ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДЛЯ КУПОЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ ПО НОРМАМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И ЕВРОКОДУ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.042.41:624.074.27:006(4+470)

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДЛЯ КУПОЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ ПО НОРМАМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И

ЕВРОКОДУ

Ухолова А.А., студент группы 15Стр(м)ТПЗС, Оренбургский государственный университет, Оренбург

e-mail: a_uholova@mail.ru

В статье проведен анализ методик определения аэродинамических коэффициентов при сборе ветровой нагрузки на купольное покрытие здания цирка в городе Оренбурге по СНиП 2.01.07-85*, СП 20.13330-2011 и Еврокоду EN 1991-1-4-2009. Приведены конструктивная и расчетная схемы купольного покрытия и графические иллюстрации для определения аэродинамических коэффициентов. Определены и проанализированы численные значения аэродинамических коэффициентов по различным нормативным документам.

Ключевые слова: ветровая нагрузка, нормативные документы, купол, аэродинамические коэффициенты, сравнительный анализ.

Система нормативных документов Российской Федерации в строительстве должна соответствовать новым экономическим условиям, действующему законодательству и меняющимся условиям производства. В рамках реформ, проводимых в сфере технического регулирования, была осуществлена актуализация существующих Строительных Норм и Правил (СНиП) и замена их на Своды Правил (СП). Актуализация нормативных документов во многом обеспечила возможность практической реализации требований «Технического регламента о безопасности зданий и сооружений», и гармонизировала отечественные нормы с современными передовыми международными и национальными системами нормирования.

На территории стран ЕС действуют свои нормативные документы (Еврокоды), принятые за основу при проектировании в ряде стран ближнего зарубежья, с которыми тесно сотрудничают российские проектные организации, участвуя в разработке проектной документации строительных объектов, расположенных на территории РФ.

С 1987 г. по 2015 г. в России действовал СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». С 1 июля 2015 года, согласно постановлению Правительства РФ от 26.12.2014 года № 1521 «Об утверждении перечня национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил)», взамен СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» был введен СП 20.13330-2011«Нагрузки и воздействия». Рассматривая вопрос о расчете купола на ветровую нагрузку, было выявлено, что в СП появляются рекомендации по определению аэродинамических коэффициентов для зданий с купольным покрытием, которые отсутствовали в СНиП. Данные рекомендации есть и в EN 1991-1-4-2009 «Воздействия на конструкции». Целью данной статьи является выявление особенностей определения аэродинамических коэффициентов для купольного покрытия по нормам РФ и Еврокоду.

Для расчета было выбрано покрытие здания цирка в г. Оренбурге в виде купола. Диаметр купола - 40 м, высота подъема - 13,16 м. Конструктивная схема купола - ребристо-кольцевая. Купол образован системой из 16 меридиональных ребер, 7 кольцевых ребер и системой крестообразных связей.

Рисунок 1. Конструктивная схема купола

В соответствии с СП [1] расчетная ветровая нагрузка определяется, как сумма средней 'М'ш и пульсационной Wp составляющих, по формуле

к = (кт + V ) У/ , (!)

где у/ - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, принимаемый равным 1,4.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm определяется по формуле:

V» = к •к(г) •С (2)

где w0 - нормативное значение ветрового давления, принимаемое равным 0,38 кПа для г.Оренбурга;

к(2е) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (тип местности - В);

с - аэродинамический коэффициент, определяемый по рисунку 2.

Для проектируемого купольного покрытия нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp на высоте 2е над поверхностью земли определяется по формуле 3.

V = V - С(г ) - V, (3)

р т ~ V е' 7 ^^

где wm - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки;

ь у е' - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 [1]; V - коэффициент пространственной корреляции пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.6 [1];

/- стрела подъема купола; к -приведенная высота; к - высота опорной конструкции; I - пролет купола

Рисунок 2. К определению аэродинамических коэффициентов по СП

Для нахождения аэродинамических коэффициентов по СП, определяется приведенная высота по формуле 4.

к = \ + 0,7 • /, (4)

где / - стрела подъема купола (/=13,16м).

к = 13 + 0,7 •13,16 = 22,21 м.

Отношение приведенной высоты к пролету:

к 22,21

— =-= 0,555 м .

I 40

Отношение высоты опорной конструкции к пролету:

к =13 = 0,325 м. I 40

Отношение стрелы подъема купола к пролету:

/ 13,16

= 0,329

м.

I 40

Аэродинамические коэффициенты, определяемые по рисунку 2 в характерных точках, принимают следующие значения:

- в точке А: сА = —0,34;

в

— в точке В: с =—1,04

- в точке С: сС = —0,36 .

Аэродинамические коэффициенты в точках D, Е, F, G, I, J, К, L, М, N определяются по формуле 5.

I. I., с. л с. ,

£ _ £ г_г— 1 г+1_г—1

' = г—1 /.., — I '

1

(5)

г+1 г—1

где ¡1 - расстояние от точки А до характерной точки ^ определяемое по рисунку 3 а.

Рисунок 3. Геометрические характеристики купола для определения аэродинамических коэффициентов (Примечание: а - разрез купольного покрытия; б - план купольного покрытия)

Полученные результаты сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры ветровой нагрузки, определенные по СП

Аэродинамический коэффициент c Средняя составляющая ветровой нагрузки w, кН/м2 Средняя составляющая ветровой нагрузки wp, кН/м2 Расчетная нагрузка q, кН/м2

еА -0.34 w m -0.093 А w ™ р -0.066 qA -1.74

оР -0.52 wm -0.157 Б w ™ р -0.106 qD -2.59

о? -0.69 wm -0.222 Е w ™ р -0.142 qE -3.07

о? -0.82 wF m -0.276 F w ™ р -0.175 qF -2.85

^ -0.93 wm -0.319 О w ™ р -0.200 qG -2.53

-1.00 wm -0.353 ь w ™ р -0.218 qL -1.60

оР -1.04 wm -0.369 в w ™ р -0.226 qB -0.39

^ -1.00 wJm -0.353 I w ™ р -0.218 qJ -1.60

cK -0.93 wm -0.320 к w ™ р -0.200 qK -2.54

cL -0.83 wm -0.279 ь w ™ р -0.176 qL -2.87

cM -0.70 wM уу т -0.225 м w ™ р -0.144 qM -3.12

cN -0.54 wN т -0.162 N w ™ р -0.109 qN -2.66

^ -0.36 wC т -0.098 с w ™ р -0.070 qC -1.84

Для определения аэродинамических коэффициентов по Еврокоду [3] находятся следующие отношения.

Отношение высоты опорной конструкции к пролету:

- =13 = 0,325 м . а 40

Отношение стрелы подъема купола к пролету:

/ _ 13,162

а 40

где / - стрела подъема купола;

И - высота опорной конструкции; а - пролет купола.

= 0,329

м.

Рисунок 4. К определению аэродинамических коэффициентов по Еврокоду

Аэродинамические коэффициенты, определяемые по рисунку 4 в характерных точках, принимают следующие значения:

- с Ае =-0,2;

- сВе =-1,04;

- сре=-о,зб.

ре

Аэродинамические коэффициенты в точках Б, Е, Б, О, I, I, К, Ь, М, N определяются по формуле 5.

Все полученные значения сведены в таблицу 2.

Анализ численных значений аэродинамических коэффициентов и расчетных нагрузок, приведенных в таблицах 1 и 2, показывает, что расчетная ветровая нагрузка на купольное покрытие с заданными параметрами в секторе, располагающемся между точками А и В, определяемая по СП [1], в среднем на 13% выше (причем процент уменьшается от точки А до точки В с 41% до 0%), чем расчетная ветровая нагрузка, определяемая по Еврокоду [3].

Таблица 2. Параметры ветровой нагрузи, определенные по Еврокоду

Аэродинамический коэффициент с Сре составл ветровой н кН дняя яющая агрузки wm, /м2 Средняя составляющая ветровой нагрузки wp, кН/м2 Расчетная нагрузка q, кН/м

сА -0.20 ■ т -0.055 А ■ р -0.039 -1.02

с° -0.42 ■т -0.126 Б ■ р -0.085 -2.08

сБ -0.62 ■т -0.199 Е ■ р -0.128 -2.76

ср -0.78 т -0.262 Б ■ р -0.166 -2.70

с° -0.91 ■т -0.312 О ■ р -0.195 -2.47

сь -1.00 ■т -0.350 ь ■ р -0.217 -1.59

св -1.04 ■т -0.369 в ■ р -0.226 -0.39

с-1 -1.00 ■т -0.353 I ■ р -0.218 я- -1.60

ск -0.93 ■т -0.320 к ■ р -0.200 -2.54

сь -0.83 ■т -0.279 ь ■ р -0.176 -2.87

см -0.70 уу т -0.225 м ■ р -0.144 -3.12

сК -0.54 т -0.162 N ■ р -0.109 -2.66

сс -0.36 т -0.098 С ■ р -0.070 -1.84

Данные результаты позволяют сделать вывод о том, что требования СП для нахождения аэродинамических коэффициентов являются более жесткими по сравнению с рекомендациями Еврокода.

Литература

1. СП 20-13330-2011. Нагрузки и воздействия. - Москва: НИИСФ РААСН, 2011. - 96 с.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. - Москва: ФГУП ЦПП, 2005. - 44 с.

3. БК 1991-1-4-2009. Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.twirpx.com/file/525524