Расчет ветровой нагрузки на кровлю: Расчет ветровой нагрузки — пример расчета нагрузки на конструкции

Содержание

Расчет ветровой нагрузки — пример расчета нагрузки на конструкции

Что такое ветровая нагрузка

Переток воздушных масс вдоль поверхности земли происходит с разной скоростью. Натыкаясь на какое-либо препятствие, кинетическая энергия ветра преобразуется в давление, создавая ветровую нагрузку. Это усилие может ощутить любой человек, двигающийся навстречу потоку. Создаваемая нагрузка зависит от нескольких факторов:

скорость ветрового потока;
плотность воздушной струи,— при повышенной влажности, удельный вес воздуха становится больше, соответственно, возрастает величина переносимой энергии;
форма стационарного объекта.

Расчёт усилий ↓
Расчёт ветровой нагрузки на крышу ↓
Пример расчёта ↓
Альтернативная энергетика ↓

В последнем случае на отдельные части строительного сооружения действуют силы, направленные в разные стороны, например:

На вертикальную стену действует так называемое лобовое усилие, стремящееся сдвинуть объект с места. Противостоять этому усилию помогают несколько конструктивных решений:
На крышу, кроме горизонтальных усилий (вдавливающих), действуют и вертикальные силы, образующиеся от разделения воздушного потока при ударе о стену. Вектор воздушного потока стремится поднять крышу, оторвать её от стен.
Совокупность всех этих вихревых потоков создают ветровую нагрузку не только на крупные элементы здания, но распространяет свои влияния на все элементы строительного сооружения, — двери, окна, кровлю, водостоки, антенну, дымоход.

Мощность создаваемых усилий обычно пропорциональна квадрату расчётной величины скорости ветра.

Расчёт усилий

Общая формула расчёта создаваемых усилий на вертикальную поверхность:

Таблица 1. Норматив ветрового давления Wo:

Норматив ветрового давления	Ветровые районы
Норматив ветрового давления	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
Wo, кПА	0,17	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85
Wo, кгс/м²	17	23	30	38	48	60	73	85

Таблица 2. Коэффициент пульсаций давления ветрового потока k:

Высота h над уровнем земли, м	Коэффициент k для различных типов местности
Высота h над уровнем земли, м	A	B	C
5	0,85	1,22	1,78
10	0,76	1,06	1,78
20	0,69	0,92	1,50
40	0,62	0,80	1,26
60	0,58	0,74	1,14
80	0,56	0,70	1,06
100	0,54	0,67	1,00
150	0,51	0,62	0,90
200	0,49	0,58	0,84
250	0,47	0,56	0,80
300	0,46	0,54	0,76
350	0,46	0,52	0,73
480	0,46	0,50	0,68

Пример: Стена.

Для местности типа В с высотой над уровнем земли 10 метров:

коэффициент k = 1,06;
для района вида III норматив ветрового давления Wo = 38 кгс/м²;
для плоского фасада аэродинамический коэффициент C = 0,8.

Создаваемое усилие на один квадратный метр составит:

Wm = 38 кгс/м² * 1,06 * 0,8 = 32,224 кгс/м²

При высоте стены в 15 метров и ширине 25 метров общая ветровая нагрузка равна:

15 м * 25 м * 32,224 кгс/м² = 12084 кг или 12,084 тонны.

Окно.

На типовое окно с площадью 3 м² ветер будет давить с силой:

3 м² * 32,224 кгс/м² = 96,672 кг, — почти 100 кг.

Расчёт ветровой нагрузки на крышу

Основные повреждения на здании при сильных порывах ветра связаны с кровелькой конструкцией. По телевизору и в интернете приведено достаточно много наглядных примеров, как не только отдельные элементы кровли, но полностью вся крыша срывается под воздействием ветровой нагрузки.

При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие.

Нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
Боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
Вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.

Воздушный поток, направленный на скат крыши, образует:

касательное движение, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и уходящее прочь, — эта сила стремится сдвинуть крышу с места;
перпендикулярное усилие, — нормаль, направленное внутрь кровли, создающее давление, могущее вдавить элементы крыши внутрь конструкции;
с подветренной стороны ската крыши создаётся обратная сила, способствующая созданию подъёмной силы, — как у крыла самолёта.

Сложив вместе все направления воздушных потоков, можно увидеть, что при высокой наклонной кровле образуются усилия, стремящиеся опрокинуть крышу.

Пологий скат способствует созданию больших подъёмных сил, которые стараются приподнять конструкцию и отправить её в свободный полёт.

Расчёт воздушной нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется по формуле:

Таблица 3. Коэффициент k для типов местности:

Высота над уровнем земли, метр	Тип местности
Высота над уровнем земли, метр	A	B	C
≤ 5	0,75	0,5	0,4
10	1,25	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1,0
80	1,85	1,45	1,15
100	2,0	1,6	1,25
150	2,25	1,9	1,55
200	2,45	2,1	1,8
250	2,65	2,3	2,0
300	2,75	2,5	2,2
350	2,75	2,75	2,35
≥ 480	2,75	2,75	2,75

Типы местности:

A – открытые пространства на побережьях морей, озёр, водохранилищ, пустыня, степь, лесостепь, тундра;
B – населённые пункты, лес, местность с равномерно распределёнными искусственными строениями с высотой больше 10 метров;
C – территория города с плотным расположением строительных сооружений высотой более 25 метров.

Таблица 4. Значение коэффициента С для двускатной кровли при векторе потока в скат крыши:

Угол наклона ά	F	G	H	I	J
15°	-0,9	-0,8	-0,3	-0,4	-1,0
15°	0,2	0,2	0,2	-0,4	-1,0
30°	-0,5	-0,5	-0,2	-0,4	-0,5
30°	0,7	0,7	0,4	-0,4	-0,5
45°	0,7	0,7	0,6	-0,2	-0,3
60°	0,7	0,7	0,7	-0,2	-0,3
75°	0,8	0,8	0,8	-0,2	-0,3

Таблица 5. Значение коэффициента С для двускатной кровли при направлении потока во фронтон крыши:

Угол наклона ά	F	H	G	I
0°	-1,8	-1,7	-0,7	-0,5
15°	-1,3	-1,3	-0,6	-0,5
30°	-1,1	-1,4	-0,8	-0,5
45°	-1,1	-1,4	-0,9	-0,5
60°	-1,1	-1,2	-0,8	-0,5
75°	-1,1	-1,2	-0,8	-0,5

Положительная величина аэродинамического коэффициента означает, что ветер давит на поверхность. Отрицательные показатели – поток создаёт разрежение у поверхности кровли, иными словами – «отсос» воздушной подушки.

Пример расчёта

Дано:

здание находится на берегу большого внутреннего водоёма, местность относится к типу A;
кровля расположена на высоте 10 метров, то есть коэффициент равен 1,25;
преобладающие ветра направлены во фронтон крыши, отсюда аэродинамический показатель для крыши с наклоном ά = 30 равен C = -1,4;
норматив для района Поволжья W = 53 кгс/м².

Расчётное значение ветрового усилия составит:

Wр = 0,7 * 53 кгс/м² * 1,25 * (-1,4) = -64,925 кгс/м².

Отрицательное значение показывает, что имеется усилие, стремящееся оторвать кровлю от всего здания.

При общих размерах кровли S = 30 м², общее усилие составит:

P = 30 м² * (-64,925 кгс/м²) = -1947,75 кгс, то есть почти две тонны.

Альтернативная энергетика

Ветровая нагрузка может принести и пользу, например, преобразуя силу ветра в ветрогенераторах. Так, на скорости ветра V = 10 м/сек, при диаметре круга в 1 метр, ветряк обладает лопастями d = 1,13 м и выдаёт порядка 200–250 Вт полезной мощности. Электроплуг, потребляя такое количество энергии, сможет вспахать за один час порядка полсотки (50м²) земли на приусадебном участке.

Если применить большие размеры ветрогенератора, – до 3 метров, и средней скорости воздушного потока 5 м/сек, можно получить 1–1,5 кВт мощности, что полностью обеспечит небольшой загородный дом бесплатным электричеством. При внедрении так называемого «зелёного» тарифа, срок окупаемости оборудования сократится до 3–7 лет и, в дальнейшем, может приносить чистую прибыль.

Справка. «Зелёный» тариф – это выкуп государством излишнего электричества у населения, полученного при использовании альтернативных (возобновляемых) источников энергии.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

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] .

Проще говоря, конструкции не рассматриваются в качестве восприимчивых к вибрациям, если деформация под действием ветровой нагрузки, вызванная резонансом с порывистым ветром, не увеличилась более чем на 10%. Данный критерий применим к типичным зданиям высотой до 25 м, которые не подвержены вибрациям. Во всех остальных случаях можно использовать следующий классификационный критерий [3] :

Формула 1

xSh ≤ δhrefh · h bb 0,125 · hhref2

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 конкретном месте, Национальное приложение Германии содержит карту зон ветра с соответствующими основными значениями основных скоростей ветра v_{b, 0} , основными значениями основных давлений скорости ветра q_{b, 0} и спецификацией различные типы местности (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	Участок с живой изгородью, индивидуальными фермами, домами или деревьями (например, сельскохозяйственная зона)
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	Менее 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	—
Северное и Балтийское моря и острова Балтийского моря	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. С помощью поиска можно установить маркер на планируемом месте 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 прямоугольной формы

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 давления скорости порыва 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 внешних поверхностей могут быть определены и применены в масштабах, в зависимости от отношения высоты здания h к высоте 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 — Классификация поверхностей стен для вертикальных стен

Односкатная

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

Зона	F				Pисунок 06 — Разделение кровельных поверхностей для односкатных кровель		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 — Разделение кровельных поверхностей для односкатных кровель

Двускатная

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

Зона	F		Pисунок 06 — Разделение кровельных поверхностей для односкатных кровель		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 — Деление кровли для скатной кровли

[1]	Eurocode 1: Actions on structures — Part 1-4: General actions — Wind actions; German version EN 1991-1-4:2005 + A1:2010 + AC:2010
[2]	National Annex — Nationally determined parameters — Eurocode 1: Actions on structures — Part 1-4: General actions — Wind actions; EN 1991-1-4/NA:2010-12
[3]	Albert, A. (2018). Schneider — Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen (23rd ed.). Cologne: Bundesanzeiger.

Как рассчитать ветровую нагрузку на плоскую крышу

В этой статье мы собираемся рассчитать ветровую нагрузку на плоскую крышу в соответствии с EN 1991-1-4:2005. Как мы уже делали для расчета ветровой нагрузки на стены/фасады, мы объясним это на примере офисного здания из сборного железобетона, которое вы можете увидеть на следующем рисунке. На следующем рисунке показаны только структурные элементы.

Пример | Офисное здание из сборного железобетона

Расчет ветровой нагрузки разбит на несколько статей из-за того, что ветровая нагрузка зависит от гораздо большего количества параметров, которые необходимо рассчитать, чем, например, снеговая нагрузка.

Эта статья основана на пиковом скоростном давлении, которое мы рассчитали в предыдущей статье, и мы также собираемся повторить несколько вещей, которые мы уже объясняли при расчете ветровой нагрузки на фасады/стены.

Для расчета ветровой нагрузки или ветрового давления на внешние поверхности плоской кровли проделываем следующие шаги:

Рассчитываем давление скорости ветра $q_{p}$ здание
Рассчитайте ширину ветровой зоны
Найдите коэффициенты внешнего давления
Рассчитайте ветровое давление/нагрузки

Геометрия и параметры из давления скорости ветра

Это краткое изложение значений, которые мы рассчитали для получения ветра скоростное давление.

93} $ 92}$

Основное значение основной скорости ветра	$v_{b.0}$	$24 \frac{m}{s} $
Коэффициент орографии
Базовая высота Terrain кат. II	$z_{0.II}$	$0.05 m$
Roughness Length (Terrain cat. III)	$z_{0}$	$0.3 m$
Terrain factor	$ k_{r}$	$0.215$
Turbulance Intensity	$I_{v}$	$0. 247$
Roughness factor	$c_{r}$	$0.871$

Ветровое давление на поверхности

Еврокод (EN 1991-1-4:2005) в целом различает ветровое давление на внешние и внутренние поверхности. В этой статье основное внимание уделяется давлению ветра на внешние поверхности.

Давление ветра на внешние поверхности $w_{e}$

Формула (EN 1991-1-4:2005 (5.1)) для расчета давления ветра на внешние поверхности:

$w_{e} = q_{p } * c_{pe}$

Где

92$

Мы уже объяснили это немного подробнее здесь. Если вы хотите получить более подробное объяснение, перейдите к статье или прочитайте EN 1991-1-4:2005 7.2.

EN 1991-1-4 В таблице 7.2 приведены рекомендации для $c_{pe.10}$ и $c_{pe.1}$.

❗Это означает, что вам необходимо перепроверить данные вашего национального приложения, потому что там эти значения могут быть определены по-разному❗

В Таблице 7. 2 приведены значения для 4 различных областей F, G, H и I нашего здания.

Эти области зависят от того, откуда дует ветер, и их можно увидеть в таблице 7.2 стандарта EN 1991-1-4:2005. Для нашего офисного здания мы можем определить районы как

ВИНД С ФРЕДИЯ

Ширина здания	$ B $	$ 49,75 M $
Длина здания	$	929	Длина здания	$	9928	. $
Высота здания	$h$	$17,1 млн м $

Из этих размеров мы можем определить $e$, которое определяет ширину и глубину областей F, G и H в соответствии с EN 1991-1-4:2005. Размеры областей в соответствии с EN 1991-1-4: 2005 Рисунок 7.6

92}$

Теперь коэффициент внешнего давления зависит еще и от типа крыши. Включены следующие типы крыш:

Острый карниз
С парапетами
Криволинейный карниз и
Мансардный карниз

Для крыши с парапетом высотой $h_{p}$

3 90{p} } = 50cm$

мы вычисляем

$h_{p}/h = 0.5m/17.1m = 0.03$

чтобы затем найти коэффициенты внешнего давления для наших областей.

Коэффициенты внешнего давления для прямоугольных зданий можно взять из таблицы 7.2 стандарта EN 1991-1-4:2005.

Область	Ширина	Глубина
F	E/4 = 8,6 мл.
G	b-e/2 = 32,55 м	e/10 = 3,44 м
H	b = 49,75 м

$) на нашем здании.

Поверхностные нагрузки | 3D

Теперь то же самое нужно сделать и для случая, когда ветер дует сбоку.

Ветер сбоку

В сценарии, когда ветер дует сбоку, мы должны снова определить ширину области. Мы должны переопределить параметры геометрии.

Area	$c_{pe.10}$	$c_{pe.1}$
Area F	-1.6	-2.2
Area G	-1.1	-1,8
Область H	-0,7	-1,2
Область I	-/+ 0,2	-/+ 0,2

Ширина здания	$ B $	$ 20,2 M $
Длина здания	$ D $	$ 49,75 M $
	$ 49,75 M $
929.Высота здания	$h$	$17,1 млн м $

Из этих размеров мы можем определить $e$, который определяет ширину и глубину зон F, G и H в соответствии с EN 1991-1-4:2005 Рисунок 7.6. 1991-1-4:2005 Рисунок 7.6

Площадь	Ширина	Глубина
F	e/4 = 5.05m	e/10 = 2.02m
G	b-e/2 = 10.1m	e/10 = 2.02m
H	b = 20.2 m	e/2 – e/10 = 8,08m
I	b = 20,2m	d-e/2 = 39,65m

900 – так что давайте визуализируем все эти числа 😁

Ветровых Областей | Ветер сбоку

Для типа крыши парапета с отношением высоты парапета $h_{p}/h = 0,03$ коэффициенты внешнего давления для прямоугольных зданий можно найти в EN 19. 91-1-4: 2005 Таблица 7.2

Область	$ C_ {PE.10} $	$ C_ {PE.1} $
Область F	-1,6	-2.2	FRE	-1,6	-2.2	-1,6
		-1,6
.
Area G	-1.1	-1.8
Area H	-0.7	-1.2
Area I	-/+ 0.2	-/+ 0.2

Основываясь на наших коэффициентах, теперь мы можем рассчитать давление ветра на внешние поверхности. 92}$

Теперь мы можем визуализировать эти ветровые нагрузки.

Ветровые нагрузки | Ветер сбоку

Теперь, когда характеристическая ветровая и снеговая нагрузки рассчитаны, мы можем приступить к расчету несущих элементов, таких как настилы крыш, балки и колонны – ура 🎉😁

Так что я надеюсь увидеть вас в одном из более интересные статьи, где мы разрабатываем элементы.

Калькулятор ветровой нагрузки | Какую силу производит ветер?

Создано Филиппом Маусом

Отзыв от кандидата наук Ханны Памулы и Джека Боуотера

Последнее обновление: 01 октября 2022 г.

Содержание:

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

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

Ветер: друг и враг

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

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

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

Какова ветровая нагрузка на конструкцию?

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

Ветровая нагрузка также зависит от эффективной площади поверхности вашей конструкции . Эффективная поверхность – это поверхность, ортогональная направлению ветра. В предположении, что ветер всегда параллелен горизонту, мы можем рассчитать эффективную поверхность из 9\circ45∘ уклон крыши, даже если скорость ветра и площадь поверхности одинаковы.

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

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

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

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

Как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки?

Здесь мы покажем вам, как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки.

Установите характеристики ветра, а именно скорость ветра и плотность воздуха. Плотность воздуха по умолчанию должна быть адекватной, если только вы не живете в очень жарком, холодном или возвышенном месте. В этом случае вы можете определить плотность воздуха с помощью инструмента, связанного с полем плотности воздуха в калькуляторе, и соответствующим образом изменить значение.
No related posts.