействия», регламентирующий нормативы и расчеты, имеет объем в 120 страниц!

С Еврокодом (ЕN_1991−1−4−2О09) в масштабах постройки частного сооружения по ветровым воздействиям немногим захочется разбираться дома за чашкой чая. Профессионально интересующимся рекомендуется скачать и изучать его основательно, имея в окружении специалиста-консультанта. Иначе из-за неверного подхода и понимания последствия расчетов могут быть плачевными.

Расчет стойки рекламного щита

В зависимости от ветрового района установки и высоты конструкции существу-ют три варианта исполнения стойки труба ф325х8(С245), ф325х10(С245) и ф325х10( С 345) (см. табл.1). Проверка стойки ведется для каждого из вариантов испол­нения, при этом рассматривается случай, при котором изгибающий момент для эле­мента заданного сечения является наибольшим.
Расчетная схема
Стойка ф325х8( С 245), высота 4.5м ветровой район III
ветровая нагрузка под углом 90гр к щиту

1751f84b87a94305694e6f624ab7cfd7.gif
Сечение А-А у стойки в этом случае является наиболее загруженным. В этом сечении от ветровой нагрузки возникают:
—    изгибающий момент относительно оси Х-Х
—    крутящий момент относительно оси Z
От собственного веса панели и ветровой нагрузки возникает:
—    изгибающий момент относительно оси Y-Y Проверка стойки по прочности0d8e497dfc4990c1961fc688d1a7dfd0.gif

Вывод сечение стойки ф325х8(С245) обеспечивает необходимую прочность

Расчетная схема

Стойка ф325х10( С 245), высота 3.5м, ветровой район V,
ветровая нагрузка под углом 90гр к щитуb5dcaebc3c74a0ee6a294dbf8103d13a.gif

Проверка стойки по прочности:133bc4b76ef58f2e16986fc6e1f7c756.gif

Вывод : сечение стойки ф325х10(С24-5) обеспечивает необходимую прочность

Расчетная схема
Стойка ф325х10(С345), высота 4.5м ветровой район V,
ветровая нагрузка под углом 90гр к щиту69bd53bd85d6777e914ef75d1a47e5aa.gifПроверка стойки по прочности:e3a9446330a02f58ead6afd5a24d65f8.gifВывод: сечение стойки ф325х10(С345) обеспечивает необходимую прочность

Часть 2. Рсчет на устойчивость

Как определяется коэффициент k

Для этого параметра также имеется специальная таблица. При его определении учитывается тип той местности, где предполагается строительство сооружения или здания. Всего таковых имеется три:

  1. Тип «А» — открытые ровные участки: побережья морей, озер и рек, степи, пустыни, тундровые районы, лесостепи.
  2. Тип «В» — местность, покрытая препятствиями высотой до 10 метров: городская зона, леса и пр.
  3. Тип «С» — городские районы с застройкой высотой более 25 м.

4eaaafc95bf33d8f59e64b9ad458459a.jpg

Тип местности строительства также определяется с учетом требований СНиП

При проектировании это необходимо принимать во внимание. Любое здание считается расположенным в местности определенного типа в том случае, если последняя располагается с наветренной от него стороны на расстоянии в 30h

Здесь h — это проектная высота сооружения до 60 м. При большей высоте постройки тип местности считается определенным в том случае, если он сохраняется не менее чем на 2 км с наветренной стороны.

Энергия ветра

Энергия ветра – это производная энергия Солнца. То есть энергия ветра образуется благодаря неравномерному нагреванию поверхности Земли. Тысячелетиями, человечество использует энергию ветра в разных целях, например, для передвижения кораблей, для переработки зерна в муку, для движения воды (водяные мельницы), для накопления электричества и прочее.

Так, если смотреть на этот вопрос с точки зрения энергетики, то ветровая энергия полезна в том случае, если скорость ветра находится в пределах от 8 до 18 метров в секунду. Если скорость ветра меньше 8 метров в секунду, то энергетические установки неэффективны. А если скорость превышает 18 метров в секунду, то это чревато механическим разрушениям.

Однако нас больше интересует не вопрос образования электроэнергии при воздействии ветровой нагрузки, а как правильно рассчитать нагрузку и воздействие ветра на строения. Это поможет вам при строительстве дома, придать строению необходимые физические и технические характеристики, чтобы они справлялись с ветром.

Расчёт усилий

Общая формула расчёта создаваемых усилий на вертикальную поверхность:

Wm = Wo * k * C.

  • Wm – норматив средней величины ветрового усилия на высоте h над землёй;
  • Wo – норматив ветрового давления, зависящий от ветрового района; определяется согласно СНиП 2.01.07-85: карта 3, приложение 5; данные приведены в таблице 1;
  • k – коэффициент пульсаций, таблица 2;
  • C – аэродинамический коэффициент, зависящий от геометрии строительного сооружения, например, для наветренных фасадов его значение составляет 0,8.

Таблица 1. Норматив ветрового давления Wo:

Норматив ветрового давления Ветровые районы
Ia I II III IV V VI VII
Wo, кПА 0,17 0,23 0,30 0,38 0,48 0,60 0,73 0,85
Wo, кгс/м² 17 23 30 38 48 60 73 85

Таблица 2. Коэффициент пульсаций давления ветрового потока k:

Высота h над уровнем земли, м Коэффициент k для различных 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

Пример: Стена.

0cf365220ea3f2ed8496c1d24c2b330a.jpg

Для местности типа В с высотой над уровнем земли 10 метров:

  • коэффициент k = 1,06;
  • для района вида III норматив ветрового давления Wo = 38 кгс/м²;
  • для плоского фасада аэродинамический коэффициент C = 0,8.

Создаваемое усилие на один квадратный метр составит:

Wm = 38 кгс/м² * 1,06 * 0,8 = 32,224 кгс/м²

При высоте стены в 15 метров и ширине 25 метров общая ветровая нагрузка равна:

15 м * 25 м * 32,224 кгс/м² = 12084 кг или 12,084 тонны.

Окно.

На типовое окно с площадью 3 м² ветер будет давить с силой:

3 м² * 32,224 кгс/м² = 96,672 кг, — почти 100 кг.

Есть ли какие-то программы расчета ветровых нагрузок алюминиевых конструкций, и стоит ли им доверять

Проектировщик старой закалки не доверяют современный технологиям, который значительно облегчают труд инженера-расчетчика. Для более «продвинутых» есть ряд компьютерных программ, которые позволяют точно и быстро определить ветровую нагрузку на здание:

  • SCAD Office, программа ВЕСТ – продвинутый продукт для получения точного результата.
  • Инженерный калькулятор Лира – платная программа, есть возможность попробовать функционал бесплатно в Демо-версии.

Современная методика расчета нагрузок на вентилируемый или светопрозрачный фасад даёт точный числовой результат. Расчеты всегда можно проверить с помощью многочисленных компьютерных программ, в память которых заранее вбиты все нормативные показатели и поправочные коэффициенты.

Что такое ветровая нагрузка

Переток воздушных масс вдоль поверхности земли происходит с разной скоростью. Натыкаясь на какое-либо препятствие, кинетическая энергия ветра преобразуется в давление, создавая ветровую нагрузку. Это усилие может ощутить любой человек, двигающийся навстречу потоку. Создаваемая нагрузка зависит от нескольких факторов:

  • скорость ветрового потока,
  • плотность воздушной струи,— при повышенной влажности, удельный вес воздуха становится больше, соответственно, возрастает величина переносимой энергии,
  • форма стационарного объекта.

В последнем случае на отдельные части строительного сооружения действуют силы, направленные в разные стороны, например:

  1. На вертикальную стену действует так называемое лобовое усилие, стремящееся сдвинуть объект с места. Противостоять этому усилию помогают несколько конструктивных решений:
  2. На крышу, кроме горизонтальных усилий (вдавливающих), действуют и вертикальные силы, образующиеся от разделения воздушного потока при ударе о стену. Вектор воздушного потока стремится поднять крышу, оторвать её от стен.
  3. Совокупность всех этих вихревых потоков создают ветровую нагрузку не только на крупные элементы здания, но распространяет свои влияния на все элементы строительного сооружения, — двери, окна, кровлю, водостоки, антенну, дымоход.

Формулы для разных типов сооружений

Для первого типа сооружений при определении пульсационной ветровой нагрузки используется формула:

Wp = WGV.

Здесь W — нормативная нагрузка, определяемая по формуле, представленной выше, G — коэффициент пульсации давления при высоте z, V — коэффициент корреляции пульсаций. Последние два параметра определяются по таблицам.

64d5e12b261393dac64aa658bf23e585.jpg

Для сооружений с собственной частотой колебаний, превышающих установленное предельное значение, при определении пульсационной ветровой нагрузки применяется такая формула:

Wp = WQG.

Здесь Q — коэффициент динамичности, определяемый по диаграмме (представлена ниже) в зависимости от параметра E, вычисляемого по формуле E=√RW/940f (R — коэффициент надежности по нагрузке, f — частота собственных колебаний) и логарифмического декремента колебаний. Последний параметр постоянен и принимается для:

  • для зданий со стальным каркасом как 0.3;
  • для мачт, футерных труб и пр. как 0.15.

535bad6205752ea261bf5b8622e3ecbd.jpg

Для симметричных в плане зданий пульсационная ветровая нагрузка вычисляется по формуле:

  • Wp=mQNY.

Здесь Q — коэффициент динамичности, m — масса сооружения на высоте z, Y — горизонтальные колебания сооружения на уровне z по первой форме. N в этой формуле — особый коэффициент, определить который можно, предварительно разделив сооружение на r количество участков в границах которых ветровая нагрузка постоянна, и воспользовавшись специальными формулами.

Расчетное значение ветровой нагрузки

Нормативное значение ветровой нагрузки (1) составляет:

\({w_n} = {w_m} + {w_p} = 0,1 + 0,248 = {\rm{0,348}}\) кПа. (20)

Итоговое расчетное значение ветровой нагрузки, по которому далее будут определяться усилия в сечениях молниеприемника, основано на нормативной величине, с учетом коэффициента надежности:

\(w = {w_n} \cdot {\gamma _f} = {\rm{0,348}} \cdot 1,4 = {\rm{0,487}}\) кПа. (21)

Частые вопросы (FAQ)

От чего зависит частотный параметр в формуле (6)?

  • частотный параметр зависит от расчетной схемы и условий ее закрепления. Для стержня, у которого один конец жестко заделан, а второй — свободен (консольная балка), частотный параметр равен 1,875 для первой формы колебаний и 4,694 — для второй [3].

Что означают коэффициенты \({10^6}\), \({10^{ — 8}}\) в формулах (7), (10)?

  • эти коэффициенты приводят все параметры к одним единицам измерения (кг, м, Па, Н, с).

Источники информации

  1. Свод правил СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* / ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. — М.: Минрегионразвития, 2011. — 96 с.
  2. Ветровая нагрузка на сооружения / Савицкий Г. А. — М.: Стройиздат, 1972. — 111 с.
  3. Теория механических колебаний / Бидерман В. Л. — М.: Высш. школа, 1980. — 408 с.

Можно ли игнорировать ветровую нагрузку

Что, если вы будете строить здание и при этом не учитывать тип вашей местности на ветровую нагрузку? Здесь важно понимать одну важную истину – нагрузка ветра негативно воздействует на любой тип кровли. При этом абсолютно не важно, имеет кровля плоскую форму или какую-либо другую

Так, с увеличением угла ската крыши, увеличивается показатель нормальных сил, в то время как касательные уменьшаются. То есть, если все это подытожить, то крутой склон ската ветер может опрокинуть, а пологий уклон ската – унести и сорвать.

Из всего этого очевидно, при строительстве зданий, сооружении кровли и других конструкций крайне важно учитывать тип местности. Сегодня это как никогда просто. Например, существует специальная карта ветровых районов страны. Воспользовавшись ей, можно получить общее представление по этому вопросу.

Ветровая нагрузка как образуется

Так, по мере своего передвижения, воздушный поток двигается. На своем пути он сталкивается с различными преградами, в частности, кровля, стены и другие конструкции дома. Как только воздушный поток сталкивается с подобными сооружениями, он раздваивается. Например, когда воздушная масса сталкивается со стеной, то часть нагрузки идет на низ здания, а вторая часть на карнизный свес кровли.

883a86d112568942523c668fe16937e6.png

Когда воздушный поток сталкивается со скатом кровли, то происходит огибание ветра по касательной конек крыши. После этого поток подхватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и уносит в сторону от здания. Таким образом, кровля сталкивается с нагрузкой четырех сил, которые способны сорвать ее или перевернуть:

  1. С наветренной стороны – 2 касательные.
  2. С подветренной стороны – подъемная сила.
  3. Вдавливающая. Ее воздействие происходит перпендикулярно скату кровли. Вследствие такой нагрузки, скат может сломаться или просто деформироваться.

Средняя составляющая ветровой нагрузки

Средняя составляющая \({w_m}\) — базовая компонента ветровой нагрузки, от которой зависит и пульсационная составляющая. Определяется она по формуле:

\({w_m} = {w_0} \cdot k \cdot c\), (2)

где

  • \({w_0}\) — нормативное значение ветрового давления, кПа;
  • \(k\) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;
  • \(c\) — аэродинамический коэффициент.

Нормативное значение ветрового давления \({w_0}\) определяется в зависимости от ветрового района. Так, для III района [1] оно составляет \({w_0} = 0,30\) кПа.

Для определения коэффициента \(k\) существует два способа; оба из них указаны в стандарте [1]. Например, этот коэффициент можно определить по формуле

\(k = {k_{10}}{\left( {\frac{{{z_e}}}{{10}}} \right)^{2\alpha }}\), (3)

где

  • параметры \({k_{10}}\) и \(\alpha \) принимаются в зависимости от типа местности (A, B или C);
  • \({{z_e}}\) — эквивалентная высота, м.

Расчет строительных конструкций с нуля

Онлайн-курс

Revit Structure. Курс ускоренной разработки проектов КЖ / КМ

Онлайн-курс

Проектирование ЖБК в среде BIM Tekla Structures

Эквивалентная высота

Эквивалентная высота конструкции используется в нормах [1] для определения различных коэффициентов.

Для башенных, мачтовых, трубных и других высотных сооружений, эквивалентная высота \({z_e}\) принимается равной действительной высоте \(z\), т. е. расстоянию от уровня земли до точки, в которой мы определяем ветровую нагрузку:

0b99560688ea9a17865eb15d192cf382.jpg

Рисунок 3. К определению эквивалентной высоты

На элементы конструкции, расположенные на разной высоте, аэродинамическая нагрузка оказывает, в общем случае, различное воздействие. Это обстоятельство порождает простой и логичный вопрос: в каких точках прикладывать ветровую нагрузку?

Единственно правильно ответа на этот вопрос, безусловно, не существует. Любая принятая расчетчиком схема дискретизации (разделения конструкции на отдельные участки, сегменты) приближает модель к работе реальной конструкции, в большей или меньшей степени. Очевидно, модель приложения ветровой нагрузки по всей высоте поверхности (рис. 3, а) может быть принята только в первом приближении, для относительно невысоких сооружений. Более точно определить ветровую нагрузку можно, разделяя конструкцию на отдельные участки по высоте и определяя равнодействующую \(w\) в пределах каждого участка (рис. 3, б).

В любом случае, равнодействующая должна быть приложена в центре тяжести распределенной ветровой нагрузки. Расстояние от уровня земли до этой равнодействующей и будет составлять эквивалентную высоту \({z_e}\).

Если принять схему молниеприемника по рис. 3 (а), то при общей высоте 17 м равнодействующая ветровой нагрузки будет приложена в точке \({z_e} = 0,5H = 8,5\) м. Если сооружение размещено в черте города с плотной застройкой (здания выше 25 м, тип местности C), то коэффициент \(k\) будет равен:

\(k = {k_{10}}{\left( {\frac{{{z_e}}}{{10}}} \right)^{2\alpha }} = 0,4{\left( {\frac{{8,5}}{{10}}} \right)^{2 \cdot 0,25}} = {\rm{0,369}}\). (4)

Аэродинамический коэффициент

Для определения аэродинамического коэффициента \(c\), входящего в (2), нередко прибегают к натурным испытаниям масштабных образцов в аэродинамической трубе. Это делается с целью получить более точную картину обтекания конструкции ветровым потоком, а также учесть шероховатость поверхности и другие аспекты конкретного сооружения.

В практических же расчетах можно руководствоваться справочной литературой. В частности, в [2] приводится следующая информация об аэродинамических коэффициентах:

95e3f2daf1989da0dad760c7f78d8c68.png

Рисунок 4. Фрагмент таблицы 3.1 для определения аэродинамических коэффициентов [2]

Если направление ветрового потока совпадает с осью стенки двутаврового профиля, то аэродинамический коэффициент \(c = 0,9\). Если же поперечное сечение конструкции представляет собой многоугольник с \(n\) гранями, то можно воспользоваться следующими данными:

638782cdc7420d7b03b6f8ff8b1a63e9.png

Рисунок 5. Фрагмент таблицы 3.4 для определения аэродинамических коэффициентов [2]

Таким образом, средняя составляющая ветровой нагрузки на молниеприемник двутаврового сечения (2) составляет:

\({w_m} = {w_0} \cdot k \cdot c = 0,3 \cdot 0,369 \cdot 0,9 = 0,1\) кПа. (5)

Ветровая нагрузка

Методика расчета

Описание конструкции

Геометрические характеристики элементов

Определение ветровой нагрузки

Ветер под углом 90 о к щиту

Ветер под углом 45 о к щиту 5 Расчет стойки

Часть 2. Расчет на устойчивость

Методика расчета

Настоящий проект  является типовым для ветровых районов с 3-го по 5-ый При разработке принято:
1. Ветровой район — III, IV, V
2. Тип местности при определении ветровой нагрузки — А
3. Уровень ответственности — 3, для которого понижающий нагрузку коэффици­ент γп принимается равным 0.8-0 95 (в настоящем проекте γп=09)
4. Срок службы конструкции — 10 лет
5 Расчетная температура наружного воздуха t ≥ -w°c, как средняя температура наиболее холодной пятидневки по СНиП 23-01-99 «Строительная климатоло­гия», что соответствует климатическому району строительства II4, II5
6. Зона влажности — «влажная» СНиП 23-01-99 (рис.2)
7. Степень агрессивного воздействия среды на металлические конструкции -среднеагрессивная, по СНиП 2.0311-85 «Защита строительных конструкций от коррозий», табл. 24, для группы газов «B» во влажной среде

Описание рекламной конструкции

На рис.1 приведена схема разборной двухсторонней рекламной с высотой стойки до низа панели от 2-х до 5м Размеры рекламной панели составляют 6180х3350х 410мм Размер рекламного поля 6010х3010мм Панель опирается на стойку изготовленную из трубы ф325 Крепление панели может быть выполнено как с центральным расположением ее относительно оси стойки, так и со смещением на 3/4 (показано на рис 1). Стойка закреплена 8-ю фундаментными анкерами на заглубленном фундаменте Все изменяемые параметры в зависимости от ветрового района установки и высоты стойки приведены в табл 1f6758bc107b8da8c1a6bca90f2911678.gif

Чертеж рекламной конструкции. Рис. 1

Основные геометрические размеры и крепежные элементы рекламной конструкции в зависимости от ветрового района. Таблица 1

Высота стойки, м Элементы конструкции Ветровой район
III IV V
2 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245)
Фундамент 2.5×1.9×0.5 м 2.8×2.1×0.5м 3.2×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М 30
Поперечные балки Гншв.236×70 Гншв.236×70 Гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С245)
2,5 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245)
Фундамент 2.7×1.9×0.5м 3×2.1×0.5м 3.6×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М 30
Поперечные балки Гншв.236×70 Гншв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
3 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С245)
Фундамент 3×1.9×0.5 м 3.6×2.1×0.5м 4×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 Гншв.236×70 2 гн.шв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
3,5 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С245)
Фундамент 3,4×1.9×0.5м 3.8×2.1×0.5м 4.2×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 Гн.шв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
4 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С245) Ф325х10 (С345)
Фундамент 3.6×1.9×05м 4×2.1×0.5м 4.4×2.1×0.5м
Анкера М 30 М36 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 Гн.шв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
4,5 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С345) Ф325х10 (С345)
Фундамент 3.8×1.9×0.5м 4.2×2.1×0.5м 4.6×2.1×0.5м
Анкера М 30 М36 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 2 гншв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
5 Стойка Ф325х10 (С245) Ф325х10 (С345)
Фундамент 4×1.9×0.5 м 4.4x21x0.5м
Анкера М36 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)

 наверх

Геометрические характеристики элементов

— сечение стойки, труба ф325х8 76d99bcdbc039cab654b3ded2ca871ab.gif             79097bdef3e79026c55a4d0545ecbffc.gif
сечение стойки, труба ф325х1021323128b27e29599d1e04b9a61aff27.gif0a330f336c628351ff14f3c46904c232.gif

наверх

Можно ли избежать плачевных последствий ветровой нагрузки

Итак, чтобы избежать негативного разрушительного воздействия ветровой нагрузки на кровлю, следует придерживаться нескольких правил.

  • Совет №1. Крайне важно смонтировать правильный каркас кровли. Так, каркас в обязательном порядке должен иметь раскосы и подкосы. Чтобы усилить стропила, они должны быть связаны диагоналями. Кроме всего прочего, увеличивает прочность кровли и правильно смонтированная обрешетка.
  • Совет №2. Усилить ту крышу, которая уже построена. Например, это можно сделать, если обеспечить дополнительное крепление стропильной ноги. Достигается это следующим образом. Используя скрутку из вязальной проволоки необходимо скрутить нижний конец каждой стропильной ноги. Прикручивание осуществляется к ершу, который забивается в стену. Под ершом подразумевается металлический штырь из ковки, который на своей поверхности имеет насечки. Эти насечки обязательно направлены в противоположную сторону его выдергивания.
  • Совет №3. Правильный выбор кровельного материала. Так, существует группа кровельных материалов, которые нельзя назвать надежными. Профнастил отличается высокой парусностью. Этим показателям также характеризуется металлочерепица. Если говорить за натуральную черепицу, то она неплохая, но вот способ ее крепления не обеспечивает серьезную надежность при возникающих нагрузках. Каждый из этих материалов очень легко может сорвать ветер при большей его мощности. Если говорить за ондулин, то он не имеет такого недостатка. Особенность его монтажа включает в себя плотное прилегание к обрешетке. Для крепления используются специальные фирменные гвозди. Такому покрытию нестрашны сильные ветровые нагрузки.

Важно! Если кровля будет накрыта ондулином и на вашу местность будет надвигаться смерч, уносящий и срывающий все на своем пути, то листы из ондулина на причинят страшного вреда живим существам, например, при сравнении его с профнастилом или металлочерепицей.

Итак, мы рассмотрели простые способы того, как избежать негативного воздействия от ветровой нагрузки.

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.

Прошу уважающих труд автора  скачать файл после подписки на анонсы статей.

Ссылка на скачивание файла: veter (xls 1,97MB).

Буду рад прочитать ваши комментарии, уважаемые читатели!!! Профессионалам – строителям в комментариях прошу учитывать, что статья написана для широкой аудитории.

Другие статьи автора блога

На главную

Введите Ваш e-mail:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here