Давление от ветра на конструкцию

Соотношение между скоростью ветра и ветровым давлением

Конструкции зданий и сооружений

Очень интересует один вопрос и нигде не могу найти ответ: вот мы задаем ветровую нагрузку в кг/м.кв по СНиПу, а это какой скорости ветра соответствует? Просто смотришь иногда погоду, а там все метрах за секунду.
Как узнать какое ветровое давление на 1 м.кв соответствует определенной скорости ветра?

Если кто знает, подскажите! Спасибо

Очень интересует один вопрос и нигде не могу найти ответ: вот мы задаем ветровую нагрузку в кг/м.кв по СНиПу, а это какой скорости ветра соответствует? Просто смотришь иногда погоду, а там все метрах за секунду.
Как узнать какое ветровое давление на 1 м.кв соответствует определенной скорости ветра?

Если кто знает, подскажите! Спасибо

Сообщение от Mahno:
формула 7

давление равно 1/2 pV^2

Сообщение от мозголом из Самары:
давление равно 1/2 pV^2

Оно определяется экспериментально, например в аэродинамических трубах при испытании моделей летательных аппаратов и т.д. Литературу по аэро-гидродинамике газов и жидкостей выбирайте сами.
В строительстве считается, что дом — плоская стенка, это по максимуму.

Сообщение от ETCartman:
Имеется в виду давление при значении с=1. Аэродинамический коэффициент. Сниповское с=1,4 это не по максимуму — а усредненное. По максимуму там больше гораздо.

А это и хорошо, за домом (плоской стенкой) создается разряжение, которое, по моим понятиям (увеличивает перепад давлений в 1.7-2.0 раза), делает это самое «зло» и срывает крыши. Но в случае тента., да при наших заказчиках, нужно ссылаться на закон, (в данном случае СНИП). Остальное по тентам за рубежом.

Сообщение от :
w=0.61*v*v,
w — давление, Па,
v — скорость, м/с

Что получается, что скорость ветра в 1 ветровом регионе равна 19,4 м/с или 69,84 км/с
230 Па = 0,61*V*V
V=корень(230/0,61)=19,4м/с
Может в формулу нормативное значение ветрового давления надо не Па, а кПа ввести?

забавно, но в актуализированном СП формула выглядит так:
Wo=0,43*v*v

но там v за 50 лет, а по СНиП — за 5 лет

Сообщение от swell :
забавно, но в актуализированном СП формула выглядит так:
Wo=0,43*v*v

но там v за 50 лет, а по СНиП — за 5 лет

Коэффициент зависит от интервала осреднения. На 50 лет перешли потому что в еврокоде 50. Но в Еврокоде и нормируется скорость ветра на высоте 10м в зоне II, а не ветровое давление.

Сообщение от :
скорость ветра в 1 ветровом регионе равна 19,4 м/с или 69,84 км/с

А как понять это?
Это же уже шторм.

Сообщение от swell :
забавно, но в актуализированном СП формула выглядит так:
Wo=0,43*v*v

но там v за 50 лет, а по СНиП — за 5 лет

Мда, но в СП «v» — это давление ветра, соответствеющее скорости ветра м/с на ур. 10 м над поверхностью земли. за 50 лет.

Сообщение от GARU:
w0 это уже учтено?

Да.
Offtop: Делать нечего?
0,43 = 0,61/1,4 — нормативное.

Расчет ветровой нагрузки по формуле

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.

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

  1. На вертикальную стену действует так называемое лобовое усилие, стремящееся сдвинуть объект с места. Противостоять этому усилию помогают несколько конструктивных решений:
  2. 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.
  3. 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.

Расчёт усилий

Общая формула расчёта создаваемых усилий на вертикальную поверхность:

  • Wm – норматив средней величины ветрового усилия на высоте h над землёй;
  • Wo – норматив ветрового давления, зависящий от ветрового района; определяется согласно СНиП 2.01.07-85: карта 3, приложение 5; данные приведены в таблице 1;
  • k – коэффициент пульсаций, таблица 2;
  • C – аэродинамический коэффициент, зависящий от геометрии строительного сооружения, например, для наветренных фасадов его значение составляет 0,8.

Таблица 1. Норматив ветрового давления Wo:

Таблица 2. Коэффициент пульсаций давления ветрового потока k:

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.

  1. Нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
  2. Боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
  3. 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.

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

  • W – нормативная величина усилия, создаваемого напором воздуха; определяется по картам в приложении к СП 20.133330.2011;
  • k – коэффициент, показывающий зависимость давления от высоты над срезом верхнего уровня земли (таблица 3);
  • C – аэродинамический коэффициент, учитывающий направление набегания воздушного потока на скат крыши (таблица 4 и 5).

Таблица 3. Коэффициент k для типов местности:

Расчет ветровой нагрузки на сплошной забор

«. Темные силы нас злобно гнетут «©
(или анализ нагрузок, действующих на забор)

Итак, на забор действуют силы собственного веса и силы, вызванные внешними факторами, основным из которых является, конечно же, ветер. Если сила веса действует (почти) вдоль оси столба и (почти) не вызывает изгибающего момента, то ветер норовит дуть поперек забора, и вызывает порой очень значительную нагрузку, многократно превышающую нагрузку от собственного веса.

В результате на заборный столб действует изгибающий момент, достигающий максимума в месте выхода заборного столба из земли. Именно он является основной причиной разрушения (падения) забора. Сразу отметим, что все дальнейшие расчеты основаны на определении максимально допустимого изгибающего момента, действующего на столб в месте его жесткой заделки (у земли).

Моментом от собственного веса (тот, который «почти»…) — пренебрегаем как ничтожно малым. Расчет столба на сжатие (под собственным весом конструкции) не имеет смысла, т.к. даже для трубы квадратного сечения 60х2 мм предельная нагрузка составляет более 7,5 тн, что практически недостижимо при любой конструкции забора и из любых разумных материалов. По той же причине не рассматриваем расчет заборного столба на срез (или чистый сдвиг).

Кроме того, обойден нашим вниманием и расчет столба на устойчивость, т.е. нарушение геометрии стенок и искривление столба в целом из-за потери устойчивости. Расчетом мы пренебрегли ввиду его чрезмерной сложности и нецелесообразности в рамках данной статьи. Откровенно говоря, оценка устойчивости конструкций — самая сложная часть курса инженерно-конструкторского факультета. На практике же нет оснований для беспокойства, т.к. науке неизвестны случаи разрушения забора из-за потери столбами устойчивости. Принципиальная зависимость здесь проста: чем больше типоразмер столба и толщина стенки, тем более устойчив столб!

В данной статье мы рассчитываем не просто предъявить Вам голые цифры, демонстрирующие преимущества наших столбов, но предоставить инструмент для самостоятельного выполнения таких расчетов.

«Ветер, ветер, ты могуч… «©

Для начала определимся, какую силу на забор оказывает ветер. Эта сила зависит, во-первых, от скорости ветра, а также от температуры и атмосферного давления. Два последних фактора определяют плотность воздуха, т.е. его массу в одном кубическом метре. Для нормальных условий она составляет 1,22 кг/м3.

Из школьного курса физики мы помним, что с увеличением давления и уменьшением температуры плотность вещества возрастает и наоборот. Так что зимой и при повышенном давлении ветровая нагрузка чуть больше, а летом, при пониженном, – чуть меньше.

Все вышесказанное относится к сухому чистому воздуху. Если же имеет место снежная или песчаная буря или сильный ливень с порывами ветра, то плотность окружающей среды существенно увеличивается на неопределенную величину. В наших расчетах мы предусмотрим такое увеличение нагрузки, введя коэффициент, который в дисциплине «Сопротивление материалов» называется запасом прочности.

Несколько существенней дело обстоит со скоростью ветра. Если зависимость силы ветра от плотности воздуха – линейная, то от скорости – квадратичная, то есть изменяется пропорционально квадрату скорости. Таким образом, скорость ветра – определяющий фактор нагрузки на забор.

Упрощенная формула расчета силы, действующей на площадку размером 1 кв.м. выглядит так:

Где F – сила в кгс; 0,61 – 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях), V – скорость ветра в м/с, а 9,8 – это «g» или ускорение свободного падения для перевода непонятных Ньютонов (Н) в понятные килограмм-силы (кгс).

Для различных скоростей ветра его сила F, действующая на 1 кв.м забора приведена в таблице и на графике:

Ветровая нагрузка

При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 8). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь. Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его. В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот, на пологих крышах большее значения принимают касательные, увеличивая подъемную силу с подветренной и уменьшая нормальную с наветренной стороны.

рис. 8. Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wн в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Расчетное значение ветровой нагрузки Wр (для расчета по первому предельному состоянию) находится формулой:

где γf — коэффициент надежности γf = 1,4; W — нормативное значение ветрового давления, определяется по картам приложения к СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» или по рис. 9 и таблице 2; kz — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 3; c — аэродинамический коэффициент (переводит вертикальную нагрузку в горизонтальную), учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны (рис 10).

Со­ору­же­ние счи­та­ет­ся рас­по­ло­жен­ным в мест­нос­ти дан­но­го ти­па, если эта мест­ность со­хра­ня­ет­ся с на­вет­рен­ной сто­ро­ны со­ору­же­ния на рас­сто­я­нии 30h — при вы­со­те со­ору­же­ния h 60 м.

рис. 10. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки

Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.

Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 11). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами. В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.

рис. 11. Пример решения карнизного узла наслонных стропил скатной крыши

Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 12). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.

рис. 12. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы

Давление от ветра на конструкцию

  • Вы здесь:
  • Главная
  • Проектирование
  • Ветровая нагрузка

Меню

Новые статьи

Самые популярные

Ветровая нагрузка

Ветер по-разному влияет на строительные конструкции. Если для одноэтажного котеджа его воздействие минимальное, то для небоскреба или «парусного» рекламного щита нагрузка может стать определяющей. В этой статье подробно описано как вычислить ветровую нагрузку на различные сооружения.

Районы ветровой нагрузки

Первое, с чем нужно определиться — к какому району по давлению ветра относится рассматриваемая местность. Данную информацию можно найти на специальных картах в нормативных документах. Главный нормативный документ, регламентирующий ветровую нагрузку — СП 20.13330*

Рис.1 Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра (нажмите для увеличения)

*Обратите внимание, что СП20.13330 есть 2011 и 2016 года, и карты в этих документах могут отличаются. На момент выхода статьи обязательным является СП 2011г. но в ближайшее время СП 2016г. официально станет действующим и расчет ветровой нагрузки нужно будет проводить по картам нового документа. Расчет ветровой нагрузки так же можно найти по СНиП 2.01.07-85*, но данный расчет не будет действительным т.к. нормы устарели.

Расчет ветровой нагрузки онлайн калькулятор

Полный расчет ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» приведен ниже. Если с данным расчетом сложно разобраться, то можно воспользоватсья нашим онлайн калькулятором ветровой нагрузки. При возникновении сложностей вы можете заказать расчет написав нам на почту в разделе контакты.

>>> Перейти к онлайн калькулятору ветровой нагрузки ze = h;

Здесь z — высота от поверхности земли;

d — размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра (поперечный размер);

h — высота здания.

11.1.6 Коэффициент k(ze) определяется по таблице 11.2 или по формуле (11.4), в которых принимаются следующие типы местности:

А — открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С — городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h — при высоте сооружения h до 60 м и на расстоянии 2 км — при h > 60 м.

Примечание — Типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Коэффициент k для типов местности

Значения параметров k10 и a для различных типов местностей приведены в таблице 11.3.

11.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки we, wf, wi, wx, wy и wz следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления се, трения сf, внутреннего давления сi и лобового сопротивления сx, поперечной силы су, крутящего момента сz, принимаемых по приложению Д.1, где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов се или сt соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

При определении ветровой нагрузки на поверхности внутренних стен и перегородок при отсутствии наружного ограждения (на стадии монтажа) следует использовать аэродинамические коэффициенты внешнего давления се или лобового сопротивления сх.

Для сооружений повышенного уровня ответственности, а также во всех случаях, не предусмотренных Д.1 приложения Д (иные формы сооружений, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока или составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям, необходимость учета влияния рядом стоящих зданий и сооружений и т.п. случаях), аэродинамические коэффициенты необходимо принимать на основе результатов продувок моделей сооружений в аэродинамических трубах или по рекомендациям, разработанным специализированными организациями.

1 При назначении коэффициентов сх, сv и сm необходимо указать размеры сооружения, к которым они отнесены.

2 Значения аэродинамических коэффициентов, указанных в приложении Д.1, допускается уточнять на основе данных модельных аэродинамических испытаний сооружений.

11.1.8 Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp на эквивалентной высоте ze следует определять следующим образом:

а) для сооружений (и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний fl, Гц, больше предельного значения собственной частоты fl (см. 11.1.10), — по формуле

где wm — определяется в соответствии с 11.1.3;

z(ze) — коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 или формуле (11.6) для эквивалентной высоты ze (см. 11.1.5);

v — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11);

Читать еще:  Давление в легочной артерии эхокг
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector