Как рассчитать ветровую нагрузку: Особенности расчета металлических решетчатых башен на ветровую нагрузку

Содержание

Расчет ветровых нагрузок | Альпром

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!

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.

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.

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]

Расчёт ветровой нагрузки на здания ЖК «Пётр и Екатерина»

Данные расчеты проведены на основе численного решения трехмерных уравнений газовой динамики с учетом турбулентности внешнего ветрового потока. В расчеты закладывался логарифмический профиль скорости ветра в приземном слое атмосферы, определяемый в соответствии с ветровой нагрузкой, рассчитанной по нормативной документации для 2-го ветрового района (город Санкт-Петербург) и типа местности «А». Выбор типа местности как «А» несмотря на то, что здание расположено в черте города, связан с наличием вблизи строящихся зданий обширного водного пространства и многокилометрового лесопаркового массива.

В результате математического моделирования были получены поля давления и скорости, формирующиеся при обтекании высотного жилого здания. Полученные при расчете ветровой нагрузки на здание данные в дальнейшем использовались для расчета на прочность в специализированном программном комплексе.

Ветровая нагрузка на мачты.
Отличительной особенностью подобных высотных строений является размещение на их кровле свободно и на мачтах различного радио- и телекоммуникационного оборудования, а также шпили и молниеприёмные устройства. При этом, иногда недостаточно определить только расчётное давление на мачты. Как в этом случае рассчитать ветровую нагрузку?

Для подобных объектов, высота которых более чем в 10 раз превышает их толщину, современные строительные нормы требуют также учитывать резонанс и такие аэродинамические неустойчивые колебания, как галопирование, флаттер, дивергенцию и т.д. В некоторых случаях производители прямо указывают на какую ветровую нагрузку рассчитаны их мачты. В данном случае она должна сравниваться с расчётной нагрузкой на высоте установки. Для данного расчёта аналитическое приближение не выявило условий возникновения аэродинамических неустойчивых колебаний, поэтому для данной мачту такой расчёт не требовался и остался за гранью исследования. Была определена лишь расчётная ветровая нагрузка на мачту.

ASCE 7-10 Пример расчета ветровой нагрузки

Полностью проработанный пример ASCE 7-10 расчеты ветровой нагрузки

Воздействие ветра на конструкции во время тайфуна является одной из критических нагрузок, которые инженер-строитель должен предвидеть. Никто не хотел бы жить в здании, которое легко поколебалось. Для этого, рекомендации по оценке этой нагрузки указаны в каждом локальном коде.

SkyCiv выпустила бесплатный калькулятор ветровой нагрузки имеет несколько ссылок на код, включая ASCE 7-10 процедура ветровой нагрузки. В этой секции, мы собираемся продемонстрировать, как рассчитать ветровые нагрузки, используя модель склада S3D ниже:

фигура 1. Модель склада в SkyCiv S3D в качестве примера.

фигура 2. Местонахождение площадки (из Google Maps).

Стол 1. Данные здания, необходимые для расчета ветра.

Расположение	Кордова, Мемфис, Теннесси
Заполняемость	Разное – Структура растений
местность	Плоские сельхозугодья
Размеры	64 футов × 104 футы в плане Высота карниза 30 фут Высота апекса на высоте. 36 футСкат крыши 3:16 (10.62°) С открытием
покрытие	Purlins на расстоянии 2 фута Стенные шпильки на расстоянии 2 фута

В нашем примере ветровой нагрузки ASCE, расчетное давление ветра для большого, Трехэтажная структура завода будет определена. инжир. G5-1 показывает размеры и каркас здания. Данные здания приведены в таблице. 1.

Хотя существует ряд программ, в которых расчеты ветровой нагрузки уже включены в их дизайн и анализ, только немногие предоставляют подробные вычисления этого конкретного типа нагрузки. Пользователи должны будут провести ручной расчет этой процедуры, чтобы проверить, совпадают ли результаты с результатами, полученными с помощью программного обеспечения.

По формуле определения расчетного давления ветра:

Для закрытых и частично закрытых зданий:

$p = qG{С}_{п} -{Q}_{я}({GC}_{число Пи})$ (1)

Для открытых зданий:

$p = q{грамм}_{е}{С}_{п} -{Q}({GC}_{число Пи})$ (2)

куда:

$ГРАММ) = фактор влияния порывов
\({С}_{п}$ знак равно коэффициент внешнего давления
$({GC}_{число Пи})$= коэффициент внутреннего давления
$q$ = скорость давления, в ПСФ, определяется по формуле:

$q = 0. 2$ (3)

$q$ знак равно ${Q}_{час}$ для подветренных стен, боковые стенки, и крыши,оценивается на средней высоте крыши, $час)
\(q$ знак равно ${Q}_{с участием}$ для наветренных стен, оценивается на высоте, $с участием)
\({Q}_{я}$ знак равно ${Q}_{час}$ для отрицательного внутреннего давления, $(-{GC}_{число Пи})$ оценка и ${Q}_{с участием}$ для положительной оценки внутреннего давления $(+{GC}_{число Пи})$ частично закрытых зданий но можно принять за ${Q}_{час}$ для консервативного значения.
${К}_{с участием}$ = коэффициент скорости давления
${К}_{ZT}$= топографический фактор
${К}_{d}$= коэффициент направленности ветра
$V$ = базовая скорость ветра в милях в час

Мы углубимся в детали каждого параметра ниже. более того, мы будем использовать Направленную процедуру (глава 30 ASCE 7-10) при решении расчетных ветровых давлений.

Категория риска

Первое, что нужно сделать при определении проектных давлений ветра, — это классифицировать категорию риска конструкции, которая основана на использовании или занятости конструкции. . Для этого примера, так как это структура растения, структура классифицируется как Категория риска IV. Смотрите таблицу 1.5-1 ASCE 7-10 для получения дополнительной информации о классификации категорий риска.

Основная скорость ветра, $V$

ASCE 7-10 обеспечивает карту ветра, где соответствующая базовая скорость ветра местоположения может быть получена из рисунков 26.5-1A-1C. Категория размещения определяется и классифицируется в Международном строительном кодексе.. При просмотре карт ветра, взять наибольший номер категории из определенной категории риска или занятости. В большинстве случаев, включая этот пример, они одинаковые. Из рисунка 26.5-1B, Кордова, Мемфис, Теннесси как-то рядом, где красная точка на рисунке 3 ниже, и оттуда, основная скорость ветра, $V$, является 120 миль / ч. Обратите внимание, что для другого места, вам нужно будет интерполировать базовое значение скорости ветра между контурами ветра.

фигура 3. Базовая карта скорости ветра от ASCE 7-10.

SkyCiv теперь автоматизирует расчеты скорости ветра с помощью нескольких параметров. Пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Категория экспозиции

Смотрите раздел 26.7 ASCE 7-10 подробно описана процедура определения категории воздействия.

В зависимости от выбранного направления ветра, Экспозиция конструкции должна быть определена на 45 ° против ветра.. Должно быть принято воздействие, которое приведет к наибольшей ветровой нагрузке с указанного направления.. Описание каждой классификации воздействия подробно описано в разделе 26.7.2 и 26.7.3 ASCE 7-10. Чтобы лучше проиллюстрировать каждый случай, примеры каждой категории приведены в таблице ниже.

Стол 2. Примеры областей, классифицированных в соответствии с категорией воздействия (Глава C26 ASCE 7-10).

Контакт	пример
Экспозиция Б	Пригородный жилой район с в основном жилыми домами – Малоэтажные строения, меньше, чем 30 футов в высоту, в центре фотографии есть участки, обозначенные как экспозиция b, с шероховатостью поверхности, категория B рельеф вокруг площадки на расстоянии, превышающем 1500 футов в любом направлении ветра. Городская территория с многочисленными близко расположенными препятствиями, имеющими размеры жилья на одну семью или больше – Для всех структур показано, рельеф местности, представляющий категорию шероховатости поверхности b, простирается более чем в двадцать раз по высоте конструкции или 2600 фут, смотря что больше, в направлении против ветра. Структуры на переднем плане расположены в экспозиции B – Структуры в центре верхней части фотографии, примыкающей к поляне слева, что больше чем приблизительно 656 футов в длину, расположены в экспозиции c, когда ветер идет слева на поляне.
Выдержка С	Плоские открытые поля с рассеянными препятствиями, высота которых обычно меньше 30 фут. Открытая местность с рассеянными препятствиями, высота которых обычно меньше 30 фут для большинства направлений ветра, все одноэтажные конструкции со средней высотой крыши менее 30 футы на фотографии меньше 1500 футов или в десять раз больше высоты конструкции, смотря что больше, из открытого поля, которое предотвращает использование воздействия B.
Экспозиция D	Здание на береговой линии (исключая береговую линию в подверженных ураганам регионах) при ветре над открытой водой на расстоянии не менее 1 мили. Береговые линии в зоне воздействия D включают внутренние водные пути, великие озера, и прибрежные районы Калифорнии, Орегон, Вашингтон, и Аляска.

Для нашего примера, так как расположение строения находится в сельхозугодьях в Кордове, Мемфис, Теннесси, без каких-либо зданий выше, чем 30 фут, поэтому область классифицируется как Выдержка С. Полезный инструмент в определении категории экспозиции — просмотр вашего потенциального сайта через спутниковое изображение. (Карты Google например).

Коэффициент направленности ветра, ${К}_{d}$

Факторы направленности ветра, ${К}_{d}$, для нашей структуры оба равны 0.85 так как здание является основной системой против ветра, а также имеет компоненты и облицовку, прикрепленные к конструкции. Это показано в таблице 26.6-1 ASCE 7-10 как показано ниже на рисунке 4.

фигура 4. Коэффициент направленности ветра в зависимости от типа конструкции (Стол 26.6-1 ASCE 7-10).

Топографический фактор, ${К}_{ZT}$

Так как расположение строения находится на равнине, можно предположить, что топографический фактор, ${К}_{ZT}$, является 1.0. В противном случае, фактор может быть решен с помощью рисунка 26.8-1 ASCE 7-10. Чтобы определить, требуются ли дальнейшие расчеты топографического фактора, см раздел 26.8.1, если ваш сайт не соответствует всем перечисленным условиям, тогда топографический фактор можно принять за 1.0.

фигура 5. Параметры, необходимые для расчета топографического фактора, ${К}_{ZT}$ (Стол 26.8-1 ASCE 7-10).

Заметка: Факторы топографии могут быть автоматически рассчитаны с использованием SkyCiv Wind Design Software

Коэффициент Давления Скорости, ${К}_{с участием}$

Коэффициент скорости давления, ${К}_{с участием}$, можно рассчитать с помощью таблицы 27. {2/α}\) (5)

куда:

Стол 3. Значения и ${с участием}_{грамм}$ из таблицы 26.9-1 ASCE 7-10.

Контакт	α	${с участием}_{грамм}$(фут)
В	7	1200
С	9.5	900
D	11.5	700

Обычно, коэффициенты скоростного давления при средней высоте крыши, ${К}_{час}$, и на каждом уровне этажа, ${К}_{день}$, значения, которые нам понадобятся для того, чтобы определить расчетное давление ветра. Для этого примера, поскольку давление ветра с наветренной стороны носит параболический характер, мы можем упростить эту нагрузку, предполагая, что на стены между уровнями пола оказывается одинаковое давление. Структура завода имеет три (3) этажей, поэтому мы разделим наветренное давление на эти уровни уровней. более того, так как крыша представляет собой щипцовые крыши, средняя высота крыши может быть взята за среднее значение карниза крыши и высоты вершины, который 33 фут.

Стол 4. Расчетные значения коэффициента давления скорости для каждой высоты возвышения.

высота (фут)	${К}_{с участием}$
10	0.85
20	0.90
30	0.98
33	1.00 ${К}_{zh}$

Скоростное давление

Из уравнения (3), мы можем решить для скорости давления, $q$ в ПСФ, на каждой рассматриваемой высоте.

Стол 5. Расчетные значения скорости давления каждой высоты возвышения.

высота (фут)	${К}_{с участием}$	$q$(PSF)	замечания
10	0.85	26.63	1первый этаж
20	0.90	28.20	2второй этаж
30	0.98	30.71	Карниз крыши
33	1.00	31.33	Средняя высота крыши, ${Q}_{час}$

Фактор порыва, грамм

Фактор порыва, \(ГРАММ), установлен в 0. 85 поскольку структура считается жесткой (Раздел 26.9.1 ASCE 7-10).

Классификация корпуса и коэффициент внутреннего давления

Предполагается, что структура завода имеет отверстия, которые удовлетворяют определению частично закрытого здания в разделе 26.2 ASCE 7-10. таким образом, коэффициент внутреннего давления, $({GC}_{число Пи})$, должен быть +0.55 и -0.55 на основании таблицы 26.11-1 ASCE 7-10.

фигура 6. Коэффициент внутреннего давления, $({GC}_{число Пи})$, из Таблица 26.11-1 ASCE 7-10.

Коэффициент внешнего давления, ${С}_{п}$

Для закрытых и частично закрытых зданий, Коэффициент внешнего давления, ${С}_{п}$, рассчитывается с использованием информации, представленной на рисунке 27.4-1 через рисунок 27.4-3. Для частично закрытого здания с двускатной крышей, использовать рисунок 27.4-1.

Коэффициенты внешнего давления для стен и крыши рассчитываются отдельно с использованием параметров здания L, Б и Ч, которые определены в примечании 7 рисунка 27. 4-1.

таким образом, нам нужно рассчитать ФУНТ и ч / л:

Средняя высота крыши, h = 33′
Длина здания, L = 64′
Ширина здания, B = 104′
L / B = 0.615
ч / л = 0.516
ч / б = 0.317

Из этих значений, мы можем получить коэффициенты внешнего давления, ${С}_{п}$, для каждой поверхности используя стол 27.4-1 ASCE 7-10. Обратите внимание, что мы можем использовать линейную интерполяцию, когда угол крыши, θ, ФУНТ, и ч / л значения находятся между теми, которые находятся в таблице. Для нашего примера, Коэффициенты внешнего давления каждой поверхности приведены в таблицах. 6 в 8.

Стол 6. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей стен.

поверхность	${С}_{п}$
Навесная стена	0.8
Подветренная стена	-0.5
Боковая стенка	-0.7

Стол 7. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей крыши (ветровая нагрузка вдоль L).

Коэффициенты внешнего давления для кровли ${С}_{п}$ (вдоль L)
ч / л	наветренный			подветренный
ч / л	10°	10.62°	15°	10°	10.62°	15°
0.5	-0.9 -0.18	-0.88 -0.18	-0.7 -0.18	-0.50	-0.50	-0.50
0.516	-0.91 -0.18	-0.89 -0.18	-0.71 -0.18	-0.51	-0.51	-0.50
1.0	-1.3 -0.18	-1.26 -0.18	-1.0 -0.18	-0.70	-0.69	-0.60

Стол 8. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей крыши (ветровая нагрузка вдоль В).

Коэффициенты внешнего давления для кровли ${С}_{п}$ (вдоль Б)
ч / B	Расположение	${С}_{п}$
0. 317	0 в час	-0.9 -0.18
	ч / 2 в час	-0.9 -0.18
	час в 2час	-0.5 -0.18
	>2час	-0.3 -0.18

Коэффициент внешнего давления с двумя значениями, как показано в таблицах 7 и 8 должны быть проверены в обоих случаях.

Расчетное ветровое давление для основной системы защиты от ветра

Используя уравнение (1), расчетное давление ветра можно рассчитать. Результаты наших расчетов приведены в таблицах. 8 и 9 ниже. Обратите внимание, что на структуру будут воздействовать четыре случая, так как мы будем рассматривать давление, решаемое с помощью $(+{GC}_{число Пи})$ и $(-{GC}_{число Пи})$ , и $+{С}_{п}$ и $-{С}_{п}$ для крыши.

Стол 9. Расчетное давление ветра для поверхностей стен.

Расчетное давление, \(п), для стен
Высота этажа	${Q}_{с участием}$, PSF	наветренный		подветренный		Боковая стенка
		$(+{GC}_{число Пи})$	$(-{GC}_{число Пи})$	$(+{GC}_{число Пи})$	$(-{GC}_{число Пи})$	$(+{GC}_{число Пи})$	$(-{GC}_{число Пи})$
10	26. 63	0.88 (0.88)	35.35 (35.35)	-30.55 (-30.55)	3.92 (3.92)	-35.88 (-35.88)	-1.41 (-1.41)
20	28.20	1.94 (1.94)	36.41 (36.41)
30	30.71	3.65 (3.65)	38.12 (38.12)
33	31.33	4.07 (4.07)	38.54 (38.54)

(Результаты SkyCiv Wind Load)

Стол 10. Расчетное давление ветра для поверхностей крыши.

Расчетное давление крыши, PSF (вдоль L)			Расчетное давление крыши, PSF (вдоль Б)
поверхность	$(+{GC}_{число Пи})$	$(-{GC}_{число Пи})$	Расположение (от наветренного края)	$(+{GC}_{число Пи})$	$(-{GC}_{число Пи})$
наветренный	-40.87 (-40.87)	-6.41 (-6. 40)	0 в ч / 2	-41.20(-41.20)	12.44(12.44)
наветренный	-22.03 (-22.03)	12.44 (12.44)	ч / 2 в час	-41.20(-41.20)
подветренный	-30.71 (-30.71)	3.76 (3.83)	час в 2час	-30.55(-30.55)
подветренный			>2час	-25.22(-25.22)

(Результаты SkyCiv Wind Load)

Чтобы применить эти давления на структуру, мы рассмотрим один кадр на структуре. Образец подачи заявления 1 и 2 (для обоих $({GC}_{число Пи})$) показаны на рисунках 7 и 8. Направление ветра, показанное на вышеупомянутых фигурах, соответствует длине, L, здания.

Обратите внимание, что положительный знак означает, что давление действует на поверхность, а отрицательный знак находится вдали от поверхности.. Длина бухты 26 ноги.

фигура 7. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме – $(+{GC}_{число Пи})$ и абсолютное максимальное давление в кровле.

фигура 8. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме – $(-{GC}_{число Пи})$ и абсолютное максимальное давление в кровле.

SkyCiv упрощает эту процедуру, просто определяя параметры. Пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Расчетное ветровое давление для компонентов и оболочки (С&С)

Компоненты и оболочки определены в главе C26 ASCE 7-10 так как: «Компоненты получают ветровые нагрузки напрямую или от оболочки и передают нагрузку на MWFRS», тогда как «оболочка получает ветровые нагрузки напрямую». Примеры компонентов включают в себя «крепежные элементы», прогоны, шпильки, настил крыши, и стропильные фермы »и для облицовки« настенные покрытия, навесные стены, кровельные покрытия, наружные окна, и т.д.»

Из главы 30 ASCE 7-10, Расчетное давление для компонентов и оболочки должно быть рассчитано по формуле (30.4-1), показано ниже:

$р = {Q}_{час}[({GC}_{п})-({GC}_{число Пи})]$ (6)

куда:

${Q}_{час}$: скоростное давление оценивается на средней высоте крыши, час (31. 33 PSF)
$({GC}_{число Пи}$): коэффициент внутреннего давления
$({GC}_{п}$): коэффициент внешнего давления

Для этого примера, $({GC}_{п}$) будет найден с помощью рисунка 30.4-1 для зоны 4 и 5 (стены), и рисунок 30.4-2B для зоны 1-3 (крыша). В нашем случае, правильная цифра зависит от уклона крыши, θ, что составляет 7 °< θ ≤ 27 °. $({GC}_{п}$) можно определить для множества типов крыш, изображенных на рисунке 30.4-1 через рисунок 30.4-7 и рисунок 27.4-3 в разделе 30 и глава 27 ASCE 7-10, соответственно.

Мы рассчитаем только расчетное давление ветра для прогонов и стенных шпилек.. Зоны для компонентов и давления оболочки показаны на рисунке 9.

фигура 9. Расположение рассчитанного C&Давление C.

Расстояние а от краев можно рассчитать как минимум 10% наименьшего горизонтального размера или 0.4час но не меньше чем либо 4% наименьшего горизонтального размера или 3 фут.

а : 10% из 64 футов = 6.4 фут > 3фут
0.4(33фут) знак равно 13. 2 фут 4% из 64 футов = 2.56 фут
а = 6.4 фут

Стенные шпильки (С&C Стена Давления)

На основании рисунка 30.4-1, в $({GC}_{п}$) можно рассчитать для зон 4 и 5 на основе эффективной площади ветра. Обратите внимание, что определение эффективной площади ветра в главе C26 ASCE 7-10 утверждает, что: «Чтобы лучше аппроксимировать фактическое распределение нагрузки в таких случаях, ширина зоны эффективного ветра, используемой для оценки $({GC}_{п}$) не должны быть приняты как менее одной трети длины области «. следовательно, эффективная площадь ветра должна составлять максимум:

Эффективная площадь ветра = 10 футов *(2фут) или 10 футов *(10/3 фут) знак равно 20 sq.ft. или 33.3 кв. футов.
Эффективная зона ветра = 33.3 кв. футов.

Положительное и отрицательное $({GC}_{п}$) для стен может быть аппроксимирован с помощью приведенного ниже графика, как часть рисунка 30.4-1:

фигура 10. Приближенный $({GC}_{п}$) значения из рисунка 30.4-1 ASCE 7-10.

Стол 11. Расчетный C&C давления для настенного шпильки.

зона	$+({GC}_{п}$)	$-({GC}_{п}$)	С&C Давления, PSF
зона	$+({GC}_{п}$)	$-({GC}_{п}$)	$+({GC}_{п}$)	$-({GC}_{п}$)
4	0.90	-1.0	10.97 45.43	-48.56 -14.10
5	0.90	-1.2	10.97 45.43	-54.83 -20.36

Прогоны (С&C Крыша Давление)

С 30.4-2Б, эффективное давление ветра для зон 1, 2, и 3 можно определить. Так как фермы расположены на 26 футов, следовательно, это будет длина прогонов. Эффективная площадь ветра должна составлять максимум:

Эффективная площадь ветра = 26 футов *(2фут) или 26 футов *(26/3 фут) знак равно 52 фут2 или 225.33 sq.ft.
Эффективная зона ветра = 225.33 sq.ft.

Положительное и отрицательное $({GC}_{п}$) для крыши может быть аппроксимирован с помощью приведенного ниже графика, как часть рисунка 30.4-2B:

фигура 11. $({GC}_{п}$) значения из рисунка 30.4-2B ASCE 7-10.

Стол 12. Расчетный C&С давления для прогонов.

зона	+(граммСп)	-(граммСп)	С&C Давления, PSF
зона	+(граммСп)	-(граммСп)	+(граммСчисло Пи)	-(граммСчисло Пи)
1	0.30	-0.80	-7.83 26.63	-42.30 -7.83
2	0.30	-1.2	-7.83 26.63	-54.83 -20.36
3	0.30	-2.0	-7.83 26.63	-79.89 -45.43

Все эти расчеты можно выполнить, используя SkyCiv Wind Load Software для ASCE 7-10, 7-16, В 1991, НЦББ 2015 и, как 1170. Пользователи могут войти в местоположение сайта, чтобы получить скорость ветра и факторы топографии, введите параметры здания и создайте давление ветра. С профессиональной учетной записью, пользователи могут автоматически применять это к структурной модели и выполнять структурный анализ в одном программном обеспечении..

В противном случае, пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool для расчета скорости ветра и давления ветра на простых конструкциях.

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Патрик Гарсия

Инженер-строитель, Разработка продукта

BEng (гражданского)

Ссылки:

Мехта, К. C., & Coulbourne, W. L. (2013, июнь). Ветровые нагрузки: Руководство по положениям ветровой нагрузки ASCE 7-10. Американское общество гражданских инженеров.
Минимальные проектные нагрузки для зданий и других сооружений. (2013). ASCE / SEI 7-10. Американское общество гражданских инженеров.

Ветровая нагрузка на односкатные и двускатные крыши в Германии

В Германии применение ветровых нагрузок регулируется нормой DIN EN 1991-1-4 и Национальным приложением DIN EN 1991-1-4/NA. Данная норма распространяется на высотные и инженерные сооружения высотой до 300 м.

Ветер, является естественной переменной величиной во времени на наружных конструкциях. Ветровая нагрузка классифицируется в качестве переменных свободных воздействий, благодаря чему нагрузку можно легко сочетать с другими воздействиями (например, вынужденная нагрузка или снег) в определенных расчетных ситуациях в соответствии с нормой сочетания DIN EN 1990. Изменения аэродинамического коэффициента, вызванные другими воздействиями (снег, движение транспорта или гололед) и вследствие модификаций конструкции, должны учитываться во время строительства. Однако, в случае ветровых нагрузок, окна и двери считаются закрытыми. Случайно открытые окна и двери должны рассматриваться как особая расчетная ситуация.

Динамическая ветровая нагрузка должна быть в упрощенном виде отображена в виде эквивалентного давления ветра или силы ветра, которые соответствуют максимальному действию турбулентного ветра. Ветер действует на внешние поверхности замкнутых конструкций, а также на внутренние поверхности проницаемых или открытых конструкций. Воздействие должно быть применено перпендикулярно рассматриваемым поверхностям. В случае больших поверхностей при циркулирующем ветре, необходимо дополнительно учесть фрикционную составляющую, параллельную площади поверхности.

Ветровая нагрузка в качестве нормативного значения определяется в норме ветровой нагрузки DIN EN 1991-1-4 с Национальным приложением Германии. Данное значение определяется базовой скоростью ветра с годовым значением превышения вероятности 2% и средним периодом повторяемости 50 лет.

Результирующая ветровая нагрузка в случае достаточно жестких зданий, не восприимчивых к колебаниям, можно описать как статическую эквивалентную силу, которая зависит от максимальной скорости. Напротив, для восприимчивых к колебаниям зданий пиковая скорость дополнительно модифицируется конструктивным фактором для определения статической эквивалентной нагрузки [1] , [2] . 2}$
где
x_S = смещение головки в м из-за собственного веса в направлении ветра
h = высота здания в м; h_ref = 25 м
b = ширина здания перпендикулярно направлению ветра в м
δ = логарифмический приращение затухания по норме DIN EN 1991-1-4, приложение F

Тип конструкции	Затухание в строительстве δ_min
Железобетонная конструкция	0,1
Стальные конструкции	0,05
Смешанная конструкция (сталь и бетон)	0,08

Зависимое от высоты пиковое давление скорости

Ветровая нагрузка на здание, не подверженное колебаниям, зависит от пикового давления скорости q_p . Данное значение равнозначно скорости ветра порыва ветра длительностью от двух до четырех секунд, с учетом условий окружающей местности. Для определения нагрузки в местоположении, Национальное приложение Германии содержит карту зоны ветра с соответствующими базовыми значениями основных скоростей ветра v_{b, 0} и основными значениями базовых давлений скорости ветра q_{b, 0,} а также спецификации различных типы ландшафтов (категории I — IV) [1] , [2] , [3] .

При увеличении зоны ветра увеличивается и основное значение базовой скорости ветра.

Pисунок 01 — Зоны ветровой нагрузки в Германии

При увеличении категории местности он становится более грубым.

Топография	Описание
Категория рельефа местности I	Открытое море, озера с открытой площадью не менее 5 км по направлению ветра; гладкая, ровная, без препятствий
Категория рельефа местности II	Место с оградами, отдельными фермами, домами или деревьями, например сельскохозяйственные угодья
Категория местности III	Пригороды, промышленные или торговые зоны; леса
Категория рельефа IV	В городских районах, где здания составляют не менее 15% площади, их средняя высота превышает 15 м
Побережье смешанного профиля	Переходная область между категориями местности I и II
Внутренний смешанный профиль	Переходная область между категориями местности II и III

Пиковое давление скорости v_{b, 0} можно определить, определив базовое значение базовой скорости ветра q_p и тип местности.

пиковое скоростное давление q_p в кН/м² [3]		Подход 1 Таблица NA-B.1			Подход 2 NA.B.3.3		Подход 3 NA.B.3.2
Влияние уровня моря NN_mod	Ниже 800 м над уровнем моря	1,0
	Между 800 м и 1100 м над уровнем моря	0,2 + H_s/1000
	Над 1 100 м над уровнем моря	Требуемые специальные соображения
Ветровая зона		1	2	3		4	1	2	3	4
Основная главная скорость ветра v_{b, 0} в м/с		22.5	25.0	27,5		30.0	—	—	—	—
Коэффициент направленности c_dir		1,0					—	—	—	—
Коэффициент сезона c_сезона		1,0					—	—	—	—
базовая скорость ветра q_b в кН/м²		0,32	0,39	0,47		0,56	—	—	—	—
Категория местности	Высота конструкции	q_p в кН/м²
Категория местности	Высота конструкции	q_p (z) в кН/м²
Категория рельефа местности I	До 2 м	1,90 ⋅ q_b ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
Категория рельефа местности I	От 2 до 300 м	2,60 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,19 ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
Категория рельефа местности II	До 4 м	1,70 ⋅ q_b ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
Категория рельефа местности II	От 4 до 300 м	2,10 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,24 ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
Категория местности III	До 8 м	1,50 ⋅ q_b ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
	От 8 до 300 м	1,60 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,31 ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
Категория рельефа IV	До 16 м	1,30 ⋅ q_b ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
	От 16 до 300 м	1,10 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,40 ⋅ NN_mod			—		—	—	—	—
Острова в Северном море I	До 2 м	—			1. 10 ⋅ NN_mod		—	—	—	—
Острова в Северном море I	От 2 до 300 м	—			1,50 ⋅ (z/10) ^0,19 ⋅ NN_mod		—	—	—	—
Прибрежные зоны и острова Балтийского моря I — II	До 4 м	—			1,80 ⋅ q_b ⋅ NN_mod		—	—	—	—
	От 4 до 50 м				2,30 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,27 ⋅ NN_mod
	От 50 до 300 м				2,60 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,19 ⋅ NN_mod
Внутренние районы II — III	До 7 м	—			1,50 ⋅ q_b ⋅ NN_mod		—	—	—	—
	От 7 до 50 м				1,70 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,37 ⋅ NN_mod
	От 50 до 300 м				2,10 ⋅ q_b ⋅ (z/10) ^0,24 ⋅ NN_mod
Континент	До 10 м	—			—		0,50 ⋅ NN_mod	0,65 ⋅ NN_mod	0,80 ⋅ NN_mod	0,95 ⋅ NN_mod
	От 10 м до 18 м						0,65 ⋅ NN_mod	0,80 ⋅ NN_mod	0,95 ⋅ NN_mod	1,15_mod NN_mod
	18 м до 25 м						0,75 ⋅ NN_mod	0,90_mod NN_mod	1. 10 ⋅ NN_mod	1,30 ⋅ NN_mod
Балтийское море	До 10 м	—			—		—	0,85 ⋅ NN_mod	1,05_mod NN_mod	—
	От 10 м до 18 м						—	1,00 ⋅ NN_mod	1,20_mod NN_mod	—
	18 м до 25 м						—	1.10 ⋅ NN_mod	1,30 ⋅ NN_mod	—
Острова Северное и Балтийское море и Балтийское море	До 10 м	—			—		—	—	—	1,25 ⋅ NN_мод
	От 10 м до 18 м						—	—	—	1.40 ⋅ NN_mod
	18 м до 25 м						—	—	—	1,55 ⋅ NN_mod
Острова в Северном море	До 10 м	—			—		—	—	—	1. 40 ⋅ NN_mod
	От 10 м до 18 м						—	—	—	Согласно подходу 2
	18 м до 25 м						—	—	—	Согласно подходу 2

Определение местного базового давления скорости ветра с помощью онлайн-службы Dlubal

Онлайн-служба Dlubal, объединяющая стандартные спецификации и цифровые технологии, сочетает в себе различные снеговые, ветровые и сейсмические нагрузки . Данная служба совмещает соответствующую карту зон, в зависимости от выбранного типа нагрузки (снеговая, ветровая, сейсмическая) и нормы для определенной страны, с картами Google. Применив поиск, вы можете поместить маркер в запланированное место строительства, указав адрес, географические координаты или местные условия. Приложение с помощью точной высоты над уровнем моря и данных о требуемой зоне, определяет нормативную нагрузку или ускорение в данном местоположении. Если новое место строительства не удалось определить по конкретному адресу, можно увеличить изображение и сместить фокус в требуемое место. При перемещении маркера расчет корректируется по новой высотной отметке и отображаются правильные значения нагрузок.

Онлайн-служба находится на веб-сайте Dlubal в разделе Применение → Сетевые средства

Определив следующие параметры…

1. тип нагрузки = ветер
2. Норматив = EN 1991-1-4
3. Национальное приложение = Германия | DIN EN 1991-1-4
4. address = Целльвег 2, Тифенбах

… для выбранного местоположения получены следующие результаты:

5. зона ветра
6. если применимо: дополнительная информация
7. фундаментальная базовая скорость ветра v_{b, 0}
8. базовая скорость ветра давление q_b

Pисунок 02 — Онлайн-сервис Dlubal

При выборе местоположения выше 1 100 м, онлайн-служба отображаетс в точке 6 «Не задана ветровая нагрузка выше 1 100 м | NCI A.2 (3) ». Нагрузки не могут быть определены в соответствии с существующим правилом, поэтому для данного места требуются особые меры.

давление ветра на поверхности

Воздействие действующего давления ветра, действующего на поверхность, является продуктом определяющего пикового давления скорости, умноженным на аэродинамический коэффициент [1] , [2] .

Для наружных поверхностей:
w_e = q_p (z_e ) ⋅ c_pe
где
д_р (г_е) = давление пиковой скорости
z_e = исходная высота внешнего давления
c_pe = аэродинамический коэффициент для внешнего давления

Для внутренних поверхностей:
w_i = q_p (z_i ) ⋅ c_pi
где
д_р (г_я) = пиковое давление скорости
z_i = исходная высота для внутреннего давления
c_pi = аэродинамический коэффициент для внутреннего давления

Полученная нагрузка от внешнего и внутреннего давления является нагрузкой нетто-давления на поверхность. Давление на поверхности считается положительным, а давление (отсос) от поверхности отрицательным.

Полезное давление:
w_net = w_e + w_i

Pисунок 03 — Давление на поверхности

Выбранные аэродинамические коэффициенты

Давления и нагрузки всасывания применяются на поверхности конструкции, которая находится в потоке ветра. Величина воздействия на внешние поверхности зависит от области приложения их нагрузки. Область приложения нагрузки — это поверхность, которая поглощает равномерную ветровую нагрузку и концентрично передает ее конструктивной системе ниже. Для данного типа расчета норма содержит аэродинамические коэффициенты внешнего давления, которые зависят от поверхности приложения нагрузки [1] , [2] .

Область приложения нагрузки A [3]	Аэродинамическая Коэффициент внешнего давления c_pe	Описание
<1 м²	c_{pe, 1}	Расчет небольших конструктивных элементов и их креплений (например, элементов обшивки или кровли)
От 1 м² до 10 м²	c_{pe, 1} — (c_{pe, 1} — c_{pe, 10} ) ⋅ log₁₀ (A)
> 10 м²	c_{pe, 10}	Проектирование всей конструкции

Вертикальные стены зданий с прямоугольной планировкой

Скорость ветра, естественно, нелинейно увеличивается с высотой над уровнем моря. Полученное результирующее распределение пикового скоростного давления можно применить в упрощенном и масштабированном виде к высоте наветренной поверхности здания (наветренная площадь D), в зависимости от отношения высоты здания h к ширине здания b [1] , [2] .

Pисунок 04 — Распределение максимального скоростного давления по высоте

Всасывающие нагрузки на стены остальных подветренных поверхностей здания, параллельных ветру (области A, B, C и E), зависят от аэродинамики здания. Конечные аэродинамические коэффициенты для наружных поверхностей могут быть определены и применены в масштабе в зависимости от отношения высоты здания h к глубине здания d.

Зона	I		B		C		d		E
ч/д	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}
≥5	-1,4	-1,7	-0,8	-1,1	-0,5	-0,7	+0,8	+1,0	-0,5	-0,7
1	-1,2	-1,4	-0,8	-1,1	-0,5		+0,8	+1,0	-0,5
≤0,25	-1,2	-1,4	-0,8	-1,1	-0,5		+0,8	+1,0	-0,3	-0,5
Более высокие силы всасывания могут возникать в области всасывания у отдельных зданий, расположенных на открытых площадках. Допускается линейная интерполяция промежуточных значений. Для зданий с h/d> 5 общая ветровая нагрузка должна быть определена с помощью значений сил по норме DIN EN 1991-1-4 плюс Национальное приложение Германии главы 7.6 — 7.8 и 7.9.2.

Pисунок 05 — Расположение поверхностей вертикальных стен

Односкатная

Подобно размерам здания, форма кровли оказывает также аэродинамическое воздействие на внешние поверхности кровли. Кровлю с наклоном более 5 °, с характерным высоким и низким карнизом, называют односкатной. Вследствие аэродинамики, в зависимости от угла наклона кровли действуют ветровые нагрузки на поверхности приложения нагрузки [1] , [2] .

Зона	F				Pисунок 06 — Расположение поверхностей односкатной крыши		h		i
Направление потока θ = 0 ^{° 2)}
Угол наклона α ¹⁾	c_{pe, 10}		c_{pe, 1}		c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}
5 °	-1,7		-2,5		-1,2	-2,0	-0,6	-1,2	—	—
5 °	+0,0				+0,0		+0,0		—	—
15°	-0,9		-2,0		-0,8	-1,5	-0,3		—	—
15°	+0,2				+0,2		+0,2		—	—
30°	-0,5		-1,5		-0,5	-1,5	-0,2		—	—
30°	+0,7				+0,7		+0,4		—	—
45 °	-0,0				-0,0		-0,0		—	—
45 °	+0,7				+0,7		+0,6		—	—
60 °	+0,7				+0,7		+0,7		—	—
75 °	+0,8				+0,8		+0,8		—	—
Направление потока θ = 180 °
5 °	-2,3		-2,5		-1,3	-2,0	-0,8	-1,2	—	—
15°	-2,5		-2,8		-1,3	-2,0	-0,9	-1,2	—	—
30°	-1,1		-2,3		-0,8	-1,5	-0,8		—	—
45 °	-0,6		-1,3		-0,5		-0,7		—	—
60 °	-0,5		-1,0		-0,5		-0,5		—	—
75 °	-0,5		-1,0		-0,5		-0,5		—	—
Направление потока θ = 90 °
	f_{высокие}		F_низкая
	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}
5 °	-2,1	-2,6	-2,1	-2,4	-1,8	-2,0	-0,6	-1,2	-0,5
15°	-2,4	-2,9	-1,6	-2,4	-1,9	-2,5	-0,8	-1,2	-0,7	-1,2
30°	-2,1	-2,9	-1,3	-2,0	-1,5	-2,0	-1,0	-1,3	-0,8	-1,2
45 °	-1,5	-2,4	-1,3	-2,0	-1,4	-2,0	-1,0	-1,3	-0,9	-1,2
60 °	-1,2	-2,0	-1,2	-2,0	-1,2	-2,0	-1,0	-1,3	-0,7	-1,2
75 °	-1,2	-2,0	-1,2	-2,0	-1,2	-2,0	-1,0	-1,3	-0,5
¹⁾ Допускается линейная интерполяция промежуточных значений при условии, что знак не изменится. Для интерполяции задано значение 0.0. ²⁾ При направлении потока θ = 0 ° и углах наклона α = + 5 ° до + 45 ° давление меняется очень быстро между положительными и отрицательными значениями. Таким образом, для данной площади задается как положительный, так и отрицательный коэффициент внешнего давления. Для таких кровель оба случая (давление и всасывание) должны рассматриваться отдельно, учитывая во-первых только положительные значения (давление), а во-вторых только отрицательные значения (всасывание).

Pисунок 06 — Расположение поверхностей односкатной крыши

Двускатная

Двухскатная кровля называется форма кровли, состоящая из двух поверхностей кровли, наклоненных в противоположных направлениях, которые пересекаются на верхнем горизонтальном краю в коньке кровли. Данная геометрия имеет свои собственные аэродинамические эффекты в областях приложения нагрузки [1] , [2] .

Зона	F		Pисунок 06 — Расположение поверхностей односкатной крыши		h		i		J
Направление потока θ = 0 ^{° 2)}
Угол наклона α ¹⁾	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}	c_{pe, 10}	c_{pe, 1}
5 °	-1,7	-2,5	-1,2	-2,0	-0,6	-1,2	-0,6		+0,2
5 °	+0,0		+0,0		+0,0		-0,6		-0,6
15°	-0,9	-2,0	-0,8	-1,5	-0,3		-0,4		-1,0	-1,5
15°	+0,2		+0,2		+0,2		+0,0		+0,0	+0,0
30°	-0,5	-1,5	-0,5	-1,5	-0,2		-0,4		-0,5
30°	+0,7		+0,7		+0,4		+0,0		+0,0
45 °	-0,0		-0,0		-0,0		-0,2		-0,3
45 °	+0,7		+0,7		+0,6		+0,0		+0,0
60 °	+0,7		+0,7		+0,7		-0,2		-0,3
75 °	+0,8		+0,8		+0,8		-0,2		-0,3
Направление потока θ = 90 °
5 °	-1,6	-2,2	-1,3	-2,0	-0,7	-1,2	-0,6		—	—
15°	-1,3	-2,0	-1,3	-2,0	-0,6	-1,2	-0,5		—	—
30°	-1,1	-1,5	-1,4	-2,0	-0,8	-1,2	-0,5		—	—
45 °	-1,1	-1,5	-1,4	-2,0	-0,9	-1,2	-0,5		—	—
60 °	-1,1	-1,5	-1,2	-2,0	-0,8	-1,0	-0,5		—	—
75 °	-1,1	-1,5	-1,2	-2,0	-0,8	-1,0	-0,5		—	—
¹⁾ При направлении потока θ = 0 ° и углах наклона α = -5 ° до + 45 ° давление меняется очень быстро между положительными и отрицательными значениями. Поэтому, и положительное, и отрицательное значение указано. Для таких крыш должно учитываться четыре случая, в которых наименьшее или наибольшее значение для областей F, G и H сочетается с наименьшим или наибольшим значением для областей I и J. Не допускается смешивание положительных и отрицательных значений на поверхности кровли. ²⁾ Для уклонов кровли между указанными значениями допускается линейная интерполяция при условии, что знак коэффициентов давления не изменится. Для уклона между α = + 5 ° и -5 ° должны быть применены значения для плоских кровель по норме DIN EN 1991-1-4 плюс глава 7.2.3. Нулевое значение задается для интерполяции.

Pисунок 07 — Расположение поверхностей двускатной крыши

Расчет Ветровой Нагрузки – Orgadata RU

Горизонтальная ветровая нагрузка для вертикальных конструкций рассчитывается либо в соответствии с различными национальными стандартами, или по заданным в ручную нагрузкам. Ниже будут примеры, как проводить расчет в соответствии с методами текущего DIN 1055-4: 2005-03. Для этого выберите в меню “Страна” опцию “Германия (DIN 1055 часть 4 и TRLV)”. Для других национальных стандартов все происходит аналогично.

Упрощенный Метод в соответствии

В разделе “Метод Расчета” выберите “Упрощенный Метод”. Этот метод, как правило, разрешается применять для зданий высотой до 25 м. Кроме того введите размеры прямоугольного параллелепипеда, т.е. высоту здания h, ширину b и глубину d, и введите высоту места (над уровнем моря). Также Вы должны определить Ветровой район и категорию местности (внутри страны или побережье), которые соответствуют данному проекту. В случае сомнений всегда нужно применять более невыгодные значения, т.е. “Прибрежная зона” вместо “Внутренней”.

Расчет в зависимости от высоты объекта в соответствии

Второй метод расчета DIN 1055-4: 2005-03 основан на расчете давления порывов ветра в зависимости от высоты. Он в основном используется для зданий, высота которых превышает высоту 25 м. Ветровой район назначается непосредственно, либо путем выбора города. В последнем случае LogiKal® автоматически определяет ветровой район. В выборе категории местности кроме двух смешанных “Прибрежные районы” и “Внутри Страны” имеются четыре дополнительных категории. Используется тот же принцип: в случае сомнения выбирать более невыгодную категорию местности. Ввод параметров здания такой же, как и для упрощенного метода.

Ручной ввод ветровой нагрузки в зависимости от высоты

В качестве альтернативы расчета в соответствии с DIN 1055-4: 2005-03 можно ввести непосредственно ветровую нагрузку в зависимости от высоты. Выберите “Задать значения” вместо “По нормам” и нажмите кнопку “Добавить”. Пожалуйста, имейте в виду, что вы должны ввести расчетную распределенную нагрузку здесь, а не ветровое давление, которое всегда умножается на аэродинамический коэффициент. Ветровое давление положительно, от поверхности отрицательно. Предполагается, что нагрузка равномерна распределена по ширине и глубине здания, то есть различные нагрузки в связи с повышенными значениями отсоса в угловых зонах не применяются.

Предельные Значения

Максимально допустимые значения прогиба для балок и стекла задаются во вкладке “Предельные Значения”. Для балок можно определить только предельные значения прогиба, для стекол также возможно ввести предельные значения напряжений.

Предельный прогиб

Прогибы балок и стекол не регламентируется стандартами DIN, общими техническими требованиями или эксплуатационными инструкциями. Главным образом, так называемые “Предельные Состояния Работоспособности” определяется требованиями поставщиков стекла. Это прерогатива заказчика запросить эти значения от производителя стекла и после этого пытаться в них вписаться. Часто применяемые значения “8 мм” или “L / 300”. Кроме стекла можно также ограничить прогиб отдельно для стоек и ригелей. Наиболее часто используемые предельные значения уже введены. При необходимости они могут быть изменены в любой момент времени.

Предельные нагрузки

Максимально допустимые значения напряжения для различных видов стекла указаны в нижней части окна. Значения, которые указаны в Техническом регламенте по использованию стекол с линейными опорами (немецкое сокращение: TRLV) отображаются автоматически. Только значения для стекол, изготовленных из полу-закаленного стекло (STG) доступны для редактирования, поскольку они регулируются общими техническими требованиями. Общие предельно допустимые значения напряжений для STG стекла уже введены.

Единицы

Единицы ветрового нагрузки и давления, отображаемые в программе и на распечатках, задаются пользователем. Помимо [кН/м ²] или [Н/мм] доступны альтернативные единицы, как [Н м ²], [Па], [кПа] и [МПа].

Расчет крыши на ветровую нагрузку —

Строительные калькуляторы — ProstoBuild.ru

Расчет ветровой нагрузки

При расчете ветровой нагрузки необходимо учитывать многие ее составляющие, но для упрощения всего расчета будем считать ее основную составляющую – среднюю составляющую основной ветровой нагрузки Wm. Для наглядности в таблицу ниже сведены все составляющие ветровой нагрузки согласно СП 20. 13330.2016:

Формула расчета основной средней ветровой нагрузки следующая:

Где Wm – нормативное значение основной средней ветровой нагрузки, кг/м2
Wo – нормативное значение ветрового давления, кг/м2
k – коэффициент, который учитывает влияние высоты на давление ветра
с – аэродинамический коэффициент

1. Его можно найти у нас в калькуляторе снеговой/ветровой нагрузок, выбрав необходимый город
2. В таблице ниже, зная свой ветровой район:

Теперь давайте разберемся с коэффициентом k.

Данный коэффициент зависит от эквивалентной высоты Ze. Обратите внимание, что это не просто высота до расчетной отметки, и искать ее необходимо следующими вариантами.

Для разных участков по высоте бывают разные эквивалентные высоты

После того, как вы нашли эквивалентную высоту Ze, зная тип вашей местности, находим коэффициент k:

Типы местности:
А – открытые местности (степи, лесостепи, побережье морей, озер, пустыни, тундра, сельские местности с высотой построек до 10 м)
В – городские территории, лесные массивы и другие территории с высотой построек более 10м
С – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25м

Завершающим этапом определения средней составляющей ветровой нагрузки является нахождение аэродинамического коэффициента c.

Данный коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным, и зависит от формы здания или сооружения и направления ветра. Давайте рассмотрим основные формы зданий и сооружений, с которыми приходится работать.

1. Прямоугольные здания с двускатными покрытиями
a. Ветер направлен сбоку

Если на участке стоит буква вместо цифры, то значение коэффициента необходимо определять интерполяцией в зависимости от уклона крыши.

2. Отдельно стоящие плоские сплошные конструкции (стены, заборы, рекламные щиты)

На рисунках показаны разные участки здания и сооружения и соответствующие аэродинамические коэффициенты с для них.

После того, как все три неизвестные найдены – легко найти нормативное значение основной средней ветровой нагрузки.

Напоминаем формулу Wm = Wo·k·c

При нахождении коэффициента k имеем следующее: d=12 м, h=7 м. При h≤d —> Ze=h=7 м.

Найдем коэффициент k методом интерполяции между 0,5 и 0,65. Получаем k = 0,56.

Далее находим аэродинамический коэффициент с. Здесь b=12м, d=6м, h2=4м, h=7м
е1 – это наименьшее из b или 2·h2. е1=2·4=8м (меньше чем b=12м)
e – это наименьшее из b или 2·h. е=12м (меньше чем 2·h =2·8=16 м)

Зная все размеры, получаем следующее распределение коэффициентов c:

И путем умножения Wo на k и на с мы получаем окончательное распределение ветровой нагрузки:

Для нахождения расчетной ветровой нагрузки необходимо каждое значение еще умножить на коэффициент надежности по ветровой нагрузке равный 1,4.

От автора:
Если данная статья была Вам полезна, то буду очень благодарен, если Вы поделитесь ей с друзьями и коллегами, и сохраните себе в закладки.
Также в ближайшее время будет реализован калькулятор по определению ветровой нагрузки.

Как произвести расчет ветровой и снеговой нагрузки на кровлю в зависимости от региона проживания

18. 02.2017 1,482 Просмотров

Кровля осуществляет постоянную защиту здания от всех погодных и климатических проявлений, исключая контакт всех материалов с атмосферной или дождевой водой и являясь граничным слоем, отсекающим воздействие морозного воздуха на чердачное помещение.

Таковы основные и наиболее важные функции кровли в представлении неподготовленного человека, они вполне верны, но не отражают полный список функциональных нагрузок и испытываемых напряжений.

При этом, реальность гораздо суровее, чем это выглядит на первый взгляд, и воздействие на кровлю не ограничивается определенным износом материала.

Оно передается практически всем несущим элементам постройки — в первую очередь, стенам здания, на которые непосредственно опирается вся крыша, а в конечном счете — фундаменту.

Пренебрегать всеми создающимися нагрузками нельзя, это приведет к скорому (иногда — внезапному) разрушению постройки.

Типы нагрузок на кровлю

Основными и наиболее опасными воздействиями на кровлю и на всю конструкцию в целом являются:

Снеговые нагрузки.
Ветровые нагрузки.

При этом, снеговые действуют в течение определенных зимних месяцев, отсутствуя в теплое время, тогда как ветер создает воздействие круглый год. Ветровые нагрузки, имея сезонные колебания силы и направления, в той или иной степени присутствуют постоянно и опасны периодически случающимися шквальными усилениями.

Кроме того, интенсивность этих нагрузок имеет разный характер:

Снег создает постоянное статическое давление, которое можно регулировать путем очистки крыши и удаления скоплений. Направление действующих усилий постоянно и никогда не меняется.
Ветер действует непостоянно, рывками, внезапно усиливаясь или утихая. Направление может изменяться, что заставляет все конструкции крыши иметь солидный запас прочности.

Внезапный сход с крыши больших масс снега может причинить ущерб имуществу или людям, оказавшимся в местах падения. Кроме того, периодически случаются кратковременные, но чрезвычайно разрушительные атмосферные явления — ураганные ветра, сильные снегопады, особенно опасные при наличии мокрого снега, который на порядок тяжелее обычного. Предсказать дату таких событий практически невозможно и в качестве защитных мер можно лишь увеличивать прочность и надежность кровли и стропильной системы.

Сбор нагрузок на кровлю

Зависимость нагрузок от угла наклона крыши

Угол наклона крыши определяет площадь и мощность контакта кровли с ветром и снегом. При этом, снеговая масса имеет вертикально направленный вектор силы, а ветровое давление, вне зависимости от направления — горизонтальный.

Поэтому, принимая угол наклона более крутым, можно снизить давление снежных масс, а иногда и полностью исключить возникновение скоплений снега, но, при этом, увеличивается «парусность» крыши, ветровые напряжения возрастают.

Очевидно, что для снижения ветровых нагрузок идеальной была бы плоская кровля, тогда как именно она не позволит скатываться массам снега и поспособствует образованию больших сугробов, при таянии способных промочить всю постройку. Выходом из ситуации является выбор такого угла наклона, при котором максимально удовлетворяются требования как по снеговой, так и по ветровой нагрузкам, а они в разных регионах имеют индивидуальные значения.

Зависимость нагрузки от угла крыши

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

Количество осадков — показатель, напрямую зависящий от географии региона. Более южные районы снега почти не видят, более северные имеют постоянное сезонное количество снеговых масс.

При этом, высокогорные районы, вне зависимости от географической широты, имеют высокие показатели по количеству выпадающего снега, что, в сочетании с частыми и сильными ветрами, создает массу проблем.

Строительные Нормы и Правила (СНиП), соблюдение положений которых является обязательным к выполнению, содержат специальные таблицы, отображающие нормативные показатели количества снега на единицу поверхности в разных регионах.

Эти данные являются основой расчетов снеговых нагрузок, поскольку они вполне достоверны, а также приводятся не в средних, а в предельных значениях, обеспечивающих должный запас прочности при строительстве крыши.

Тем не менее, следует учитывать устройство кровли, ее материал, а также — наличие дополнительных элементов, вызывающих скопления снега, поскольку они могут существенно превышать нормативные показатели.

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона на схеме ниже.

Регион снеговой нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на плоскую крышу

Расчет несущих конструкций выполняется по методу предельных состояний, то есть таких, когда испытываемые усилия вызывают необратимые деформации или разрушения. Поэтому прочность плоской кровли должна превышать величину снеговой нагрузки для данного региона.

Для элементов крыши существует два типа предельных состояний:

Конструкция разрушается.
Конструкция деформируется, выходит из строя без полного разрушения.

Расчеты ведутся по обоим состояниям, имея целью получить надежную конструкцию, гарантированно выдерживающую нагрузку без последствий, но и без излишних затрат строительных материалов и труда. Для плоских крыш значения снеговых нагрузок будут максимальными, т.е. поправочный коэффициент уклона равен 1.

Таким образом, согласно таблицам СНиП, общий вес снега на плоской кровле составит величину норматива, умноженную на площадь кровли. Значения могут достигать десятки тонн, поэтому зданий с плоскими крышами в нашей стране практически не строят, особенно в регионах с высокими нормами осадков в зимнее время.

Нагрузка на плоскую крышу

Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн

Пример расчета снеговой нагрузки поможет наглядно продемонстрировать порядок действий, а также покажет возможную величину давления снега на конструкции дома.

Снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается с помощью следующей формулы:

где S — давление снега на квадратный метр кровли.

Sg — нормативная величина снеговой нагрузки для данного региона.

µ — поправочный коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на разных углах наклона кровли. От 0° до 25° значение µ принимается равным 1, от 25° до 60° — 0,7. При углах наклона кровли свыше 60° снеговая нагрузка не учитывается, хотя в реальности бывают скопления мокрого снега и на более крутых поверхностях.

Произведем подсчет нагрузки на кровлю площадью 50 кв.м, угол наклона — 28° (µ=0,7), регион — Московская область.

Тогда нормативная нагрузка составляет (по данным СНиП) 180 кг/кв.м.

Умножаем 180 на 0,7 — получаем реальную нагрузку 126 кг/кв.м.

Полное давление снега на кровлю составит: 126 умножаем на площадь кровли — 50 кв.м. Результат — 6300 кг. Таков расчетный вес снега на крыше.

Снеговое воздействие на кровлю

Ветровая нагрузка на кровлю

Расчет ветровой нагрузки производится подобным образом. За основу берется нормативное значение ветровой нагрузки, действующее в данном регионе, которое умножается на поправочный коэффициент высоты здания:

W — ветровая нагрузка на квадратный метр площади.

Wo — нормативная величина по региону.

k — поправочный коэффициент, учитывающий высоту над поверхностью земли.

Имеются три группы значений :

Для открытых участков земной поверхности.
Для лесных массивов или городской застройки с высотой препятствий от 10 м.
Для городских поселений или местностей со сложным рельефом с высотой препятствий от 25 м.

Все нормативные значения, как и поправочные коэффициенты содержатся в таблицах СНиП и должны учитываться при расчетах нагрузок.

В заключение необходимо подчеркнуть большую величину и неравномерность нагрузок, создаваемых снегом и ветрами. Значения, сопоставимые с собственным весом крыши, нельзя игнорировать, такие величины слишком серьезны. Невозможность регулировать или исключать их присутствие заставляет реагировать путем увеличения прочности и правильного выбора угла наклона.

Все расчеты должны опираться на СНиП, для уточнения или проверки результатов рекомендуется использовать онлайн-калькуляторы, которых много в сети. Лучшим способом станет применение нескольких калькуляторов с последующим сравнением полученных величин. Правильный расчет — основа долговременной и надежной службы кровли и всей постройки.

Полезное видео

Более подробно о кровельных нагрузках вы можете узнать из этого видео:

Сбор нагрузок на кровлю и стропила

Вы сами собираетесь проектировать и строить дом? Тогда Вам без процедуры сбора нагрузок на кровлю (или другими словами, на несущие конструкции крыши) не обойтись. Ведь только зная нагрузки, которые будут действовать на кровлю, можно определить минимальную толщину железобетонной плиты покрытия, рассчитать шаг и сечение деревянных или металлических стропил, а также обрешетки.

Данное мероприятие регламентируется СНиПом 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) «Актуализированная редакция» [1].

Сбор нагрузок на кровлю производится в следующем порядке:

1. Определение собственного веса конструкций крыши.

Сюда, например, для деревянной крыши входят вес покрытия (металлочерепица, профнастил, ондулин и т.д.), вес обрешетки и стропил, а также масса теплоизоляционного материала, если предусматривается теплый чердак или мансарда.

Для того, чтобы определить вес материалов нужно знать их плотность, которую можно найти здесь.

2. Определение снеговой (временной) нагрузки.

Россия находится в таких широтах, где зимой неизбежно выпадает снег. И этот снег необходимо учитывать при конструировании крыши, если, конечно, Вы не хотите лепить снеговиков у себя в гостиной и спать на свежем воздухе.

Нормативное значение снеговой нагрузки можно определить по формуле 10.1 [1]:

где: с_в — понижающий коэффициент, который учитывает снос снега с крыши под действием ветра или других факторов; принимается он в соответствии с пунктами 10.5-10.9. В частном строительстве он обычно равен 1, так как уклон крыши дома там чаще всего составляет более 20%. (Например, если проекция крыши составляет 5м, а ее высота — 3м, уклон будет равен 3/5*100=60%. В том случае, если у вас, например, над гаражом или крыльцом предусматривается односкатная крыша с уклоном от 12 до 20%, то с_в=0,85.

с_t — термический коэффициент, учитывающий возможность таяния снега от избыточного тепла, которое выделяется через не утепленную кровлю. Принимается он в соответствии с пунктом 10.10 [1]. В частном строительстве он равен 1, так как практически не найдется человека, который на не утепленном чердаке поставит батареи.

μ — коэффициент, принимаемый в соответствии с пунктом 10.4 и приложением Г [1] в зависимости от вида и угла наклона кровли. Он позволяет перейти от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Например, для следующих углов наклона односкатной и двускатной кровли коэффициент μ имеет значения:

Остальные значения определяются по методу интерполяции.

Примечание: коэффициент μ может иметь значение меньше 1 только в том случае, если на крыше нет конструкций, задерживающих снег.

S_g — вес снега на 1 м2 горизонтальной поверхности; принимается в зависимости от снегового района РФ (приложение Ж и данным таблицы 10.1 [1]). Например, город Нижний Новгород находится в IV снеговом районе, а, следовательно, S_g = 240 кг/м2.

3. Определение ветровой нагрузки.

Расчет нормативного значения ветровой нагрузки производится в соответствии с разделом 11.1 [1]. Теорию здесь расписывать не буду, так как весь процесс описан в СНиПе.

Примечание: Ниже Вы найдете 2 примера, где подробно расписана данная процедура.

4. Определение эксплуатационной (временной) нагрузки.

В том случае, если Вы захотите использовать крышу как место для отдыха, то Вам необходимо будет учесть нагрузку равную 150 кг/м2 (в соответствии с таблицей 8.3 и строкой 9 [1]).

Данная нагрузка учитывается без снеговой, т.е. в расчете считается либо та, либо другая. Поэтому с точки зрения экономии времени в расчете целесообразно использовать большую (чаще всего это снеговая).

5. Переход от нормативной к расчетной нагрузке.

Этот переход осуществляется с помощь коэффициентов надежности. Для снеговой и ветровой нагрузок он равен 1,4. Поэтому для того, чтобы перейти, например, от нормативной снеговой нагрузки к расчетной необходимо S_{умножить на 1,4.}

Что касается нагрузок от собственного веса конструкций крыши и ее покрытия, то здесь коэффициент надежности принимается по таблице 7.1 и пункту 8.2.2 [1].

Так, в соответствии с данным пунктом коэффициент надежности для временно распределенных нагрузок принимается:

1,3 — при нормативной нагрузке менее 200 кг/м2;

1,2 — при нормативной нагрузке 200 кг/м2 и более.

6. Суммирование.

Последним этапом производится складывание всех нормативных и расчетных значений по всем нагрузкам с целью получения общих, которые будут использоваться в расчетах.

Примечание: если Вы предполагаете, что по заснеженной кровле будет кто-то лазить, то к перечисленным нагрузкам для надежности Вы можете добавить временную нагрузку от человека. Например, она может равняться 70 кг/м2.

Для того, чтобы узнать нагрузку на стропила или необходимо преобразовать кг/м2 в кг/м. Это производится путем умножения расчетного значения нормативной или расчетной нагрузки на полупролет с каждой стороны. Аналогично собирается нагрузка на доски обрешетки.

Например, стропила лежат с шагом 500 мм, а обрешетины — с шагом 300 мм. Общая расчетная нагрузка на кровлю составляет 200 кг/м2. Тогда нагрузка на стропила будет равна 200*(0,25+0,25) = 100 кг/м, а на доски обрешетки — 200*(0,15+0,15) = 60 кг/м (см. рисунок).

Теперь для наглядности рассмотрим два примера сбора нагрузок на кровлю.

Пример 1. Сбор нагрузок на односкатную монолитную железобетонную кровлю.

Исходные данные.

Район строительства — г. Нижний Новгород.

Конструкция крыши — односкатная.

Угол наклона кровли — 3,43° или 6% (0,3 м — высота крыши; 5 м — длина ската).

Размеры дома — 10х9 м.

Высота дома — 8 м.

Тип местности — коттеджный поселок.

Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.

1. Монолитная железобетонная плита — 100 мм.

2. Цементно-песчаная стяжка — 30 мм.

4. Утеплитель — 100 мм.

5. Нижний слой гидроизоляционного ковра.

6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.

Сбор нагрузок.

Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.

— монолитная ж/б плита (ρ=2500 кг/м3) толщиной 100 мм

— цементно-песчаная стяжка (ρ=1800 кг/м3) толщиной 30 мм

— пенополистирол (ρ=35 кг/м3) толщиной 100 мм

Примечание: вес паро- и гидроизоляции не учитывается в связи с их малым весом.

Правильный расчет стропильной системы крыши

Если вас интересуют только вычисления, а не теория – вы можете быстро выполнить расчет стропильной системы на онлайн-калькуляторе без специальных навыков.

Вы можете себе представить человека без костей? Точно так же скатная крыша без стропильной системы больше похожа на строение из сказки про трех поросят, которую запросто сметет природной стихией. Крепкая и надежная система стропил – залог долговечности конструкции крыши. Чтобы качественно сконструировать систему стропил, необходимо выявить и рассчитать параметры, влияющие на прочность предполагаемой конструкции.

Например, необходимо принять во внимание изгибы крыши, уклон скатов, аэродинамические коэффициенты, коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и так далее. Рассчитать все это максимально приближенно к реальной ситуации, а также учесть все нагрузки и искусно собрать их сочетания – задача не из легких.

Если хотите разобраться досконально – список полезной литературы приведен в конце статьи. Конечно, курс сопромата для полного понимания принципов и безукоризненного расчета стропильной системы в одну статью не уместить, поэтому приведем основные моменты для упрощенной версии расчета.

Классификация нагрузок

Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:

Основные:
- постоянные нагрузки – вес самих стропильных конструкций и крыши,
- длительные нагрузки – снеговые и температурные нагрузки с пониженным расчетным значением (используются при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость),
- переменное кратковременное влияние — снеговое и температурное воздействие по полному расчетному значению.
Дополнительные – ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки.
Форс-мажорные – взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.

Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.

Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:

Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.
Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.

Для более простого расчета применяется только первый способ.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Формула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc, где

Ms – снеговая нагрузка;
Q – масса снегового покрова, покрывающая 1м 2 плоской горизонтальной поверхности крыши.

Последнее, зависит от территории и определяется по карте, для второго предельного состояния – расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).

Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответственно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби – числитель), либо берется из таблицы №1:

Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.

Ks – поправочный коэффициент на угол наклона кровли.

Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).
Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.
Для остальных он равен 1.

Kc – коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.

Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.

Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала – снег может обломить свес, если он неправильных размеров.

Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

С давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.

В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю – поднять с подветренной стороны.

Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько – часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.

Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.

Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности,

где Wo – нагрузка ветровая давления, определяемая по карте

Оценка статьи:

Загрузка…
Сохранить себе в:

Расчет крыши на ветровую нагрузку
Ссылка на основную публикацию

wpDiscuzAdblock
detector

Вид нагрузки

Норм.

Коэф.

Расч.

Почему нужно учитывать влияние ветровой нагрузки при заказе окон

Высокие ветровые нагрузки на окна способны спровоцировать немало неприятностей, если были неправильно подобраны профильные системы и стеклопакеты. Европейская часть России больше не может считаться спокойной климатической зоной – часто повторяющиеся в последние годы ураганы наглядно продемонстрировали, что составным элементам зданий необходим дополнительный запас прочности. Вследствие этого во всех регионах РФ сегодня рекомендуется покупать и устанавливать окна с учетом повышенной ветровой нагрузки.

Чем опасны высокие ветровые нагрузки

Даже умеренные порывы ветра с сильным ливнем при низком качестве окон приводят к возникновению проблем. Для определения их масштаба было проведено тестирование окон из разных видов профиля на специальных испытательных стендах. На них моделируются ситуации, когда окна подвергаются высоким ветровым и дождевым нагрузкам во время реальной эксплуатации.

Испытания показали, что конструкции из некачественного профиля не справляются с нагрузками:

протекают в разных местах;

разгерметизируются по периметру активных створок.

Избыток влаги в таких случаях может спровоцировать бурное развитие грибка и плесени, а продувание – понизить уровень энергоэффективности окон. Поскольку сильные ветры дуют в основном в осенне-зимний период, утечки тепла из-за разгерметизации конструкций приводят к ощутимому снижению температуры во внутренних помещениях и значительному увеличению расходов на отопление.

Финансовые потери при неучтенных ветровых нагрузках в ряде случаев составляют до 30% от счета за отопление. За весь осенне-зимний период скапливается приличная сумма.

Как регламентируется ветровая нагрузка на окна

Этот параметр регламентируется двумя стандартами – отечественным и немецким (ГОСТ и DIN). Разработанные в Германии стандарты считаются более полными и эффективными, поэтому многие производители пользуются именно ими. Согласно DIN EN 12210 максимально допустимая деформация любого элемента оконных и дверных блоков составляет 1/300 от его длины. При холодном остеклении нормативы не такие строгие – допускается прогиб на 1/200 от длины детали.

При проведении вычислений по немецким стандартам берется во внимание сопротивляемость стальных вкладышей, а не самого ПВХ профиля. Это связано с тем, что жесткость армирования и пластика несопоставимы – разница составляет почти 100 раз. Это определяется после сравнения модуля Юнга (упругости) стали и поливинилхлорида. У металла коэффициент сопротивления при упругой деформации составляет 210 000 Н/мм², а у ПВХ – 2 700 мм². Именно поэтому любые пластиковые профили должны армироваться, поскольку без стальных вкладышей они не смогут должным образом сопротивляться деформациям.

Согласно немецким стандартам ветровая нагрузка увеличивается с этажностью. Каждый производитель окон получает от поставщиков профильных систем диаграммы, в которых отображены в зависимости от этажности и ветровых нагрузок максимально допустимые размеры (ширина/высота) оконных конструкций. Нормативная ветровая нагрузка, которую способны выдерживать окна, по стандартам DIN делится на 4 группы.

Класс окна	Максимальная ветровая нагрузка (Па)	Высота здания (м)
A	150	До 8
B	150-300	От 8 до 20
C	300-600	От 20 до 100
D	>600	>100

Эти стандарты подходят для расчетов во всех ветровых районах в РФ. При составлении документации также учитывалась толщина стекол и коэффициент запаса для ураганных порывов ветра. Более 10 лет практического опыта свидетельствуют, что эти нормативы актуальны для России. При этом отечественные нормативы строже – ими установлен диапазон давлений 200-1000 Па — классификация изделий приведена в ГОСТ 23166-99.

Класс оконных и дверных блоков	Способность выдерживать нагрузку (Па)
А	>1000
Б	до 1000
В	до 800
Г	до 600
Д	от 200 до 400

Если в немецких нормативах все предельно просто – достаточно сопоставить этажность и нагрузку, то по российским стандартам необходимо сначала самостоятельно рассчитать силу воздействия ветра. Для этого разработана специальная методика.

Как рассчитать ветровую нагрузку на окна

Применять данные из таблиц на практике все же лучше после того, как вычислена реальная нагрузка в конкретной местности. Чтобы самостоятельно определить оптимальный уровень устойчивости окон, необходимо воспользоваться формулой:

Wm=Wo*k*C, где:

Wm – среднее составляющее искомой ветровой нагрузки;

Wo – нормативное значение давления ветра;

K – коэффициент учета изменения давления в зависимости от высоты;

C – аэродинамический коэффициент.

Все необходимые для вычислений величины собраны в СНиП 2.01.07-85. Для правильного выбора исходных данных в таблицах следует узнать номер своего региона и высоту расположения окон.

Для наглядности приведем пример расчета ветровой нагрузки на окна для частного коттеджа в Москве. Поскольку этот город относится к первому ветровому району, а местность к типу «B», то для формулы необходимо использовать следующие данные:

Wo – 23 кг/м²;

K – 0,65;

C – 0,6 (на заветренной стороне) и 0,8 (на наветренной стороне).

Согласно этим данным получается два варианта средней составляющей ветровой нагрузки:

для наветренной стороны: Wm1=119,6 Па;

для заветренной стороны: Wm2=89,7 Па.

Поскольку вычисления ведутся для объекта высотой менее 40 метров, который расположен в местности типа «В», в формуле можно не учитывать пульсационную составляющую ветра. Чтобы получить окончательную расчетную величину, необходимо нормативную ветровую нагрузку умножить на коэффициент надежности f=1,4. То есть в конечном итоге при выборе окон нужно ориентироваться на Wm=168 Па.

Во время определения ветроустойчивости окон также следует учитывать качество монтажа. Для проведения надежной установки должна быть определена сопротивляемость верхнего ряда анкеров вырыванию.

Дополнительная защита от ветровых нагрузок

Если окна были заказаны и установлены без учета климатических особенностей региона, ситуацию можно исправить путем монтажа дополнительных элементов. Их использование поможет в нужный момент защититься от сильного ветра. Повысить уровень безопасности окон можно при помощи:

роллет;

штормовых окон;

ставен.

Чтобы защититься от сильного ветра, рекомендуется также использовать климатические датчики. Эти устройства функционируют в комплексе с электроприводами, которые после поступления команды в автоматическом режиме закрывают окна.

Как рассчитать ветровую нагрузку на основе скорости ветра

Обновлено 30 марта 2020 г.

Ли Джонсон

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

Все наружные конструкции должны выдерживать воздействие ветра, поэтому возможность расчета ветровой нагрузки имеет решающее значение, если вы собираетесь проектировать здания. Однако расчеты усложняются, если учесть большее количество факторов. Это означает, что для наиболее точного расчета ветровой нагрузки часто лучше использовать онлайн-калькулятор (см. Ресурсы), который учитывает все соответствующие факторы при наличии достаточных исходных данных.

Если вы просто ищете базовое представление о том, как рассчитать ветровую нагрузку на основе скорости ветра, вы можете выполнить быстрый расчет для приблизительной оценки.

Что такое ветровая нагрузка?

Ветровая нагрузка — это мера силы, действующей на поверхность ветром, которая может быть выражена как сила, действующая на всю поверхность, или давление (которое просто представляет собой силу на единицу площади). Следовательно, единицей измерения ветровой нагрузки в системе СИ являются Ньютоны или Паскали. На самом деле существует три типа сил, которые ветер оказывает на среднюю конструкцию: подъемная нагрузка, поперечная нагрузка и боковая нагрузка.

Подъемная нагрузка — это подъемный эффект, оказываемый на крышу за счет прохода воздуха вокруг нее (аналогично подъемной силе на крыльях самолета). Сдвигающая нагрузка — это горизонтальное давление, которое может наклонить здание. Наконец, боковая нагрузка больше похожа на широкое «толкание», которое может сдвинуть конструкцию с фундамента.

В этой статье основное внимание будет уделено поперечной нагрузке, поскольку расчеты для остальных более сложны, и необходимо учитывать множество различных переменных.

Калькулятор скорости ветра для вычисления силы

В простейшей формуле для определения ветровой нагрузки используется скорость ветра для определения величины силы, которую он оказывает. Необходимая вам формула:

Здесь ρ — это плотность воздуха (которая зависит от высоты и температуры, но может быть принята равной 1,2 кг / м ³ в зависимости от уровня моря и температуры 15 градусов Цельсия), v — это скорость ветра, а A — это область, где дует ветер. Таким образом, это уравнение представляет собой преобразователь скорости ветра в силу, но вы можете разделить его на площадь, чтобы получить ветровую нагрузку как давление, основанное на скорости ветра.

Задача использования этого уравнения — найти значения плотности воздуха в вашем районе и точное измерение скорости ветра, которую вам нужно будет рассчитать (поскольку максимальная скорость ветра определяет, сколько ветровой нагрузки требуется конструкции. уметь выдерживать). Область A достаточно легко найти для правильных форм. Например, для плоской прямоугольной поверхности вы просто умножаете ширину на высоту, чтобы найти площадь.

Добавление коэффициентов сопротивления

Если вам нужно рассчитать силу (или давление), создаваемую ветром на неплоской поверхности, более важным является учет эффекта сопротивления.В то время как для плоской пластины вы можете использовать коэффициент лобового сопротивления, равный 1 (поэтому он не имеет значения для приведенной выше формулы), для цилиндра (например) коэффициент 0,67 учитывает уменьшенное воздействие ветра на поверхность.

Вы просто добавляете этот коэффициент в правую часть приведенного выше уравнения. Вы можете найти стандартные значения коэффициентов для наиболее распространенных форм и структур в таблицах.

Другие факторы

К сожалению, существует многих других факторов, которые влияют на ветровую нагрузку на данную поверхность, включая изменение скорости ветра с высотой, точное качество поверхности (например.г. гладкое стекло по сравнению с текстурированной поверхностью) и влияние окружающих конструкций на скорость ветра, которая может возникнуть.

Таким образом, выполнение точных расчетов для вашей конструкции будет более сложным процессом, чем кажется в этой статье, и вам понадобится гораздо больше, чем просто скорость ветра и плотность воздуха, чтобы найти надежный ответ.

ASCE 7-10 Пример расчета ветровой нагрузки

Полностью отработанный пример расчета ветровой нагрузки ASCE 7-10

Воздействие ветра на конструкции во время тайфуна — одна из критических нагрузок, которую инженер-строитель должен предвидеть. Никто не захочет жить в здании, подверженном порывам ветра. Для этого в каждом положении местного кодекса указаны инструкции по оценке этой нагрузки.

SkyCiv выпустила бесплатный калькулятор ветровой нагрузки, который имеет несколько кодовых ссылок, включая процедуру ветровой нагрузки ASCE 7-10. В этом разделе мы собираемся продемонстрировать, как рассчитать ветровые нагрузки, используя модель склада S3D ниже:

Рисунок 1. Модель склада в SkyCiv S3D в качестве примера.

Рисунок 2. Расположение сайта (из Google Maps).

Таблица 1. Строительные данные, необходимые для нашего расчета ветра.

Расположение	Кордова, Мемфис, Теннесси
Вместимость	Разное — Структура завода
Рельеф	Плоский приусадебный участок
Размеры	64 фута × 104 фута в плане Высота карниза 30 футов Высота апекса на отметке. 36 футов Уклон крыши 3:16 (10,62 °) С открытием
Облицовка	Прогоны на расстоянии 2 фута Стеновые стойки на расстоянии 2 футов

В нашем примере ветровой нагрузки ASCE будет определено расчетное давление ветра для большой трехэтажной конструкции завода. На рис. G5-1 показаны размеры и каркас здания. Данные о здании представлены в таблице 1.

Несмотря на то, что существует ряд программ, в которых расчет ветровой нагрузки уже интегрирован в их конструкцию и анализ, только некоторые из них обеспечивают подробный расчет этого конкретного типа нагрузки.Пользователям потребуется выполнить ручной расчет этой процедуры, чтобы проверить, совпадают ли результаты с результатами, полученными с помощью программного обеспечения.

Формула для определения расчетного ветрового давления:

Для закрытых и частично закрытых зданий:

\ (p = qG {C} _ {p} — {q} _ {i} ({GC} _ {pi}) \) (1)

Для открытых построек:

\ (p = q {G} _ {f} {C} _ {p} — {q} ({GC} _ {pi}) \) (2)

Где:

\ (G \) = коэффициент воздействия порыва
\ ({C} _ {p} \) = коэффициент внешнего давления
\ (({GC} _ {pi}) \) = коэффициент внутреннего давления
\ (q \) = скоростное давление в фунтах на квадратный дюйм, определяемое по формуле:

\ (д = 0. 2 \) (3)

\ (q \) = \ ({q} _ {h} \) для стен с подветренной стороны, боковых стен и крыш, оценивается по средней высоте крыши, \ (h \)
\ (q \) = \ ({q } _ {z} \) для наветренных стен, оценка по высоте, \ (z \)
\ ({q} _ {i} \) = \ ({q} _ {h} \) для отрицательного внутреннего давления, \ ((- {GC} _ {pi}) \) оценка и \ ({q} _ {z} \) для оценки положительного внутреннего давления \ ((+ {GC} _ {pi}) \) частично закрытого зданий, но можно принять консервативное значение как \ ({q} _ {h} \).
\ ({K} _ {z} \) = коэффициент скоростного давления
\ ({K} _ {zt} \) = топографический коэффициент
\ ({K} _ {d} \) = коэффициент направленности ветра
\ ( V \) = базовая скорость ветра

миль / ч

Ниже мы подробно рассмотрим каждый параметр.Кроме того, мы будем использовать процедуру направленного действия (глава 30 ASCE 7-10) для решения расчетных значений давления ветра.

Категория риска

Первое, что необходимо сделать при определении расчетного давления ветра, — это классифицировать категорию риска конструкции, основанную на использовании или занятости конструкции. В этом примере, поскольку это заводская структура, она классифицируется как Категория риска IV . См. Таблицу 1.5-1 ASCE 7-10 для получения дополнительной информации о классификации категорий риска.

Базовая скорость ветра, \ (В \)

ASCE 7-10 предоставляет карту ветров, на которой соответствующая базовая скорость ветра в месте может быть получена из рисунков 26.5-1A – 1C. Категория размещения определяется и классифицируется в Международном строительном кодексе. При просмотре карт ветров возьмите номер наивысшей категории определенной категории риска или занятости. В большинстве случаев, включая этот пример, они одинаковы. Как видно из рисунка 26.5-1B, Кордова, Мемфис, Теннесси каким-то образом находится рядом с красной точкой на Рисунке 3 ниже, и отсюда основная скорость ветра \ (V \) составляет 120 миль в час.Обратите внимание, что для другого местоположения вам потребуется интерполировать базовое значение скорости ветра между контурами ветра.

Рис. 3. Базовая карта скорости ветра из ASCE 7-10.

SkyCiv теперь автоматизирует расчет скорости ветра с помощью нескольких параметров. Попробуйте наш SkyCiv Free Wind Tool

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Категория воздействия

См. Раздел 26.7 ASCE 7-10, в котором подробно описана процедура определения категории воздействия.

В зависимости от выбранного направления ветра экспозиция конструкции должна определяться с наветренного сектора 45 °. Принимаемая экспозиция должна быть такой, которая обеспечит наибольшую ветровую нагрузку с указанного направления. Описание каждой классификации воздействия подробно описано в разделах 26.7.2 и 26.7.3 стандарта ASCE 7-10. Чтобы лучше проиллюстрировать каждый случай, в таблице ниже приведены примеры каждой категории.

Таблица 2. Примеры зон, классифицированных в соответствии с категорией воздействия (глава C26 ASCE 7-10).

Воздействие	Пример
Воздействие B	Пригородный жилой район с преимущественно домами на одну семью — Малоэтажные строения высотой менее 30 футов в центре фотографии имеют участки, обозначенные как экспозиция b, с неровностями поверхности категории B Рельеф вокруг участка на расстоянии более 1500 футов при любом направлении ветра. Городская территория с многочисленными близко расположенными препятствиями размером с дом для одной семьи или больше — Для всех показанных строений местность, соответствующая категории шероховатости поверхности b, превышает высоту конструкции более чем в двадцать раз или на 2600 футов, в зависимости от того, что больше, с подветренной стороны направление.Структуры на переднем плане расположены на экспозиции B — Структуры в центре вверху фотографии рядом с поляной слева, длина которой превышает примерно 656 футов, расположены на экспозиции c, когда ветер дует слева над поляной .
Выдержка C	Плоские открытые луга с разбросанными препятствиями высотой обычно менее 30 футов Открытая местность с разбросанными препятствиями, высота которых обычно составляет менее 30 футов для большинства направлений ветра, все одноэтажные конструкции со средней высотой крыши менее 30 футов на фотографии меньше 1500 футов или в десять раз превышают высоту конструкции, в зависимости от того, что больше, из открытого поля, которое не позволяет использовать экспозицию B.
Экспозиция D	Здание на береговой линии (исключая береговые линии в регионах, подверженных ураганам) с ветром, обтекающим открытую воду на расстояние не менее 1 мили. Береговые линии на экспозиции D включают внутренние водные пути, великие озера и прибрежные районы Калифорнии, Орегона, Вашингтона и Аляски.

Для нашего примера, поскольку расположение конструкции находится на сельхозугодьях в Кордове, Мемфис, Теннесси, без каких-либо построек высотой более 30 футов, поэтому область классифицируется как Exposure C .Полезным инструментом для определения категории воздействия является просмотр вашего потенциального сайта через спутниковое изображение (например, Google Maps).

Коэффициент направленности ветра, \ ({K} _ {d} \)

Коэффициенты направленности ветра \ ({K} _ {d} \) для нашей конструкции равны 0,85, поскольку здание является основной системой сопротивления ветровой нагрузке, а также имеет компоненты и облицовку, прикрепленные к конструкции. Это показано в таблице 26.6-1 ASCE 7-10, как показано ниже на рисунке 4.

Рис. 4. Коэффициент направленности ветра в зависимости от типа конструкции (таблица 26.6-1 ASCE 7-10).

Топографический коэффициент, \ ({K} _ {zt} \)

Поскольку конструкция расположена на плоской сельскохозяйственной земле, мы можем предположить, что топографический фактор, \ ({K} _ {zt} \), равен 1.0. В противном случае коэффициент можно определить с помощью рисунка 26.8-1 ASCE 7-10. Чтобы определить, требуются ли дальнейшие вычисления топографического фактора, см. Раздел 26.8.1, если ваш участок не соответствует всем перечисленным условиям, то топографический фактор можно принять равным 1.0.

Рис. 5. Параметры, необходимые для расчета топографического фактора, \ ({K} _ {zt} \) (Таблица 26.8-1 ASCE 7-10).

Примечание. Факторы топографии могут быть автоматически рассчитаны с помощью SkyCiv Wind Design Software

Коэффициент скорости и давления, \ ({K} _ {z} \)

Коэффициент скоростного давления, \ ({K} _ {z} \), можно рассчитать с помощью таблицы 27. 3-1 стандарта ASCE 7-10. Этот параметр зависит от высоты над уровнем земли точки, где учитывается давление ветра, и категории воздействия.{2 / α} \) (5)

Где:

Таблица 3. Значения и \ ({z} _ {g} \) из таблицы 26.9-1 стандарта ASCE 7-10.

Выдержка	α	\ ({z} _ {g} \) (футы)
Б	7	1200
К	9,5	900
Д	11,5	700

Обычно коэффициенты скоростного давления на средней высоте крыши, \ ({K} _ {h} \), и на каждом уровне пола, \ ({K} _ {zi} \), являются значениями, которые мы потребуется для расчета расчетного давления ветра.В этом примере, поскольку давление ветра с наветренной стороны является параболическим по своей природе, мы можем упростить эту нагрузку, предположив, что на стены между уровнями пола действует равномерное давление. Структура завода состоит из трех (3) этажей, поэтому мы разделим наветренное давление на эти уровни. Кроме того, поскольку крыша является двускатной, среднюю высоту крыши можно принять как среднее значение высоты карниза и вершины крыши, что составляет 33 фута

Таблица 4. Расчетные значения коэффициента скоростного давления для каждой высоты подъема.

Высота (фут)	\ ({K} _ {z} \)
10	0,85
20	0,90
30	0,98
33	1,00 \ ({K} _ {zh} \)

Скорость Давление

Из уравнения (3) мы можем найти скоростное давление \ (q \) в фунтах на квадратный фут для каждой рассматриваемой отметки.

Таблица 5.Расчетные значения скоростного напора на каждой высоте возвышения.

Высота (фут)	\ ({K} _ {z} \)	\ (q \) (psf)	Замечания
10	0,85	26,63	1 этаж
20	0,90	28,20	2 этаж
30	0,98	30,71	Карниз крыши
33	1. 00	31,33	Средняя высота крыши, \ ({q} _ {h} \)

Фактор порывов ветра, G

Коэффициент воздействия порыва, \ (G \), установлен на 0,85, поскольку конструкция считается жесткой (раздел 26.9.1 ASCE 7-10).

Классификация корпуса и коэффициент внутреннего давления

Предполагается, что в конструкции завода есть проемы, которые удовлетворяют определению частично закрытого здания в Разделе 26.2 ASCE 7-10. Таким образом, коэффициент внутреннего давления \ (({GC} _ {pi}) \) должен составлять +0,55 и -0,55 на основе таблицы 26.11-1 стандарта ASCE 7-10.

Рис. 6. Коэффициент внутреннего давления, \ (({GC} _ {pi}) \), из таблицы 26.11-1 ASCE 7-10.

Коэффициент внешнего давления, \ ({C} _ {p} \)

Для закрытых и частично закрытых зданий коэффициент внешнего давления \ ({C} _ {p} \) рассчитывается с использованием информации, представленной на рисунках с 27. 4-1 по 27.4-3. Для частично закрытого здания с двускатной крышей используйте Рисунок 27.4-1.

Коэффициенты внешнего давления для стен и крыши рассчитываются отдельно с использованием параметров здания L, B и h, которые определены в примечании 7 к рисунку 27.4-1.

Таким образом, нам нужно рассчитать L / B и h / L:

Средняя высота кровли, h = 33 ′
Длина здания, L = 64 ′
Ширина здания, B = 104 ′
L / B = 0,615
h / L = 0,516
h / B = 0,317

Из этих значений мы можем получить коэффициенты внешнего давления \ ({C} _ {p} \) для каждой поверхности с помощью таблицы 27.4-1 ASCE 7-10. Обратите внимание, что мы можем использовать линейную интерполяцию, когда значения угла крыши, θ, L / B и h / L находятся между значениями, указанными в таблице. В нашем примере коэффициенты внешнего давления для каждой поверхности показаны в таблицах с 6 по 8.

Таблица 6. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей стен.

Поверхность	\ ({C} _ {p} \)
Наветренная стена	0,8
Подветренная стена	-0. 5
Боковая стенка	-0,7

Таблица 7. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей кровли (ветровая нагрузка по L).

Коэффициенты внешнего давления для крыши \ ({C} _ {p} \) (вдоль L)
ч / л	Наветренная			Подветренный
ч / л	10 °	10,62 °	15 °	10 °	10,62 °	15 °
0.5	-0,9 -0,18	-0,88 -0,18	-0,7 -0,18	-0,50	-0,50	-0,50
0,516	-0,91 -0,18	-0,89 -0,18	-0,71 -0,18	-0,51	-0,51	-0,50
1,0	-1,3 -0,18	-1,26 -0,18	-1,0 -0. 18	-0,70	-0,69	-0,60

Таблица 8. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей крыши (ветровая нагрузка по B).

Коэффициенты внешнего давления для крыши \ ({C} _ {p} \) (вдоль B)
h / B	Расположение	\ ({C} _ {p} \)
0,317	0 до h	-0,9 -0,18
	ч / 2 до ч	-0.9 -0,18
	ч до 2 ч	-0,5 -0,18
	> 2 часа	-0,3 -0,18

Коэффициент внешнего давления с двумя значениями, показанными в таблицах 7 и 8, должен быть проверен для обоих случаев.

Расчетное давление ветра для системы сопротивления основной ветровой рамы

Используя уравнение (1), можно рассчитать расчетное давление ветра. Результаты наших расчетов представлены в таблицах 8 и 9 ниже.Обратите внимание, что на структуру будут действовать четыре случая, поскольку мы будем рассматривать давления, решаемые с помощью \ ((+ {GC} _ {pi}) \) и \ ((- {GC} _ {pi}) \), и \ (+ {C} _ {p} \) и \ (- {C} _ {p} \) для крыши.

Таблица 9. Расчетное ветровое давление для поверхностей стен.

Расчетное давление, \ (p \), для стен
Этаж	\ ({q} _ {z} \), psf	Наветренная		Подветренная сторона		Боковая стенка
		\ ((+ {GC} _ {pi}) \)	\ ((- {GC} _ {pi}) \)	\ ((+ {GC} _ {pi}) \)	\ ((- {GC} _ {pi}) \)	\ ((+ {GC} _ {pi}) \)	\ ((- {GC} _ {pi}) \)
10	26.63	0,88 (0,88)	35,35 (35,35)	-30,55 (-30,55)	3,92 (3,92)	-35,88 (-35,88)	-1,41 (-1,41)
20	28,20	1,94 (1,94)	36,41 (36,41)
30	30,71	3,65 (3,65)	38,12 (38,12)
33	31,33	4,07 (4,07)	38,54 (38. 54)

(результаты ветровой нагрузки SkyCiv)

Таблица 10. Расчетное ветровое давление для поверхностей кровли.

Расчетное давление на крышу, фунт-фут (фунт / фут) (по длине)			Расчетное давление на крышу, фунтов на квадратный дюйм (вдоль В)
Поверхность	\ ((+ {GC} _ {pi}) \)	\ ((- {GC} _ {pi}) \)	Расположение (с наветренной стороны)	\ ((+ {GC} _ {pi}) \)	\ ((- {GC} _ {pi}) \)
Наветренный	-40.87 (-40,87)	-6,41 (-6,40)	от 0 до h / 2	-41,20 (-41,20)	12,44 (12,44)
Наветренный	-22,03 (-22,03)	12,44 (12,44)	ч / 2 до	-41,20 (-41,20)
Подветренная сторона	-30,71 (-30,71)	3,76 (3,83)	ч до 2 ч	-30,55 (-30,55)
Подветренная сторона			> 2 часа	-25,22 (-25,22)

(результаты ветровой нагрузки SkyCiv)

Мы приложим эти давления к конструкции. рассмотреть единый каркас на конструкции. Пример применения варианта 1 и 2 (для обоих \ (({GC} _ {pi}) \)) показан на рисунках 7 и 8. Направление ветра, показанное на вышеупомянутых рисунках, соответствует длине L здания. .

Обратите внимание, что положительный знак означает, что давление действует по направлению к поверхности, а отрицательный знак — от поверхности. Длина бухты 26 футов.

Рис. 7. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме — \ ((+ {GC} _ {pi}) \) и случай абсолютного максимального давления на крышу.

Рис. 8. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме — \ ((- {GC} _ {pi}) \) и случай абсолютного максимального давления на крышу.

SkyCiv упрощает эту процедуру, просто определяя параметры. Попробуйте наш SkyCiv Free Wind Tool

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Расчетное давление ветра для компонентов и облицовки (C&C)

Компоненты и оболочки определены в главе C26 ASCE 7-10 как: «Компоненты принимают ветровые нагрузки напрямую или от облицовки и передают нагрузку на MWFRS», в то время как «облицовка принимает ветровые нагрузки напрямую. «Примеры компонентов включают« крепеж, прогоны, стойки, настил крыши и стропильные фермы », а для облицовки -« настенные покрытия, навесные стены, кровельные покрытия, наружные окна и т. Д. »

Из главы 30 ASCE 7-10 расчетное давление для компонентов и оболочки должно быть рассчитано с использованием уравнения (30.4-1), показанного ниже:

\ (p = {q} _ {h} [({GC} _ {p}) — ({GC} _ {pi})] \) (6)

Где:

\ ({q} _ {h} \): скоростное давление, рассчитанное на средней высоте крыши, h (31.33 psf)
\ (({GC} _ {pi} \)): коэффициент внутреннего давления
\ (({GC} _ {p} \)): коэффициент внешнего давления

Для этого примера \ (({GC} _ {p} \)) будет найден, используя Рисунок 30.4-1 для Зоны 4 и 5 (стены) и Рисунок 30.4-2B для Зоны 1-3 (крыша). . В нашем случае правильное значение зависит от уклона крыши θ, который составляет 7 ° <θ ≤ 27 °. \ (({GC} _ {p} \)) можно определить для множества типов крыш, изображенных на рис. 30. 4-1 — рис. 30.4-7 и рис. 27.4-3 в главах 30 и 27 ASCE 7-10, соответственно.

Мы будем рассчитывать только расчетное давление ветра для прогонов и каркасов стен. Зоны для компонентов и давления оболочки показаны на Рисунке 9.

Рисунок 9. Расположение расчетных давлений C&C.

Расстояние a от краев может быть рассчитано как минимум 10% от наименьшего горизонтального размера или 0,4h, но не менее либо 4% от наименьшего горизонтального размера, либо 3 фута.

a: 10% от 64 футов = 6,4 фута> 3 фута
0,4 (33 фута) = 13.2 фута 4% от 64 футов = 2,56 фута
a = 6,4 фута

Стеновые шпильки (C&C Wall Pressure)

На основании рисунка 30.4-1, \ (({GC} _ {p} \)) можно рассчитать для зон 4 и 5 на основе эффективной площади ветра. Обратите внимание на то, что определение эффективной ветровой площади в главе C26 ASCE 7-10 гласит: «Для лучшего приближения к фактическому распределению нагрузки в таких случаях ширина эффективной ветровой площади, используемой для оценки \ (({GC} _ { p} \)) не обязательно должно быть меньше одной трети длины области. ”Следовательно, эффективная ветровая площадь должна быть максимальной:

Эффективная ветровая площадь = 10 футов * (2 фута) или 10 футов * (10/3 фута) = 20 кв. Футов. или 33,3 кв. фута
Эффективная ветровая площадь = 33,3 кв. фута

Положительные и отрицательные значения \ (({GC} _ {p} \)) для стен можно аппроксимировать, используя график, показанный ниже, как часть рисунка 30.4-1:

Рисунок 10. Приблизительные значения \ (({GC} _ {p} \)) из рисунка 30.4-1 ASCE 7-10.

Таблица 11.Расчетное давление C&C для каркаса стены.

Зона	\ (+ ({GC} _ {p} \))	\ (- ({GC} _ {p} \))	Давление C&C, фунтов на кв. Дюйм
Зона	\ (+ ({GC} _ {p} \))	\ (- ({GC} _ {p} \))	\ (+ ({GC} _ {p} \))	\ (- ({GC} _ {p} \))
4	0,90	-1,0	10,97 45,43	-48,56 -14,10
5	0,90	-1,2	10. 97 45,43	-54,83 -20,36

Purlins (C&C давление на крышу)

Из 30.4–2B можно определить эффективное давление ветра для Зон 1, 2 и 3. Поскольку фермы расположены на расстоянии 26 футов, следовательно, это будет длина прогонов. Эффективная ветровая площадь не должна превышать:

Эффективная ветровая площадь = 26 футов * (2 фута) или 26 футов * (26/3 фута) = 52 фут2 или 225,33 кв. Футов
Эффективная площадь ветра = 225.33 кв. Футов

Положительные и отрицательные значения \ (({GC} _ {p} \)) для крыши можно аппроксимировать, используя график, показанный ниже, как часть рисунка 30.4-2B:

Рисунок 11. Значения \ (({GC} _ {p} \)) из рисунка 30.4-2B ASCE 7-10.

Таблица 12. Расчетное давление C&C для прогонов.

Зона	+ (GCp)	— (GCp)	Давление C&C, фунтов на кв. Дюйм
Зона	+ (GCp)	— (GCp)	+ (GCpi)	— (GCpi)
1	0.30	-0,80	-7,83 26,63	-42,30 -7,83
2	0,30	-1,2	-7,83 26,63	-54,83 -20,36
3	0,30	-2,0	-7,83 26,63	-79,89 -45,43

Все эти расчеты могут быть выполнены с использованием программного обеспечения SkyCiv для ветровой нагрузки для ASCE 7-10, 7-16, EN 1991, NBBC 2015 и AS 1170.Пользователи могут войти в местоположение площадки, чтобы узнать скорость ветра и факторы топографии, ввести параметры здания и создать давление ветра. С профессиональной учетной записью пользователи могут автоматически применять это к модели конструкций и выполнять структурный анализ в одном программном обеспечении.

В противном случае, попробуйте наш SkyCiv Free Wind Tool для расчета скорости ветра и давления ветра на простых конструкциях.

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Патрик Гарсия

Инженер-конструктор, Разработка продуктов

BEng (гражданский)

Артикул:

Мехта, К.К., и Коулбурн, У. Л. (2013, июнь). Ветровые нагрузки: Руководство по положениям о ветровой нагрузке ASCE 7-10. Американское общество инженеров-строителей.
Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций. (2013). ASCE / SEI 7-10. Американское общество инженеров-строителей.

Бесплатный онлайн-калькулятор ветровой нагрузки

Ветровые нагрузки являются важным фактором при проектировании конструкций. К уже имеющемуся списку бесплатных инструментов SkyCiv добавлен новый калькулятор ветровой нагрузки для ASCE 7-10, AS 1170.2 и EN 1991 (EC1). Этот простой в использовании калькулятор отображает скорость ветра по местоположению на карте скорости ветра в соответствии с указанными выше строительными нормами. Программное обеспечение также позволяет добавить дополнительную информацию о вашем здании, чтобы определить необходимое давление ветра. У бесплатной версии есть некоторые ограничения, и она позволит вам получить местную скорость ветра для трех поисков в день и количество значений давления для здания.

Этот калькулятор ветровой нагрузки ASCE 7-10 / EN1991 / NBCC 2015 / AS 1170 был взят из нашего полного программного обеспечения Structural 3D — которое позволяет вам определять давление ветра по местоположению и применять его непосредственно к вашей структурной модели.Вы можете отредактировать ввод для повторного применения, и по мере того, как вы меняете свою модель, ветровые нагрузки автоматически корректируются, поэтому вам не нужно удалять и повторно применять!

Первым шагом программного обеспечения является определение скорости ветра из кода проекта на основе введенного пользователем местоположения или почтового индекса. Просто введите местоположение (почтовый адрес, долгота / широта, почтовый индекс), и программа выдаст соответствующую скорость ветра для каждого местоположения в соответствии со стандартом проектирования. Только ввод местоположения даст вам скорость ветра, но вы также можете получить давление ветра и местоположение, введя некоторые дополнительные переменные для типа здания.С помощью этой информации программное обеспечение может определить категорию риска для ASCE 7 10.

После расчета скорости ветра пользователь может предоставить дополнительную информацию о здании (например, высоту здания, тип и облицовку), чтобы получить давление ветра (ветровую нагрузку) на основе положений ASCE 7-10, AS 1170 и EN 1991. . Он обеспечивает расчет ветровой нагрузки на подъемные, подветренные, наветренные и кровельные силы здания. Расчеты давления ветра покажут давление ветра и область, где должны применяться давления.Некоторые типы зданий заблокированы для бесплатной версии, но наши экономичные подписки предоставят вам доступ ко всему, что вам нужно для ветровой нагрузки!

SkyCiv предлагает полный отчет о проектировании, чтобы показать расчеты ветровых нагрузок и давлений, чтобы вы могли точно увидеть, как программное обеспечение рассчитало давление ветра для ASCE 7-10 и AS 1170. Они важны для любого инженера, поэтому они могут следовать предположения программного обеспечения, расчеты и ссылки на проектный код. SkyCiv верит в полную прозрачность, поэтому подробные структурные отчеты являются обычным делом для всего нашего программного обеспечения для строительства.Обновите и просматривайте полные отчеты, или вы хотите увидеть какие-либо примеры расчета ветровой нагрузки ASCE 7 10.

В настоящее время указанное выше программное обеспечение для определения силы ветра разработано для США, Австралии, Канады и Европы, чтобы помочь инженерам определить расчетную скорость ветра для зданий. Это требуется во многих конструктивных или строительных нормах и правилах и часто может быть определяющим вариантом нагрузки в районах с сильными ветрами. Мы всегда ищем способы совершенствоваться — поэтому, если вы не найдете то, что ищете — сообщите нам об этом! Мы очень открыты и очень ценим отзывы и предложения по улучшению.Сейчас инструмент по умолчанию действует как вычислитель ветровой нагрузки ASCE 7-10.

SkyCiv предлагает инженерам широкий спектр программного обеспечения для структурного анализа и проектирования облачных вычислений. Как постоянно развивающаяся технологическая компания, мы стремимся внедрять инновации и совершенствовать существующие рабочие процессы, чтобы сэкономить время инженеров в их рабочих процессах и проектах.

Расчеты ветровых нагрузок — Руководство по конструкции

Расчеты ветровых нагрузок в соответствии с CP 3: Глава V-2: 1972

Во всем мире могут использоваться коды, которые используются для анализа стриктур на воздействие ветра.CP 3: Глава V — это старый код, используемый для расчета ветровых нагрузок на конструкцию. Если мы сослались на новые коды и сравнили их с этим кодом, это не показывает большой разницы. Однако этот код нельзя использовать для анализа структуры на предмет динамических действий. Этот код не позволяет обнаружить ускорения, вызываемые ветром, и его ограничения. Этот код можно использовать для общего назначения.

Давление ветра можно рассчитать по следующему уравнению.

P = CqA

Где C = Cpi -Cpe
q = Давление ветра
A = Площадь притока

Давление ветра рассчитывается с учетом скорости ветра на площадке.

q = kVz ²

K зависит от страны. Значение указывается в коде или может использоваться другое подходящее значение.

Нам необходимо объединить коэффициенты ветрового давления при расчете нагрузок. Однако не всегда удается совместить коэффициент ветрового давления, полученный для наветренной и рычажной сторон. Например, когда вы рассчитываете давление ветра в здании, мы должны учитывать внутреннее давление.

Если мы планируем безнадежно применять нагрузку отдельно для наветренной и левой сторон, мы рассчитываем ветровую нагрузку отдельно, комбинируя каждый коэффициент давления с коэффициентом внутреннего давления.

Коэффициент внутреннего давления может изменяться. Как правило, у него есть фиксированные значения. Это могло быть положительно или отрицательно. Рассмотрим расчет ветровой нагрузки с наветренной стороны. Скажем, коэффициент внешнего давления равен +0,7, а коэффициент внутреннего давления -0,3 и +0,2 (для здания с незначительной вероятностью возникновения доминирующих отверстий во время сильного шторма).

Тогда коэффициент ветрового давления будет следующим.
0,7 — (-0,3) = 1,0 или
0,7 — 0,2 = 0,7

Давление ветра можно рассчитать с учетом обоих.Аналогичным образом можно рассчитать коэффициент давления на другой стороне.
Скажем, коэффициент давления с рычагом равен -0,5

-0,5 — (-0,3 = -0,2
-0,5 — 0,2 = -0,7

Теперь мы можем применить нагрузку после расчета давления.
Случай 01
Коэффициент давления наветренный 1,0
Коэффициент давления Leaved -0.2

Случай 02
Коэффициент давления Наветренный 0,7
Коэффициент давления Наружный -0,7

Таким образом, мы можем рассчитать давление ветра на каждой стороне конструкции.

Ветровые нагрузки

Механические записки из К7НВ

Что делать с расчетом
время от времени возникают ветровые нагрузки. Проблема с выяснением ветра
нагрузки — это ветер. Что касается вещей у земли, ветер очень
неустойчивый из-за взаимодействия с наземными элементами.Это может усложнить
действительно знать, какая скорость эффективно воздействует на конструкцию в непосредственной близости
наземь. Общая формула давления ветра достаточно точна для наших
использовать, но выяснить, какую скорость ветра использовать с ним, не так просто
как хотелось бы.
Очень содержательное обсуждение
предмета можно найти в «Физическом дизайне антенн Яги» Дэйва
Лисон, W6NL.

Какие мы «любители» ребята
хочу избавиться от этого, значит иметь возможность делать что-то достаточно хорошее
основана и позволяет нам создавать вещи, которые переживут ветер, который мы
опыт работы в наших офисах и не требует тысяч часов обучения
и исследования, к которым нужно прийти. Что-то, что мы действительно сделаем, когда это потребуется,
вместо того, чтобы просто гадать (хотя это кажется довольно забавным),
и будет по большей части хранить наши игрушки там, где мы их кладем, чтобы мы могли qrm
друг друга в назначенные выходные.

Мы часто говорим о ветре
скорости, как будто все знают, что означает значение. Это прекрасно
ветер, который просто движется с постоянной известной скоростью, но, как и ветер без трения
колеса, его действительно нет в нашем мире.Итак, это не может быть то, что все
имеет в виду, когда они говорят «скорость ветра была …..»

Есть некоторые структурные
стандарты проектирования, которые обеспечивают методы для развития ветровых нагрузок, и если мы
чтобы использовать их, мы должны убедиться, что выбрали правильную скорость ветра
чтобы результаты были значимыми. Самые популярные методы приходят
с географическими картами или таблицами распределения ветра, которые должны использоваться с
их. Если мы сделаем это, мы обнаружим, что давление, создаваемое различными
методы очень похожи. 2 (V = скорость ветра в миль / ч)

Cd, Коэффициент лобового сопротивления,
= 2,0 для плоских пластин. Для длинного цилиндра (как и у большинства антенных трубок) Cd =
1.2.
Обратите внимание, что соотношение между ними составляет 1,2 / 2
= .6, не совсем 2/3.

Это сила на
сдержанный постоянный участок. I.E. Длина трубки или другой такой элемент
это часть структуры. Силу на единицу площади можно найти, установив
площадь до 1.
Это самая простая форма
всего, что есть в учебниках, при стандартной температуре и атмосферном давлении,
для диапазона скоростей ветра, который мы видим, и общего размера элементов на
наши игрушки.

Модификации
к общей форме

Мы можем обратиться к
один из опубликованных методов, чтобы получить некоторое освещение всего того, что мы
на самом деле не знаю и не обязательно хочу знать.Эти методы принимают
некоторая тайна из ветреного, чтобы предоставить что-то более простое в использовании. Вместо
говоря об одной пиковой постоянной скорости ветра, они говорят о некоторых
форма статистически усредненного ветра, часто называемая «базовой скоростью ветра».

Потому что практически все ветра
скорости — это средние измерения беспорядочного ветрового потока, ключ к пониманию
любое измерение скорости ветра должно знать, какая система отсчета использовалась для определения
заявлено среднее значение.Тогда и только тогда мы сможем узнать, что они означают
или сравните их друг с другом. Можно быть уверенным, что все измерения скорости ветра
НЕ то же самое.

Одна популярная скорость ветра
определения: «Самая быстрая миля» скорость ветра, которая является средней полученной скоростью.
при прохождении одной мили ветра. Как используется в нескольких спецификациях,
он сопровождается статистической вероятностью этого условия. Это
НЕ пиковая скорость ветра, которую можно наблюдать с помощью анемометра.
, если это устройство не настроено для расчета средней скорости ветра
за «самую быструю милю» ветра.
При средней скорости 60
Миля в час, одна миля ветра проходит за одну минуту, поэтому в этом случае он представляет
средняя скорость ветра 60 секунд. На любой другой скорости он представляет другой
среднее по времени. Это позволяет сравнивать его со значением строго по времени.
устройство на базе невозможно, если мы не знаем, что это была за временная база!

Ветер «самой быстрой мили»
скорость не следует путать со значением «скорости ветра» из чьего-либо утверждения,
или какой-нибудь репортаж о Six-O’Clock-News, если это чтение не может быть определено.Затем мы можем преобразовать его для использования с методами, которые используют среднее значение «самой быстрой мили».
скорость. ASCE 74, Приложение E, предоставляет метод преобразования различно усредненных
значения скорости ветра.

Для использования «Самой быстрой мили»
Базовая скорость ветра «определение ветра, некоторые варианты расчета
ветровое давление:

EIA-222-C

Electronic Industries Assoc. 2 (V = скорость ветра в миль / ч)

Включая сопротивление
коэффициент (Cd) для плоских тарелок и фактор порыва 30%.

Следовательно,

Cd, Перетащите
коэффициент, = 1,0 для плоских пластин и 0,67 для цилиндров

Эта спецификация думает, что ветер
скорость — это «максимальная скорость ветра в миле» на высоте 33 фута над землей,
не фактическая пиковая постоянная скорость ветра, и получается из карты,
специфично для себя.В спецификации определены «ветровые зоны», обозначенные буквами «A», «B» и
«C» с соответствующими значениями давления ветра. Зона «А» — 30 фунтов на квадратный фут (фунт
на квадратный фут) (86,6 миль в час), зона «B» — 40 фунтов на квадратный фут (100 миль в час), зона «C»
составляет 50 фунтов на квадратный фут (111,8 миль в час) по его расчетам. Большая часть Соединенных Штатов
в зоне A небольшая часть находится в зоне B, а очень небольшая часть — в зоне C.

Дополнительной высоты не было
связанные или специфические для местности факторы в этой спецификации.

EIA-222-F

Это более новая версия
Ассоциации электронной промышленности(1/7) 1,0
<= Gh <= 1,25
h = общая высота
башни (используется для антенны, установленной на ее вершине) в футах.

Cd = 2,0 долго
плоские пластины и 1,2 для длинных цилиндров. Соотношение сторон> = 25
Cd = 1,4 для краткости
плоские пластины и 0,8 для коротких цилиндров. Соотношение сторон <= 7

Связь между коэффициентами сопротивления
для баллонов и плоских вещей есть 1,2 / 2,0 =.6 или .8 / 1.4 = .57, в этом случае
менее 2/3

EIA-222-F думает ветер
скорость — это «максимальная скорость ветра в миле» на высоте 33 фута над землей,
не фактическая пиковая постоянная скорость ветра. Эти значения не совпадают с
спецификации 222-C, они определяются местоположениями штата и округа, а не
старые карты зон скорости ветра.
Дополнительных сайтов нет
конкретные факторы воздействия, указанные в этой спецификации.

UBC
’97

Единый строительный кодекс,
1997 редакция

Сила = A x P

A = прогнозируемый
площадь изделия.

P, Давление ветра
(Psf), = Ce x Cq x Qs

Ce, общая высота,
Коэффициент экспозиции и реакции на порывы взят из таблицы 16-G

3 обозначенных рельефа местности
«B», «C» и «D» указаны в таблице.Для каждого разная высота
перечислены и соответствующее значение для Ce.

Cq, коэффициент давления
(то же, что и сопротивление, Cd), взято из таблицы 16-H

Cq = 1,3 для плоских пластин и Cq = 0,8 для
цилиндры диаметром более 2 дюймов, 1,0 для цилиндров диаметром 2 дюйма или менее.

Нет различий по внешнему виду
соотношения цитируются.
Цилиндр либо 1/1.2 формула.

UBC 97 думает ветер
скорость — это «максимальная скорость ветра в миле» на высоте 33 фута над землей,
не фактическая пиковая постоянная скорость ветра, и получается из карты,
является частью спецификации. В нем также упоминается текущая спецификация EIA как подходящий метод.

Определения подверженности UBC
следующие:

EXPOSURE B имеет рельеф
со зданиями, лесом или неровностями поверхности, покрывающими не менее 20 процентов
площади земли, простирающейся на 1 милю (1.61 км) и более от участка.

EXPOSURE C имеет рельеф
плоская и обычно открытая, простирающаяся на 1/2 мили (0,81 км) или более от
сайт в любом квадранте.

EXPOSURE D представляет
наиболее сильное воздействие в районах с базовой скоростью ветра 80 миль в час
(миль / ч) (129 км / ч) или выше, а местность ровная и беспрепятственная
напротив больших водоемов шириной более 1 мили (1,61 км) и более по ширине
в любой квадрант строительной площадки.Рельеф D простирается вглубь суши от береговой линии
1/4 мили (0,40 км) или в 10 раз больше, чем высота здания.

EIA-RS-409

Electronic Industries Assoc. ,
Минимальные стандарты для любительской радиоантенны, часть I. Базовая или фиксированная станция
Антенна

Давным-давно, во время
В эпоху RS-222-C это была настоящая спецификация для «любительских радиоантенн».»
Он следовал методологии EIA-222-C, требующей ветровой нагрузки 30 Psf (плоская пластина).
(эквивалент 86,6 миль в час, зона A) и требовал использования коэффициента безопасности
1,2 от предела текучести материала.
Он содержал множество электрических
критерии эффективности, которые могли привести к его гибели, но структурно
был совместим со спецификацией башни-компаньона.
Это не страшно, но
конечно интересно.

Примечание:

С помощью этих методов мы можем
увидеть, что связь между плоской и цилиндрической вещью
в районе.67, вот откуда появился «фактор 2/3»
от.

Сравнение
Различные методы

Если взять каждый метод
и определить силу на единицу площади (проектируемую) на трубчатый элемент яги.
как 20-метровый элемент, для зон скорости ветра, которые покрывают большинство
США:

Для зон с минимальной скоростью ветра:

МЕТОД	ВЕТРОВАЯ ЗОНА	ВЫСОТА (Футы)	ДАВЛЕНИЕ (Psf)
EIA-222-C	«A» (ссылка: 87 миль / ч)	НЕТ	20.0
EIA-222-F	70 миль / ч	45	20,0
EIA-222-F	70 миль / ч	70	22. 2
EIA-222-F	70 миль / ч	100	24,0
UBC’97	70 миль / ч (Exp. D)	45	20.7
UBC’97	70 миль / ч (Exp. C)	70	18,6
UBC’97	70 миль / ч (Exp. D)	70	22.2
UBC’97	70 миль / ч (Exp. C)	100	20,2
UBC’97	70 миль / ч (Exp. B)	140	15.7
UBC’97	70 миль / ч (Exp. C)	140	21,7
Общая формула	81 миль / ч	НЕТ	20.2

EIA-222-F по существу
то же самое, что и наиболее тяжелая экспозиция UBC’97 «D» на 100 ‘. Если бы у нас был устойчивый
порыв 81 миль в час, во время прохождения этой мили ветра со скоростью 70 миль в час.
зона, у нас будет примерно такая же нагрузка, как предполагает базовая скорость зоны. В
Средняя скорость за 3 секунды для средней мили ветра 70 миль в час будет 85 миль в час.
Обратите внимание, что определение экспозиции D UBC гласит, что это для основных зон.
80 миль в час или более, поэтому здесь он не применяется.

Для зон со средней скоростью ветра:

МЕТОД	ВЕТРОВАЯ ЗОНА	ВЫСОТА (Футы)	ДАВЛЕНИЕ (Psf)
EIA-222-C	«B» (ссылка: 100 миль / ч)	НЕТ	26.7
EIA-222-F	80 миль / ч	45	26,3
EIA-222-F	80 миль / ч	70	29.0
EIA-222-F	80 миль / ч	100	31,4
UBC’97	80 миль / ч (Exp. D)	45	27.0
UBC’97	80 миль / ч (Exp. C)	70	24,2
UBC’97	80 миль / ч (Exp. D)	70	29.0
UBC’97	80 миль / ч (Exp. C)	100	26,4
UBC’97	80 миль / ч (Exp. B)	140	20.6
UBC’97	80 миль / ч (Exp. C)	140	28,3
Общая формула	93 миль / ч	НЕТ	26. 6

3-х секундный средний ветер
скорость для 80 миль в час «самая быстрая миля» скорость составляет около 100 миль в час. Это значит, что
если вы живете в зоне UBC или EIA 80 миль в час, и ваш 3-секундный усредняющий анемометр
считывает пик 100 миль в час, тогда это будет соответствовать «самой быстрой миле»
базовая скорость ветра для этой зоны. По совпадению, это согласуется с
Расчет скорости ветра EIA-222-C для этой зоны.

Комментарии

Две указанные зоны охватывают
большая часть территории континентальной части США.
Указанное давление ветра
то, что будет применяться к проектируемым областям длинных цилиндров, включающих
все формулы и коэффициенты сопротивления, используемые в каждом методе.

Ключ к их сравнению
состоит в том, чтобы смотреть на их приложенное давление по зонам, а не только на их соответствующие
значения скорости ветра или любые различия в конкретных используемых внутренних значениях.

Различные методы могут
дают разные результаты по всему диапазону переменных, но для
наиболее общие условия в большинстве мест они очень близки.

Большинство из нас живет в зонах UBC
B и C. Значения EIA такие же, как и степень воздействия D UBC, которая
для наиболее уязвимых участков.

Есть фундаментальный
проблема с попыткой использовать более позднюю спецификацию EIA или UBC (или другие аналогичные)
для конструкции антенны общего потребления. Оба требуют специальной антенны.
высота и / или фактор размещения для развития их нагрузок. Я сомневаюсь, что антенна
производители собираются проектировать все свои антенны для каждого возможного
высота и / или выдержка с каждой спецификацией.Если уже есть путаница
о том, что делать с существующими фигурами антенн, добавляя еще 20 фигурок за
антенна вряд ли упростит задачу.

Метод 222-C не
требуют, чтобы эти факторы предоставили достаточно точное значение для большинства
локаций по всей стране. Он использовался в прошлом для любительских
антенны. Итак, наша эмпирическая база данных имеет некоторую ценность при сравнении более новых
конструкции к нему.

Другой
Сравнение

Давайте посмотрим, что
эти методы говорят о реальном антенном элементе, например о Hygain 204BA.
отражатель.
Это старый дизайн выполнен
Роджером Коксом, и был разработан с использованием метода EIA-222-C. У нас есть целое
куча эмпирического опыта с элементом, и кроме усталости наконечника
проблема, обычно это надежный элемент. Проблема с подсказкой — та, которая приходит
от динамических явлений и не будет обнаружен ни в одном из статических анализов
используется любым из этих методов.
Во время оригинального YagiStress
разработки программного обеспечения, Роджер Кокс прислал мне YS модели 204BA, и у него
очень откровенно рассказывал публике о том, что делалось с его яги
конструкции.204BA была одной из типовых антенн, распространяемых с
YS с первого дня, с разрешения.

Используя метод EIA-222-C
YS сообщает, что элемент безопасен на скорости 100 миль в час, без льда. Это правильно
при скорости ветра в зоне 222-C, охватывающей все, кроме самых суровых
зоны на его карте.

Использование EIA-222-F
метод, безо льда, элемент безопасен по адресу:

50 футов и 80 миль / ч

75 футов и 76 миль / ч

100 футов и 74 миль / ч

Использование UBC’97
метод, без льда,
Для воздействия «D»:

50 футов и 80 миль / ч

75 футов и 76 миль / ч

100 футов и 74 миль / ч

А, экспозиция «С»:

50 футов и 87 миль / ч

75 футов и 83 миль / ч

100 футов и 80 миль / ч

Подробнее

В сравнениях указывают
что мы можем использовать любой из них для получения примерно одинаковых грузов. Проще
222-C на «базовой скорости» 100 миль / ч (зона B) покрывает большую часть
местоположения в США, без указания высоты и экспозиции
сложности.

Особые зоны и / или
места, которые находятся в тяжелых условиях, должны быть устранены
своя. Лисон указал в своей книге, что с помощью метода 222-C он обнаружил
что для того, чтобы выжить в его местонахождении на вершине холма, потребовались разработки на 120+ миль в час. Лисон
сообщил, что модификация 204BA ++ безопасна на скорости 123 миль в час (с использованием 222-C
метод), который при анализе другими методами дает:

Использование EIA-222-F
метод, без льда:

50 футов и 98 миль / ч

75 футов и 93 миль / ч

100 футов и 90 миль / ч

Использование UBC’97
метод, без льда,
Для воздействия «C»:

50 футов и 107 миль / ч

75 футов и 102 миль / ч

100 футов и 99 миль / ч

Согласно карте зоны UBC, это
элемент не совсем подходит для пляжей на юго-востоке США,
Залив и побережье Тихого океана на северо-западе. Но, это было бы подходящим для размещения в
следующие внутренние зоны.

EIA-222-C с использованием своих зон
и скорости ветра, хотя и не самый современный подход, прост в использовании и обеспечивает
разумные результаты. На самом деле это довольно консервативно для многих UBC.
сценарии.

много антенн
были разработаны с 222-C, некоторые из них сохранились, а некоторые нет. Но,
вероятно, это не из-за выбора плохого метода.Скорее от неиспользования
правильная скорость ветра или неправильная разработка для правильных вариантов нагрузки, таких как восходящие потоки
и лед. Вещи всегда ломаются, потому что они были недостаточно сильны, так много
абсолютно уверен, настоящий вопрос: «достаточно силен для чего?»

Выберите метод, используйте ветер
скорость, которая подходит для этого, и все должно быть как можно лучше
быть.

Помните, сайт может видеть
более высокая кратковременная скорость ветра, чем «базовая скорость ветра». Их значения зависят
от постоянных времени усреднения гизмо, производящего измерения. Так,
мы должны убедиться, что мы не получаем ветер от нашей метеорологической станции Mark X
скорости перепутали с «базовыми».

73, Курт

Как это принято на этом сайте, я предлагаю только комментарии к
стимулировать мысли и, надеюсь, помочь коллегам-любителям.Никакой информации
предоставленный является авторитетным в любом виде или гарантированно верным. Читатель
предлагается исследовать эти предметы и делать собственные выводы о
эти вещи, прежде чем пытаться применить их в реальном мире.

Обновлено 23 марта 2002 г.

Расчет ветровой нагрузки с использованием CFD

где A площадь здания, обращенная непосредственно к ветру (фронтальная область), \ (\ rho \) — плотность воздуха — около 1. {3}} \) — и \ (v \) — скорость ветра (обычно максимальное значение, зарегистрированное в месте расположения здания), а \ (C_D \) — коэффициент лобового сопротивления, который зависит от формы здания. и обычно дается строительными нормами.

Хотя этот расчет всегда требуется по закону в сочетании с указанным коэффициентом безопасности, он включает несколько упрощений:

Коэффициент сопротивления \ (C_D \) только предполагаемый, а не фактически рассчитанный , он может существенно варьироваться в зависимости от формы здания, и это трудно определить из таблиц, поскольку каждая форма здания отличается.
Предполагается, что давление на здание является постоянным , в действительности оно меняется по высоте здания и в большинстве случаев поднимается к вершине конструкции, поэтому в действительности плечо рычага ветровой нагрузки выше, чем предполагалось в предыдущем уравнении.
Он не принимает во внимание форму местности и наличие других зданий вокруг расчетной конструкции, которые потенциально могут повлиять на поток и, в конечном итоге, на уровень нагрузки на основную конструкцию.
Предполагается постоянное направление ветра без учета экстремальной угловатости потока, возникающей в результате шторма, и их взаимодействия с формой здания.

Хотя стоит подчеркнуть, что для приведенный выше расчет должен быть выполнен для соблюдения соответствующих строительных норм, важно дополнить его специальным анализом вычислительной гидродинамики (CFD), который позволяет оценить ветровая нагрузка с точки зрения сил и моментов без перечисленных выше ограничений.Можно выполнить как расчет ветровой нагрузки на основе формулы, требуемой строительными нормами, так и использовать модель CFD для проверки результатов, что дает повышенную уверенность в оценке структурной целостности здания.

Расчет и моделирование ветровой нагрузки — Glew Engineering

Рисунок 1: Коэффициенты ветровой нагрузки (давление и площадь)

Факторы, влияющие на ветровую нагрузку

Итак, насколько точным является уравнение 1? Поскольку при расчете ветровой нагрузки он использует только самые основные значения, он может дать оценку величины силы ветра. Однако для более точного представления ветровой нагрузки можно умножить силу на ряд других коэффициентов, которые более точно учитывают условия, в которых будет находиться конструкция. Первый шаг к повышению точности достигается за счет включения «коэффициента воздействия» и «коэффициента реакции на порыв ветра», показанных в уравнении 2.

F = P × A × C _d _× K _z × G

(2)

Где:

K _z = коэффициент воздействия
G = коэффициент реакции на порывы

(K _z) представляет собой увеличение скорости воздуха по мере увеличения высоты над землей. уровень увеличивается.Низкий объект, большая часть площади которого находится внутри пограничного слоя, будет испытывать небольшую силу (K _z ≈ 0). Объект высотой 100 футов будет иметь K _z около 1, в то время как One World Trade Center на высоте 1776 дюймов будет иметь K _z более 2,5.

Коэффициент реакции на порывы (G) отражает постоянство скорости воздуха по высоте объекта. Чем выше над землей, тем больше скорость ветра, и G ≈ 1. Ближе к земле, с граничными эффектами и турбулентностью от окружающих деревьев и зданий, скорость ветра может быть более неравномерной.G увеличивается до 2 по мере того, как высота объекта приближается к 0.

Международный строительный кодекс (ранее Единый строительный кодекс) использует вышеуказанные коэффициенты, а также заменяет простой коэффициент сопротивления табличным «коэффициентом полезного давления». . Этот коэффициент более точно учитывает уклоны, карнизы и другие дополнения, влияющие на воздушный поток вокруг здания. Однако это уравнение IBC предназначено только для использования в зданиях высотой менее 75 футов. Ассоциация телекоммуникационной индустрии предлагает свою собственную версию в стандарте TIA-222-G, изменяющую уравнение с топографическими факторами и факторами воздействия в зависимости от среды установки башни. Опять же, у этой версии есть свои ограничения, так как она разработана специально для работы с мачтами и антеннами. Прародитель всех этих версий уравнения ветровой нагрузки приведен в ASCE-7 Американского общества инженеров-строителей. Эта версия имеет наиболее сложный и подробный набор коэффициентов для изменения давления ветра, площади проекции и коэффициентов сопротивления. Тем не менее, независимо от того, насколько сложным может быть выбранное уравнение ветровой нагрузки, оно все равно выводит только одно значение силы.

Ограничения для ручных расчетов ветровой нагрузки

Вышеупомянутые расчеты могут предложить очень точное моделирование предельной ветровой нагрузки на конструкцию, но они не дают полной картины.Они не могут указать, где может быть сосредоточена ветровая нагрузка на сложную конструкцию, или смоделировать возникающие в результате напряжения и прогиб конструкции. Для более полного понимания того, как конструкция будет реагировать на высокие ветровые нагрузки, инженер может использовать программы вычислительной гидродинамики (CFD) и анализа методом конечных элементов (FEA) для моделирования взаимодействия ветра и конструкции в целом. Однако точность результатов зависит от точности компьютерной модели, поэтому существует компромисс между точностью, необходимой для анализа, и временем, доступным для моделирования конструкции и проведения моделирования.

Совместное использование расчетов ветровой нагрузки и CFD

Как обычно, самый безопасный и тщательный метод анализа реакции конструкции на ветер — это использовать как ручные вычисления, так и CFD. Результаты этих различных методов должны в конечном итоге согласоваться. Если есть существенные различия в двух результатах, то один из методов требует исправления или улучшения. В следующих нескольких блогах мы сравним ручные расчеты и результаты CFD для простых структур, чтобы выяснить, насколько хорошо они соответствуют.

Ресурсы

International Code Council. (2014). Международный Строительный Кодекс 2015 г. . Country Club Hills, Иллинойс: ICC.
Ассоциация индустрии телекоммуникаций. (2011). 2012 TIA-222-G Строительный стандарт для антенных несущих конструкций и антенн .
No related posts.

Контакт	α	\({с участием}_{грамм}\)(фут)
В	7	1200
С	9.5	900
D	11.5	700

высота (фут)	\({К}_{с участием}\)
10	0.85
20	0.90
30	0.98
33	1.00 \({К}_{zh}\)

высота (фут)	\({К}_{с участием}\)	\(q\)(PSF)	замечания
10	0.85	26.63	1первый этаж
20	0.90	28.20	2второй этаж
30	0.98	30.71	Карниз крыши
33	1.00	31.33	Средняя высота крыши, \({Q}_{час}\)

поверхность	\({С}_{п}\)
Навесная стена	0.8
Подветренная стена	-0.5
Боковая стенка	-0.7

Расчетное давление, \(п), для стен
Высота этажа	\({Q}_{с участием}\), PSF	наветренный		подветренный		Боковая стенка
		\((+{GC}_{число Пи})\)	\((-{GC}_{число Пи})\)	\((+{GC}_{число Пи})\)	\((-{GC}_{число Пи})\)	\((+{GC}_{число Пи})\)	\((-{GC}_{число Пи})\)
10	26. 63	0.88 (0.88)	35.35 (35.35)	-30.55 (-30.55)	3.92 (3.92)	-35.88 (-35.88)	-1.41 (-1.41)
20	28.20	1.94 (1.94)	36.41 (36.41)
30	30.71	3.65 (3.65)	38.12 (38.12)
33	31.33	4.07 (4.07)	38.54 (38.54)

зона	\(+({GC}_{п}\))	\(-({GC}_{п}\))	С&C Давления, PSF
зона	\(+({GC}_{п}\))	\(-({GC}_{п}\))	\(+({GC}_{п}\))	\(-({GC}_{п}\))
4	0.90	-1.0	10.97 45.43	-48.56 -14.10
5	0.90	-1.2	10.97 45.43	-54.83 -20.36

Расчет ветровых нагрузок | Альпром

Расчёт ветровой нагрузки на здания ЖК «Пётр и Екатерина»

ASCE 7-10 Пример расчета ветровой нагрузки

Ветровая нагрузка на односкатные и двускатные крыши в Германии

Зависимое от высоты пиковое давление скорости

Определение местного базового давления скорости ветра с помощью онлайн-службы Dlubal

давление ветра на поверхности

Выбранные аэродинамические коэффициенты

Вертикальные стены зданий с прямоугольной планировкой

Односкатная

Двускатная

Расчет Ветровой Нагрузки – Orgadata RU

Упрощенный Метод в соответствии

Расчет в зависимости от высоты объекта в соответствии

Ручной ввод ветровой нагрузки в зависимости от высоты

Предельные Значения

Предельный прогиб

Предельные нагрузки

Единицы

Расчет крыши на ветровую нагрузку —

Строительные калькуляторы — ProstoBuild.ru

Расчет ветровой нагрузки

Как произвести расчет ветровой и снеговой нагрузки на кровлю в зависимости от региона проживания

Типы нагрузок на кровлю

Зависимость нагрузок от угла наклона крыши

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

Расчет снеговой нагрузки на плоскую крышу

Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн

Ветровая нагрузка на кровлю

Полезное видео

Сбор нагрузок на кровлю и стропила

Сбор нагрузок на кровлю производится в следующем порядке:

Правильный расчет стропильной системы крыши

Классификация нагрузок

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

Почему нужно учитывать влияние ветровой нагрузки при заказе окон

Чем опасны высокие ветровые нагрузки

Как регламентируется ветровая нагрузка на окна

Как рассчитать ветровую нагрузку на окна

Дополнительная защита от ветровых нагрузок

Как рассчитать ветровую нагрузку на основе скорости ветра

Что такое ветровая нагрузка?

Калькулятор скорости ветра для вычисления силы

Добавление коэффициентов сопротивления

Другие факторы

ASCE 7-10 Пример расчета ветровой нагрузки

Бесплатный онлайн-калькулятор ветровой нагрузки

Расчеты ветровых нагрузок — Руководство по конструкции

Ветровые нагрузки

Расчет ветровой нагрузки с использованием CFD

Расчет и моделирование ветровой нагрузки — Glew Engineering

Факторы, влияющие на ветровую нагрузку

Ограничения для ручных расчетов ветровой нагрузки

Совместное использование расчетов ветровой нагрузки и CFD

Ресурсы

Добавить комментарий Отменить ответ