Vid design av byggnader och strukturer måste beräkningen av vindlasten göras ganska ofta. Denna indikator beräknas med hjälp av speciella formler. Det är viktigt att ta hänsyn till en sådan belastning, till exempel när man ritar upp ritningar av takstolssystem, val av placering och utformning av skyltar etc.
SNiP-standarder
Faktiskt ger själva definitionen av denna parameter SNiP 2.01. 07-85. Enligt detta dokument ska vindlasten betraktas som ett aggregat:
- tryck som verkar på de yttre ytorna av strukturer i en struktur eller ett element;
- friktionskraft riktad tangentiellt mot strukturens yta, hänvisat till arean av dess vertikala eller horisontella projektion;
- norm alt tryck applicerat på den inre ytan av en byggnad med genomsläppliga byggnadsskal eller öppna öppningar.
Hur man bestämmer
Vid beräkning av vindlasten beaktas två huvudparametrar:
- genomsnittlig komponent;
- pulserande.
Belastningen definieras som summan av dessa två parametrar.
Genomsnittlig komponent: grundläggande formel
Om vindbelastningen inte beaktas vid projekteringen kommer detta i efterhand att ha en extremt negativ inverkan på byggnadens eller strukturens prestanda. Dess genomsnittliga komponent beräknas med följande formel:
W=Wok.
Här är W det beräknade värdet av vindbelastningen på en höjd z över jordytan, Wo är dess standardvärde, k är koefficienten för tryckförändringen med höjden. All initial data från denna formel bestäms från tabeller.
Ibland används även parametern c i beräkningar - den aerodynamiska koefficienten. Formeln i det här fallet ser ut så här: W=Wokс.
Normativt värde
För att ta reda på vad denna parameter är måste du använda tabellen över regioner för ryska federationens vindbelastning. Det finns bara åtta av dem. Tabellen över vindlaster (beroendet av Wo-värden av en viss region i Ryssland) presenteras nedan.
För lite studerade områden i landet, såväl som för bergsregioner, låter denna SNiP-parameter dig bestämma enligt officiellt registrerade väderstationer och baserat på driftserfarenhet av befintliga byggnader och strukturer. I det här fallet används en speciell formel för att bestämma standardvärdet för vindbelastningen. Det ser ut så här:
Wo=0,61 V2o.
Here V2o - vindhastighet i meter per sekund på en nivå av 10 m, vilket motsvarar ett medelvärdesintervall på 10minuter och överskrids vart femte år.
Hur bestäms koefficienten k?
Det finns också en speciell tabell för denna parameter. När man bestämmer det, typen av område där konstruktionen av strukturen eller byggnaden är tänkt att beaktas. Det finns tre av dem:
- Typ "A" - öppna platta områden: kuster med hav, sjöar och floder, stäpper, öknar, tundraregioner, skogsstäppar.
- Typ "B" - terräng täckt av hinder upp till 10 meter höga: tätort, skogar, etc.
- Typ "C" - stadsområden med byggnader över 25 m höga.
Typen av byggområde bestäms också med hänsyn till kraven i SNiP. Detta måste beaktas vid utformningen. Varje byggnad anses vara belägen på en ort av en viss typ om den senare är belägen på lovartsidan av den på ett avstånd av 30 timmar. Här är h konstruktionens designhöjd upp till 60 m. Med högre byggnadshöjd anses terrängtypen vara säker om den förblir minst 2 km från lovartsidan.
Hur man beräknar rippelbelastning
Enligt SNiP bör vindlast, som redan nämnts, bestämmas som summan av medelstandard och pulsering. Värdet på den sista parametern beror på typen av struktur själv och funktionerna i dess design. I detta avseende skiljer de åt:
- strukturer med en naturlig oscillationsfrekvens som överskrider det fastställda gränsvärdet (skorstenar,torn, master, apparater av pelartyp);
- strukturer eller delar av deras konstruktion, som är ett system med en frihetsgrad (tvärgående ramar av industriella envåningsbyggnader, vattentorn, etc.);
symmetriskt sett till byggnaden
Formler för olika typer av strukturer
För den första typen av strukturer, vid bestämning av den pulserande vindlasten, används formeln:
Wp=WGV.
Här är W standardbelastningen som bestäms av formeln ovan, G är tryckpulsationskoefficienten på höjd z, V är pulsationskorrelationskoefficienten. De två sista parametrarna bestäms av tabellerna.
För strukturer med en naturlig oscillationsfrekvens som överskrider det fastställda gränsvärdet, används följande formel för att bestämma den pulserande vindlasten:
Wp=WQG.
Här Q är den dynamiska koefficienten som bestäms från diagrammet (presenteras nedan) beroende på parametern E, beräknad med formeln E=√RW/940f (R är lastsäkerhetsfaktorn, f är frekvensen av naturliga svängningar) och de logaritmiska dekrementfluktuationerna. Den sista parametern är konstant och accepteras för:
- för stålramsbyggnader som 0,3;
- för master, liners, etc. som 0,15.
För symmetriska byggnader beräknas den pulserande vindlasten med formeln:
-
Wp=mQNY.
Här är Q dynamikens koefficient, m är strukturens massa på höjden z, Y är strukturens horisontella vibrationer på nivån z enligt den första formen. N i denna formel är en speciell koefficient, som kan bestämmas genom att först dela strukturen i r, antalet sektioner inom vars gränser vindlasten är konstant, och använda speciella formler.
En väg till
Du kan beräkna vindbelastningen med en något annorlunda metod. I det här fallet måste du först bestämma vindtrycket med formeln:
(Psf)=.00256V^2.
Här är V vindhastigheten (i mph).
Då bör du beräkna luftmotståndskoefficienten. Det kommer att vara lika med:
- 1.2 - för långa vertikala strukturer;
- 0.8 - för korta vertikala linjer;
- 2.0 - för långa horisontella strukturer;
- 1.4 - för korta (till exempel fasaden på en byggnad).
Närnäst måste du använda den allmänna formeln för vindbelastningen på en byggnad eller struktur:
F=APCd.
Här är A arean, P är vindtrycket, Cd är luftmotståndskoefficienten.
Du kan också använda en lite mer komplicerad formel:
F=APCdKzGh.
När de tillämpas, beaktas dessutom exponeringsfaktorerna Kz b och vindbyars känslighet Gh. Den första beräknas som z/33]^(2/7,den andra - 65+60 / (h/33)^(1/7). I dessa formler är z höjden från marken till mitten av strukturen, h är den senares totala höjd.
Rekommendationer från experter
För att beräkna vindbelastningen rekommenderar ingenjörer ofta att de välkända MS Excel- och OOo Calc-programmen från Open Office-paketet används. Proceduren för att använda denna programvara kan till exempel vara:
- Excel är aktiverat på arket "Vindenergi";
- vindhastigheten registreras i cell D3;
- tiden är i D5;
- luftflödesområde - i D6;
- luftdensitet eller specifik vikt - i D7;
- Vindkraftverkseffektivitet - i D8.
Det finns andra sätt att använda den här programvaran med andra ingångar. Det är i alla fall ganska bekvämt att använda MS Excel och OOo Calc för att beräkna vindbelastningen på byggnader och konstruktioner, såväl som deras individuella konstruktioner.
