La proiectarea clădirilor și a structurilor, calculul sarcinii vântului trebuie făcut destul de des. Acest indicator este calculat folosind formule speciale. Este important să se țină cont de o astfel de încărcare, de exemplu, la întocmirea desenelor sistemelor de ferme pentru acoperiș, la alegerea locației și a designului panourilor publicitare etc.
SNiP standarde
De fapt, însăși definiția acestui parametru oferă SNiP 2.01. 07-85. Conform acestui document, sarcina vântului ar trebui considerată ca un agregat:
- presiunea care acționează asupra suprafețelor exterioare ale structurilor unei structuri sau ale unui element;
- forța de frecare îndreptată tangențial la suprafața structurii, raportată la zona proiecției sale verticale sau orizontale;
- presiune normală aplicată pe suprafața interioară a unei clădiri cu anvelope de clădire permeabile sau deschideri deschise.
Cum se stabilește
La calcularea sarcinii vântului, sunt luați în considerare doi parametri principali:
- componenta medie;
- pulsante.
Încărcarea este definită ca suma acestor doi parametri.
Componenta medie: formula de bază
Dacă sarcina vântului nu este luată în considerare la proiectare, aceasta va avea ulterior un impact extrem de negativ asupra performanței clădirii sau structurii. Componenta sa medie este calculată prin următoarea formulă:
W=Wok.
Aici W este valoarea calculată a sarcinii vântului la o înălțime z deasupra suprafeței pământului, Wo este valoarea sa standard, k este coeficientul de modificare a presiunii cu înălțimea. Toate datele inițiale din această formulă sunt determinate din tabele.
Uneori parametrul c este folosit și în calcule - coeficientul aerodinamic. Formula în acest caz arată astfel: W=Wokс.
Valoare normativă
Pentru a afla care este acest parametru, trebuie să utilizați tabelul de regiuni pentru sarcina de vânt a Federației Ruse. Sunt doar opt dintre ei. Tabelul sarcinilor vântului (dependența valorilor Wo de o anumită regiune a Rusiei) este prezentat mai jos.
Pentru zonele puțin studiate ale țării, precum și pentru regiunile muntoase, acest parametru SNiP vă permite să determinați în funcție de stațiile meteo înregistrate oficial și pe baza experienței de funcționare a clădirilor și structurilor existente. În acest caz, se utilizează o formulă specială pentru a determina valoarea standard a încărcăturii vântului. Arată așa:
Wo=0,61 V2o.
Aici V2o - viteza vântului în metri pe secundă la un nivel de 10 m, corespunzătoare unui interval de medie de 10minute și depășit la fiecare 5 ani.
Cum se determină coeficientul k?
Există și un tabel special pentru acest parametru. La determinarea acestuia, tipul zonei în care se presupune că trebuie luată în considerare construcția structurii sau clădirii. Există trei dintre ele:
- Tip „A” - zone plane deschise: coaste ale mărilor, lacuri și râuri, stepe, deșerturi, regiuni de tundra, silvostepe.
- Tip „B” - teren acoperit cu obstacole de până la 10 metri înălțime: zonă urbană, păduri etc.
- Tip „C” - zone urbane cu clădiri de peste 25 m înălțime.
Tipul suprafeței de construcție se determină și ținând cont de cerințele SNiP. Acest lucru trebuie luat în considerare la proiectare. Orice clădire este considerată a fi situată într-o localitate de un anumit tip dacă aceasta din urmă este situată pe partea de vânt a acesteia la o distanță de 30h. Aici h este înălțimea de proiectare a structurii de până la 60 m. La o înălțime mai mare a clădirii, tipul de teren este considerat sigur dacă rămâne la cel puțin 2 km de latura vântului.
Cum se calculează sarcina ondulatorie
Conform SNiP, sarcina vântului, așa cum sa menționat deja, ar trebui determinată ca suma dintre standardul mediu și pulsația. Valoarea ultimului parametru depinde de tipul structurii în sine și de caracteristicile designului acesteia. În acest sens, ei disting:
- structuri cu o frecvență naturală de oscilație care depășește valoarea limită stabilită (coșuri,turnuri, catarge, aparate de tip coloană);
- structuri sau elemente ale construcției lor, care sunt un sistem cu un grad de libertate (cadre transversale ale clădirilor industriale cu un etaj, turnuri de apă etc.);
simetric în ceea ce privește clădirea
Formule pentru diferite tipuri de structuri
Pentru primul tip de structuri, la determinarea sarcinii vântului pulsatoriu, se utilizează formula:
Wp=WGV.
Aici W este sarcina standard determinată de formula prezentată mai sus, G este coeficientul de pulsație a presiunii la înălțimea z, V este coeficientul de corelație a pulsației. Ultimii doi parametri sunt determinați de tabele.
Pentru structurile cu o frecvență naturală de oscilație care depășește valoarea limită stabilită, la determinarea sarcinii vântului pulsatoriu se utilizează următoarea formulă:
Wp=WQG.
Aici Q este coeficientul dinamic determinat din diagramă (prezentată mai jos) în funcție de parametrul E, calculat prin formula E=√RW/940f (R este factorul de siguranță la sarcină, f este frecvența oscilațiilor naturale) și fluctuațiile de decrement logaritmice. Ultimul parametru este constant și acceptat pentru:
- pentru clădiri cu cadru de oțel ca 0,3;
- pentru catarge, garnituri etc. ca 0,15.
Pentru clădirile simetrice, sarcina vântului pulsatoriu este calculată cu formula:
-
Wp=mQNY.
Aici Q este coeficientul de dinamism, m este masa structurii la înălțimea z, Y este vibrațiile orizontale ale structurii la nivelul z conform primei forme. N în această formulă este un coeficient special, care poate fi determinat împărțind mai întâi structura în r, numărul de secțiuni în limitele cărora sarcina vântului este constantă și folosind formule speciale.
Încă o cale
Puteți calcula sarcina vântului folosind o metodă ușor diferită. În acest caz, mai întâi trebuie să determinați presiunea vântului folosind formula:
(Psf)=.00256V^2.
Aici V este viteza vântului (în mph).
Atunci ar trebui să calculați coeficientul de rezistență. Va fi egal cu:
- 1.2 - pentru structuri verticale lungi;
- 0,8 - pentru linii verticale scurte;
- 2.0 - pentru structuri orizontale lungi;
- 1.4 - pentru cele scurte (de exemplu, fațada unei clădiri).
În continuare, trebuie să utilizați formula generală pentru sarcina vântului pe o clădire sau o structură:
F=APCd.
Aici A este zona zonei, P este presiunea vântului, Cd este coeficientul de rezistență.
Puteți folosi și o formulă puțin mai complicată:
F=APCdKzGh.
Când se aplică, factorii de expunere Kz b și sensibilitatea la rafale Gh sunt luați în considerare suplimentar. Primul se calculează ca z/33]^(2/7,al doilea - 65+60 / (h/33)^(1/7). În aceste formule, z este înălțimea de la sol până la mijlocul structurii, h este înălțimea totală a acesteia din urmă.
Recomandări de la experți
Pentru a calcula sarcina vântului, inginerii recomandă adesea să folosească binecunoscutele programe MS Excel și OOo Calc din pachetul Open Office. Procedura de utilizare a acestui software, de exemplu, ar putea fi:
- Excel este activat pe foaia „Energie eoliană”;
- viteza vântului este înregistrată în celula D3;
- timp este în Z5;
- zona fluxului de aer - în D6;
- densitatea aerului sau greutatea specifică - în D7;
- Eficiența turbinei eoliene - în D8.
Există și alte moduri de a utiliza acest software cu alte intrări. În orice caz, este destul de convenabil să utilizați MS Excel și OOo Calc pentru a calcula sarcina vântului asupra clădirilor și structurilor, precum și a structurilor individuale ale acestora.
