Вітрова навантаження: правила розрахунку, рекомендації професіоналів

При проектуванні будівель і споруд розрахунок вітрового навантаження припадає робити досить-таки часто. Обчислюється цей показник за особливими формулами. Важливо враховувати таку навантаження, наприклад, при складанні креслень кроквяних систем дахів будинків, виборі місця розташування і конструкції рекламних щитів і т. д.

Нормативи СНиП

Власне, саме про розподіли цього параметру дає СНиП 201. 07-85. Згідно даного документом, вітрова навантаження повинна розглядатися як сукупність:

тиску, що діє на зовнішні поверхні конструкцій споруди або елемента;

сили тертя, спрямованим по дотичній до поверхні конструкції, віднесених до площі вертикальної або горизонтальної проекції;

нормального тиску, прикладеного до внутрішньої поверхні будівлі з проникними огороджувальними конструкціями або відкритими прорізами.

Як визначають

При обчисленні вітрового навантаження враховують два основних параметри:

середню складову;

пульсационную.

Визначається навантаження як сума цих двох параметрів.

Середня складова: основна формула

Якщо вітрова навантаження п рі проектуванні не буде врахована, це в подальшому вкрай негативно позначиться на експлуатаційних характеристиках будівлі або споруди. Середня її складова обчислюється за такою формулою :


W = Wo * k. Тут W — розрахункове значення вітрового навантаження на висоті z над поверхнею землі, Wo — її нормативне значення, k — коефіцієнт зміни тиску по висоті. Всі початкові дані з цієї формули визначаються за таблицями. Іноді при обчисленнях використовують також параметр c — аеродинамічний коефіцієнт. Виглядає формула в цьому випадку наступним чином: W = Wo * k с.

Нормативне значення

Щоб дізнатися, чому дорівнює цей параметр, потрібно скористатися таблицею районів по вітровому навантаженню РФ. Таких існує всього вісім. Таблиця вітрових навантажень ( залежно значень Wo від того чи іншого району Росії) представлена нижче.


Для маловивчених місцевостей країни, а також для гірських регіонів цей параметр СНиП допускає визначати за даними зареєстрованих офіційно метеостанцій і на основі досвіду експлуатації вже існуючих будівель і споруд. У цьому випадку для визначення нормативного значення вітрового навантаження використовується особлива формула. Виглядає вона наступним чином: Wo =061 V 2 o. Тут V 2 o — швидкість вітру в метрах в секунду на рівні 10 м, відповідний інтервалу осереднення за 10 хвилин і превишаемой раз в 5 років.

Як визначається коефіцієнт k?

Для цього параметра також є спеціальна таблиця. При його визначенні враховується тип тій місцевості, де передбачається будівництво споруди або будівлі. Всього таких є три:

Тип «А» - відкриті рівні ділянки: узбережжя морів, озер і річок, степу, пустелі, тундрові райони лісостепу.

Тип «В» - місцевість, покрита перешкодами заввишки до 10 метрів: міська зона, ліси та ін.

Тип «С» - міські райони із забудовою висотою більше 25 м.

Тип місцевості будівництва також визначається з урахуванням вимог СНиП. При проектуванні це необхідно брати до уваги. Будь-споруда вважається розташованою на місцевості даного типу в тому випадку, якщо остання розташовується з навітряної від нього боку на відстані в 30h. Тут h — це проектна висота споруди до 60 м. При більшій висоті споруди тип місцевості вважається певним у тому разі, якщо він зберігається не менше ніж на 2 км з навітряного боку.

Як обчислити пульсационную навантаження

По СНиП вітрове навантаження, до ак уже згадувалося, повинна визначатися як сума середньої нормативної та пульсаційній. Значення останнього параметра залежить власне від виду самого споруди та особливостей його конструкції. У цьому плані розрізняють:

споруди з власною частотою коливань, що перевищують встановлене граничне значення (димові труби, вежі, щогли, апарати колонного типу);

споруди або елементи їх конструкції, що являють собою систему з одним ступенем волі (поперечні рами виробничих одноповерхових будівель, водонапірні башти та ін);

симетричні в плані будівлі.

Формули для різних типів споруд

Для першого типу споруд при визначенні пульсаційній вітрового навантаження і використовується формула: W p = WGV. Тут W — нормативна н агрузка, визначається за формулою, поданою вище, G — коефіцієнт пульсації тиску при висоті z, V — коефіцієнт кореляції пульсацій. Останні два параметра визначаються за таблицями.
Для споруд з власною частотою коливань, що перевищують встановлене граничне значення, при визначенні пульсаційній вітрового навантаження застосовується така формула: W p = WQG. Тут Q — коефіцієнт динамічності, який визначається по діаграмі (подана нижче) залежно від параметра E, обчислюваного за формулою E=? R W/940f ( R - коефіцієнт надійності по навантаженню, f — частота власних коливань) і логарифмічного декремента коливань. Останній параметр постійний і приймається для:

для будівель із сталевим каркасом як 0.3;

для щогл, футерних труб та ін. як 015.

Для симетричних у плані будинків пульсационная в етровая навантаження в ичисляется за формулою:

W p =mQNY.

Тут Q — коефіцієнт динамічності, m — маса споруди на висоті z, Y — горизонтальні коливання споруди на рівні z по першій формі. N у цій формулі — особливий коефіцієнт, який можна визначити, попередньо розділивши споруда на r кількість дільниць у межах яких вітрове навантаження постійна, і скориставшись спеціальними формулами.

Ще один спосіб

Виконати розрахунок вітрового навантаження м можливо, користуючись і трохи іншою методикою. В цьому випадку спочатку потрібно визначити тиск вітру за формулою:

(Psf) = .00256 * V^2.

Тут V — швидкість вітру (миль/год). Потім слід обчислити коефіцієнт лобового опору. Він буде дорівнює:

1.2 — для довгих вертикальних конструкцій;

0.8 — для коротких вертикальних;

2.0 — для довгих горизонтальних конструкцій;

1.4 — для коротких (наприклад, фасад будівлі).

Далі потрібно скористатися загальною формуло й вітрової навантаження на будівлю або спорудження :

F = A * P * Cd.

Тут A — площа області , P — тиск вітру, Cd — коефіцієнт лобового опору. Можна також використовувати і кілька більш складну формулу:

F = A * P * Cd * Kz * Gh.

При її застосуванні додатково враховуються коефіцієнти експозиції K z b і чутливості до пориву вітру G h . Перший розраховується як z/33]^(2/7 другий— 65+60 /(h/33)^(1/7). В цих формулах z — висота від землі до середини споруди, h — повна висота останнього.

Рекомендації фахівців

Для розрахунку вітрового навантаження інженери часто радять користуватися добре відомими багатьом програмами MS Excel і OOo Calc з пакету Open Office. Порядок дії при застосуванні цього, наприклад, може бути таким:

Excel включається на аркуші "Енергія вітру";

швидкість вітру записується в комірку D3;

час - в D5;

площа перерізу потоку повітря - в D6;

щільність повітря або його питома вага - в D7;

ККД вітроустановки - D8.

Існують і інші способи використання цього ПЗ з іншими вихідними даними. У будь-якому випадку застосовувати MS Excel і OOo Calc для розрахунку вітрового навантаження на будівлі і споруди, а також їх окремі конструкції досить зручно.