Pri projektiranju zgrada i građevina potrebno je dosta često raditi proračun opterećenja vjetrom. Ovaj se pokazatelj izračunava pomoću posebnih formula. Važno je uzeti u obzir takvo opterećenje, na primjer, prilikom izrade crteža krovnih rešetkastih sustava, odabira mjesta i dizajna reklamnih panoa, itd.
SNiP standardi
Zapravo, sama definicija ovog parametra daje SNiP 2.01. 07-85. Prema ovom dokumentu, opterećenje vjetrom treba uzeti u obzir kao agregat:
- pritisak koji djeluje na vanjske površine strukture strukture ili elementa;
- sila trenja usmjerena tangencijalno na površinu konstrukcije, u odnosu na područje njezine okomite ili horizontalne projekcije;
- normalan pritisak primijenjen na unutarnju površinu zgrade s propusnim ovojnicama zgrade ili otvorenim otvorima.
Kako odrediti
Prilikom izračunavanja opterećenja vjetrom uzimaju se u obzir dva glavna parametra:
- prosječna komponenta;
- pulsirajuće.
Oterećenje je definirano kao zbroj ova dva parametra.
Prosječna komponenta: osnovna formula
Ako se opterećenje vjetrom ne uzme u obzir tijekom projektiranja, to će naknadno imati izrazito negativan utjecaj na performanse zgrade ili građevine. Njegova prosječna komponenta izračunava se sljedećom formulom:
W=Wok.
Ovdje je W izračunata vrijednost opterećenja vjetrom na visini z iznad površine zemlje, Wo je njena standardna vrijednost, k je koeficijent promjene tlaka s visinom. Svi početni podaci iz ove formule određeni su iz tablica.
Ponekad se u izračunima koristi i parametar c - aerodinamički koeficijent. Formula u ovom slučaju izgleda ovako: W=Woks.
Normativna vrijednost
Da biste saznali koji je ovaj parametar, trebate koristiti tablicu regija za opterećenje vjetrom Ruske Federacije. Samo ih je osam. Tablica opterećenja vjetrom (ovisnost vrijednosti Wo o određenoj regiji Rusije) prikazana je u nastavku.
Za malo proučena područja zemlje, kao i za planinske regije, ovaj parametar SNiP omogućuje određivanje prema službeno registriranim meteorološkim stanicama i na temelju radnog iskustva postojećih zgrada i građevina. U tom se slučaju koristi posebna formula za određivanje standardne vrijednosti opterećenja vjetrom. To izgleda ovako:
Wo=0,61 V2o.
Ovdje V2o - brzina vjetra u metrima u sekundi na razini od 10 m, što odgovara intervalu prosjeka od 10minuta i prekoračen svakih 5 godina.
Kako se određuje koeficijent k?
Postoji i posebna tablica za ovaj parametar. Pri njegovom određivanju treba uzeti u obzir vrstu područja na kojem se gradi građevina ili zgrada. Ima ih tri:
- Tip "A" - otvorena ravna područja: obale mora, jezera i rijeka, stepe, pustinje, regije tundre, šumske stepe.
- Tip "B" - teren prekriven preprekama do 10 metara visine: urbano područje, šume, itd.
- Tip "C" - urbana područja sa zgradama višim od 25 m.
Vrsta građevinskog područja također se određuje uzimajući u obzir zahtjeve SNiP-a. To se mora uzeti u obzir pri projektiranju. Smatra se da se svaka zgrada nalazi na lokalitetu određenog tipa ako se ovaj nalazi na njegovoj zavjetrinoj strani na udaljenosti od 30h. Ovdje je h projektna visina građevine do 60 m. Kod veće visine građevine, vrsta terena se smatra izvjesnom ako ostane najmanje 2 km od vjetrobranske strane.
Kako izračunati opterećenje mreškanja
Prema SNiP-u opterećenje vjetrom, kao što je već spomenuto, treba odrediti kao zbroj prosječnog standarda i pulsiranja. Vrijednost posljednjeg parametra ovisi o vrsti same strukture i značajkama njezina dizajna. U tom smislu razlikuju:
- građevine s prirodnom frekvencijom titranja koja prelazi utvrđenu graničnu vrijednost (dimnjaci,tornjevi, jarboli, aparati tipa stupova);
- strukture ili elementi njihove konstrukcije, koji su sustav s jednim stupnjem slobode (poprečni okviri industrijskih jednokatnih zgrada, vodotornjevi, itd.);
simetrično u smislu zgrade
Formule za različite vrste struktura
Za prvu vrstu konstrukcija, pri određivanju pulsirajućeg opterećenja vjetrom koristi se formula:
Wp=WGV.
Ovdje je W standardno opterećenje određeno gornjom formulom, G je koeficijent pulsiranja tlaka na visini z, V je koeficijent korelacije pulsiranja. Posljednja dva parametra određena su tablicama.
Za konstrukcije s frekvencijom prirodnog osciliranja koja prelazi utvrđenu graničnu vrijednost, sljedeća formula se koristi pri određivanju pulsirajućeg opterećenja vjetrom:
Wp=WQG.
Ovdje je Q dinamički koeficijent određen iz dijagrama (prikazano ispod) ovisno o parametru E, izračunat po formuli E=√RW/940f (R je faktor sigurnosti opterećenja, f je frekvencija prirodnih oscilacija) i fluktuacije logaritamskog dekrementa. Posljednji parametar je konstantan i prihvaća se za:
- za zgrade sa čeličnim okvirom kao 0,3;
- za jarbole, košuljice itd. kao 0,15.
Za simetrične zgrade, pulsirajuće opterećenje vjetrom izračunava se po formuli:
-
Wp=mQNY.
Ovdje je Q koeficijent dinamike, m je masa konstrukcije na visini z, Y su horizontalne vibracije konstrukcije na razini z prema prvom obliku. N u ovoj formuli je poseban koeficijent, koji se može odrediti tako da se konstrukcija prvo podijeli na r, broj sekcija unutar čijih granica je opterećenje vjetrom konstantno, i korištenjem posebnih formula.
Još jedan način
Možete izračunati opterećenje vjetrom koristeći nešto drugačiju metodu. U ovom slučaju prvo morate odrediti tlak vjetra pomoću formule:
(Psf)=.00256V^2.
Ovdje V je brzina vjetra (u mph).
Tada biste trebali izračunati koeficijent otpora. Bit će jednako:
- 1,2 - za dugačke okomite strukture;
- 0,8 - za kratke okomite linije;
- 2.0 - za dugačke horizontalne strukture;
- 1.4 - za kratke (na primjer, fasada zgrade).
Dalje, trebate koristiti opću formulu za opterećenje vjetrom na zgradi ili strukturi:
F=APCd.
Ovdje A je površina, P je tlak vjetra, Cd je koeficijent otpora.
Možete koristiti i malo kompliciraniju formulu:
F=APCdKzGh.
Kada se primjenjuju, faktori izloženosti Kz b i osjetljivost na udare vjetra Gh dodatno se uzimaju u obzir. Prvi se izračunava kao z/33]^(2/7,drugi - 65+60 / (h/33)^(1/7). U ovim formulama, z je visina od tla do sredine strukture, h je ukupna visina potonjeg.
Preporuke stručnjaka
Za izračun opterećenja vjetrom, inženjeri često savjetuju korištenje poznatih programa MS Excel i OOo Calc iz paketa Open Office. Postupak za korištenje ovog softvera, na primjer, može biti:
- Excel je omogućen na listu "Energija vjetra";
- brzina vjetra se bilježi u ćeliji D3;
- vrijeme je u D5;
- područje protoka zraka - u D6;
- gustoća zraka ili specifična težina - u D7;
- Učinkovitost vjetroturbine - u D8.
Postoje i drugi načini korištenja ovog softvera s drugim ulazima. U svakom slučaju, vrlo je prikladno koristiti MS Excel i OOo Calc za izračun opterećenja vjetrom na zgrade i građevine, kao i njihove pojedinačne strukture.
