Вятърно натоварване: правила за изчисляване, препоръки от професионалисти

2024 Автор: Aaron Duncan | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-15 04:22

При проектиране на сгради и конструкции, изчисляването на ветровото натоварване трябва да се прави доста често. Този индикатор се изчислява по специални формули. Важно е да се вземе предвид такова натоварване, например при изготвяне на чертежи на покривни ферми, избор на местоположение и дизайн на билбордове и др.

SNiP стандарти

Всъщност самото определение на този параметър дава SNiP 2.01. 07-85. Съгласно този документ натоварването от вятъра трябва да се разглежда като съвкупност:

налягане, действащо върху външните повърхности на структурите на структура или елемент;
сила на триене, насочена тангенциално към повърхността на конструкцията, отнесена към площта на нейната вертикална или хоризонтална проекция;
нормално налягане, приложено към вътрешната повърхност на сграда с пропускливи сградни обвивки или отворени отвори.

Как да определим

При изчисляване на натоварването от вятъра се вземат предвид два основни параметъра:

среден компонент;
пулсиращо.

Натоварването се дефинира като сбор от тези два параметъра.

Среден компонент: основна формула

Ако натоварването от вятъра не се вземе предвид по време на проектирането, това впоследствие ще има изключително негативно въздействие върху работата на сградата или конструкцията. Средният му компонент се изчислява по следната формула:

W=Wok.

Тук W е изчислената стойност на натоварването от вятъра на височина z над земната повърхност, Wo е стандартната му стойност, k е коефициентът на промяна на налягането с височината. Всички начални данни от тази формула се определят от таблици.

Понякога в изчисленията се използва и параметърът c - аеродинамичният коефициент. Формулата в този случай изглежда така: W=Wokс.

Нормативна стойност

За да разберете какъв е този параметър, трябва да използвате таблицата на регионите за ветровото натоварване на Руската федерация. Има само осем от тях. Таблицата на ветровите натоварвания (зависимостта на стойностите на Wo от конкретен регион на Русия) е представена по-долу.

За малко проучени райони на страната, както и за планински райони, този параметър SNiP ви позволява да определяте според официално регистрираните метеорологични станции и въз основа на експлоатационния опит на съществуващи сгради и конструкции. В този случай се използва специална формула за определяне на стандартната стойност на натоварването от вятъра. Изглежда така:

Wo=0,61 V2o.

Тук V2o - скорост на вятъра в метри в секунда на ниво от 10 m, съответстващо на интервал на осредняване от 10минути и надвишава на всеки 5 години.

Как се определя коефициентът k?

Има и специална таблица за този параметър. При определянето му се взема предвид вида на площта, където се предполага изграждането на конструкцията или сградата. Има три от тях:

Тип "A" - открити равнини: брегове на морета, езера и реки, степи, пустини, тундра, горски степи.
Тип "B" - терен, покрит с препятствия до 10 метра височина: градска зона, гори и др.
Тип "C" - градски зони със сгради с височина над 25 m.

Видът на строителната площ също се определя, като се вземат предвид изискванията на SNiP. Това трябва да се има предвид при проектирането. Всяка сграда се счита за разположена в местност от определен тип, ако последната е разположена от наветрената й страна на разстояние 30 часа. Тук h е проектната височина на конструкцията до 60 м. При по-висока височина на сградата типът на терена се счита за сигурен, ако остава най-малко 2 km от наветрената страна.

Как да изчислим натоварването на пулсации

Съгласно SNiP вятърното натоварване, както вече беше споменато, трябва да се определи като сума от средния стандарт и пулсацията. Стойността на последния параметър зависи от вида на самата конструкция и характеристиките на нейния дизайн. В това отношение те разграничават:

конструкции с естествена честота на трептене, надвишаваща установената гранична стойност (комини,кули, мачти, апарати от колонен тип);
конструкции или елементи от тяхната конструкция, които са система с една степен на свобода (напречни рамки на промишлени едноетажни сгради, водни кули и др.);

симетрично по отношение на сградата

Формули за различни видове структури

За първия тип конструкции при определяне на пулсиращия вятър се използва формулата:

W_p=WGV.

Тук W е стандартното натоварване, определено по формулата, представена по-горе, G е коефициентът на пулсиране на налягането на височина z, V е коефициентът на пулсационна корелация. Последните два параметъра се определят от таблиците.

За конструкции с честота на собствено трептене, надвишаваща установената гранична стойност, следната формула се използва при определяне на пулсиращия вятър:

W_p=WQG.

Тук Q е динамичният коефициент, определен от диаграмата (представена по-долу) в зависимост от параметъра E, изчислен по формулата E=√RW/940f (R е коефициентът на безопасност на натоварването, f е честотата на собствените трептения) и флуктуациите на логаритмичния декремент. Последният параметър е постоянен и се приема за:

за сгради със стоманена рамка като 0,3;
за мачти, облицовки и др. като 0,15.

За симетрични сгради пулсиращият вятър се изчислява по формулата:

W_p=mQNY.

Тук Q е коефициентът на динамизъм, m е масата на конструкцията на височина z, Y е хоризонталните вибрации на конструкцията на ниво z според първата форма. N в тази формула е специален коефициент, който може да се определи, като първо се раздели конструкцията на r, броят на участъците, в чиито граници ветровото натоварване е постоянно, и се използват специални формули.

Още един начин

Можете да изчислите натоварването от вятъра, като използвате малко по-различен метод. В този случай първо трябва да определите налягането на вятъра по формулата:

(Psf)=.00256V^2.

Тук V е скоростта на вятъра (в mph).

След това трябва да изчислите коефициента на съпротивление. Ще бъде равно на:

1.2 - за дълги вертикални конструкции;
0,8 - за къси вертикални линии;
2.0 - за дълги хоризонтални структури;
1.4 - за къси (например фасадата на сграда).

След това трябва да използвате общата формула за натоварването от вятъра върху сграда или конструкция:

F=APCd.

Тук A е площ, P е налягането на вятъра, Cd е коефициент на съпротивление.

Можете да използвате и малко по-сложна формула:

F=APCdKzGh.

Когато се прилага, факторите на експозиция K_z b и чувствителността на пориви G_{h се вземат под внимание допълнително. Първият се изчислява като z/33]^(2/7,вторият - 65+60 / (h/33)^(1/7). В тези формули z е височината от земята до средата на конструкцията, h е общата височина на последната.}

Препоръки от експерти

За изчисляване на натоварването от вятър инженерите често съветват да използвате добре познатите програми MS Excel и OOo Calc от пакета Open Office. Процедурата за използване на този софтуер, например, може да бъде:

Excel е активиран в листа "Вятърна енергия";
скоростта на вятъра се записва в клетка D3;
времето е в D5;
зона на въздушния поток - в D6;
плътност на въздуха или специфично тегло - в D7;
Ефективност на вятърната турбина - в D8.

Има и други начини да използвате този софтуер с други входове. Във всеки случай е доста удобно да използвате MS Excel и OOo Calc за изчисляване на натоварването от вятъра върху сгради и конструкции, както и техните отделни конструкции.