Расчет на ветровую нагрузку столба: Как рассчитать ветровую нагрузку на опору освещения

Как рассчитать ветровую нагрузку на опору освещения

Ветром называют поток воздушных масс, движущихся около поверхности земли из мест с высоким давлением в места с низким. В современных расчетах используются максимальная скорость ветра и его скорость при минимальной температуре и гололеде, что касается силовых опор с воздушной прокладкой кабеля. Ранее ветровые нагрузки определяли по СНиП 2.01.07-85*. Сегодня документ заменен новой редакцией – СП 20.13330.2016, где можно найти все данные и значения для выполнения расчета.

Расчет ветровой нагрузки w ведется по СП 20.13330.2016. Согласно п. 5.5, это разновидность кратковременных горизонтальных нагрузок. Подробное описание и особенности расчета приведены в главе 11 указанного документа под названием «Воздействия ветра». Под ветровой нагрузкой подразумевают разные виды воздействия ветра:

• основную ветровую нагрузку;
• пиковые значения ветровой нагрузки на конструктивные элементы и ограждения;
• резонансное вихревое возбуждение;
• аэродинамические неустойчивые колебания.

Последние два типа нагрузки свойственны сооружениям, имеющим прямолинейную центральную ось и неизменное или плавно изменяющееся поперечное сечение.

При расчете ветровой нагрузки применяют коэффициент надежности, равный 1,4. Он учитывает возможность отклонения нагрузки от нормативных значений. Согласно 11.1.2 СП 20.13330.2016, нормативная основная ветровая нагрузка определяется как сумма:

w = wm + wg,

где wm – средняя ветровая нагрузка, wg – пульсационная ветровая нагрузка, определяемая по 11.1.8 СП 20.13330.2016. Простыми словами, это статическая и динамическая составляющие ветровой нагрузки.

Пульсация должна учитываться, поскольку скорость ветра не может быть постоянной, а это вызывает дополнительную динамическую нагрузку на опоры. Ветер дует порывами в виде непродолжительных толчков длительностью 0,5-2 с. Причем он часто меняет скорость и направление. Поэтому при расчетах учитывают не только среднюю скорость ветра, но и колебания, при которых в отдельные моменты скорость может превышать среднюю.

Формула для вычисления средней ветровой нагрузки:

wm = w0 · k(ze) · c.

В представленной формуле:

• Значение w0 – нормативная ветровая нагрузка (давление). Определяется в зависимости от ветрового района (от I до VII). Принимается по карте 2 ветровых нагрузок в Приложении Е СП 20.13330.2016.

• Коэффициент k(ze) – коэффициент изменения ветрового давления по высоте. Согласно 11.1.5, эквивалентная высота башенных сооружений (мачт и опор) определяется как ze = z. По п. 11.1.6 коэффициент k(ze) для ze ≤ 300 м определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016. В таблице приведены типы местности: A – открытое побережье и сельские местности, пустыни, лесостепи, B – лесные массивы, территория города с препятствиями высотой от 10 м, C – городская местность с плотной застройкой и зданиями высотой от 25 м.

• Коэффициент c – аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки. Принимается по Приложению B.1, где стрелки указывают на направление ветра. Для цилиндрических неплоских опор коэффициент обычно принимается равным 0,7.

Получившуюся после сложения средней и пульсационной нагрузку используют при последующих расчетах опор на сочетание нагрузок: от собственного веса, массы оборудования и проводов. Еще этот расчет может быть необходим при определении гололедных нагрузок. Это касается силовых опор, которые дополнительно служат для воздушной прокладки проводов, которые в зимнее время подвергаются оледенению.

Как рассчитать ветровую нагрузку на забор из профнастила?

Строительство забора из профнастила настолько несложно, что многие бросаются воплощать идею в жизнь, не задумываясь о потенциальных ошибках. Среди них одна из наиболее распространенных – неправильный выбор профиля для опор. Это происходит вследствие игнорирования ветровой нагрузки, действующей на забор из профнастила. Итог плачевен – перекошенные конструкции из красивого, но, увы, безвозвратно покореженного, строительного материала.

Почему именно ветер?

Заборы из стенового профнастила отличаются небольшим весом, который может выдержать и неглубоко зарытая опора и «тонкая» лага. Листы устанавливаются вертикально, в отличие от крыш на них не задерживаются снег, осадки и мусор. А вот ветру дуть не запретишь. Причем под любым углом к плоскости забора.

Чрезмерная сила может сразу повалить конструкцию, а может постепенно «расшатывать» до критической точки. При этом, как известно инженерам, максимальный изгибающий момент будет в точке выхода опоры из земли.

Выход очевиден: взять стойки «потолще» да закопать их поглубже. Насколько увеличить сечение? Ответ дает расчет ветровой нагрузки.

Простая формула для расчета

Суть расчета ветровой нагрузки сводится к определению максимального изгибающего момента, действующего на столб (у основания). При вычислении должно учитываться немало факторов:

• климатические условия;
• особенности местности;
• средние показатели силы ветра.

Помимо названных, основных моментов, учитывается еще множество, которые сливаются в единую сложную инженерную формулу, которую можно отыскать в хитросплетении страниц учебника по сопромату или гражданскому строительству.

Рассчитать ветровую нагрузку на забор из профнастила можно  по упрощенной формуле:

• «табличную» среднюю скорость ветра в регионе возводим в «квадрат»;
• результат делят на 9,8 (для перевода в систему СИ) и умножают на 0,61 (поправочный коэффициент. Учитывающий плотность воздуха).

Так, можно, к примеру вычислить, что при ураганном ветре в 30 метров в секунду нагрузка на квадратный метр забора будет составлять 56 кг. Дальше можно пойти сложным путем: зная площадь забора, произвести «сопроматовский» расчет балки с защемленным концом. А можно последовать советам бывалых и не стремиться к абсолютной точности. Строители говорят, что при высоте забора около 2 м и пролете в 3 м вполне достаточно профиля с сечением 80 мм и толщиной стенки 3 мм. Красивый, удобный в монтаже и функциональный вариант.

Предосторожность без паники

В примере 30 м/с взяты, как критическая, почти ураганная величина, которой сила ветра в средней полосе достигает редко. По всемирной классификации, все, что выше 20,8 м/с считается штормом, а выше 32,4 м/с (64кг на «квадрат»)- ураганом. В ситуации, когда от буйства стихии крышу сносит не только в переносном, но и в прямом смысле, забор, уж точно не будет самым ценным. Вряд ли разумно чрезмерно усиливать сечение опор в страхе ситуации, которая может и не произойти. Поэтому формула учитывает среднюю скорость. Впрочем, обывателю никто не мешает использовать разумный коэффициент запаса прочности: чтобы и красиво, и надежно.

Так же стоит учитывать, что указанные нагрузки предполагают, что ветер дует прямо «в лоб». На практике, как понятно из геометрии, эта ситуация возникает с вероятностью 1/180. Чаще ветер дует под определенным углом и при «скольжении» по плоскости забора нагрузка снижается.

Можно сделать простой вывод: пренебрегать расчетами ветровой нагрузки не стоит. Чрезмерно «тонкий» профиль не гарантирует стойкости конструкции и при умеренном ветре. Чрезмерно увлекаться повышением прочности – тоже нецелесообразно: чрезвычайные ситуации так называются, поскольку происходят крайне редко. Насколько? Помогает определить средняя сила ветра, ее профессионалы берут за основу расчетов.

Калькулятор ветровой нагрузки | Какую силу производит ветер?

Создано Филиппом Маусом

Отзыв Ханны Памулы, кандидата наук и Джека Боуотера

Последнее обновление: 01 октября 2022 г.

Содержание:

• Ветер: друг и враг
• Какова ветровая нагрузка на конструкцию?
• Как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки?

Калькулятор ветровой нагрузки позволяет вам рассчитать силу ветра на любую конструкцию . Будь то крыша, вывеска или стальная конструкция, с помощью этого калькулятора силы ветра вы можете определить создаваемое на нее ветровое давление в зависимости от скорости ветра, что поможет вам убедиться, что она достаточно прочная, чтобы выдержать даже самый сильный шторм.

Ветер: друг и враг

Всякий раз, когда люди возводят строение, бушует вечная битва против природы, чтобы оно не устояло. Эрозия постепенно разрушает наши конструкции, крыши рушатся под тяжестью снега, а наводнения и пожары могут свести на нет всю работу вашей жизни за считанные секунды.

Но одним из самых разрушительных элементов является тот, на который мы полностью полагаемся для нашего выживания: воздух. Только в 2019 году ураганы нанесли ущерб на сумму более 40 миллиардов долларов и многочисленные отключения электроэнергии. Чрезмерная ветровая нагрузка на крыши разрушает здания и подвергает опасности жизни людей. Но не волнуйтесь, этот калькулятор силы ветра поможет вам оценить ветровую нагрузку, воздействующую на любую конструкцию, в зависимости от скорости ветра и площади поверхности конструкции. Таким образом, вы можете убедиться, что неустойчивая крыша, окно или вывеска угрожают вашим близким и вашему имуществу.

И, возможно, зная, что ветер не причинит вам вреда, вы можете использовать его и создавать устойчивую, чистую и дешевую энергию с помощью собственного ветряного двигателя (дополнительную информацию см. на калькуляторе ветряного двигателя). Или используйте его для забавных упражнений, таких как виндсерфинг или еще более сложный кайтсерфинг. Мы прикроем вашу спину с помощью нашего калькулятора для виндсерфинга и кайтбординга.

Какова ветровая нагрузка на конструкцию?

Сила удара частиц воздуха о поверхность известна как ветровая нагрузка на конкретную конструкцию. Чтобы рассчитать точную силу, нам нужно больше информации о ветре и конструкции: 9\circ~\mathrm{F}59∘ F на уровне моря. Эти условия известны как стандартные температура и давление (STP). Если вы живете в месте с существенно отличающимися условиями, мы рекомендуем использовать калькулятор плотности воздуха, чтобы определить вашу плотность воздуха и соответствующим образом изменить значение в этом калькуляторе.

С учетом всех этих факторов калькулятор ветрового давления определяет динамическое давление и ветровую нагрузку:

Динамическое давление = 0,5 * Плотность воздуха * Скорость ветра²

Ветровая нагрузка = Динамическое давление * Эффективная поверхность = Динамическое давление * Всего поверхность * sin(угол)

Калькулятор уклона крыши
Узнайте больше об уклоне крыши из нашего специального инструмента, калькулятора уклона крыши.

Как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки?

Здесь мы покажем вам, как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки.

1. Установите характеристики ветра, а именно скорость ветра и плотность воздуха. Плотность воздуха по умолчанию должна быть адекватной, если только вы не живете в очень жарком, холодном или возвышенном месте. В этом случае вы можете определить плотность воздуха с помощью инструмента, связанного с полем плотности воздуха в калькуляторе, и соответствующим образом изменить значение.

2. Введите важные значения вашей конструкции: общую площадь поверхности и угол. Если у вас есть проблемы с определением площади вашей конструкции, вам может помочь калькулятор площади. Угол находится между горизонтом и вашей структурой, так что это шаг для крыши.

3. Калькулятор силы ветра покажет ожидаемое давление ветра. Таким образом, вы можете оценить ветровую нагрузку на свою крышу и безопасно спланировать строительство без риска обрушения во время бури.

Philip Maus

Окружающая среда

Скорость ветра

Плотность воздуха

Плотность воздуха по умолчанию соответствует температуре 15°C/59°F на уровне моря. Если вам нужно изменить это значение, воспользуйтесь нашим калькулятором плотности воздуха.

Нагруженный объект

Площадь поверхности

Угол поверхности

Динамическое давление и ветровая нагрузка

Динамическое давление

Ветровая нагрузка

Посмотреть 86 похожих калькуляторов классической механики ⚙️

УскорениеУгол поворота Угол наклона берега… Еще 83

Как рассчитать ветровую нагрузку на конструкцию

••• изображение ветра Ханна Крайс с сайта Fotolia.com

Обновлено 07 августа 2017 г. ll Требуется

• Данные о ветре для определения местоположения конструкции
• Размеры конструкции

Ветровая нагрузка на конструкцию зависит от нескольких факторов, включая скорость ветра, окружающую местность, а также размер, форму и динамическую реакцию конструкции. Традиционная теория предполагает, что давление горизонтальной ветровой нагрузки действует нормально на поверхность конструкции. Расчеты для ветра во всех направлениях рассчитываются, чтобы найти наиболее критическое состояние нагрузки. Учет всасывания из-за сил перепада давления, вызванных ветром, также обычно оценивается в случае боковых стенок и подветренных стенок. Как правило, строительные нормы и правила допускают либо расчетные ветровые нагрузки, либо ветровые нагрузки, определенные путем тестирования моделей в условиях местности, эквивалентных условиям строительной площадки.

Определите базовую скорость ветра для расположения конструкции. Если данные для объекта отсутствуют, используйте следующие приблизительные значения базовой скорости ветра в США:

Прибрежные и горные районы 110 миль в час Северная и центральная часть США 90 миль в час Другие районы США 80 миль в час

Выберите категорию рельеф для строения. Выберите категорию «А» для городских центров с другими строениями поблизости на расстоянии более 70 футов. Выберите «B» для лесных или городских районов со строениями ниже 70 футов. Выберите «C» для плоских участков с препятствиями высотой менее 30 футов. Выберите «D» для плоских участков без препятствий. 92 = коэффициент воздействия x основная скорость ветра c основная скорость ветра.

Умножьте давление ветра на 1,15 для важных сооружений, таких как школы, больницы, здания с высокой посещаемостью, здания с жизненно важными коммуникациями, а также высокие или тонкие конструкции.

Умножьте давление ветра на 1,05 для зданий, подверженных ураганам вдоль побережья Мексиканского залива или Атлантического океана.

Умножьте расчетное давление ветра на площадь поверхности в квадратных футах конструкции, подверженной ветру в каждом конкретном направлении. Используйте наибольшую площадь поверхности, подверженную воздействию ветра, для максимальной ветровой нагрузки.

• Базовая скорость ветра для местоположения — это самая высокая скорость ветра, зарегистрированная на высоте 10 метров (32,8 фута) над открытой ровной местностью за 50-летний интервал.

Предупреждения

• — Приведенные выше этапы расчета обеспечивают простую аппроксимацию ветровой нагрузки на конструкцию. Наличие подробных данных о конкретном участке и модели конструкции позволит получить гораздо более точные результаты ветровой нагрузки. В частности, стены конструкции должны быть проверены на соответствие коду ASCE-7 на положительное и отрицательное давление, создаваемое ветром.

  — Проконсультируйтесь с квалифицированным инженером-строителем или архитектором, чтобы уточнить фактические расчеты ветровой нагрузки на конструкцию.

  -Проверьте местные строительные нормы и правила, чтобы определить требования к ветровой нагрузке для конкретного места сооружения.

Статьи по теме

Об авторе

Аллен Дуглас был техническим автором для крупных научных и инженерных компаний в течение 20 лет. Он пишет статьи на технические темы на eHow. Он имеет степень магистра технических наук Университета Толедо и работал профессиональным инженером на Среднем Западе и юге США.