CC BY
502223-4047 Вестник магистратуры. 2019. № 1-2(88)
УДК 624.042.41
Д.С. Горнак
ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ
Приведено сравнение методов определение ветровой нагрузки для здания с каркасом из легких металлических конструкций. Нагрузки определены по трем методикам. Отмечено значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки.
Ключевые слова: ветровая нагрузка, изолированная возвышенность, скорость ветра, легкие металлические конструкции (ЛМК).
Сооружения из современных легких металлических конструкции являются легкими, гибкими и обладают слабыми демпфирующими свойствами. Деформативность зданий из ЛМК зависит от величины горизонтальных нагрузок, способов их приложения и их характера. Из горизонтальных нагрузок, для зданий наиболее распространенными являются временные ветровые и крановые нагрузки.
В настоящее время ветровую нагрузку требуется определять с высокой точностью, для обеспечения надежности и требуемых эксплуатационных характеристик конструкции во время всего срока службы. Для достижения этого следует иметь сведенья о типе местности, ветровом районе застройки, величине ветрового давления и геометрических размерах здания.
В научной литературе говорится, что на величину ветровой нагрузки влияют различные факторы, такие как, нормативное значение скорости ветра, ветровой район, местность в которой будет располагаться здание и высоты над уровнем земли (рельеф). Из перечисленных факторов, не мало важным, является рельеф местности, в которой будет располагаться здание. В зарубежных [2] и отечественных [7], [8] нормативных документах имеется разделение рельефов на три категории: А - открытое побережье морей, озер и водохранилищ, пустыни степи, лесостепи, тундра; В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой до 10 м; С - городские районы с застройкой зданиями высотой свыше 25 м. Данная классификация не отображает всех особенностей расположения здания на местности. Ситуация, когда здание располагается на изолированной возвышенности, описывается в Еврокоде 1 «Воздействия на конструкции» [2].
Согласно Еврокоду [2] возрастание скорости ветра для изолированных возвышенностей актуально, если оно более 5%. Данное явление учитывается, используя коэффициент орографии, который отвечает за рельеф поверхности.
В главе 7.1 [3] говорится, что «для холмистой местности вводятся поправки, которые корректируют значение скорости ветра уш/на высоте г, соответствующей равнинной местности, до величины уда». Скорость ветра можно определить, пользуясь одним из законов: логарифмическим:
¡п —
2 о
V = Vф-- (1)
¡п2^
или степенным:
V = V.
о
ч а
2
V 2о У
(2)
Для вышеприведенных формул высоту здания, согласно [4] следует определять в зависимости от уклона, в случае если поверхность вокруг здания не горизонтальна. При уклоне менее 0,3 высота здания откладывается от его основания, при уклоне возвышенности от 0,3 до 2 и более высота откладывается согласно рисунку 1 [7]. В случае а) на участке ВС условный уровень определяется как:
© Горнак Д.С., 2019.
Научный руководитель: Астахова Любовь Ивановна - кандидат технических наук, директор ООО «Амальгама-Проект», 654007 Новокузнецк, ул. Ордоникидзе, 35.
2 - г
2 = ^ +-2 (3)
с 1 1,7 ( )
за точкой Б высота здания отсчитывается от уровня х2. На участках АВ и СБ высота определяется методом линейной интерполяции. Для рис.1б до точки С эквивалентная высота откладывается от уровня за точкой Б аналогично малым уклонам.
а) б)
Рис. 1. Условные уровни ,от которых отсчитываются высоты
На рисунке 2 явно видно, что при подъеме здания на холм или иную возвышенность скорость ветра и, следовательно, ветровая нагрузка увеличится.
Рис. 2. Поправка к скорости ветра для холмистой местности
Так же об этот факт отражен в научной работе [1] «Профиль скорости ветра сильно изменяется вблизи холмов, горной гряды, долины и др. На величину скорости и ее общий профиль влияет общий наклон местности и крутизна ее со стороны ветров».
Для перехода от скорости ветра к ветровой нагрузке следует квадрат скорости, определенной по логарифмическому или степенному закону, умножить на плотность воздуха, зависящую от давления, температуры и влажности, и разделить пополам.
Для наглядности рассмотрим определения ветровой нагрузки на примере производственного здания, расположенного в Кемеровской области. Участок застройки относится к третьему ветровому району, типу местности - А. Здание каркасного типа, прямоугольной формы в плане, одноэтажное, двухпро-летное (24 и 12 м), размером 35х120 м.
Нагрузки определяем по трем методикам, использующимся в проектирование ранее и сейчас:
1) Ветровой нагрузка определяется согласно СНиП 2.01.07-85* [7], в котором для одноэтажных производственных зданий высотой до 36 м, в местности типа А, пульсационную составляющую допускалось не учитывать.
2) По актуализированной версии СП 20.13330-2011 [8] ветровая нагрузка является суммой средней и пульсационной ^ составляющей, где пульсационная составляющая перестала носить рекомендательный характер.
3) Согласно Еврокоду 1 [2] определение ветровой нагрузки следует начинать с базовой скорости ветра. Данная методика позволяет учесть орографию местности.
Численные значения ветровых нагрузок сведены в таблицы. В таблице 1 представлены значения, определенные методом СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» [7], таблица 2 - СП 20.13330-2016 «Нагрузки и воздействия» [8], таблица 3.1 и 3.2 - Еврокод 1 «Воздействия на конструкции» [2].
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2019. № 1-2(88)
Таблица 1
Параметр, ссылка Условное положение Величина Ед. изм.
Наветренная сторона
Расчетная ветровой нагрузки, wp z = 13 e 0,319 кПа
Боковые стороны
Расчетная ветровой нагрузки, Wp z = 13 e -0,315 кПа
Подветренная сторона
Расчетная ветровой нагрузки, Wp z = 13 e -0,315 кПа
Таблица 2
Параметр, ссылка Условное положение Величина Ед.изм.
Наветренная сторона
Расчетная ветровой нагрузки, Wp z = 13 e 0,703 кПа
Боковые стороны
Расчетная ветровой нагрузки, wp A z = 13 e -0,879 кПа
B z = 13 e -0,703 кПа
C z = 13 e -0,439 кПа
Подветренная сторона
Расчетная ветровой нагрузки, Wp z = 13 e -0,439 кПа
Таблица 3
Параметр, ссылка Зона Величина Ед.изм.
Наветренная сторона
Ветровой нагрузки, wp D 0,416 кПа
Боковые стороны
Ветровой нагрузки, wp A -0,699 кПа
B -0,466 кПа
C -0,291 кПа
Подветренная сторона
Ветровой нагрузки, Wp E -0,291 кПа
По полученным данным можно отметить, что пульсационная составляющая, которая с СНиПе [7] носит не обязательный характер, почти в два раза увеличивает значение ветровой нагрузки, что в так же влияет на напряжённо-деформированное состояние и на подобранные сечения конструкции.
Ветровая нагрузка, определенная по Еврокоду 1 [2], отличается от нагрузки, определенной по отечественным нормам по нескольким причинам:
1)В Еврокоде 1 [2] выделяется пять категорий по типу местности в отличие от СНиП [8].
2)Согласно СНиП [8] ветровая нагрузка начинается определяться с нормативного значения ветрового давления, в Еврокоде 1 [2] с базового значения скорости ветра.
3)В методиках применяются разные коэффициенты запаса: СНиП - yf= 1,4 ; Еврокоде 1 -
Ге =1,5.
Библиографический список
¡.Астахова Л.И., Астахов И.В., Юрченко К.В. Об учете пульсационной составляющей ветрового воздействия в расчете зданий с каркасом из легких металлических конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 2. С.24-27;
2.Еврокод 1 «Воздействие на конструкции» Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия;
3.Перельмутора А.В. «Нагрузки и воздействия на здания и сооружения»;
4. «Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра»
5.Савицкого Г.А. «Ветровая нагрузка на сооружения»;
6.Симиу Э. Сканлан Р. «Воздействие ветра на здания и сооружения»;
7.СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;
8.СП 20.13330-2016 «Нагрузки и воздействия».
ГОРНАК ДАРЬЯ СЕРГЕЕВНА -магистрант, Санкт-Петербургский государственный архитектурно -строительный университет, Россия.
