Při navrhování budov a konstrukcí je třeba poměrně často provádět výpočet zatížení větrem. Tento ukazatel se vypočítává pomocí speciálních vzorců. S takovou zátěží je důležité počítat např. při sestavování výkresů systémů krovů, výběru umístění a designu billboardů atd.
standardy SNiP
Ve skutečnosti samotná definice tohoto parametru dává SNiP 2.01. 07-85. Podle tohoto dokumentu by zatížení větrem mělo být považováno za souhrn:
- tlak působící na vnější povrchy konstrukcí konstrukce nebo prvku;
- síla tření směřující tangenciálně k povrchu konstrukce, vztažená na oblast jejího vertikálního nebo horizontálního průmětu;
- normální tlak aplikovaný na vnitřní povrch budovy s propustným pláštěm budovy nebo otevřenými otvory.
Jak určit
Při výpočtu zatížení větrem se berou v úvahu dva hlavní parametry:
- průměrná složka;
- pulzující.
Zatížení je definováno jako součet těchto dvou parametrů.
Průměrná složka: základní vzorec
Pokud se při návrhu nebere v úvahu zatížení větrem, bude to mít následně extrémně negativní dopad na výkon budovy nebo konstrukce. Jeho průměrná složka se vypočítá podle následujícího vzorce:
W=Wok.
Zde W je vypočtená hodnota zatížení větrem ve výšce z nad zemským povrchem, Wo je jeho standardní hodnota, k je koeficient změny tlaku s výškou. Všechna počáteční data z tohoto vzorce jsou určena z tabulek.
Někdy se ve výpočtech používá i parametr c - aerodynamický koeficient. Vzorec v tomto případě vypadá takto: W=Wokс.
Normativní hodnota
Abyste zjistili, co je tento parametr, musíte použít tabulku regionů pro zatížení větrem Ruské federace. Je jich jen osm. Tabulka zatížení větrem (závislost hodnot Wo na konkrétní oblasti Ruska) je uvedena níže.
Pro málo prozkoumané oblasti země, stejně jako pro horské oblasti, vám tento parametr SNiP umožňuje určit podle oficiálně registrovaných meteorologických stanic a na základě provozních zkušeností stávajících budov a staveb. V tomto případě se pro stanovení standardní hodnoty zatížení větrem používá speciální vzorec. Vypadá to takto:
Wo=0,61 V2o.
Zde V2o - rychlost větru v metrech za sekundu na úrovni 10 m, což odpovídá intervalu průměrování 10minut a překročeno každých 5 let.
Jak se určuje koeficient k?
Pro tento parametr existuje také speciální tabulka. Při jejím stanovení je třeba vzít v úvahu typ území, kde se předpokládá konstrukce stavby nebo budovy. Jsou tři:
- Typ "A" - otevřené rovné oblasti: pobřeží moří, jezer a řek, stepi, pouště, oblasti tundry, lesostepi.
- Typ "B" - terén pokrytý překážkami do výšky 10 metrů: městská oblast, lesy atd.
- Typ „C“– městské oblasti s budovami vyššími než 25 m.
Typ stavební oblasti je také určen s ohledem na požadavky SNiP. To je třeba vzít v úvahu při projektování. Každá stavba se považuje za umístěnou v lokalitě určitého typu, pokud se tato nachází na návětrné straně od ní ve vzdálenosti 30h. Zde h je návrhová výška konstrukce do 60 m. Při vyšší výšce budovy je typ terénu považován za jistý, pokud zůstane alespoň 2 km od návětrné strany.
Jak vypočítat zvlnění
Podle SNiP zatížení větrem, jak již bylo zmíněno, by mělo být určeno jako součet průměrného standardu a pulzace. Hodnota posledního parametru závisí na typu samotné konstrukce a vlastnostech jejího návrhu. V tomto ohledu rozlišují:
- konstrukce s vlastní frekvencí kmitání přesahující stanovenou mezní hodnotu (komíny,věže, stožáry, zařízení sloupového typu);
- konstrukce nebo prvky jejich konstrukce, které jsou systémem s jedním stupněm volnosti (příčné rámy průmyslových jednopatrových budov, vodárenské věže atd.);
symetrický z hlediska budovy
Vzorce pro různé typy struktur
U prvního typu konstrukcí se při určování zatížení pulzujícím větrem používá vzorec:
Wp=WGV.
Zde W je standardní zatížení určené vzorcem uvedeným výše, G je koeficient tlakové pulsace ve výšce z, V je korelační koeficient pulzace. Poslední dva parametry jsou určeny tabulkami.
U konstrukcí s frekvencí vlastních oscilací přesahující stanovenou mezní hodnotu se při určování zatížení pulzujícím větrem používá následující vzorec:
Wp=WQG.
Zde Q je dynamický koeficient určený z diagramu (uvedeného níže) v závislosti na parametru E, vypočítaný podle vzorce E=√RW/940f (R je bezpečnostní faktor zatížení, f je frekvence vlastních oscilací) a kolísání logaritmického dekrementu. Poslední parametr je konstantní a přijatelný pro:
- pro budovy s ocelovým rámem jako 0,3;
- pro stěžně, vložky atd. jako 0,15.
U symetrických budov se zatížení pulsujícím větrem vypočítá podle vzorce:
-
Wp=mQNY.
Zde Q je koeficient dynamiky, m je hmotnost konstrukce ve výšce z, Y jsou horizontální vibrace konstrukce ve výšce z podle prvního tvaru. N v tomto vzorci je speciální koeficient, který lze určit nejprve rozdělením konstrukce na r, počet úseků, v jejichž hranicích je zatížení větrem konstantní, a pomocí speciálních vzorců.
Ještě jeden způsob
Zatížení větrem můžete vypočítat trochu jinou metodou. V tomto případě musíte nejprve určit tlak větru pomocí vzorce:
(Psf)=0,00256V^2.
Zde V je rychlost větru (v mph).
Potom byste měli vypočítat koeficient odporu vzduchu. Bude se rovnat:
- 1.2 – pro dlouhé vertikální konstrukce;
- 0,8 – pro krátké svislé čáry;
- 2.0 – pro dlouhé vodorovné konstrukce;
- 1.4 – pro krátké (například fasáda budovy).
Dále musíte použít obecný vzorec pro zatížení větrem na budovu nebo konstrukci:
F=APCd.
Zde A je oblast plochy, P je tlak větru, Cd je koeficient odporu vzduchu.
Můžete také použít trochu složitější vzorec:
F=APCdKzGh.
Při použití jsou navíc zohledněny expoziční faktory Kz b a citlivost poryvů Gh. První se vypočítá jako z/33]^(2/7,druhá - 65+60 / (h/33)^(1/7). V těchto vzorcích je z výška od země ke středu konstrukce, h je celková výška konstrukce.
Doporučení od odborníků
Pro výpočet zatížení větrem technici často doporučují používat známé programy MS Excel a OOo Calc z balíku Open Office. Postup pro použití tohoto softwaru může být například:
- Excel je povolen na kartě „Větrná energie“;
- rychlost větru je zaznamenána v buňce D3;
- čas je v D5;
- plocha proudění vzduchu – v D6;
- hustota vzduchu nebo specifická hmotnost – v D7;
- Účinnost větrných turbín – v D8.
Existují další způsoby použití tohoto softwaru s jinými vstupy. V každém případě je docela vhodné použít MS Excel a OOo Calc pro výpočet zatížení větrem na budovy a stavby i jejich jednotlivé konstrukce.
