Ветровой коэффициент. Ветровая нагрузка

Смесь газов, названная воздухом и образующая атмосферу нашей планеты, постоянно движется с различной скоростью и в разных направлениях над сушей и океанами Земли. Это явление мы называем ветром. Ветер создает комфортные условия среды обитания, но...

Ветровая нагрузка может создавать угрозу для жизни живых существ и угрозу разрушений для конструкций и сооружений.

Человеку комфортно, когда скорость ветра мала и не превышает 5 м/с. Сильный ветер – это ветер со скоростью более 12 м/с. Ветер со скоростью более 20 м/с – это шторм, а более 30 м/с – ураган.

С точки зрения полезного использования ветровой энергии в энергетике на сегодняшний день оптимальными являются скорости ветра 8…18 м/с. При меньших скоростях ветроэнергетические установки малоэффективны, при больших возникает опасность разрушения конструкций установки.

Так как воздух имеет массу, и эта масса движется с некоторой скоростью относительно поверхности земли, то трудно даже представить, какой колоссальной кинетической энергией обладает окружающее нас воздушное пространство!!!

Чтобы составить представление о величине этой энергии, давайте вырежем из пространства его часть в виде цилиндра, мысленно расположив некий обруч плоскостью перпендикулярно направлению вектора скорости ветра. Площадь сечения обруча – S =1 м 2 (диаметр d =1,13 м).


Если на вашем компьютере не установлена программа MS Excel, можно воспользоваться свободно распространяемой программой OOo Calc из пакета Open Office.

Правила форматирования ячеек листа Excel , применяемые в статьях этого блога, можно посмотреть на странице « ».

Включаем Excel и на листе «Энергия ветра» и составляем простую расчетную программу, которая позволит быстро рассчитывать мощность ветроустановок при различных исходных условиях.

Исходные данные:

1. Скорость ветра v в в м/с записываем

в ячейку D3: =10,0

2. Время t в с заносим

в ячейку D5: =1

3. Площадь сечения потока воздуха S в м 2 вписываем

в ячейку D6: =1,000

4. Плотность воздуха или удельный вес воздуха при нормальных условиях (атмосферном давлении 101325 Па = 760 мм рт. ст. и температуре +273,15° К = 0° C) γ в кг/м 3 вписываем

в ячейку D7: =1,293

5. Коэффициент полезного действия — КПД ветроустановки (реально достигаемые значения не превышают 0,3…0,4) записываем

в ячейку D8: =0,35


Результаты расчетов:

6. При скорости ветра v за время t через сечение обруча пройдет объем воздуха в виде цилиндра V , который вычисляем в м 3

в ячейке D10: =D3*D4*D5 =10,000

V =S *v в *t

7. Массу воздухаm в кг, прошедшую через сечение кольца за время t определяем

в ячейке D11: =D6*D9 =12,930

m =γ *V

8. Кинетическую энергию T в Дж, которой обладает движущийся цилиндр воздуха рассчитываем

в ячейке D12: =D10*D3^2/2 =647

T =m *v в 2 /2

9. Мощность N в КВт, которую мы смогли бы отобрать из этой струи воздуха при заданном КПД , вычисляем

в ячейке D13: =D11/D4*D7/1000 =0,226

N =(T /t )* КПД =(S * γ *v в 3 /2)* КПД

При реальных КПД ветроэнергетических установок около 0,3...0,4, при скорости ветра v в =10 м/с и диаметре лопастей ветряка d =1,13 м (площадь круга S =1 м 2) можно получить мощность порядка N =200...250 Вт. Этой мощности хватит чтобы за час вспахать полсотки земли! Представляете сколько вокруг нас энергии, которую мы никак не научимся эффективно отбирать и преобразовывать?! Сегодняшние ветроэнергетические установки мало-мальски начинают работать при скорости ветра v в >4 м/с, выходя на рабочий режим при скорости v в =9…13 м/с. Однако уже при скорости ветраv в >17 м/с приходится больше заботиться о безопасности окружающих людей, животных, сооружений и сохранности установки, нежели о производстве энергии…

Итак, возможности использования ветра слегка затронули, переходим к проблемам, которые он создает.

Упрощенный расчет в Excel ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка, воздействуя на сооружение, пытается его опрокинуть, разорвать, сдвинуть в направлении действия потока воздуха.

Определим ветровое давление на плоскую стенку перпендикулярную направлению ветра, используя законы и формулы элементарной физики.

В файле Excel на листе «Упрощенный расчет» составляем небольшую расчетную программу, которая позволит рассчитывать ветровую нагрузку на плоскую стенку.

Исходные данные:

1. Скорость ветра v в в м/с записываем

в ячейку D3: =24,0

Скорость ветра необходимо принять для расчетов максимально возможную в данной местности с учетом даже кратковременных порывов, например, для города Омска это24 м/с.

2. Плотность воздуха γ в кг/м 3 вписываем

в ячейку D5: =1,293

3. Ускорение свободного падения на поверхности нашей планеты g в м/с 2 записываем

в ячейку D6: =9,81

4. Коэффициент k , учитывающий аэродинамику формы и положения объекта, а также некоторый запас заносим

в ячейку D7: =1.6


Результаты расчетов:

5. Расчетный скоростной напор воздуха на поверхность стенкиQ в кг/м 2 определяем

в ячейке D9: =D3^2*D5/2/D6 =38,0

Q =v в 2 * γ /(2* g )

6. Максимальную для данной местности ветровую нагрузку на плоскую поверхностьW в кг/м 2 рассчитываем

в ячейке D10: =D9*D7 =60,7

W = Q * k

Расчет в Excel ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011.

В главе №11 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» /Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* от 20.05.2011/ для профессионалов-строителей расписана методика определения ветровой нагрузки. Кроме нормального (перпендикулярного к поверхностям) давления она учитывает силу трения воздуха о неровности поверхностей, пульсации воздушного потока, аэродинамические колебания (флаттер, дивергенцию, галопирование), предусматривает проверку на отсутствие вихревого резонанса. Мы не будем далеко забираться в эти дебри и ограничимся укрупненным расчетом. Если вам необходим полный профессиональный расчет по действующим нормативам, то открывайте СП 20.13330.2011 – и считайте, разобраться в алгоритме не сложно. Дело в том, что расчеты для разных объектов весьма индивидуальны! Могу порекомендовать адрес в Интернете, где расположены ссылки на три бесплатные неплохие программы определения ветровых нагрузок: http://fordewind.org/wiki/doku.php?id=опр_ветра.

Перед началом работы необходимо найти и скачать из Интернета СП 20.13330.2011, включая все приложения.

Часть материалов из СП 20.13330.2011 находятся в файле, который подписчики сайта могут скачать по ссылке, размещенной в самом конце этой статьи.

В примечаниях к ячейкам столбца C с исходными данными поместим некоторые важные данные и ссылки на пункты СП 20.13330.2011!!!

В файле Excel на листе «Расчет по СП 20.13330.2011» начинаем составлять программу, которая позволит определять расчетную ветровую нагрузку по второму алгоритму.

Исходные данные:

1. Вписываем коэффициент надежности по нагрузке γ f

в ячейку D3: =1,4

2. Определяем тип местности, воспользовавшись примечанием к ячейке C4. Например, наша местность относится к типу B. Выбираем соответствующую строку с записью B в поле с выпадающим списком, расположенном поверх

3. Открываем Приложение Ж в СП 20.13330.2011 и по карте «Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра» определяем для интересующей нас местности номер ветрового района (карта есть в файле для скачивания). Например, для Санкт-Петербурга и Омска – это II ветровой район. Выбираем соответствующую строку с записью II в поле с выпадающим списком, расположенном поверх

О том, как работает функция ИНДЕКС совместно с полем со списком можно прочитать .

4. Задаем эквивалентную высоту объекта над землей z e в м, пользуясь п.11.1.5 СП 20.13330.2011

в ячейке D6: = 5

5. Аэродинамический коэффициент c выбираем по приложению Д.1 СП 20.13330.2011, например, для плоской стенки и записываем

в ячейку D7: = 1,3

c max < 2,2 — с наветренной стороны

c min > -3,4 — с подветренной стороны

Определение двух следующих коэффициентов, влияющих на значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки, является очень непростой задачей, требующей расчета частот собственных колебаний объекта! Расчет этот для разных сооружений ведется по различным и очень непростым алгоритмам!!! Я укажу далее лишь примерные возможные диапазоны значений этих коэффициентов. Желающие разобраться досконально с частотами колебаний должны обратиться к другим источникам.

6. Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветраν определяем по п.11.1.11 СП 20.13330.2011 изаносим

в ячейку D8: = 0,85

0,38 < ν < 0,95

7. Коэффициент динамичности ξ определяем по п.11.1.8 СП 20.13330.2011 и вписываем

в ячейку D9: = 1,20

1,00 ≤ ξ < 2,90

Результаты расчетов:

8. Нормативное значение ветрового давления w 0 в кг/м 2 считываем

9. Ориентировочную скорость ветра v в в м/с и км/ч определяем соответственно

в ячейке D12: =(D11*9,81*2/1,2929)^0,5 =21,3

v в = (w 0 * g *2/ γ )^0,5

и в ячейке D13: =D12/1000*60*60 =76,8

v в =v в /1000*60*60

10. Параметр k 10 считываем

11. Параметр α считываем

12. Параметр ζ 10 считываем

13. Коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте k (z e) вычисляем

в ячейке D17: =D14*(D6/10)^(2*D15) =0,49

k (z e) = k 10 *(z e /10 ) ^(2* α )

14. Коэффициент пульсации ветра ζ(z e) вычисляем

в ячейке D18: =D16*(D6/10)^(-D15) =1,22

ζ(z e) = ζ 10 *(z e /10)^(-α )

15. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w m в кг/м 2 рассчитываем

в ячейке D19: =D11*D17*D7 =19,2

w m = w 0 * k (z e) * c

16. Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки w p вкг/м 2 определяем

в ячейке D20: =D19*D9*D18*D8 =23,9

w p = w m * ξ * ζ(z e) * ν

17. Нормативное значение ветровой нагрузки w вкг/м 2 вычисляем

в ячейке D21: =D19+D20 =43,1

w = w m +w p

18. Расчетную ветровую нагрузку W вкг/м 2 с учетом коэффициента надежности рассчитываем

в ячейке D22: =D21*D3 =60,3

W = w * γ f

Итоги

В расчетах по упрощенной методике и по СП 20.13330.2011 мы получили очень близкие результаты. Хотя во многом это скорее случайное совпадение, обе методики имеют право на жизнь и могут использоваться каждая для решения своих задач. По упрощенному расчету можно быстро сделать оценку нагрузки и при выполнении детального проекта уточнить ветровую нагрузку расчетом по СП 20.13330.2011.

В заключении хочу сказать, что эта статья написана для того, чтобы читающий смог составить общее представление о том, что такое энергия ветра, понять созидательные и разрушительные аспекты темы. Расчет ветровой нагрузки достаточно сложная и многофакторная задача. Я не спроста разместил статью в рубрике «О жизни». Это не справочный материал для инженера-проектировщика! Пользуясь представленными материалами можно приблизительно рассчитать нагрузку на небольшой забор, легкую теплицу или маленькую доску объявлений. Ветровая нагрузка на более серьезные объекты должна быть рассчитана специалистом строго по главе №11 СП 20.13330.2011!

Прошу уважающих труд автора скачать файл после подписки на анонсы статей.

На примере были собраны вертикальные нагрузки на фундаменты каркасного дома. При жестком соединении колонн с фундаментами для расчета последних нужно определить также моменты и поперечные силы. В этой статье мы займемся сбором ветровых нагрузок на рамы здания.

Естественно, объема статьи не хватит, чтобы определить нагрузку на все фундаменты, поэтому мы выберем одну колонну на пересечении осей «Б» и «2» (на плане – розовая) и для нее будем стремиться определить нагрузку.

Для этого нам нужно будет «вырезать» две рамы – вдоль оси «Б» и вдоль оси «2», собрать на них ветер, а затем с учетом вертикальных нагрузок из статьи «Сбор нагрузок в каркасном доме» рассчитать эти рамы (расчет рам изложен в статье «Расчет каркаса с плоскими перекрытиями для определения нагрузки на фундамент»).

Сбор ветровой нагрузки на раму вдоль оси «Б» (ветер слева)

Первым делом открываем ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия», раздел 9 «Ветровые нагрузки».

Чтобы найти расчетное значение ветровой нагрузки на 1 кв. метр здания, воспользуемся формулой (9.2):

Wе = γ fe * W 0 *C.

Значение W 0 – это по сути полное нормативное ветровое давление на высоте до 10 м, мы определим по таблице из приложения Е, выбрав ветровую нагрузку для нужного города; W 0 = 470 Па = 47 кг/м 2 .

Коэффициент надежности по эксплуатационному расчетному значению ветровой нагрузки γ fe выбираем из таблицы пункта 9.15 при η = 0,02 (для объектов массового строительства); γ fe = 0,21.

Коэффициент С определяется по формуле (9.3):

С = Сaer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd.

Разберем, как находить каждый из коэффициентов.

1) Коэффициент Сaer – это аэродинамический коэффициент, который зависит от формы здания. Дело в том, что при одинаковой силе ветра (в нашем случае это 47 кг/м 2) при обдуве зданий разной конфигурации мы получим разный эффект, выраженный в усилении или ослаблении этого ветрового давления на поверхность. Коэффициент вполне логичен, а его значение получено опытным путем. Чтобы найти Сaer для нашей конструкции, нужно заглянуть в схему 2 приложения И, в которой рассмотрено здание с двускатными покрытиями:


На схеме мы видим разрез дома и его план, а также коэффициенты Ce c индексами от 1 до 3, которые и будут равны искомому Сaer для разных частей здания. Заметьте также, что на схеме указано направление ветра, для которого верны данные коэффициенты. Так как рама у нас вдоль оси «Б» не симметрична, необходимо будет в итоге сделать расчет рамы для ветра в двух направлениях: со знаком «+» и «-», выбрав затем наихудшие значения усилий.


Итак, на стену по оси «1» (левую) ветер будет действовать с понижающим коэффициентом Се = + 0,8 (знак «+» означает, что ветер действует на поверхность; знак «-» - ветер действует от поверхности, как бы отрывая от нее).

Для правой стены по оси «4» коэффициент С е3 нужно найти из таблицы того же приложения И, для этого определим два значения:

1 – отношение b /l = 9.5/9 = 1.05, где b – длина здания в плане (перпендикулярно ветру), l – длина здания в плане (вдоль направления ветра);

2 – отношение h 1 /L = 5/9 = 0.55, где h 1 – высота дома от уровня земли до низа крыши; L – длина здания (вдоль направления ветра).

Так как полученные нами значения 1,05 и 0,55 не совпадают с имеющимися в таблице, нужно определять значения С е3 интерполяцией.

Предлагаю сделать это графическим методом (в любой чертежной программе).

Шаг 1. Найдем значение С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 0,5:



Откладываем отрезок равный 1 (2-1=1). С одной стороны вниз откладываем отрезок длиной 0,4 (соответствует 1); с другой – 0,5 (соответствует 2). Значения 0,4 и 0,5 мы взяли из таблицы приложения И. Соединяем отрезки наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 1, на 20 частей, т.к. (2-1)/(1,05-1)=20; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 1,05 до 1,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 1,05, и измеряем его длину: -0,405 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,4 и 0,5 – тоже с минусом).

Шаг 2. Найдем значение С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 1:



Делаем все по тому же принципу, только с одной стороны откладываем отрезок длиной 0,5; с другой – 0,6. Получаем значение -0,505 .

Шаг 3. Найдем значение С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 0,55:



Откладываем отрезок равный 0,5 (1-0,5=0,5). С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,405 (соответствует 0,5); с другой – 0,505 (соответствует 1). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 0,5, на 10 частей, т.к. (1-0,5)/(0,55-0,5)=10; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 0,55 до 0,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 0,55, и измеряем его длину: -0,415 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,405 и 0,505 – тоже с минусом).

В итоге, мы нашли искомый коэффициент С е3 при b /l = 1.05 и h 1 /L = 0,55:

b /l

0,55

1,05

0,405

-0,415

0,505

Для левого ската крыши коэффициент С е1 также определяется интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h 1 /L = 0,55.

Шаг 1. Найдем значение С е1 при α = 30 и h 1 /L = 0,5:



Откладываем отрезок равный 20. С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,4 вниз – так как 0,4 у нас со знаком «-» (соответствует 20); с другой – 0,3 вверх – так как 0,3 со знаком «+» (соответствует 40). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 20, на 2 части, т.к. (40-20)/(30-20)=2. Откладываем отрезок (розовый), соответствующий значению 30 градусов, и измеряем его длину: -0,05 – это искомая величина (с минусом потому, что отрезок отложен вниз).

Шаг 2. Найдем значение С е1 при α = 30 и h 1 /L = 1:



Откладываем отрезок равный 20. С одной стороны откладываем отрезок длиной 0,7 вниз – так как 0,7 у нас со знаком «-» (соответствует 20); с другой – 0,2 вниз – так как 0,2 тоже со знаком «-» (соответствует 40). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 20, на 2 части, т.к. (40-20)/(30-20)=2. Откладываем отрезок (розовый), соответствующий значению 30 градусов, и измеряем его длину: -0,45 – это искомая величина (с минусом потому, что он отложен вниз).

Шаг 3. Найдем значение С е1 при α = 30 и h 1 /L = 0,55:



Откладываем отрезок равный 0,5. С одной стороны вниз откладываем найденный в шаге 1 отрезок длиной 0,05 (соответствует 0,5); с другой – 0,45 (соответствует 1). Соединяем их наклонной линией. Разбиваем отрезок, равный 0,5, на 10 частей, т.к. (1-0,5)/(0,55-0,5)=10; откладываем вертикальные отрезки в каждой точке (от 0,55 до 0,95) – расстояние между ними по 0,05. Находим первый отрезок (розовый), соответствующий значению 0,55, и измеряем его длину: -0,09 – это искомая величина (с минусом потому, что 0,05 и 0,45 – тоже с минусом).

В итоге, мы нашли искомый коэффициент С е1 при α = 30 и h 1 /L = 0,5:

Значение С е1 при h 1 /L , равном

0,55

0,05

-0,09

0,45

Для правого ската крыши коэффициент С е2 определяем интерполяцией. Угол наклона крыши 30 градусов, h 1 /L = 0,55.

Искомый коэффициент С е2 при? = 30 и h 1 /L = 0,5:

Значение С е2 при h 1 /L , равном

0,55

-0,41

2) Коэффициент Сh – это коэффициент высоты здания, который дает увеличение ветрового давления с увеличением высоты дома. Легко представить: чем выше взобраться, тем сильнее ветер. Обратите внимание, что подбирать этот коэффициент нужно по изменению 1 к ДБН «Нагрузки и воздействия». Согласно этому документу коэффициент Сh определяется по табл.9.01 для зданий и сооружений, старший период собственных колебаний которых не превышает 0,25 сек, и по табл.9.02 для всех других зданий и сооружений. Как разобраться с этими таблицами и периодами собственных колебаний? Если конфигурация здания сбалансирована настолько, что ветер не создаст значительных колебаний конструкции, то значения коэффициента берутся из таблицы 9.01 (в ней коэффициенты значительно меньшие, чем в таблице 9.02). Проверить старший период собственных колебаний конструкции можно, рассчитав ее в программном комплексе (например, с этой задачей справляются Мономах и Лира). Для нашего скромного домика мы возьмем данные из таблицы 9.01.

Зададимся типом местности II – сельская местность.

Для части здания ниже 5 метров Сh = 0,7. В нашем примере это как раз стены дома. Для крыши будет следующий коэффициент Сh = 0,82 (находится интерполяцией при максимальной высоте дома 7,9 м).

3) Коэффициент Сalt – это коэффициент, учитывающий размещения дома на высоте над уровнем моря. При проектировании любого объекта у нас всегда есть данные по абсолютной отметке, к которой мы уже потом привязываем относительные. Если эта абсолютная отметка меньше 500 м, то Сalt = 1. Если дом строится в горах, то коэффициент равен удвоенной величине абсолютной отметки (в километрах).

В нашем случае для г. Николаева Сalt = 1.

4) Коэффициент Сrel – учитывает рельеф местности и повышается, если дом стоит на склоне. Для ровной местности Сrel = 1.

5) Коэффициент Сdir = 1, можете почитать о нем в ДБН, по-видимому, больше единицы он бывает в каких-то исключительных случаях, о которых ДБН умалчивает.

6) Коэффициент Сd = 1, он, как и коэффициент Сh , зависит от периода колебаний здания.

1) для левой стены по оси «1»

С = 0,8*0,7*1*1*1*1 = 0,56;

2) для правой стены по оси «4»

С = -0,415*0,7*1*1*1*1 = -0,29;

W е 2 = 0,21*47*(-0,29) = -2,86 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания );

3) для левого ската крыши (у оси «1»)

С = -0,09*0,82*1*1*1*1 = -0,07;

W е 3 = 0,21*47*(-0,07) = -0,7 кг/м 2 (отрывающая нагрузка);

4) для правого ската крыши (у оси «4»)

С = -0,41*0,82*1*1*1*1 = -0,34;

W е 4 = 0,21*47*(-0,34) = -3,36 кг/м 2 (отрывающая нагрузка).

Определим ветровую нагрузку W (кг/м), приходящуюся на раму по оси «Б». Для этого нужно умножить распределенную по площади нагрузку W е на расчетный пролет сбора нагрузки для колонны (стропильной ноги). Расчетный пролет для крайних колонн, к которым приложена ветровая нагрузка (согласно плану в начале статьи), равен 2,75 м. Стропильные ноги установлены с шагом 1,2 м, значит для всех стропильных ног, кроме крайних (на торцах здания) расчетный пролет будет равен 1,2 м; для крайних – 1,2/2 = 0,6 м.



Ветер слева:

1 на колонну по оси 1/Б:

2 на колонну по оси 4/Б:

W 2 = W е 2 *L = -2,86*2.75 = -7,9 кг/м;

3 на стропильную ногу у оси 1:

W 3 = W е 3 *L = -0,7*1,2 = -0,84 кг/м;

4 на стропильную ногу у оси 4:

W 4 = W е 4 *L = -3,36* 1,2 = -4,03 кг/м.



На рисунке значения ветровой нагрузки указаны без знака «-», т.к. стрелками указано направление действия нагрузок.

Сбор ветровой нагрузки на раму вдоль оси «2» (ветер слева)

Расчетное значение ветровой нагрузки на 1 кв. метр здания:

W е = ? fe * W 0 *C .

Здесь W 0 = 470 Па = 47 кг/м 2 ; ? fe = 0,21 – как и в предыдущем расчете.

Коэффициент С определяется по формуле:

С = Сaer*Ch*Calt*Crel*Cdir*Cd;

здесь Calt = Crel = Cdir = Cd = 1; Ch = 0,7 – до 5 метров; Ch = 0,82 – до верха дома (как в предыдущем расчете).

Найдем Сaer для частей здания (ветер слева).

На стену по оси «А» (левую) ветер будет действовать с понижающим коэффициентом Се = + 0,8.

Для правой стены по оси «Г» коэффициент С е3 нужно найти из таблицы, для этого определим два значения:

1 – отношение b /l = 9 /9,5 = 0,95, где b – длина здания в плане (перпендикулярно ветру), l – длина здания в плане (вдоль направления ветра);

2 – отношение h 1 /L = 5/9,5 = 0.53, где h 1 – высота дома от уровня земли до низа крыши; L – ширина здания (вдоль направления ветра).

Так как полученные нами значения 0,95 и 0,53 не совпадают с имеющимися в таблице, нужно определять значения С е3 интерполяцией.

b /l

Значение С е3 при h 1 /L , равном

0,53

-0,406

Согласно примечанию к схеме 2 приложения И (ДБН «Нагрузки и воздействия») при ветре, перпендикулярном торцу здания, для всего покрытия Се = -0,7.



Определим коэффициент С и распределенную по поверхности стен и крыши ветровую нагрузку W е (ветер слева):

1) для левой стены по оси «А» на уровне до 5 м:

С = 0,8*0,7*1*1*1*1 = 0,56;

W е 1 = 0,21*47*0,56 = 5,53 кг/м 2 ;

для левой стены по оси «А» на уровне 7,9 м:

С = 0,8*0,82*1*1*1*1 = 0,66;

W е 1 " = 0,21*47*0,66 = 6,51 кг/м 2 ;

2) для правой стены по оси «Г» на уровне до 5 м:

С = -0,406*0,7*1*1*1*1 = -0,28;

W е 2 = 0,21*47*(-0,28) = -2,76 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания );

для правой стены по оси «Г» на уровне 7,9 м:

С = -0,406*0,82*1*1*1*1 = -0,33;

W е 2 " = 0,21*47*(-0,33) = -3,26 кг/м 2 (нагрузка действует в направлении от здания );

3) для коньковой балки по оси «Б»:

С = -0,7*0,82*1*1*1*1 = -0,57;

W е 3 = 0,21*47*(-0,57) = -5,63 кг/м 2 (отрывающая нагрузка).

Для варианта «ветер справа» нагрузки будут зеркальны.

Определим ветровую нагрузку W (кг/м), приходящуюся на раму по оси «2». Для этого нужно умножить распределенную по площади нагрузку W е на расчетный пролет сбора нагрузки для колонны (балки). Расчетный пролет для крайних колонн, к которым приложена ветровая нагрузка, разный для первого и второго этажей, т.к. на первом этаже есть колонна по оси «3», а на втором этаже этой колонны уже нет. В итоге, расчетный пролет для первого этажа (до трех метров) равен 3 м, а для второго этажа – 4,5 м. Уменьшением нагрузки на верхнюю часть колонны, в связи с уменьшением площади сбора нагрузки (стена сужается из-за крыши), пренебрегаем для упрощения расчета, эта нагрузка пойдет в запас. Расчетный пролет для коньковой балки равен сумме половины пролетов каждой стропильной ноги: 2,6 + 2,6 = 5,2 м.



Ветер слева:

1 на колонну по оси 2/А на 1 этаже:

W 1 = W е 1 *L = 5.53*2.75 = 15.2 кг/м;

1 на колонну по оси 2/А на 2 этаже до отметки +5 м:

W 1 = W е 1 *L = 5.53*4,5 = 24,9 кг/м;

1 на колонну по оси 2/А на 2 этаже на отметке +7,9 м:

W 1 = W е 1 " *L = 6,51*4,5 = 29,3 кг/м

(ветровая нагрузка на уровне от 5 до 7,9 м переменная, она возрастает от 24,9 до 29,3 кг/м);

2 на колонну по оси 2/Г на 1 этаже:

W 2 = W е 2 *L = -2,76*2.75 = -7,6 кг/м;

2 на колонну по оси 2/А на 2 этаже до отметки +5 м:

W 2 = W е 2 *L = -2,76*4,5 = -12,4 кг/м;

2 на колонну по оси 2/А на 2 этаже на отметке +7,9 м:

W 2 = W е 2 " *L = -3,26*4,5 = -14,7 кг/м

(ветровая нагрузка на уровне от 5 до 7,9 м переменная, она возрастает от -12,4 до -14,7 кг/м);

3 на коньковую балку по оси «2»:

W 3 = W е 3 *L = -5,63*5,2 = -29,3 кг/м.



Итак, ветровые нагрузки собраны. Можно приступать к расчету рам дома для определения нагрузок на столбчатые фундаменты.

Внимание! Для удобства ответов на ваши вопросы создан новый раздел "БЕСПЛАТНАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ" .

А в комментариях к этой теме прошу задавать вопросы только по содержанию статьи.


Как следует из названия нагрузок, это внешнее давление которое будет оказываться на ангар посредством снега и ветра. Расчеты производятся для того что бы закладывать в будущее здание материалы с характеристиками, которые выдержат все нагрузки в совокупности.
Расчет снеговой нагрузки производится согласно СНиП 2.01.07-85* или согласно СП 20.13330.2016 . На данный момент СНиП является обязательным к исполнению, а СП носит рекомендательный характер, но в общем в обоих документах написано одно и тоже.

В СНИП указанно 2 вида нагрузок - Нормативная и Расчетная, разберемся в чем их отличия и когда они применяются: - это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, и провисание тента при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости), а так же разрыву тентовой ткани.
- это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Большим плюсом каркасно-тентовой технологии строительства в этом ситуации является ее свойство по "исключению" этой нагрузки. Исключение подразумевает, что осадки не скапливаются на крыше ангара, благодаря её форме, а так же характеристикам укрывающего материала.

Укрывающий материал
Ангар укомплектовывается тентовой тканью с определенной плотностью (показатель влияющий на прочность) и необходимыми вам характеристиками.

Формы крыши
Все каркасно-тентовые здания имеют покатую форму крыши. Именно покатая форма крыши позволяет снимать нагрузку от осадков с крыши ангара.


Дополнительно к этому стоит отметить, что тентовый материал покрыт защитным слоем полевинила. Полевинил защищает ткань от химических и физических воздействий, а так же имеет хорошую антиадгезию, что способствует
скатыванию снега под своим весом.

Снеговая нагрузка.

Есть 2 варианта определить снеговую нагрузку определенного местоположения.

I Вариант - посмотреть ваш населенный пункт в таблице
II Вариант - определите на карте номер снегового района, интересующего вас местоположения и переведите их в килограммы, по приведенной ниже таблице.

  1. Определите номер вашего снегового района на карте
  2. сопоставьте цифру с цифрой в таблице




Плохо видно? Скачайте все карты одним архивом в хорошем разрешении (формат TIFF).

I II III IV
V
VI VII VIII
Wo (кгс/м2) 17 23 30 38 48 60 73 85

Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:

W=Wo*k

Wo - нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ.

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

  • А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры.
  • B - городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями более 10 м.

*При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.

  • 5 м.- 0,75 А / 0.5 B .
  • 10 м.- 1 А / 0.65 B°.
  • 20 м.- 1,25 А / 0.85 B

Снеговые и ветровые нагрузки в городах РФ.

Город Снеговой район Ветровой район
Ангарск 2
3
Арзамас 3
1
Артем 2
4
Архангельск 4
2
Астрахань 1
3
Ачинск 3
3
Балаково 3
3
Балашиха 3
1
Барнаул 3
3
Батайск 2
3
Белгород 3
2
Бийск 4
3
Благовещенск 1
2
Братск 3
2
Брянск 3
1
Великие Луки 2
1
Великий Новгород 3
1
Владивосток 2
4
Владимир 4
1
Владикавказ 1
4
Волгоград 2
3
Волжский Волгогр. Обл 3
3
Волжский Самарск. Обл 4
3
Волгодонск 2
3
Вологда 4
1
Воронеж 3
2
Грозный 1
4
Дербент 1
5
Дзержинск 4
1
Димитровград 4
2
Екатеринбург 3
1
Елец 3
2
Железнодорожный 3
1
Жуковский 3
1
Златоуст 3
2
Иваново 4
1
Ижевск 5
1
Йошкар-Ола 4
1
Иркутск 2
3
Казань 4
2
Калининград 2
2
Каменск-Уральский 3
2
Калуга 3
1
Камышин 3 3
Кемерово 4
3
Киров 5
1
Киселевск 4
3
Ковров 4
1
Коломна 3
1
Комсомольск-на-Амуре 3
4
Копейск 3
2
Красногорск 3
1
Краснодар 3
4
Красноярск 2
3
Курган 3
2
Курск 3
2
Кызыл 1
3
Ленинск-Кузнецкий 3
3
Липецк 3
2
Люберцы 3
1
Магадан 5
4
Магнитогорск 3
2
Майкоп 2
4
Махачкала 1
5
Миасс 3
2
Москва 3
1
Мурманск 4
4
Муром 3
1
Мытищи 1
3
Набережные Челны 4
2
Находка 2
5
Невинномысск 2
4
Нефтекамск 4
2
Нефтеюганск 4
1
Нижневартовск 1
5
Нижнекамск 5
2
Нижний Новгород 4
1
Нижний Тагил 3
1
Новокузнецк 4
3
Новокуйбышевск 4
3
Новомосковск 3
1
Новороссийск 6
2
Новосибирск 3
3
Новочебоксарск 4
1
Новочеркасск 2
4
Новошахтинск 2
3
Новый Уренгой 5
3
Ногинск 3
1
Норильск 4
4
Ноябрьск 5
1
Обниск 3 1
Одинцово 3
1
Омск 3
2
Орел 3
2
Оренбург 3
3
Орехово-Зуево 3
1
Орск 3
3
Пенза 3
2
Первоуральск 3
1
Пермь 5
1
Петрозаводск 4 2
Петропавловск-Камчатский 8
7
Подольск 3
1
Прокопьевск 4
3
Псков 3
1
Ростов-на-Дону 2
3
Рубцовск 2
3
Рыбинск 1
4
Рязань 3
1
Салават 4
3
Самара 4
3
Санкт-Петербург 3
2
Саранск 4
2
Саратов 3
3
Северодвинск 4
2
Серпухов 3
1
Смоленск 3
1
Сочи 2
3
Ставрополь 2
4
Старый Оскол 3
2
Стерлитамак 4
3
Сургут 4
1
Сызрань 3
3
Сыктывкар 5
1
Таганрог 2
3
Тамбов 3
2
Тверь 3
1
Тобольск 4
1
Тольятти 4
3
Томск 4
3
Тула 3
1
Тюмень 3
1
Улан-Удэ 2
3
Ульяновск 4
2
Уссурийск 2
4
Уфа 5
2
Ухта 5
2
Хабаровск 2
3
Хасавюрт 1
4
Химки 3
1
Чебоксары 4
1
Челябинск 3
2
Чита 1
2
Череповец 4
1
Шахты 2
3
Щелково 3
1
Электросталь 3
1
Энгельс 3
3
Элиста 2
3
Южно-Сахалинск 8
6
Ярославль 4
1
Якутск 2
1
Похожие статьи

© 2019 evently.ru. Все о канализации и водоснабжении.