Pri projektovaní budov a konštrukcií sa musí pomerne často vykonávať výpočet zaťaženia vetrom. Tento ukazovateľ sa vypočítava pomocou špeciálnych vzorcov. S takýmto zaťažením je dôležité počítať napríklad pri zostavovaní výkresov strešných väzníkov, výbere umiestnenia a dizajnu billboardov atď.
normy SNiP
V skutočnosti samotná definícia tohto parametra dáva SNiP 2.01. 07-85. Podľa tohto dokumentu by sa zaťaženie vetrom malo považovať za súhrn:
- tlak pôsobiaci na vonkajšie povrchy štruktúr konštrukcie alebo prvku;
- sila trenia smerujúca tangenciálne k povrchu konštrukcie, vztiahnutá na oblasť jej vertikálneho alebo horizontálneho priemetu;
- normálny tlak aplikovaný na vnútorný povrch budovy s priepustnými plášťami budovy alebo otvorenými otvormi.
Ako určiť
Pri výpočte zaťaženia vetrom sa berú do úvahy dva hlavné parametre:
- priemerná zložka;
- pulzujúce.
Zaťaženie je definované ako súčet týchto dvoch parametrov.
Priemerná zložka: základný vzorec
Ak sa pri návrhu nezohľadní zaťaženie vetrom, bude to mať následne mimoriadne negatívny vplyv na výkon budovy alebo konštrukcie. Jeho priemerná zložka sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:
W=Wok.
W je vypočítaná hodnota zaťaženia vetrom vo výške z nad zemským povrchom, Wo je jeho štandardná hodnota, k je koeficient zmeny tlaku s výškou. Všetky počiatočné údaje z tohto vzorca sú určené z tabuliek.
Niekedy sa vo výpočtoch používa aj parameter c - aerodynamický koeficient. Vzorec v tomto prípade vyzerá takto: W=Wokс.
Normatívna hodnota
Ak chcete zistiť, čo je tento parameter, musíte použiť tabuľku regiónov pre zaťaženie vetrom Ruskej federácie. Je ich len osem. Tabuľka zaťaženia vetrom (závislosť hodnôt Wo od konkrétneho regiónu Ruska) je uvedená nižšie.
Pre málo prebádané oblasti krajiny, ako aj pre horské oblasti vám tento parameter SNiP umožňuje určiť podľa oficiálne registrovaných meteorologických staníc a na základe prevádzkových skúseností existujúcich budov a stavieb. V tomto prípade sa na určenie štandardnej hodnoty zaťaženia vetrom používa špeciálny vzorec. Vyzerá to takto:
Wo=0,61 V2o.
Tu V2o - rýchlosť vetra v metroch za sekundu na úrovni 10 m, čo zodpovedá intervalu spriemerovania 10minút a prekročené každých 5 rokov.
Ako sa určuje koeficient k?
Pre tento parameter existuje aj špeciálna tabuľka. Pri jej určovaní sa berie do úvahy typ územia, kde sa má brať do úvahy konštrukcia stavby alebo budovy. Sú tri z nich:
- Typ "A" - otvorené rovinaté oblasti: pobrežia morí, jazier a riek, stepi, púšte, tundrové oblasti, lesostepi.
- Typ "B" - terén pokrytý prekážkami do výšky 10 metrov: mestská oblasť, lesy atď.
- Typ „C“– mestské oblasti s budovami vyššími ako 25 m.
Typ oblasti výstavby sa určuje aj s prihliadnutím na požiadavky SNiP. Toto je potrebné vziať do úvahy pri navrhovaní. Každá stavba sa považuje za umiestnenú v lokalite určitého typu, ak sa táto nachádza na jej náveternej strane vo vzdialenosti 30 hodín. Tu h je návrhová výška konštrukcie do 60 m. Pri vyššej výške budovy sa typ terénu považuje za istý, ak zostane aspoň 2 km od náveternej strany.
Ako vypočítať zvlnenie
Podľa SNiP zaťaženie vetrom, ako už bolo uvedené, by sa malo určiť ako súčet priemernej normy a pulzácie. Hodnota posledného parametra závisí od typu samotnej konštrukcie a vlastností jej dizajnu. V tomto ohľade rozlišujú:
- konštrukcie s vlastnou frekvenciou kmitov prekračujúcou stanovenú hraničnú hodnotu (komíny,veže, stožiare, prístroje stĺpového typu);
- konštrukcie alebo prvky ich konštrukcie, ktoré sú systémom s jedným stupňom voľnosti (priečne rámy priemyselných jednoposchodových budov, vodárenských veží atď.);
symetrický z hľadiska budovy
Vzorce pre rôzne typy štruktúr
Pre prvý typ konštrukcií sa pri určovaní zaťaženia pulzujúcim vetrom používa vzorec:
Wp=WGV.
W je štandardné zaťaženie určené podľa vzorca uvedeného vyššie, G je koeficient tlakovej pulzácie vo výške z, V je korelačný koeficient pulzácie. Posledné dva parametre určujú tabuľky.
Pre konštrukcie s frekvenciou vlastných kmitov presahujúcou stanovenú limitnú hodnotu sa pri určovaní zaťaženia pulzujúcim vetrom používa nasledujúci vzorec:
Wp=WQG.
Tu Q je dynamický koeficient určený z diagramu (uvedeného nižšie) v závislosti od parametra E, vypočítaný podľa vzorca E=√RW/940f (R je bezpečnostný faktor zaťaženia, f je frekvencia vlastných kmitov) a kolísanie logaritmického dekrementu. Posledný parameter je konštantný a akceptovaný pre:
- pre budovy s oceľovým rámom ako 0,3;
- pre sťažne, výstelky atď. ako 0,15.
Pre symetrické budovy sa pulzujúce zaťaženie vetrom vypočíta podľa vzorca:
-
Wp=mQNY.
Tu Q je koeficient dynamiky, m je hmotnosť konštrukcie vo výške z, Y sú horizontálne vibrácie konštrukcie na úrovni z podľa prvého tvaru. N v tomto vzorci je špeciálny koeficient, ktorý možno určiť najprv rozdelením konštrukcie na r, počet úsekov, v rámci ktorých je zaťaženie vetrom konštantné, a pomocou špeciálnych vzorcov.
Ešte jeden spôsob
Zaťaženie vetrom môžete vypočítať trochu inou metódou. V tomto prípade musíte najprv určiť tlak vetra pomocou vzorca:
(Psf)=0,00256V^2.
V je rýchlosť vetra (v mph).
Potom by ste mali vypočítať koeficient odporu vzduchu. Bude sa rovnať:
- 1.2 – pre dlhé vertikálne konštrukcie;
- 0,8 – pre krátke zvislé čiary;
- 2.0 – pre dlhé horizontálne konštrukcie;
- 1.4 – pre krátke (napríklad fasáda budovy).
Ďalej musíte použiť všeobecný vzorec pre zaťaženie vetrom na budove alebo konštrukcii:
F=APCd.
Tu A je plocha, P je tlak vetra, Cd je koeficient odporu vzduchu.
Môžete použiť aj trochu komplikovanejší vzorec:
F=APCdKzGh.
Pri aplikácii sa dodatočne berú do úvahy expozičné faktory Kz b a citlivosť poryvov Gh. Prvý sa vypočíta ako z/33]^(2/7,druhá - 65+60 / (h/33)^(1/7). V týchto vzorcoch je z výška od zeme po stred konštrukcie, h je celková výška konštrukcie.
Odporúčania od odborníkov
Na výpočet zaťaženia vetrom inžinieri často odporúčajú použiť známe programy MS Excel a OOo Calc z balíka Open Office. Postup pri používaní tohto softvéru môže byť napríklad:
- Excel je povolený na hárku „Veterná energia“;
- rýchlosť vetra je zaznamenaná v bunke D3;
- čas je v D5;
- plocha prúdenia vzduchu - v D6;
- hustota vzduchu alebo merná hmotnosť – v D7;
- Účinnosť veterných turbín – v D8.
Existujú aj iné spôsoby použitia tohto softvéru s inými vstupmi. V každom prípade je celkom vhodné použiť MS Excel a OOo Calc na výpočet zaťaženia vetrom na budovy a konštrukcie, ako aj ich jednotlivé konštrukcie.
