Расчет конструкций на ветровую нагрузку: Как Рассчитать Ветровую Нагрузку (Полный расчет)

Расчет конструкций на ветровую нагрузку: Как Рассчитать Ветровую Нагрузку (Полный расчет)

Содержание

Расчет ветровой нагрузки — пример расчета нагрузки на конструкции

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.
  • Расчёт усилий ↓
  • Расчёт ветровой нагрузки на крышу ↓
  • Пример расчёта ↓
  • Альтернативная энергетика ↓

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.

Мощность создаваемых усилий обычно пропорциональна квадрату расчётной величины скорости ветра.

Расчёт усилий

Общая формула расчёта создаваемых усилий на вертикальную поверхность:

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.

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.

Расчёт ветровой нагрузки на крышу

Основные повреждения на здании при сильных порывах ветра связаны с кровелькой конструкцией. По телевизору и в интернете приведено достаточно много наглядных примеров, как не только отдельные элементы кровли, но полностью вся крыша срывается под воздействием ветровой нагрузки.

При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие.

  1. Нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
  2. Боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
  3. Вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.

Воздушный поток, направленный на скат крыши, образует:

  • касательное движение, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и уходящее прочь, — эта сила стремится сдвинуть крышу с места;
  • перпендикулярное усилие, — нормаль, направленное внутрь кровли, создающее давление, могущее вдавить элементы крыши внутрь конструкции;
  • с подветренной стороны ската крыши создаётся обратная сила, способствующая созданию подъёмной силы, — как у крыла самолёта.

Сложив вместе все направления воздушных потоков, можно увидеть, что при высокой наклонной кровле образуются усилия, стремящиеся опрокинуть крышу.

Пологий скат способствует созданию больших подъёмных сил, которые стараются приподнять конструкцию и отправить её в свободный полёт.

Расчёт воздушной нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется по формуле:

Таблица 3. Коэффициент k для типов местности:

Высота над уровнем земли, метр Тип местности
A B C
≤ 5 0,75 0,5 0,4
10 1,25 0,65 0,4
20 1,25 0,85 0,55
40 1,5 1,1 0,8
60 1,7 1,3 1,0
80 1,85 1,45 1,15
100 2,0 1,6 1,25
150 2,25 1,9 1,55
200 2,45 2,1 1,8
250 2,65 2,3 2,0
300 2,75 2,5 2,2
350 2,75 2,75 2,35
≥ 480 2,75 2,75 2,75

Типы местности:

  • A – открытые пространства на побережьях морей, озёр, водохранилищ, пустыня, степь, лесостепь, тундра;
  • B – населённые пункты, лес, местность с равномерно распределёнными искусственными строениями с высотой больше 10 метров;
  • C – территория города с плотным расположением строительных сооружений высотой более 25 метров.

Таблица 4. Значение коэффициента С для двускатной кровли при векторе потока в скат крыши:

Угол наклона ά F G H I J
15° -0,9 -0,8 -0,3 -0,4 -1,0
0,2 0,2 0,2
30° -0,5 -0,5 -0,2 -0,4 -0,5
0,7 0,7 0,4
45° 0,7 0,7 0,6 -0,2 -0,3
60° 0,7 0,7 0,7 -0,2 -0,3
75° 0,8 0,8 0,8 -0,2 -0,3

Таблица 5. Значение коэффициента С для двускатной кровли при направлении потока во фронтон крыши:

Угол наклона ά F H G I
-1,8 -1,7 -0,7 -0,5
15° -1,3 -1,3 -0,6 -0,5
30° -1,1 -1,4 -0,8 -0,5
45° -1,1 -1,4 -0,9 -0,5
60° -1,1 -1,2 -0,8 -0,5
75° -1,1 -1,2 -0,8 -0,5

Положительная величина аэродинамического коэффициента означает, что ветер давит на поверхность. Отрицательные показатели – поток создаёт разрежение у поверхности кровли, иными словами – «отсос» воздушной подушки.

Пример расчёта

Дано:

  • здание находится на берегу большого внутреннего водоёма, местность относится к типу A;
  • кровля расположена на высоте 10 метров, то есть коэффициент равен 1,25;
  • преобладающие ветра направлены во фронтон крыши, отсюда аэродинамический показатель для крыши с наклоном ά = 30 равен C = -1,4;
  • норматив для района Поволжья W = 53 кгс/м².

Расчётное значение ветрового усилия составит:

Wр = 0,7 * 53 кгс/м² * 1,25 * (-1,4) = -64,925 кгс/м².

Отрицательное значение показывает, что имеется усилие, стремящееся оторвать кровлю от всего здания.

При общих размерах кровли S = 30 м², общее усилие составит:

P = 30 м² * (-64,925 кгс/м²) = -1947,75 кгс, то есть почти две тонны.

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.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Расчет ветровой нагрузки, ветровой район таблица

Главная




Основные повреждения, которые получают здания при порывистых ветрах, приходятся, в основном, на крышу. По телевизору, в интернете мы можем увидеть достаточно много наглядных примеров того, как не только отдельные элементы крыши, но и вся крыша, полностью, срывается под порывами ураганного ветра. Почему же происходят подобные случаи? Давайте рассмотрим механику подобных явлений и попробуем сделать расчет ветровой нагрузки.

Содержание

  1. Ветровые потоки
  2. Силы, действующие на крышу
  3. Расчет ветровой нагрузки
  4. Как бороться с ветровыми «проказами»?
  5. Уважаемые посетители!

Ветровые потоки

Расчет ветровой нагрузки учитывает направление господствующих ветров. При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие:

  1. нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
  2. боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
  3. вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.

Атака ветрового потока, направленная на скат крыши, образует три усилия, влияющие на расчет ветровой нагрузки, стремящиеся сдвинуть кровлю:

  • касательное, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и, захватывая свободные молекулы воздуха, уходящее прочь, стремясь, при этом, опрокинуть крышу;
  • перпендикулярное скату кровли, создавая давление, способное вдавить элементы кровли внутрь конструкции крыши;
  • и, наконец, из-за разницы давлений воздушной массы (с наветренной стороны образуется зона высокого давления, а с подветренной стороны – низкого), в верхней, подветренной, стороне строения образуется подъемная тяга, как у крыла самолета, стремящаяся  поднять крышу.

Силы, действующие на крышу

Проанализировав все усилия воздушных потоков, можно сделать вывод, что при высокой наклонной кровле ветер образует силы, стремящиеся опрокинуть крышу. Но чем больше угол наклона крыши, тем меньше действуют на нее касательные силы и больше – перпендикулярные скату.

Пологие скаты способствуют созданию больших подъёмных сил, старающихся приподнять конструкцию, отправив её в свободный полёт.

Расчет ветровой нагрузки

Как видим, если не подойти серьезно к учету ветровой нагрузки на крышу, то может произойти беда. Как и кто может это сделать?

Расчёт ветровой нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется специалистами-проектировщиками по формуле:

Wр = 0,7 * W * k * C.

  • W – нормативная величина усилия, создаваемого напором воздуха; определяется по картам в приложении к СП 20.133330.2011;
  • k – коэффициент, показывающий зависимость давления от высоты над срезом верхнего уровня земли;
  • C – аэродинамический коэффициент, учитывающий направление «набегания» воздушного потока на скат крыши.

Таблица коэффициента k для типов местности:

Высота над уровнем земли, метр

Тип местности

A

B

C

≤ 5 0,75 0,5 0,4
10 1,25 0,65 0,4
20 1,25 0,85 0,55
40 1,5 1,1 0,8
60 1,7 1,3 1,0
80 1,85 1,45 1,15
100 2,0 1,6 1,25
150 2,25 1,9 1,55
200 2,45 2,1 1,8
250 2,65 2,3 2,0
300 2,75 2,5 2,2
350 2,75 2,75 2,35
≥ 480 2,75 2,75 2,75

Типы местности:

  • A – открытые пространства на побережьях морей, озёр, водохранилищ, пустыня, степь, лесостепь, тундра;
  • B – населённые пункты, лес, местность с равномерно распределёнными искусственными строениями с высотой больше 10 метров;
  • C – территория города с плотным расположением строительных сооружений высотой более 25 метров.

Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при векторе потока в скат крыши:

Угол наклона ά

F

G

H

I

J

15° -0,9 -0,8 -0,3 -0,4 -1,0
0,2 0,2 0,2
30° -0,5 -0,5 -0,2 -0,4 -0,5
0,7 0,7 0,4
45° 0,7 0,7 0,6 -0,2 -0,3
60° 0,7 0,7 0,7 -0,2 -0,3
75° 0,8 0,8 0,8 -0,2 -0,3

Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при направлении потока во фронтон крыши:

Угол наклона ά

F

H

G

I

-1,8 -1,7 -0,7 -0,5
15° -1,3 -1,3 -0,6 -0,5
30° -1,1 -1,4 -0,8 -0,5
45° -1,1 -1,4 -0,9 -0,5
60° -1,1 -1,2 -0,8 -0,5
75° -1,1 -1,2 -0,8 -0,5

Положительная величина аэродинамического коэффициента означает, что ветер давит на поверхность. Отрицательные показатели – поток создаёт разрежение у поверхности кровли, иными словами – «отсос» воздушной подушки.

Зависимость давления, создаваемого потоком воздуха от высоты здания

Как бороться с ветровыми «проказами»?

Во избежание разрушений строители нижние концы стропил надежно прикрепляют к вмонтированным в стену кронштейнам. Если неизвестно, с какой стороны будет направление господствующих ветров, то стропила закрепляют подобным образом по всему периметру здания. Общую устойчивость каркаса крыши обеспечивают ее элементы — подкосы, раскосы и связки, сечение которых рассчитано, исходя из тех природных условий, в которых ведется строительство или ремонт здания.

Уважаемые посетители!

Мы с удовольствием ответим на возникшие вопросы. Для этого Вы можете:

позвонить по номеру: +7 (495) 669 31 74

или отправить сообщение по адресу: [email protected] ru

и получить подробную консультацию.

 



Как рассчитать ветровую нагрузку в соответствии с ASCE7-16

БЛОГ
НОВОСТИ И ТЕНДЕНЦИИ

ОБЗОР

Основная цель – узнать о процессе определения ветровых нагрузок. Здесь есть 3 основных определения для расчета ветровой нагрузки.

 

БАЗОВАЯ СКОРОСТЬ ВЕТРА, В : Трехсекундная скорость порыва ветра на высоте 33 фута (10 м) над землей при воздействии С (см. Раздел 26.7.3), как определено в соответствии с Разделом 26.5.1.

 

ЗАКРЫТОЕ ЗДАНИЕ: Здание, имеющее общую площадь проемов в каждой стене, на которую действует положительное внешнее давление, меньше или равное 4 кв. футам (0,37 м2) или 1% площади этой стены, в зависимости от того, что меньше.

 

ЗДАНИЕ МАЛОЕ

Огороженное или частично огороженное здание, соответствующее следующим условиям:
1. Средняя высота крыши h меньше или равна 60 футам (18 м).
2. Средняя высота крыши h не превышает наименьшего горизонтального размера.

 

Содержание

1. Разрешенные методы проектирования

2. Схема процесса определения ветровых нагрузок

        2.1. Определить базовую скорость ветра, V, см. раздел 26.5
        2.2. Определите коэффициент направленности ветра, Kd, ​​см. раздел 26.6
        2.3. Определите воздействие, см. Раздел 26.7
        2.4. Определить Топографический фактор, тенге, см. раздел 26.8
        2.5. Определите коэффициент высоты земли, Ke, см. Раздел 26.9
        2.6. Определить коэффициенты воздействия давления скорости, Kh и Kz, см. Таблицу 26. 10-1
        2.7. Определите скоростное давление, см. раздел 26. 10
        2.8. Определить коэффициент воздействия порыва ветра, см. раздел 26. 11
        2.9. Определить коэффициент внешнего давления Cp, см. рис. 27. 3-1
        2.10. Определить расчетное ветровое давление, р, см. раздел 27. 3. 1
        2.11. Определить эффективную площадь для каждого этажа, Ai
        2.12. Рассчитайте проект ветровой силы, V


1. Разрешенные методы проектирования

См. ASCE 7-16 26.1.2.1

Метод 1. Направленная процедура для зданий со всех высоких высот

.0007

> Указанный в главе 27 для зданий, отвечающих указанным в ней требованиям.

 

Метод 2. Метод конвертации для малоэтажных зданий

> Указан в главе 28 для зданий, отвечающих указанным в ней требованиям.

 

Метод 3. Инструктивная процедура для строительных принадлежностей и прочего

                       Конструкции

> Строительные принадлежности: кровельные конструкции и оборудование

> Другие конструкции: прочные отдельно стоящие стены и монолитные отдельно стоящие стены

> указано в главе 29.

 

Метод 4. Процедура прокладки аэродинамической трубы для всех зданий и всех других конструкций

> указано в главе 31.

 

Пример модели

 

 

 

 

  Процесс определения нагрузки 2.005

057

 

См. ASCE 7-16 РИСУНОК 26. 1-1

 

Всего в этом разделе 12 шагов.

 

1. Determine Basic Wind speed, V, see Section 26.5

 

 

 

 

2. Determine Wind directionality factor, K

d , see Section 26.6

 

 

∗Примечание

Коэффициент направления ветра, Kd, ​​представляет собой безразмерную величину, меньшую единицы, которая отражает тот факт, что наиболее неблагоприятные с климатологической и аэродинамической или динамической точки зрения направления ветра обычно не совпадают.

3. Определите экспозицию, см. Раздел 26.7

* 4 Классификация экспозиции

Экспо (недавно удаленная в ASCE 7-02):

Excust. Крупные городские центры с высокими зданиями.

 

Воздействие B :

Городские и пригородные районы, лесные массивы с множеством близко расположенных препятствий.

 

Экспозиция C :

Открытая местность с рассеянными препятствиями. Аэропорты, районы, которые обычно представляют собой плоскую открытую местность.

 

 

Воздействие D : 

Плоские, свободные участки и водные поверхности за пределами регионов, подверженных ураганам. В эту категорию входят гладкие илистые отмели, солончаки и сплошной лед, простирающийся на 5000 футов или в 20 раз превышающий высоту здания в направлении против ветра.

4. Определите топографический фактор, K

ZT , см. В разделе 26.8

7

ЗДЕСЬ. ЗДЕСЬ. =20м, и Откос.

K ZT = (1 + K 1 K 2 K 3 ) 2
= (1 + 0,5667 ∗ (1- | 10 | (4 ad — −2,5∗28/30 ) 2 = 1,103 при PHR примера
= (1 + 0,5667 ∗ (1−|10| / (4∗30)) ∗𝑒 −2,5∗4/30 ) 2 = 1,883 при 2F примера

𝐾1 = 𝐷𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑒𝑑 𝑓𝑟𝑜𝑚 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑏𝑒𝑙𝑜𝑤
𝐾 2 = (1- | 𝑥 |

5.

Определите коэффициент высоты земли, K e , см. раздел 26.9

 

*Примечание

  K e не рассматривается nGen.
Если вы хотите отразить K e , вы можете управлять этим с помощью значения «Масштабный коэффициент» в диалоговом окне «Ветровая нагрузка».

6. Определите коэффициенты воздействия давления скорости, K

H и K Z , см. Таблицу 26. 10-1

7 7. DISIT Раздел 26. 10

 

Где,

K z = коэффициент воздействия скорость-давление, см. раздел 26. 10.1.

K zt = топографический фактор, см. раздел 26.8.2.

K d = коэффициент направленности ветра, см. раздел 26.6.

K e = коэффициент высоты земли, см. раздел 26.9.

.0002  

 

9. Определить коэффициент внешнего давления, Cp, см.

рис. 27. 3-1

10. Определите давление на ветру, P, см. Раздел 27. 3. 1

𝑝 . (𝐺𝐶 𝑝𝑖 )

11. Определите эффективную область для каждой истории, AI

𝐴 𝑖 = 0,5 (ℎ 𝑖 𝑖 = 0,5 (ℎ 𝑖 0142 +ℎ 𝑖 — 1 ) 𝐵 𝑜𝑟 0,5 (ℎ 𝑖 +ℎ 𝑖 — 1 ) 𝐿

12. Рассчитайте силу дизайна ветра, v

9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 7. (вручную)

 

 

Расчетная сила ветра для примера модели (by nGen)

 

 

стр.😊

 

» Расчет ветровой нагрузки на здания

  • Ресурсный центр
  • Справочные инструменты

Когда инженеры-строители и архитекторы сотрудничают на этапе проектирования зданий или сооружений, одним из наиболее важных факторов, требующих учета, является скорость и нагрузка ветра на здание и его составляющие элементы (например, двери и окна). При расчете этих нагрузок необходимо учитывать несколько факторов. Некоторые из этих факторов не так интуитивны, как может показаться.

Географическое положение здания является наиболее важным фактором, который следует учитывать при расчете ветровой нагрузки. Здания, расположенные на ровных плоских поверхностях, подвергаются большему давлению, чем те, которые расположены в крытом районе, где поток ветра сильно затруднен. Точно так же, если здание расположено на вершине холма, оно будет подвергаться большему давлению ветра, чем здание, расположенное внизу. Еще одно важное соображение заключается в том, находится ли здание в районе, подверженном ураганам, или нет.

Давление ветра на разные поверхности здания сильно различается в зависимости от нескольких факторов. Места с нарушением воздушного потока подвергаются повышенному давлению, в том числе углы и свесы крыши; следовательно, сложные архитектурные проекты должны учитывать эти изменения площади поверхности давления ветра на здание.

При определении давления ветра важным фактором, который необходимо учитывать, является направление ветра. Если ветер дует на поверхность здания, это называется «наветренным» давлением, которое действует в положительном направлении. Отрицательное давление ветра или «подветренное» давление создается, когда ветер дует от рассматриваемой поверхности. В зависимости от обычного направления воздушного потока в помещении можно определить, будет ли здание сталкиваться с отрицательным или положительным давлением.

Показывает давление, создаваемое внутри здания за счет ветра, всасываемого внутрь через ветрозащитные отверстия, сделанные в здании. В зависимости от этих портов и направления воздушного потока внутреннее давление также может быть положительным и отрицательным. Коэффициенты давления для внутреннего давления также необходимо учитывать при строительстве здания и его элементов.

В совокупности все эти факторы дают меру расчетного давления, которое является произведением всех этих различных давлений, которым подвергается здание.

Previous PostNextNext Post

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *