Определение ветровой нагрузки: Особенности расчета металлических решетчатых башен на ветровую нагрузку

Содержание

ASCE 7-10 Пример расчета ветровой нагрузки

Полностью проработанный пример ASCE 7-10 расчеты ветровой нагрузки

SkyCiv выпустила бесплатный калькулятор ветровой нагрузки который имеет несколько ссылок на код, включая ASCE 7-10 процедура ветровой нагрузки. В этой секции, мы собираемся продемонстрировать, как рассчитать ветровые нагрузки, используя модель склада S3D ниже:

фигура 1. Модель склада в SkyCiv S3D на примере.

фигура 2. Местонахождение площадки (из Google Maps).

Стол 1. Данные здания, необходимые для расчета ветра.

Расположение Кордова, Мемфис, Теннесси
Заполняемость Разное – Структура растений
местность Плоские сельхозугодья
Размеры 64 футов × 104 футы в плане
Высота карниза 30 фут
Высота апекса на высоте. 36 футСкат крыши 3:16 (10.62°)
С открытием
покрытие Purlins на расстоянии 2 фута
Стенные шпильки на расстоянии 2 фута

В нашем ASCE 7-10 пример ветровой нагрузки, расчетное давление ветра для большого, Трехэтажная структура завода будет определена.

инжир. 1 показаны размеры и каркас здания. Данные здания приведены в таблице. 1.

Хотя существует ряд программ, в которых расчет ветровой нагрузки уже интегрирован в их проектирование и анализ., только некоторые из них обеспечивают подробный расчет этого конкретного типа нагрузки.. Пользователям потребуется выполнить ручные вычисления этой процедуры, чтобы проверить, совпадают ли результаты с результатами, полученными с помощью программного обеспечения..

По формуле определения расчетного давления ветра:

Для закрытых и частично закрытых зданий:

\(p = qG{С}_{п} -{Q}_{я}({GC}_{число Пи})\) (1)

Для открытых зданий:

\(p = q{грамм}_{е}{С}_{п} -{Q}({GC}_{число Пи})\) (2)

куда:

\(ГРАММ) = фактор влияния порывов

\({С}_{п}\) знак равно коэффициент внешнего давления
\(({GC}_{число Пи})\)= коэффициент внутреннего давления
\(д ) = скорость давления, в ПСФ, определяется по формуле:

\(q = 0.2) (3)

\(д ) знак равно \({Q}_{час}\) для подветренных стен, боковые стенки, и крыши,оценивается на средней высоте крыши, \(час)
\(д ) знак равно \({Q}_{с участием}\) для наветренных стен, оценивается на высоте, \(с участием)
\({Q}_{я}\) знак равно \({Q}_{час}\) для отрицательного внутреннего давления, \((-{GC}_{число Пи})\) оценка и \({Q}_{с участием}\) для положительной оценки внутреннего давления \((+{GC}_{число Пи})\) частично закрытых зданий но можно принять за \({Q}_{час}\) для консервативного значения.
\({К}_{с участием}\) = коэффициент скорости давления
\({К}_{ZT}\)= топографический фактор
\({К}_{d}\)= коэффициент направленности ветра
\(V) = базовая скорость ветра в милях в час

Мы углубимся в детали каждого параметра ниже. более того, мы будем использовать Направленную процедуру (глава 30 ASCE 7-10) при решении расчетных ветровых давлений.

Категория риска

Первое, что нужно сделать при определении расчетного ветрового давления, – это классифицировать категорию риска конструкции, основанную на использовании или занятости конструкции.. Для этого примера, так как это структура растения, структура классифицируется как Категория риска IV. Смотрите таблицу 1.5-1 ASCE 7-10 для получения дополнительной информации о классификации категорий риска.

Основная скорость ветра, \(V)

ASCE 7-10 обеспечивает карту ветра, где соответствующая базовая скорость ветра местоположения может быть получена из рисунков 26.5-1A-1C. Категория размещения определяется и классифицируется в Международном строительном кодексе..

При просмотре карт ветра, взять наибольший номер категории из определенной категории риска или занятости. В большинстве случаев, включая этот пример, они одинаковые. Из рисунка 26.5-1B, Кордова, Мемфис, Теннесси как-то рядом, где красная точка на рисунке 3 ниже, и оттуда, основная скорость ветра, \(V), является 120 миль / ч. Обратите внимание, что для других мест, вам нужно будет интерполировать базовое значение скорости ветра между контурами ветра.

фигура 3. Базовая карта скорости ветра от ASCE 7-10.

SkyCiv теперь автоматизирует расчеты скорости ветра с помощью нескольких параметров. Пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Категория экспозиции

Смотрите раздел 26.7 ASCE 7-10 подробно описана процедура определения категории воздействия.

В зависимости от выбранного направления ветра, Экспозиция конструкции должна быть определена на 45 ° против ветра.. Должно быть принято воздействие, которое приведет к наибольшей ветровой нагрузке с указанного направления..

Описание каждой классификации воздействия подробно описано в разделе 26.7.2 и 26.7.3 ASCE 7-10. Чтобы лучше проиллюстрировать каждый случай, примеры каждой категории приведены в таблице ниже.

Стол 2. Примеры областей, классифицированных в соответствии с категорией воздействия (Глава C26 ASCE 7-10).

Контакт пример
Экспозиция Б
  • Пригородный жилой район с в основном жилыми домами – Малоэтажные строения, меньше, чем 30 футов в высоту, в центре фотографии есть участки, обозначенные как экспозиция b, с шероховатостью поверхности, категория B рельеф вокруг площадки на расстоянии, превышающем 1500 футов в любом направлении ветра.
  • Городской район с многочисленными близко расположенными препятствиями размером с дом на одну семью или больше. – Для всех структур показано, рельеф местности, представляющий категорию шероховатости поверхности b, простирается более чем в двадцать раз по высоте конструкции или 2600 фут, смотря что больше, в противотоке. Конструкции на переднем плане расположены в экспозиции B – Структуры в центре верхней части фотографии, примыкающей к поляне слева, что больше чем приблизительно 656 футов в длину, находятся в экспозиции c при ветре слева над поляной.
Выдержка С
  • Плоские открытые поля с рассеянными препятствиями, высота которых обычно меньше 30 фут.
  • Открытая местность с рассеянными препятствиями, высота которых обычно меньше 30 фут для большинства направлений ветра, все одноэтажные конструкции со средней высотой крыши менее 30 футы на фотографии меньше 1500 футов или в десять раз больше высоты конструкции, смотря что больше, из открытого поля, которое предотвращает использование воздействия B.
Экспозиция D
  • Здание на береговой линии (исключая береговую линию в подверженных ураганам регионах) при ветре над открытой водой на расстоянии не менее 1 мили. Береговые линии в зоне воздействия D включают внутренние водные пути, великие озера, и прибрежные районы Калифорнии, Орегон, Вашингтон, и Аляска.


Для нашего примера, так как строение расположено на сельскохозяйственных угодьях в Кордове, Мемфис, Теннесси, без каких-либо зданий выше, чем 30 фут, поэтому область классифицируется как Выдержка С. Полезный инструмент в определении категории экспозиции – просмотр вашего потенциального сайта через спутниковое изображение. (Карты Google например).

Коэффициент направленности ветра, \({К}_{d}\)

Факторы направленности ветра, \({К}_{d}\), для нашей структуры оба равны 0.85 так как здание является основной системой против ветра, а также имеет компоненты и облицовку, прикрепленные к конструкции. Это показано в таблице 26.6-1 ASCE 7-10 как показано ниже на рисунке 4.

фигура 4. Коэффициент направленности ветра в зависимости от типа конструкции (Стол 26.6-1 ASCE 7-10).

Топографический фактор, \({К}_{ZT}\)

Так как конструкция находится на плоской сельхозугодии, можно предположить, что топографический фактор, \({К}_{ZT}\), является 1.0. В противном случае, фактор может быть решен с помощью рисунка 26.8-1 ASCE 7-10. Чтобы определить, требуются ли дальнейшие расчеты топографического фактора, см раздел 26.8.1, если ваш сайт не соответствует всем перечисленным условиям, тогда топографический фактор можно принять за 1.0.

фигура 5. Параметры, необходимые для расчета топографического фактора, \({К}_{ZT}\) (Стол 26.8-1 ASCE 7-10).

Заметка: Факторы топографии могут быть автоматически рассчитаны с использованием SkyCiv Wind Design Software

Коэффициент Давления Скорости, \({К}_{с участием}\)

Коэффициент скорости давления, \({К}_{с участием}\), можно рассчитать с помощью таблицы 27.{2/а }\) (5)

куда:

Стол 3. Значения и \({с участием}_{грамм}\) из таблицы 26.9-1 ASCE 7-10.

Контакт а \({с участием}_{грамм}\)(фут)
В 7 1200
С 9.5 900
D 11.5 700


Обычно, коэффициенты скоростного давления при средней высоте крыши, \({К}_{час}\), и на каждом уровне этажа, \({К}_{день}\), значения, которые нам понадобятся для того, чтобы определить расчетное давление ветра. Для этого примера, поскольку давление ветра с наветренной стороны носит параболический характер, мы можем упростить эту нагрузку, предположив, что на стены между уровнями пола действует равномерное давление..

Структура завода имеет три (3) этажей, поэтому мы разделим наветренное давление на эти уровни. более того, так как крыша двускатная, средняя высота крыши может быть взята за среднее значение карниза крыши и высоты вершины, который 33 фут.

Стол 4. Расчетные значения коэффициента давления скорости для каждой высоты возвышения.

высота (фут) \({К}_{с участием}\)
10 0.85
20 0.90
30 0.98
33 1.00 \({К}_{zh}\)

Скоростное давление

Из уравнения (3), мы можем решить для скорости давления, \(д ) в PSF, на каждой рассматриваемой высоте.

Стол 5. Расчетные значения скоростного давления на каждой высоте возвышения.

высота (фут) \({К}_{с участием}\) \(д )(PSF) замечания
10 0.85 26.63 1первый этаж
20 0.90 28.20 2второй этаж
30 0.98 30.71 Карниз крыши
33 1.00 31.33 Средняя высота крыши, \({Q}_{час}\)

Фактор порыва, грамм

Фактор порыва, \(ГРАММ), установлен в 0.85 поскольку структура считается жесткой (Раздел 26.9.1 ASCE 7-10).

Классификация корпуса и коэффициент внутреннего давления

Предполагается, что в конструкции завода есть проемы, которые удовлетворяют определению частично закрытого здания в Разделе 26.2 ASCE 7-10. таким образом, коэффициент внутреннего давления, \(({GC}_{число Пи})\), должен быть +0.55 и -0.55 на основании таблицы 26.11-1 ASCE 7-10.

фигура 6. Коэффициент внутреннего давления, \(({GC}_{число Пи})\), из Таблица 26.11-1 ASCE 7-10.

Коэффициент внешнего давления, \({С}_{п}\)

Для закрытых и частично закрытых зданий, Коэффициент внешнего давления, \({С}_{п}\), рассчитывается с использованием информации, представленной на рисунке 27.4-1 через рисунок 27.4-3. Для частично закрытого здания с двускатной крышей, использовать рисунок 27.4-1.

Коэффициенты внешнего давления для стен и крыши рассчитываются отдельно с использованием параметров здания L, В, и ч, которые определены в примечании 7 рисунка 27.4-1.

таким образом, нам нужно рассчитать ФУНТ и ч / л:

Средняя высота крыши, h = 33′
Длина здания, L = 64′
Ширина здания, B = 104′
L / B = 0.615
ч / л = 0.516
ч / б = 0.317

Из этих значений, мы можем получить коэффициенты внешнего давления, \({С}_{п}\), для каждой поверхности используя стол 27.4-1 ASCE 7-10. Обратите внимание, что мы можем использовать линейную интерполяцию, когда угол крыши, θ, ФУНТ, и ч / л значения находятся между теми, которые указаны в таблице. Для нашего примера, коэффициенты внешнего давления для каждой поверхности показаны в таблицах. 6 в 8.

Стол 6. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей стен.

поверхность \({С}_{п}\)
Навесная стена 0.8
Подветренная стена -0.5
Боковая стенка -0.7


Стол 7. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей крыши (ветровая нагрузка вдоль L).

Коэффициенты внешнего давления для кровли \({С}_{п}\) (вдоль L)
ч / л наветренный подветренный
10° 10.62° 15° 10° 10.62° 15°
0.5 -0.9
-0.18
-0.88
-0.18
-0.7
-0.18
-0.50 -0.50 -0.50
0.516 -0.91
-0.18
-0.89
-0.18
-0.71
-0.18
-0.51 -0.51 -0.50
1.0 -1.3
-0.18
-1.26
-0.18
-1.0
-0.18
-0.70 -0.69 -0.60


Стол 8. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей крыши (ветровая нагрузка вдоль В).

Коэффициенты внешнего давления для кровли \({С}_{п}\) (вдоль Б)
ч / B Расположение \({С}_{п}\)
0.317 0 в час -0.9
-0.18
ч / 2 в час -0.9
-0.18
час в 2час -0.5
-0.18
>2час -0.3
-0.18


Коэффициент внешнего давления с двумя значениями, как показано в таблицах 7 и 8 должны быть проверены в обоих случаях.

Расчетное ветровое давление для основной системы защиты от ветра

Используя уравнение (1), расчетное давление ветра можно рассчитать. Результаты наших расчетов приведены в таблицах. 8 и 9 ниже. Обратите внимание, что на структуру будут воздействовать четыре случая, так как мы будем рассматривать давление, решаемое с помощью \((+{GC}_{число Пи})\) и \((-{GC}_{число Пи})\) , и \(+{С}_{п}\) и \(-{С}_{п}\) для крыши.

Стол 9. Расчетное давление ветра для поверхностей стен.

Расчетное давление, \(п), для стен
Высота этажа \({Q}_{с участием}\), PSF наветренный подветренный Боковая стенка
\((+{GC}_{число Пи})\) \((-{GC}_{число Пи})\) \((+{GC}_{число Пи})\) \((-{GC}_{число Пи})\) \((+{GC}_{число Пи})\) \((-{GC}_{число Пи})\)
10 26.63 0.88 (0.88) 35.35 (35.35) -30.55
(-30.55)
3.92
(3.92)
-35.88
(-35.88)
-1.41
(-1.41)
20 28.20 1.94 (1.94) 36.41 (36.41)
30 30.71 3.65 (3.65) 38.12 (38.12)
33 31.33 4.07 (4.07) 38.54 (38.54)

(Результаты SkyCiv Wind Load)

Стол 10. Расчетное давление ветра для поверхностей крыши.

Расчетное давление крыши, PSF (вдоль L) Расчетное давление крыши, PSF (вдоль Б)
поверхность \((+{GC}_{число Пи})\) \((-{GC}_{число Пи})\) Расположение
(от наветренного края)
\((+{GC}_{число Пи})\) \((-{GC}_{число Пи})\)
наветренный -40.87 (-40.87) -6.41 (-6.40) 0 в ч / 2 -41.20(-41.20) 12.44(12.44)
-22.03 (-22.03) 12.44 (12.44) ч / 2 в час -41.20(-41.20)
подветренный -30.71 (-30.71) 3.76 (3.83) час в 2час -30.55(-30.55)
>2час -25.22(-25.22)

(Результаты SkyCiv Wind Load)

Чтобы применить эти давления к конструкции, будем рассматривать единый каркас на конструкции. Образец подачи заявления 1 и 2 (для обоих \(({GC}_{число Пи})\)) показаны на рисунках 7 и 8. Направление ветра, показанное на вышеупомянутых фигурах, соответствует длине, L, здания.

Обратите внимание, что положительный знак означает, что давление действует по направлению к поверхности, а отрицательный знак – от поверхности.. Длина бухты 26 ноги.

фигура 7. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме – \((+{GC}_{число Пи})\) и абсолютное максимальное давление в кровле.

фигура 8. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме – \((-{GC}_{число Пи})\) и абсолютное максимальное давление в кровле.

SkyCiv упрощает эту процедуру, просто определяя параметры. Пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Расчетное ветровое давление для компонентов и оболочки (С&С)

Компоненты и оболочки определены в главе C26 ASCE 7-10 так как: «Компоненты получают ветровые нагрузки напрямую или от оболочки и передают нагрузку на MWFRS», тогда как «оболочка получает ветровые нагрузки напрямую». Примеры компонентов включают в себя «крепежные элементы», прогоны, шпильки, настил крыши, и стропильные фермы »и для облицовки« настенные покрытия, навесные стены, кровельные покрытия, наружные окна, и т.д.”

Из главы 30 ASCE 7-10, Расчетное давление для компонентов и оболочки должно быть рассчитано по формуле (30.4-1), показано ниже:

\(р = {Q}_{час}[({GC}_{п})-({GC}_{число Пи})]\) (6)

куда:

\({Q}_{час}\): скоростное давление оценивается на средней высоте крыши, час (31.33 PSF)
\(({GC}_{число Пи}\)): коэффициент внутреннего давления
\(({GC}_{п}\)): коэффициент внешнего давления

Для этого примера, \(({GC}_{п}\)) будет найден с помощью рисунка 30.4-1 для зоны 4 и 5 (стены), и рисунок 30.4-2B для зоны 1-3 (крыша). В нашем случае, правильная цифра зависит от уклона крыши, θ, что составляет 7 °< θ ≤ 27 °. \(({GC}_{п}\)) можно определить для множества типов крыш, изображенных на рисунке 30.4-1 через рисунок 30.4-7 и рисунок 27.4-3 в разделе 30 и глава 27 ASCE 7-10, соответственно.

Мы рассчитаем только расчетное давление ветра для прогонов и стенных шпилек.. Зоны для компонентов и давления оболочки показаны на рисунке 9.

фигура 9. Расположение рассчитанного C&Давление C.

Расстояние а от краев можно рассчитать как минимум 10% наименьшего горизонтального размера или 0.4час но не меньше чем либо 4% наименьшего горизонтального размера или 3 фут.

а : 10% из 64 футов = 6.4 фут > 3фут
0.4(33фут) знак равно 13.2 фут 4% из 64 футов = 2.56 фут
а = 6.4 фут

Стенные шпильки (С&C Стена Давления)

На основании рисунка 30.4-1, в \(({GC}_{п}\)) можно рассчитать для зон 4 и 5 на основе эффективной площади ветра. Обратите внимание, что определение эффективной площади ветра в главе C26 ASCE 7-10 утверждает, что: «Чтобы лучше аппроксимировать фактическое распределение нагрузки в таких случаях, ширина зоны эффективного ветра, используемой для оценки \(({GC}_{п}\)) не должны быть приняты как менее одной трети длины области “. следовательно, эффективная площадь ветра должна составлять максимум:

Эффективная площадь ветра = 10 футов *(2фут) или 10 футов *(10/3 фут) знак равно 20 sq.ft. или 33.3 кв. футов.
Эффективная зона ветра = 33.3 кв. футов.

Положительное и отрицательное \(({GC}_{п}\)) для стен может быть аппроксимирован с помощью приведенного ниже графика, как часть рисунка 30.4-1:

фигура 10. Приближенный \(({GC}_{п}\)) значения из рисунка 30.4-1 ASCE 7-10.

Стол 11. Расчетный C&C давления для настенного шпильки.

зона \(+({GC}_{п}\)) \(-({GC}_{п}\)) С&C Давления, PSF
\(+({GC}_{п}\)) \(-({GC}_{п}\))
4 0.90 -1.0 10.97
45.43
-48.56
-14.10
5 0.90 -1.2 10.97
45.43
-54.83
-20.36

Прогоны (С&C Крыша Давление)

С 30.4-2Б, эффективное давление ветра для зон 1, 2, и 3 можно определить. Так как фермы расположены на 26 футов, следовательно, это будет длина прогонов. Эффективная площадь ветра должна составлять максимум:

Эффективная площадь ветра = 26 футов *(2фут) или 26 футов *(26/3 фут) знак равно 52 фут2 или 225.33 sq.ft.
Эффективная зона ветра = 225.33 sq.ft.

Положительное и отрицательное \(({GC}_{п}\)) для крыши может быть аппроксимирован с помощью приведенного ниже графика, как часть рисунка 30.4-2B:

фигура 11. \(({GC}_{п}\)) значения из рисунка 30.4-2B ASCE 7-10.

Стол 12. Расчетный C&С давления для прогонов.

зона +(граммСп) -(граммСп) С&C Давления, PSF
+(граммСчисло Пи) -(граммСчисло Пи)
1 0.30 -0.80 -7.83
26.63
-42.30
-7.83
2 0.30 -1.2 -7.83
26.63
-54.83
-20.36
3 0.30 -2.0 -7.83
26.63
-79.89
-45.43

Все эти расчеты можно выполнить, используя SkyCiv Wind Load Software для ASCE 7-10, 7-16, В 1991, НЦББ 2015, и, как 1170. Пользователи могут войти в местоположение сайта, чтобы получить скорость ветра и факторы топографии, введите параметры здания и создайте давление ветра. С профессиональной учетной записью, пользователи могут автоматически применять это к структурной модели и запускать структурный анализ в одном программном обеспечении.

В противном случае, пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool для расчета скорости ветра и давления ветра на простых конструкциях.

Калькулятор ветровой нагрузки SkyCiv

Патрик Эйлсворт Гарсия
Инженер-строитель, Разработка продукта
MS Гражданское строительство

Ссылки:
  • Мехта, К. C., & Coulbourne, W. L. (2013, июнь). Ветровые нагрузки: Руководство по положениям ветровой нагрузки ASCE 7-10. Американское общество гражданских инженеров.
  • Минимальные проектные нагрузки для зданий и других сооружений. (2013). ASCE / SEI 7-10. Американское общество гражданских инженеров.

 

Расчет ветровой нагрузки рекламных конструкций в Москве

Одним из основных воздействий на рекламные уличные конструкции является ветровая нагрузка. Порядок её расчета прописан в СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». В этой статье мы постараемся систематизировать методику определения ветровой нагрузки применительно к рекламным вывескам. 

Для расчета ветровой нагрузки нам понадобятся:

1. Исходные данные:

  • месторасположение рекламной установки на территории РФ.
  • тип местности, на которой установлена реклама
  • габаритные размеры вывески
  • высота расположения вывески над поверхностью земли.
  • монтажная схема вывески ( отдельностоящая, на фасаде здания и т.д.)

2. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздествия» ( ссылка как на [1] ), Скачать СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»

3. Калькулятор

 

1. Согласно п. 6.2 [1] – ветровую нагрузку следует определять как сумму среденей и пульсационной составляющих:

W = Wm + Wp,

где
Wm – нормативное значение среденей составляющей,
Wp – нормативное значение пульсационной составляющей,

2. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Wm = w0 · k ·c,

где
w0 – нормативное значение ветрового давления ( см. п. 6.4 [1] ),
k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте ( см. п. 6.5 [1] ),
c – аэродинамический коэффициент ( см. п. 6.6 [1] ). В конце статьи в Таблице 1 приведены аэродинамические коээфициенты наиболее часто встречающихся расчетных схем.

Нормативное значение ветрового давления w0 следует принимать в зависимости от ветрового района РФ по данным табл.5 [1]. К примеру, Москва – Ι ветровой район, w0= 0,23 кПа

Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл.6 [1] в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.
С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Как правило, к рекламщикам относятся типы местности В и С. Нужно определить к какому типу местности относится наша вывеска. Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h ( h – высота сооружения )

3. Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z следует определять:

а) для сооружений ( и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний f1, Гц, больше предельного значения собственной частоты fl=2,9, по формуле:

Wp= Wm·ζ ·ν,

где
Wm – определяется в соответствии с пунктом 2 данной статьи,
ζ – коэффициент пульсаций давления ветра на уровне z, принимаемый по табл.7 [1],
ν – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра ( см. п 6.9[1] ).

б) для сооружений ( и их конструктивных элементов), которые можно рассматривать как систему с одной степенью свободы ( например, водонапорная башня) , при f1< 2,9

Wp=Wm·ξ·ζ ·ν,

где
ξ – коэфиициент динамичности , определяемый по черт.2 [1] в зависимости от параметра и логарифмического декремента колебаний б=0,15 ( см. 6.8 [1] ),
γf – коэффициент надежности по нагрузке = 1,4,
w0 – нормативное значение ветрового давления, Па, см табл.5 [1]. ( к примеру, для Москвы =23000 Па).


4. После того, как определены нормативные составляющие ( средняя и пульсационная), определяем расчетную величину ветровой нагрузки.

Wрасч = (Wm + Wр ) ·γf,

где
γf – коэффициент надежности по нагрузке = 1,4

 

Таблица аэродинамических коэффициентов , с

Схема

с

Примечание

1

с=1,4

Отдельностоящие рекламные конструкции ( реламные щиты, пилоны, стеллы и т.д.), панель-кронштейны, крышные установки. Вывески прямоугольной формы, где присутствует ветровое давление как с наветренной стороны, так и с заветренной

2

с=-0,6

Вывески , расположенные на фасадах боллее 1,5 м от краев и углов здания.

Ветер отрывает вывеску от фасада.

3

с=-2

Вывески, расположенные на фасадах в области 1,5 м от краев и углов здания, и во внурненних углах здания.

Зона повышенного отрицательного давления ветра!!!

4

с(ф)=1,4·φ

Плоская ферма

φ= ∑f1/ F -коэффициент заполнения, где

∑f1- сумма проекции элементов фермы на плоскость фермы

F= h·L- площадь всей фермы

5

с(пр)=с(ф)(1+m)

при f ≥0,6 и b/h=6…m=0,4;

f ≥0,6 и b/h=4…m=0,3;

f ≥0,6 и b/h=2…m=0,2;

f ≥0,6 и b/h=1…m=0,05;

f =0 и при любом b/h…m=1;

Пространственная ферма

с(пр)- аэродинам. коэфф-т пространственной фермы

с(ф)- аэродинам. коэфф-т плоской фермы

Для промежуточных значений геометрических параметров аэродинамический коэфф-т определяется интерполяцией.

Как правильно оценить ветровую устойчивость профиля

На сегодняшний день самым главным критерием при выборе профиля является его устойчивость к ветровым нагрузкам и способность роллеты вследствие этого сохранять работоспособность.

Как же правильно подобрать роллетный профиль для того или иного региона? Для этого рекомендуем обратить внимание на два основных момента:

1. Определение ветрового региона, в котором будет установлена роллета, согласно СНиП 2.01.07

На территории СНГ с 1993 г. главным документом при проектировании и строительстве зданий является СНиП 2.01.07. В соответствии с ним вся территория разделяется на ветровые районы, каждому из которых соответствует свое ветровое давление.

Ветровой район по СНиП 2.01.07 1 2 3 4 5 6 7
                 
Ветровое давление 170 Па 230 Па 300 Па 380 Па 480 Па 600 Па 730 Па 850 Па
Скорость ветра 16,8 м/с 19,5 м/с 22,3 м/с 25,2 м/с 28,3 м/с 31,6 м/с 34,9 м/с 37,7 м/с

Наиболее распространенными на территории СНГ являются 1–3 районы с давлением 230–380 Па.

С сентября 2012 г. действует еще один стандарт – ГОСТ Р 52502-2012, который среди прочих требований определяет характеристики ветровой устойчивости роллет. ГОСТ выделяет восемь классов ветрового сопротивления, каждый из которых характеризуется своим уровнем давления. Классификация ветровых классов согласно ГОСТ максимально приближена к данным европейского стандарта EN13659 и предназначена для справочного сопоставления роллет из различных профилей.

Класс ветрового сопротивления по ГОСТ Р52502-2012 0 1 2 3 4 5 6 7
                 
Ветровое давление <50 Па 50 Па 70 Па 100 Па 170 Па 270 Па 400 Па >400 Па
Скорость ветра <9,2 м/с 9,2 м/с 10,8 м/с 12,8 м/с 16,8 м/с 21,2 м/с 25,8 м/с >26 м/с

При этом для корректного сопоставления СНиП и ГОСТ следует иметь в виду, что 1–3 районам по СНиП 2.01.07 соответствуют 5–7 классы ветрового сопротивления по ГОСТ Р 52502-2012.

2. Выбор типоразмера профиля, который в данном ветровом районе способен закрыть необходимую ширину проема

После определения ветрого района необходимо уточнить максимальную ширину, которую в нем перекрывает выбранный профиль, и соответствует ли данное значение параметрам, предъявляемым к ширине заказчиком.

Как уже было описано выше, самыми распространенными на территории СНГ являются 1–3 районы. Фактически это означает, что для большинства зданий, построенных на территории СНГ, необходимо использовать роллетные системы, выдерживающие ветровое сопротивление в 230–380 Па.

Зачастую при продвижении профилей некоторые производители декларируют максимальную ширину перекрываемых проемов, которая рассчитана исходя из минимальных значений ветрового давления.

Так, 0–3 классы по ГОСТ Р 52502-2012 с ветровым давлением до 100 Па – это минимальные значения.

При расчете роллеты, подходящей под данные классы по ГОСТ, следует помнить, что подобное изделие не выдержит давления наиболее распространенных на территории СНГ ветровых нагрузок в 230–380 Па по СНиП.

Кроме того, основным параметром, обеспечивающим ветровую устойчивость, является толщина ленты и конфигурация профиля.

Чем толще лента, тем более устойчивым будет профиль при воздействии на него ветровых нагрузок.

Толщина алюминиевой ленты профилей роликовой прокатки «АЛЮТЕХ» в зависимости от типоразмера профиля составляет от 0,28 до 0,49 мм (с ЛКП) и является оптимальной для обеспечения надлежащей прочности.

Надеемся, что данная информация поможет нашим партнерам в работе и позволит еще раз обратить внимание на подготовку качественных предложений для конечного потребителя.

Расчет ветровой нагрузки. Расчет снеговой нагрузки на кровлю

Типы нагрузок на кровлю

Основными и наиболее опасными воздействиями на кровлю и на всю конструкцию в целом являются:

  • Снеговые нагрузки.
  • Ветровые нагрузки.

При этом, снеговые действуют в течение определенных зимних месяцев, отсутствуя в теплое время, тогда как ветер создает воздействие круглый год. Ветровые нагрузки, имея сезонные колебания силы и направления, в той или иной степени присутствуют постоянно и опасны периодически случающимися шквальными усилениями.

Кроме того, интенсивность этих нагрузок имеет разный характер:

  • Снег создает постоянное статическое давление, которое можно регулировать путем очистки крыши и удаления скоплений. Направление действующих усилий постоянно и никогда не меняется.
  • Ветер действует непостоянно, рывками, внезапно усиливаясь или утихая. Направление может изменяться, что заставляет все конструкции крыши иметь солидный запас прочности.

Внезапный сход с крыши больших масс снега может причинить ущерб имуществу или людям, оказавшимся в местах падения. Кроме того, периодически случаются кратковременные, но чрезвычайно разрушительные атмосферные явления — ураганные ветра, сильные снегопады, особенно опасные при наличии мокрого снега, который на порядок тяжелее обычного. Предсказать дату таких событий практически невозможно и в качестве защитных мер можно лишь увеличивать прочность и надежность кровли и стропильной системы.

Сбор нагрузок на кровлю

Зависимость нагрузок от угла наклона крыши

Угол наклона крыши определяет площадь и мощность контакта кровли с ветром и снегом. При этом, снеговая масса имеет вертикально направленный вектор силы, а ветровое давление, вне зависимости от направления — горизонтальный.

Поэтому, принимая угол наклона более крутым, можно снизить давление снежных масс, а иногда и полностью исключить возникновение скоплений снега, но, при этом, увеличивается «парусность» крыши, ветровые напряжения возрастают.

ВАЖНО!Это обстоятельство вынуждает искать «золотую середину», то есть — оптимальный угол наклона кровли, максимально снижающий снеговое давление и, при этом, создающий как можно меньшее препятствие для ветра.

Очевидно, что для снижения ветровых нагрузок идеальной была бы плоская кровля, тогда как именно она не позволит скатываться массам снега и поспособствует образованию больших сугробов, при таянии способных промочить всю постройку. Выходом из ситуации является выбор такого угла наклона, при котором максимально удовлетворяются требования как по снеговой, так и по ветровой нагрузкам, а они в разных регионах имеют индивидуальные значения.

Зависимость нагрузки от угла крыши

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

Количество осадков — показатель, напрямую зависящий от географии
региона. Более южные районы снега почти не видят, более северные имеют постоянное сезонное количество снеговых масс.

При этом, высокогорные районы, вне зависимости от географической широты, имеют высокие показатели по количеству выпадающего снега, что, в сочетании с частыми и сильными ветрами, создает массу проблем.

Строительные Нормы и Правила (СНиП), соблюдение положений которых является обязательным к выполнению, содержат специальные таблицы, отображающие нормативные показатели количества снега на единицу поверхности в разных регионах.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!Следует учитывать обычное состояние снеговых масс в данном районе. Мокрый снег в несколько раз тяжелее сухого.

Эти данные являются основой расчетов снеговых нагрузок, поскольку они вполне достоверны, а также приводятся не в средних, а в предельных значениях, обеспечивающих должный запас прочности при строительстве крыши.

Тем не менее, следует учитывать устройство кровли, ее материал, а также — наличие дополнительных элементов, вызывающих скопления снега, поскольку они могут существенно превышать нормативные показатели.

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона на схеме ниже.

Регион снеговой нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на плоскую крышу

Расчет несущих конструкций выполняется по методу предельных состояний, то есть таких, когда испытываемые усилия вызывают необратимые деформации или разрушения. Поэтому прочность плоской кровли должна превышать величину снеговой нагрузки для данного региона.

Для элементов крыши существует два типа предельных состояний:

  • Конструкция разрушается.
  • Конструкция деформируется, выходит из строя без полного разрушения.

Расчеты ведутся по обоим состояниям, имея целью получить надежную конструкцию, гарантированно выдерживающую нагрузку без последствий, но и без излишних затрат строительных материалов и труда. Для плоских крыш значения снеговых нагрузок будут максимальными, т.е. поправочный коэффициент уклона равен 1.

Таким образом, согласно таблицам СНиП, общий вес снега на плоской кровле составит величину норматива, умноженную на площадь кровли. Значения могут достигать десятки тонн, поэтому зданий с плоскими крышами в нашей стране практически не строят, особенно в регионах с высокими нормами осадков в зимнее время.

Нагрузка на плоскую крышу

Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн

ВАЖНО!Как рассчитать снеговую нагрузку на крышу? Для этого воспользуйтесь нашим онлайн калькулятором.

Пример расчета снеговой нагрузки поможет наглядно продемонстрировать порядок действий, а также покажет возможную величину давления снега на конструкции дома.

Снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается с помощью следующей формулы:

S = Sg * µ;

где S — давление снега на квадратный метр кровли.

Sg — нормативная величина снеговой нагрузки для данного региона.

µ — поправочный коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на разных углах наклона кровли. От 0° до 25° значение µ принимается равным 1, от 25° до 60° — 0,7. При углах наклона кровли свыше 60° снеговая нагрузка не учитывается, хотя в реальности бывают скопления мокрого снега и на более крутых поверхностях.

Произведем подсчет нагрузки на кровлю площадью 50 кв.м, угол наклона — 28° (µ=0,7), регион — Московская область.

Тогда нормативная нагрузка составляет (по данным СНиП) 180 кг/кв.м.

Умножаем 180 на 0,7 — получаем реальную нагрузку 126 кг/кв.м.

Полное давление снега на кровлю составит: 126 умножаем на площадь кровли — 50 кв.м. Результат — 6300 кг. Таков расчетный вес снега на крыше.

Снеговое воздействие на кровлю

Ветровая нагрузка на кровлю

Расчет ветровой нагрузки производится подобным образом. За основу берется нормативное значение ветровой нагрузки, действующее в данном регионе, которое умножается на поправочный коэффициент высоты здания:

W= Wo * k;

W — ветровая нагрузка на квадратный метр площади.

Wo — нормативная величина по региону.

k — поправочный коэффициент, учитывающий высоту над поверхностью земли.

Роза ветров

Имеются три группы значений :

  • Для открытых участков земной поверхности.
  • Для лесных массивов или городской застройки с высотой препятствий от 10 м.
  • Для городских поселений или местностей со сложным рельефом с высотой препятствий от 25 м.

Все нормативные значения, как и поправочные коэффициенты содержатся в таблицах СНиП и должны учитываться при расчетах нагрузок.

ОСТОРОЖНО!При проведении расчетов следует учитывать независимость снеговых и ветровых нагрузок друг от друга, а также — одновременность их воздействия. Общая нагрузка на кровлю — это сумма обоих значений.

В заключение необходимо подчеркнуть большую величину и неравномерность нагрузок, создаваемых снегом и ветрами. Значения, сопоставимые с собственным весом крыши, нельзя игнорировать, такие величины слишком серьезны. Невозможность регулировать или исключать их присутствие заставляет реагировать путем увеличения прочности и правильного выбора угла наклона.

Все расчеты должны опираться на СНиП, для уточнения или проверки результатов рекомендуется использовать онлайн-калькуляторы, которых много в сети. Лучшим способом станет применение нескольких калькуляторов с последующим сравнением полученных величин. Правильный расчет — основа долговременной и надежной службы кровли и всей постройки.

Расчет стропил

Если вы строите дом самостоятельно, и у вас нет достаточных знаний в области инженерии и архитектуры, то расчет нагрузки на крышу можно заказать в специализированной организации или у частного проектировщика. Если же постройка не столь требовательна к техническим расчетам, то все можно сделать своими собственными силами.

Как правильно рассчитать длину стропил? Она зависит от углов скатов крыши и от ее формы. Сперва следует ознакомиться с нормативной документацией. Для этого потребуется СНиП 2.01.07-85 и приложенные карты к изменениям в этом документе (они были обновлены в 2008 году). Оптимальный шаг между стропилами рассчитывают исходя из возможного предела расстояния, после которого конструкции разрушится полностью или частично.

При частичном разрушении выходят из строя различные элементы и узлы системы. Так, допустимый прогиб элементов конструкции стропил, ног, прогонов или раскосов не должен быть более 0,5% длины прогона или пролета. Полное разрушение наступает при превышении максимально допустимых нагрузок, поэтому крайне важно сделать правильный расчет стропил изначально. Рассчитывать необходимо оба варианта, так как важно знать пределы стойкости стропильной системы.

Снеговая нагрузка

Для тех регионов России, в которых обильные снегопады являются обычным явлением, расчет нагрузки на кровлю становится особенно важным. Для того, чтобы предусмотреть воздействие веса снега при расчете максимального предела прочности, берется полный вес покрова снега. Для расчета частичной разрушаемости, полный вес покрова снега умножается на коэффициент 0,7.

Снежные массы под своим весом могут постепенно сползать вниз, оказывая усиленное давление на свес карниза. Поэтому так важно не превышать допустимые выпуски кровельного материала, указанные производителем. Расчет нагрузки на крышу зависит от уклона кровли, а также направления преобладающих ветров. Дело в том, что с наветренной стороны снега будет меньше, а вот с подветренной — больше.


К примеру, следует рассчитать стропильную систему для двускатной кровли с углами 30 градусов. Для того чтобы посчитать нагрузку от снега с наветренной стороны, поправочный коэффициент принимается равным 0,75, с подветренной 1,25 (подробнее: «Расчет снеговой нагрузки, что нужно учитывать, какие могут быть последствия»). Все значения коэффициента принимаются исходя из указаний СНиП 2.01.07-85. Для кровель с уклоном более 60 градусов этот коэффициент и вовсе не учитывается, так как на таких скатах снег попросту не задерживается.
Для расчета полной снеговой нагрузки (Q1) необходимо использовать соответствующую таблицу из указанного документа СНиП. Формула расчета кровли при этом имеет вид: Q1= m*Q. m — это поправочный коэффициент, рассчитанный методом интерполяции (при уклоне в 30 градусов он равен 1, при уклоне 60 градусов — 0). Q — снеговая нагрузка, указанная в таблице.
Для того, чтобы посчитать нормативную снеговую нагрузку Q2, пользуются атласом изменений текущего СНиПа или простой формулой Q2= 0,7*Q*m (прочитайте: «Расчет снеговой нагрузки на кровлю и ее особенности»). Для тех регионов, в которых сильный ветер сносит снег с кровли, используется еще один дополнительный коэффициент С, который равен 0,85. При этом средняя скорость ветра должна составлять не менее 4 м/с, среднемесячная температура воздуха зимой не выше -5 градусов Цельсия, а уклон крыши — от 12 до 20 градусов (прочитайте: «Расчет уклона кровли: что учесть»). 
Данный коэффициент С используется также если дом находится в защищенном от снега месте — в окружении других, более высоких домов или в лесном массиве. Среднесуточная температура и преобладающая скорость ветра указана в атласах изменений к СНиП 2.01.07-85. Таким образом, стропила должны учитывать максимальную нагрузку Q1, которая необходимо для расчета допустимой прочности конструкции и частичное разрушение Q2 — то есть нагрузку на прогиб. Читайте также: «Как рассчитать стропила».

Воздействие силы ветра

Снеговая нагрузка может разрушить крышу, ну а ветровая кроме этого может сорвать покрытие. Чем большим является угол скатов кровли, тем больше будет нагрузка ветра на конструкцию. Чем меньшим будет угол, тем сильнее будет подъемная сила, стремящаяся сорвать крышу. Именно поэтому так важен расчет площади двухскатной крыши. Для начала определяют длину стропильной ноги. Здесь пригодится знания школьного курса геометрии, так как стропило составляет с прилегающими стенами прямоугольный треугольник, поэтому рассчитав длину гипотенузы можно определить необходимый показатель.

Немного сложнее посчитать сечение стропила и расстояние между ними. Для этого проведем расчет ветровой нагрузки на кровлю по формуле: Wр= W*k*C. W — ветровое давление, которое берется из таблиц СНиП. k — коэффициент, зависящий от высоты здания, он также указывается в упомянутом выше нормативном документе. С — аэродинамический коэффициент, используемый для расчета подъемной силы с подветренной и наветренной стороны. 
Коэффициент С может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Первый случай возникает, если ветер давит на поверхность скатов, это справедливо для больших углов. Второй случай возникает на пологих крышах, когда ветер «стекает» по скатам. Для противодействия этим силам, в зависимости от шага стропил, в стены дома устанавливают так называемые «ерши». Это металлические штыри, к которым проволокой привязываются стропильные ноги. В ветреных регионах привязывается каждое стропило, при нормальных условиях это делают через одну балку, предварительно выполнив расчет балок перекрытия по имеющимся данным.

Для домов возведенных из кирпича, пенобетонных или силикатных блоков, делается армирующий пояс из бетона. В него закладывают анкерные крепления со специальными проволочными структурами для крепления стропил (прочитайте также: «Крепление стропил к балкам перекрытия»).

Расчет балки перекрытия, смотрите на видео:

Нагрузка веса кровли

Серьезное влияние на характеристики стропильной системы оказывает вес самого кровельного материала. При этом различные материалы могут значительно отличаться по своему весу. Чем больше весит кровля, тем больше должен быть угол наклона скатов. Также необходимо знать, как посчитать квадратные метры крыши, так как чем ее площадь больше, тем сильнее она будет зависеть от влияния внешних нагрузок.
Силу давления крыши на стропила можно посчитать, зная характеристика материала. Они зачастую указываются в технических данных или инструкции от производителя. В зависимости от типа кровельного материала выбирается определенный вариант обрешетки. Так, для ее создания используется OSB плита, фанера или обрезная доска. Усредненный вес этих материалов можно узнать из нормативных таблиц или технических данных от производителя. Например, под кровлю из шифера используют бруски сечением 4*6 или 6*6 см, в то время как под битумные гонты — плиты OSB или фанеру. 
Расчет квадратуры крыши зависит от ее типа. Рассчитать площадь крыши очень просто для односкатных кровель. В более сложных конструкциях следует разбить крышу на элементарные фигуры — прямоугольники и треугольники, площадь которых легко определяется (подробнее: «Как посчитать площадь кровли дома»). Также важно учесть свесы кровли на карнизах. Расстояние между стропилами определяется исходя из толщины кровельного материала.
Не меньшее значение имеет и теплотехнический расчет кровли, на основании которого подбирается утеплитель и его толщина. Эти два показателя в значительной степени влияют на общий вес конструкции крыши. Кроме того сюда входит и вес паро- и гидроизоляции, а также внутренней обшивки мансардного помещения. Толщина утеплителя рассчитывается по формуле: Т=R*L. Где R — тепловое сопротивление конструкции, которая будет утепляться, L — коэффициент теплопроводности выбранного утеплителя (выбирается по нормативам СНиП II-3-79).
Предположим, что крыша утепляется стекловатой URSA М-20, дом расположен в центральном регионе. Тогда толщина утеплителя будет составлять: Т=4,7*0,038 = 0,18 м = 18 см. В этом случае 4,7 — тепловое сопротивление, взятое из нормативов СНиП, а 0,038 — коэффициент теплопроводности, который был указан производителем материала. Зная плотность утеплителя (указывается в тех. данных) равную 18-21 кг/м.кв, можно посчитать вес материала. 
Аналогичным образом рассчитывается вес гидро- и пароизоляции, а также отделочного материала. Немаловажен также и расчет обогрева кровли, так как он влияет на толщину утеплителя. Также система обогрева, которая будет установлена на чердаке, добавится в вес конструкции крыши.
Для того, чтобы учесть вес самой стропильной конструкции, следует нарисовать ее план. В расчет принимаются средние значения для наслонных стропил и прогонов — 5-10 кг/м.кв, для висячих стропил — 10-15 кг/м.кв. Для получения некоторого запаса прочности конструкции, полученные нагрузки умножаются на коэффициент 1,1.
В целях более точного определения весовых нагрузок на крышу необходимо провести теплотехнический расчет кровли пример которого можно найти на страницах нашего портала.

Снеговая нагрузка на кровлю

Вес снежинок – сущая ерунда. Пока на улице будут отрицательные температуры, снег будет идти и накапливаться на крышах. Постепенно лежащий снег становится влажным от солнечного тепла, его плотность увеличивается до 300 кг на кубометр. Вес, которым накопившийся снег давит на поверхность, называется снеговой нагрузкой.

Рассмотрим процесс расчета давления снега на поверхности, чтобы учесть для проектирования достаточно прочных зданий и сооружений.

Нормативное значение


В России снег – регулярное погодное явление практически на всей территории. Разница в количестве выпадающего снега, продолжительности холодного периода, сезонных ветрах и количестве переходов температур через 00С при окончании зимнего сезона.

Погодные условия отличаются не только в местностях с разными географическими координатами, но и в одном месте в разные годы. Однако многолетние измерения, проводимые метеорологами, позволяют узнать возможный максимум снежных осадков и рассчитать нормативную снеговую нагрузку для каждой местности.

Районное давление снега

Результаты расчетов группируются по категориям от I до VIII, соответствующим величинам статистического минимума и максимума веса снега в килограммах на квадратный метр горизонтальной поверхности:


  1. от 56 до 80;
  2. от 84 до 120;
  3. от 126 до 180;
  4. от 168 до 240;
  5. от 224 до 320;
  6. от 280 до 400;
  7. от 336 до 480;
  8. от 392 до 560.

Категории отображаются на карте, включенной в СНиП 2.01.07-85. Категории выделены цветом и пронумерованы.

При изменении статистики в границах категорий карта актуализируется. Нормативное значение для своего региона можно узнать, определив категорию места по карте.

Расчетная снеговая нагрузка

Нормативное значение только основа для расчета реально возможного веса снега. Просто использовать нормативное значение для расчета прочности нельзя, так как:

  • скаты крыши могут быть наклонными, снег будет разложен на большей площади;
  • ветра, сдувающие снег с кровли, в каждой местности свои;
  • окружающие строения изменяют влияние ветров;
  • теплопроводность крыши может привести к ускоренному таянию и снижению веса.

Для проектирования крыши с необходимой и достаточной надежной конструкцией следует учесть все факторы, влияющие на реальную ситуацию.

Формула расчета

Обязательная для применения проектировщиками формула вычисления снеговой нагрузки дана в СП 20.13330.2016 и выглядит следующим образом: S 0=c b c tµS g.

При расчете нормативная нагрузка S g умножается на три коэффициента:

  • µ – коэффициент, учитывающий угол наклона ската крыши по отношению к горизонтальной поверхности.
  • ct– термический коэффициент. Зависит от интенсивности выделения тепла через кровлю.
  • cb– ветровой коэффициент, учитывающий снос снега ветром.

Присутствие в формуле коэффициентов определяет зависимость результата от некоторых условий.

Определение коэффициентов

Рассмотрим значения коэффициентов применительно к зданиям с габаритными разменами менее 100 метров и без сложных кровельных форм. Для крупногабаритных зданий или при ломаных рельефах кровли применяются более сложные расчеты.

Зависимость величины снежного давления на квадратный метр от угла наклона ската крыши объясняется тем, что:

  1. На плоских или слабонаклоненных кровлях снег не сползает. Коэффициент µ равен 1,0 при наклоне ската до 25°.
  2. Расположение кровли под углом к горизонтальной поверхности приводит к увеличению площади кровли, на которую выпадает норма снега для горизонтального квадрата. Коэффициент µ равен 0,7 на углах 25° – 60°.
  3. На крутых поверхностях осадки не задерживаются. Коэффициент µ равен 0, если наклон более 60° (нагрузка отсутствует).


Введение в формулу термического коэффициента ct позволяет учесть интенсивность таяния снега от выделения тепла через кровлю. Как правило, кровельный пирог здания проектируют с минимальными потерями тепла в целях экономии, а коэффициент ct при расчетах принимают равным 1,0. Для применения пониженного значения коэффициента 0,8 необходимо, чтобы на здании было неутепленное покрытие с повышенным тепловыделением с наклоном кровли более чем 3° и наличием действенной системы отвода талых вод.

Ветер сносит снег с крыш, снижая давящий на конструкцию вес. Ветровой коэффициент cb можно понизить с 1,0 до 0,85, но только в том случае, если выполняются условия:

  1. Есть постоянные ветра со скоростью от 4 м/с и выше.
  2. Средняя зимняя температура воздуха ниже 50С.
  3. Угол ската кровли от 12° до 20°.

Рассчитанное значение перед применением в проектных решениях умножают на коэффициент надежности γ f = 1,4, обеспечивая компенсацию теряющейся со временем прочности материалов конструкций.

Пример расчета нагрузки


Расчет снеговой нагрузки на кровлю проведем для здания, которое проектируется для строительства в Хабаровске. По карте определяем категорию района – II, по категории узнаем максимальное нормативное значение – до 120 кг/м 2 . Здание проектируется с двускатной крышей под углом 35 ° к поверхности. Значит, коэффициент µ равен 0,7.

Предполагается наличие в здании мансарды и применение эффективных теплоизолирующих материалов кровельного пирога. Коэффициент ct равен 1,0.

Здание будет построено в городе, этажность не превышает окружающие строения, расположенные на расстоянии двух высот здания. Коэффициент cb следует принять равным 1,0.

Таким образом, расчетное значение равно: S 0 = c b c t µ S g =1,0*1,0*0,7*120 =94 кг/м2

Для расчета прочности, и не только конструкции крыши, но и фундамента, несущих элементов строения, применяем коэффициент надежности 1,4, получив для проектных вычислений значение 131,6 кг/м2.

К сведению домовладельцев

Рассчитав снеговую нагрузку, следует определить необходимость обустройства системы снегозадержания. Учитывать надо не только возможный сход снег, но и талую воду, образующую сосульки и замерзающую в трубах водостока. Для устранения этих явлений применяются системы обогрева карниза и водостока.

Факторы влияния снеговой нагрузки

При расчете нагрузки от снежных масс на скатную кровлю следует учитывать тот факт, что до 5% массы снега испаряется в течение суток. В это время он может сползать, сдуваться ветром, покрываться настом. Вследствие этих трансформаций возникают следующие негативные последствия:

    • нагрузка от слоя снега на несущую конструкцию кровли имеет свойство возрастать в несколько раз при резком потеплении с последующим морозом; это вызывает превышение нагрузки, расчет которой выполнялся некорректно; стропильная система, гидроизоляция и теплоизоляция при этом подвергаются деформациям;
    • кровля сложной формы с многочисленными примыканиями, переломами и другими архитектурными особенностями, имеет свойство собирать снег; это способствует неравномерной нагрузке, что не всегда учитывается при расчете;

  • снег, который сползает к карнизу, собирается возле краев и предоставляет опасность для человека; по этой причине в районах с большим количеством осадков рекомендуется заблаговременно устанавливать снегозадержатели;
  • сползание снега с карниза может повредить водосточную систему; во избежание этого нужно своевременно очищать крышу или применять снегозадержатели.

Способы очистки крыши от снега


Целесообразным выходом из ситуации является ручная очистка. Но, исходя из безопасности для человека, выполнять подобные работы крайне опасно. По этой причине расчет нагрузки оказывает значительное влияние на конструкцию кровли, стропильной системы и других элементов крыши. Давно известно, что чем круче скаты, тем меньше снега задержится на крыше. В регионах с большим количеством осадков в зимний период года угол наклона кровли составляет от 45° до 60°. При этом расчет показывает, что большое количество примыканий и сложных соединений обеспечивает неравномерную нагрузку.

Для предотвращения образования сосулек и наледи применяют системы кабельного обогрева. Нагревательный элемент устанавливают по периметру крыши прямо перед водосточным желобом. Для управления системой подогрева используют автоматическую систему управления или вручную контролируют весь процесс.

Расчет массы снега и нагрузки по СНиП

При снегопаде нагрузка может деформировать элементы несущей конструкции дома, стропильную систему, кровельные материалы. С целью предотвращения этого на стадии проектирования выполняют расчет конструкции в зависимости от воздействия нагрузки. В среднем снег весит порядка 100кг/м3, а в мокром состоянии его масса достигает 300 кг/м3. Зная эти величины, достаточно просто можно рассчитать нагрузку на всю площадь, руководствуясь всего лишь толщиной снегового слоя.

Толщина покрова должна измеряться на открытом участке, после чего это значение умножают на коэффициент запаса — 1,5. Для учета региональных особенностей местности в России используют специальную карту снеговой нагрузки. На её основе построены требования СНиП и других правил. Полная снеговая нагрузка на крышу рассчитывается при помощи формулы:

S=Sрасч.×μ;

где S – полная снеговая нагрузка;

Sрасч. – расчетное значение веса снега на 1 м2 горизонтальной поверхности земли;

μ – расчетный коэффициент, учитывающий наклон кровли.

На территории России расчетное значение веса снега на 1м2 в соответствии со СНиП принимается по специальной карте, которая представлена ниже.

СНиП оговаривает следующие значения коэффициента μ:

  • при уклоне крыши менее, чем 25° его значение равняется единице;
  • при величине уклона от 25° до 60° он имеет значение 0,7;
  • если уклон составляет более 60° , расчетный коэффициент не учитывается при расчете нагрузки.

Друзья, У-ра, свершилось и мы рады представить вам онлайн калькулятор для расчета снеговой и ветровой нагрузки, теперь вам не нужно ничего прикидывать на листочке или в уме, все просто указал свои параметры и получил сразу нагрзку. Кроме этого калькулятор умеет считать глубину промерзания грунта, если вам известен его тип. Вот ссылка на калькулятор -> Онлайн Калькулятор снеговой и ветровой нагрузки. Кроме этого у нас появилось много других строительных калькуляторов посмотреть список всех вы можете на этой странице: Строительные калькуляторы

Наглядный пример расчета

Возьмем кровлю дома, который находится в Московской области и имеет уклон 30°. В этом случае СНиП оговаривает следующий порядок производства расчета нагрузки:

  1. По карте районов России определяем, что Московский регион находится в 3-м климатическом районе, где нормативное значение снеговой нагрузки составляет 180 кг/м2.
  2. По формуле из СНиП определяем полную нагрузку:180×0,7=126 кг/м2.
  3. Зная нагрузку от снежной массы, делаем расчет стропильной системы, которая подбирается исходя из максимальных нагрузок.

Установка снегозадержателей


Если расчет выполнен правильно, тогда снег с поверхности крыши можно не убирать. А для борьбы с его сползанием с карниза используют снегозадержатели. Они очень удобны в эксплуатации и освобождают от необходимости удаления снега с кровли дома. В стандартном варианте применяют трубчатые конструкции, которые способны работать, если нормативная снеговая нагрузка не превышает 180 кг/м2. При более плотном весе используют установку снегозадержателей в несколько рядов. СНиП оговаривает случаи использования снегозадержателей:

  • при уклоне 5% и более с наружным водостоком;
  • снегозадержатели устанавливают на расстоянии 0,6-1,0 метра от края кровли;
  • при эксплуатации трубчатых снегозадержателей под ними должна предусматриваться сплошная обрешетка крыши.

Также СНиП описывает основные конструкции и геометрические размеры снегозадержателей, места их установки и принцип действия.

Плоские кровли


На плоской горизонтальной поверхности скапливается максимально возможное количество снега. Расчет нагрузок в этом случае должен обеспечивать необходимый запас прочности несущей конструкции. Плоские горизонтальные крыши практически не строят в районах России с большим количеством атмосферных осадков. Снег может скапливаться на их поверхности и создавать чрезмерно большую нагрузку, которая не учитывалась при расчете. При организации водосточной системы с горизонтальной поверхности прибегают к установке подогрева, который обеспечивает стекание воды с крыши.

Уклон в сторону водосточной воронки должен быть не менее 2°, что даст возможность собирать воду со всей кровли.


При строительстве навеса для беседки, стоянки автомобиля, дачного домика особое внимание уделяют расчету нагрузки. Навес в большинстве случаев имеет бюджетную конструкцию, которая не предусматривает влияния больших нагрузок. С целью увеличения надежности эксплуатации навеса используют сплошную обрешетку, усиленные стропила и другие конструктивные элементы. Используя результаты расчета можно получить заведомо известное значение нагрузки и использовать для строительства навеса материалы необходимой жесткости.

Расчет основных нагрузок дает возможность оптимально подойти к вопросу выбора конструкции стропильной системы. Это обеспечит длительную службу кровельного покрытия, повысит его надежность и безопасность эксплуатации. Установка возле карниза снегозадержателей позволяет обезопасить людей от сползания опасных для человека снежных масс. В дополнение к этому отпадает необходимость ручной очистки. Комплексный подход в проектировании кровли также включает вариант монтажа системы кабельного обогрева, которая будет обеспечивать стабильную работу водосточной системы при любой погоде.

Таблица ветровых и снеговых нагрузок по России

Субъект федерацииГородСнеговой районВетровой район
АдыгеяМайкоп21
Алтайский крайБарнаул43
Бийск41
Рубцовск33
Амурская областьБлаговещенск13
Архангельская областьАрхангельск42
Северодвинск42
Астрахань13
БашкортостанНефтекамск52
Салават53
Стерлитамак53
Уфа52
Белгородская областьБелгород32
Старый Оскол32
Брянская областьБрянск31
БурятияУлан-Удэ13
Владимирская областьВладимир31
Ковров41
Муром31
Волгоградская областьВолгоград23
Волжский23
Камышин32
Вологда41
Череповец41
Воронежская областьВоронеж32
ДагестанДербент25
Махачкала25
Хасавюрт25
Забайкальский крайЧита12
Ивановская областьИваново41
Иркутская областьАнгарск23
Братск32
Иркутск23
Калининградская областьКалининград22
КалмыкияЭлиста23
Калужская областьКалуга31
Обниск31
Камчатский крайПетропавловск-Камчатский77
Кемеровская областьКемерово43
Киселевск42
Ленинск-Кузнецкий43
Новокузнецк43
Прокопьевск42
Кировская областьКиров51
Костромская областьКострома41
Краснодарский крайКраснодар26
Новороссийск25
Сочи24
Красноярский крайАчинск43
Красноярск33
Норильск53
Курганская областьКурган32
Курская областьКурск32
Ленинградская областьСанкт-Петербург32
Липецкая областьЕлец32
Липецк32
Магаданская областьМагадан55
Марийская РеспубликаЙошкар-Ола41
МордовияСаранск32
Московская областьБалашиха31
Железнодорожный32
Жуковский31
Коломна31
Красногорск31
Люберцы31
Москва31
Мытищи31
Ногинск31
Одинцово41
Орехово-Зуево31
Подольск31
Серпухов31
Химки31
Щелково31
Электросталь31
Мурманская областьМурманск54
Нижегородская областьАрзамас42
Дзержинск41
Нижний Новгород41
Новгородская областьВеликий Новгород31
Новосибирская областьНовосибирск43
Омская областьОмск32
Оренбургская областьОренбург43
Орск42
Орловская областьОрел32
Пензенская областьПенза32
Пермский крайПермь52
Приморский крайАртем34
Владивосток24
Находка25
Уссурийск23
Псковская областьВеликие Луки31
Псков31
Республика КарелияПетрозаводск25
Республика КомиСыктывкар51
Ухта52
Ростовская областьБатайск23
Волгодонск23
Новочеркасск23
Новошахтинск23
Ростов-на-Дону23
Таганрог23
Шахты23
Рязанская областьРязань31
Самарская областьВолжский43
Новокуйбышевск43
Самара43
Сызрань33
Тольятти43
Саратовская областьБалаково33
Саратов33
Энгельс33
Сахалинская областьЮжно-Сахалинск44
Свердловская областьЕкатеринбург32
Каменск-Уральский31
Нижний Тагил42
Первоуральск42
Северная осетияВладикавказ2
Смоленская областьСмоленск31
Ставропольский крайНевинномысск25
Ставрополь25
Тамбовская областьТамбов32
ТатарстанАльметьевск52
Казань42
Набережные Челны52
Нижнекамск52
Тверская областьТверь41
Томская областьТомск43
Тульская областьНовомосковск31
Тула21
ТываКызыл21
Тюменская областьТобольск42
Тюмень32
УдмуртияИжевск51
Ульяновская областьДимитровград42
Ульяновск42
Хабаровский крайКомсомольск-на-Амуре43
Хабаровск23
ХакасияАбакан23
Ханты-Мансийский  АОНефтеюганск42
Нижневартовск52
Сургут42
Челябинская областьЗлатоуст42
Копейск32
Магнитогорск43
Миасс32
Челябинск32
Чеченская РеспубликаГрозный24
ЧувашияНовочебоксарск42
Чувашская РеспубликаЧебоксары42
ЯкутияЯкутск22
Ямало-Ненецкий  АОНовый Уренгой52
Ноябрьск52
Ярославская областьРыбинск41
Ярославль41

Пояснения к расчету односкатной крыши

Угол наклонаКалькулятор учитывает указанный угол и определяет его правильность для выбранного кровельного материала. Изменение угла наклона осуществляется путем изменения высоты подъема крыши.
Площадь поверхностиОбщая площадь кровли со свесами.
Вес кровельного материалаВес кровельного материала для покрытия всей крыши.
Количество изоляционного материалаКоличество изоляционного материала (длина рулона 15 метров, ширина 1 метр, нахлест 10 см).
Нагрузка на стропильную системуНагрузка кровельной системы с учетом ветровых и снеговых нагрузок выбранного региона.
Длина и количество стропилПоказывает длину стропильной ноги и количество стропил с учетом заданного шага.
Сечение, вес и объем стропилПараметры определяются с учетом кровельного материала, площади поверхности, угла наклона и региональных нагрузок.
Количество и объем досок обрешеткиВ калькуляторе используется стандартная 6 метровая доска. Объем просчитывается в кубических метрах.

Классификация нагрузок

Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:

    1. Основные:
      • постоянные нагрузки – вес самих стропильных конструкций и крыши,
      • длительные нагрузки – снеговые и температурные нагрузки с пониженным расчетным значением (используются при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость),
      • переменное кратковременное влияние — снеговое и температурное воздействие по полному расчетному значению.
    2. Дополнительные – ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки.
    3. Форс-мажорные – взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.

Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.

Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:

      • Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.
      • Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.

Для более простого расчета применяется только первый способ.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Формула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc, где

  • Ms – снеговая нагрузка;
  • Q – масса снегового покрова, покрывающая 1м2 плоской горизонтальной поверхности крыши.

Последнее, зависит от территории и определяется по карте, для второго предельного состояния – расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).

Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответственно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби – числитель), либо берется из таблицы №1:

Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.

Ks – поправочный коэффициент на угол наклона кровли.

      • Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).
      • Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.
      • Для остальных он равен 1.

Kc – коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.

Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.

Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала – снег может обломить свес, если он неправильных размеров.

Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

С давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.

В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю – поднять с подветренной стороны.

Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько – часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.

Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.

Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности,

где Wo – нагрузка ветровая давления, определяемая по карте

Kv — коэффициент поправки ветрового давления, зависящий от высоты здания и местности.

Kc – аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии конструкции крыши и направления ветра. Значения отрицательные для подветренной стороны, положительные для наветренной

Таблица аэродинамических коэффициентов в зависимости от уклона кровли и отношения высоты здания к длине (для двускатной крыши)

Для односкатной крыши необходимо взять коэффициент из таблицы для Ce1.

Для упрощения расчета значение C проще взять максимальным, равным 0,8.

Для более надежных результатов советуем умножить на коэффициент запаса прочности по ветровой нагрузке = 1,2.

Расчет собственного веса кровли

Для расчета постоянной нагрузки нужно рассчитать вес кровли на 1 м2, полученный вес нужно умножить на поправочный коэффициент 1,1 – такую нагрузку стропильная система должна выдерживать в течение всего срока эксплуатации.

Вес кровли складывается из:

  • объем леса (м3), используемого в качестве обрешетки, умножается на плотность дерева (500 кг/м3)
  • веса стропильной системы
  • вес 1м2 кровельного материала
  • вес 1м2 веса утеплителя
  • вес 1м2 отделочного материала
  • вес 1м2 гидроизоляции.

Все эти параметры легко получить уточнив эти данные у продавца, либо посмотреть на этикетке основные характеристики: м3, м2, плотность, толщина, — произвести простые арифметические операции.

Пример: для утеплителя плотностью в 35 кг/м3, упакованного рулоном толщиной 10 см или 0,1 м, длиной 10м и шириной 1.2 м, вес 1 м2 будет равен (0.1 х 1.2 х 10) х 35 / (0.1 х 1.2) = 3.5 кг/м2. Вес остальных материалов можно рассчитать по тому же принципу, только не забывайте сантиметры в метры переводить.

Чаще всего нагрузка кровли на 1 м2 не превышает 50 кг, поэтому при расчетах закладывают именно эту величину помноженную на 1.1, т.е. используют 55 кг/м2, которая сама по себе взята запасом.

Еще данные можно взять из таблицы ниже:

Шифер10 — 15 кг/м²
Ондулин4 — 6 кг/м²
Керамическая черепица35 — 50кг/м²
Цементно-песчаная черепица40 — 50 кг/м²
Битумная черепица8 — 12 кг/м²
Металлочерепица4 — 5 кг/м²
Профнастил4 — 5 кг/м²
Вес чернового настила18 — 20 кг/м²
Вес обрешётки8 — 12 кг/м²
Вес стропильной системы15 — 20 кг/м²

Собираем нагрузки

По упрощенному варианту теперь необходимо сложить все найденные выше нагрузки простым суммированием, мы получим итоговую нагрузку в килограммах на 1 м2 крыши.

Расчёт стропильной системы

После сбора основных нагрузок можно уже определить основные параметры стропил. Для того чтобы определить какая распределенная нагрузка приходится на каждую стропильную ногу в отдельности, переводим кг/м2 в кг/м.

Считаем по формуле: N = шаг стропил x Q, где

N — равномерная нагрузка на стропильную ногу, кг/м
шаг стропил — расстояние между стропилами, м
Q – рассчитанная выше итоговая нагрузка на крышу, кг/м²

Из формулы ясно, что изменением расстояния между стропилами можно регулировать равномерную нагрузку на каждую стропильную ногу. Обычно шаг стропил находится в диапазоне от 0,6 до 1,2 м. Для крыши с утеплением при выборе шага разумно ориентироваться на параметры листа утеплителя.

Вообще при определении шага установки стропил лучше исходить из экономических соображений: высчитать все варианты расположения стропил и выбрать самый дешевый и оптимальный по количественному расходу материалов для стропильной конструкции.

В строительстве частных домов и коттеджей, при выборе сечения и толщины стропила, руководствуются таблицей приведенной ниже (сечение стропила указано в мм). В таблице усредненные значения для территории России, а также учтены размеры строительных материалов, представленных на рынке. В общем случае, этой таблицы достаточно для того, чтобы определить, какого сечения нужно приобретать лес.

Однако, не следует забывать, что размеры стропильной ноги зависят от конструкции стропильной системы, качества используемого материала, постоянных и переменных нагрузок оказываемых на кровлю.

На практике при постройке частного жилого дома чаще всего используют для стропил доски сечением 50х150 мм (толщина x ширина).

Самостоятельный расчет сечения стропил

Как уже упоминалось выше, стропила рассчитываются по максимальной нагрузке и на прогиб. В первом случае учитывают максимальный момент изгиба, во втором – сечение стропильной ноги проверяется на устойчивость прогибу на самом длинном участке пролета. Формулы достаточно сложные, поэтому мы выбрали для вас упрощенный вариант.

Если хотите все посчитать самостоятельно, выберите ширину сечения в соответствии с таблицей:

Толщину сечения (или высоту) рассчитаем по формуле:

a) Если угол крыши < 30°, стропила рассматриваются как изгибаемые

H ≥ 8,6 x Lm x √(N / (B x Rизг))

b) Если уклон крыши > 30°, стропила изгибаемо-сжатые

H ≥ 9,5 x Lm x √(N / (B x Rизг))

Обозначения:

H, см — высота стропила
Lm, м — рабочий участок самой длинной стропильной ноги
N,кг/м — распределённая нагрузка на стропильную ногу
B, см — ширина стропила
Rизг, кг/см² — сопротивление древесины изгибу

Для сосны и ели Rизг в зависимости от сорта древесины равен:

1 сорт140 кг/см²
2 сорт130 кг/см²
3 сорт85 кг/см²
Расчетные данные сопротивления древесины хвойных пород

Важно проверить, не превышает ли прогиб разрешенной величины.

Величина прогиба стропил должна быть меньше L/200 — длина проверяемого наибольшего пролета между опорами в сантиметрах деленная на 200.

Это условие верно при соблюдении следующего неравенства: 3,125 xNx(Lm)³ / (BxH³) ≤ 1

N (кг/м) — распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги
Lm (м) — рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны
B (см) — ширина сечения
H (см) — высота сечения

Если значение выходит больше единицы, необходимо увеличить параметры стропила B или H

Источники

  • https://expert-dacha.pro/stroitelstvo/krysha/ustrojstvo/nagruzki.html
  • https://kryshadoma.com/montazh-i-remont-krovli/kak-sdelat-raschet-nagruzki-na-krovlyu.html
  • https://planken.guru/vse-dlya-kryshi-i-krovli/raschet-snegovoy-nagruzki-na-krovlyu.html
  • https://VseoKrovle.com/rasschjot/35-raschet-snegovoj-nagruzki.html
  • https://poweredhouse.ru/raschet-odnoskatnoj-kryshi/
  • https://kalk.pro/articles/roofs/raschet-stropilnoj-sistemy/

Андрей

Задавайте вопросы в комментариях

Задать вопрос

Помогла ли вам статья?

ПомоглаНе нравится

Примеры расчеты строительных конструкций. Динамика и устойчивость сооружений. Расчет ветровой и пульсационной нагрузки на трубу

Данный пример расчета строительных конструкций  рассматривает метод расчета сооружений на ветровые нагрузки с пульсирующей составляющей

И в данной работе производится определение внутренних усилий в металлической вентиляционной трубе, т.е. мы рассмотрим расчет ветровой нагрузки на трубу.

1. Исходные данные

  • Материал трубы — углеродистая сталь;
  • Плотность — 
  • Модуль упругости — 
  • Длина трубы L = 25 м;
  • Диаметр трубы d=1.1 м;
  • Толщина стенки б=0.01 м;
  • Отметка точки опирания О=30 м;
  • Ветровой район — VI;
  • Тип местности — С.

2. Определение постоянной и пульсационной составляющей ветровой нагрузки по СНиП

2.1 Определение средней составляющей ветровой нагрузки

где, w0 = 0.73 кПа – нормативное ветровое давление для VI ветрового района по СНиП [1]

— коэффициент надежности по нагрузке

k (z) — коэффициент, учитывающий изменение ветра с выстой, определяется по СНиП [1].

Для местности типа С при увеличении высоты z от +30 до +60 м он изменяется от 0.675 до 1.0. Будем считать его изменение линейным, тогда:

k(z) = 0.675 + 0.012 * (z — 30)

Cx — коэффициент лобового сопротивления, определяется в соответствии п. 14 обязательного приложения 4 к СНиП [1]:

где, k — учитывает конечность размеров трубы. Он зависит от ее положения  и от соотношения высоты и диаметра  Определяется в соответствии с табл.1 п. 13 обязательного приложения 4 к СНиП [1]

В данной задаче 

При этих значениях коэффициент k = 0.885

 — лобовое сопротивление бесконечно длинной трубы и задается в зависимости от числа Рейнольдса Re и шероховатости поверхности ∆ по СНиП [1].

Принимаем k(z) = 0.9, поскольку он мало изменяется по высоте трубы, тогда:

∆ = 0.001 м – для стальных конструкций

При этих значениях коэффициент 

Таким образом, коэффициент лобового сопротивления равен:

Cx = 0.885 * 1.2 = 1.06

нормативная составляющая ветрового давления:

Wy(z) = 0.73 * 1.43 * 1.06 * (0.675 + 0.012 * (z — 30))

Определение средней погонной ветровой нагрузки:

где x = z — 30

Таким образом у основания трубы при x=0

у основания трубы при x=25

2.2 Определение пульсационной составляющей ветровой нагрузки

Для определения пульсационной составляющей необходимо знать, сколько учитывать мод трубы.2 — жесткость трубы

Определение первой и второй собственной круговой частоты ωi и частоты fi (Гц) по формуле (4.7) и таб. 4.1 [2]:

А также в данном расчете вы узнаете:

  • Определение первой и второй собственной круговой частоты
  • Определение пульсационного давления
  • Оценка необходимости учета вихревого возбуждения
  • Определение инерционной силы, образующейся в результате срыва вихрей
  • Расчет колебаний и нагрузок при вихревом возбуждении
  • определение среднего давления ветровой нагрузки
  • Расчет пульсационной нагрузки
  • Расчет изгибающего момента от произвольной нагрузки
  • расчет скорости ветра
  • Расчет колебаний
  • расчет скорости ветра
  • пример расчета ветровой нагрузки
  • Расчет пульсации
  • нормативное ветровое давление
  • нормативное значение ветрового давления
  • расчет крутильных колебаний
  • расчет коэффициента пульсации
  • Вихревое возбуждение
  • коэффициент пульсации давления
  • расчет пульсационной ветровой нагрузки
  • критическая скорость ветра
  • Определение пульсационной составляющей ветровой
  • Пульсационное давление

Выберите оптимальный вариант скачивания

Быстро и без рекламы

[pwal id=»63800284″ description=»Нажми на Лайк и быстро скачай!»]Скачать[/pwal]

Другой вариант

Список литературы

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Минстрой РФ. – М.: 1996.

2. А.Н. Бирбраер. Динамика зданий и сооружений. Воздействие ветра на сооружение. –

СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2008.

Подпишитесь на обновления сайта

Поделиться ссылкой:

Похожее

Расчет ветровой нагрузки на осветительную конструкцию

Осветительная опора в процессе эксплуатации испытывает ветровые нагрузки. При заказе инженерной конструкции необходимо учитывать этот параметр во избежание обрушения корпуса при сильном ветре. Инженерные расчеты учитывают максимальную силу ветра в районе эксплуатации с учетом того, что вес ствола может быть увеличен из-за налипшего на поверхность снега и льда. А когда расчет проводится для силовых опор, учитывается также нагрузка от самонесущего изолированного провода.

Порядок расчета нагрузок

Для определения нагрузок, оказываемых на ствол воздушными массами, ранее применялись СНиП 2.01.07-85. В настоящее время действует актуализированная версия этих строительных правил под номером 20.13330.2016.

Согласно информации, изложенной в этом документе, в понятие ветровых нагрузок входят:

  • Ветровое воздействие, которое оказывают перемещающиеся воздушные массы на стальную конструкцию.
  • Пиковые нагрузки, которые оказывает ветер на светильники, кронштейны, провода и другие элементы опоры.
  • Вихревое воздействие, которое возникает при огибании воздухом корпуса опоры.
  • Неустойчивые колебания.

При составлении проекта опоры прочность конструкции делается избыточной. То есть опора может выдержать ветровую нагрузку в 140% относительно прогнозируемой в конкретном регионе.

Общий показатель нагрузки w рассчитывается как сумма средней и пульсационной нагрузки. Второй параметр вводится в связи с тем, что ветер не может дуть постоянно с одной скоростью. Изменение его силы приводит к тому, что корпус конструкции испытывает динамическое воздействие.

При вычислении средней ветровой нагрузки учитываются следующие параметры:

  • Нормативная сила ветра, которая указана в приложении к строительным правилам 20.13330.2016. Она рассчитана заранее для различных регионов нашей страны. Вся территория РФ разделена на 7 ветровых регионов с нормативной нагрузкой от 0,17 до 0,85 кПа.
  • Поправочный коэффициент, который вводится для учета изменения ветровой нагрузки по высоте. В зависимости от окружающей местности сила ветра может увеличиваться, поэтому опору нужно делать более прочной.

Различают несколько типов местности для определения поправочных коэффициентов:

  • Берег моря, степь, населенные пункты с одноэтажной застройкой.
  • Леса и населенные пункты со зданиями высотой от 10 метров.
  • Населенные пункты с близко расположенными высотными зданиями высотой от 25 метров.

Кроме того, учитывается аэродинамический коэффициент. Он зависит от формы корпуса высотной опоры. Необходимые значения коэффициентов берутся из свода правил.

Стандартные осветительные опоры из стали изготавливаются по типовой проектной документации.

Услуги по изготовлению опор

Стандартные осветительные опоры из стали изготавливаются по типовой проектной документации. Прочность конструкций рассчитывается так, чтобы выдерживать силу ветра в большинстве регионов России. Если необходимо установить конструкцию в особых климатических зонах, стволы делаются на основании индивидуально разработанных проектах. В этом случае производится отдельный расчет ветровых нагрузок.

Индивидуальный проект составляется опытными инженерами, которые используют для расчетов специализированное программное обеспечение. Благодаря этому изготовленные опоры соответствуют требованиям действующих ГОСТ и могут использоваться при сильном ветре.

Куда обратиться?

Вам нужны опоры наружного освещения? Заказать их можно в нашей производственной компании. Типовые модели представлены на складе и доставляются в минимальные сроки. Если нужно сделать корпус для эксплуатации при сильном ветре, срок производства составит до 8 недель. При необходимости мы делаем также закладные детали фундамента нужной длины.


Что такое ветровая нагрузка и как выдерживает Ничиха? – Фиброцемент

Для архитекторов и строителей, особенно в районах, подверженных ураганам, невероятно важно создавать проекты, которые соответствуют нормам ветровой нагрузки или превышают их. Это помогает поддерживать безопасность всех арендаторов здания и способствует функциональной функциональности здания на протяжении всего срока его службы.

Но что такое ветровая нагрузка и почему она важна? Ветровая нагрузка – это, по сути, давление ветра или сила ветра в фунтах на квадратный фут, оказываемая на здание.Это может быть подъемная ветровая нагрузка (влияет на крышу / горизонтальные конструкции), поперечная ветровая нагрузка (горизонтальное давление, которое может повредить стены) и боковая ветровая нагрузка (может вызывать фундаментальные проблемы).

Мы рады поделиться своими знаниями строительных норм и правил, общих требований к ветровым нагрузкам для зданий и информации о том, как ветровые нагрузки влияют на каждый компонент коммерческих и жилых зданий.

Ветровые нагрузки и способы их решения в строительном кодексе

Ветровые нагрузки относятся к величине давления, оказываемого на любую заданную зону здания и его компонентов.Параметры, используемые для определения ветровой нагрузки:

  • Базовая скорость ветра
  • Ветровой поток или направление
  • Категория воздействия
  • Топографические факторы
  • Факторы воздействия порывов
  • Классификация корпуса
  • Коэффициент внутреннего давления

Многие люди думают, что ветровые нагрузки – это просто меры предосторожности в районах, подверженных ураганам, но правда в том, что ветровые нагрузки определены для всех зданий и во всех географических районах.Первые пять параметров полностью зависят от географического положения конструкции, но последние два параметра специфичны для самой конструкции конструкции.

Итак, к регионам, подверженным ураганам, таким как Флорида, предъявляются дополнительные требования, но все проектировщики должны определять требуемые меры безопасности для своих стен, крыш и облицовки.

Первым и наиболее важным параметром при определении ветровых нагрузок на конструкции является базовая скорость ветра. Базовые скорости ветра далее разбиваются на одну из четырех возможных категорий риска, связанных, в первую очередь, с предполагаемым использованием и мощностью.Риск I, самая низкая категория риска, включает незанятые здания, такие как элеваторы или амбары. Категория наивысшего риска, риск IV, включает густонаселенные здания, которые потребуют полномасштабной эвакуации, например, больницы.

Чем выше категория риска, тем выше базовая скорость ветра. Чем выше базовая скорость ветра, тем выше должны быть расчетные ветровые нагрузки для данной конкретной конструкции.

Международный строительный кодекс и ASCE 7-10 публикуют контурные карты базовой скорости ветра по категориям риска.Ниже приведен пример базовой карты скорости ветра для категорий III и IV.

С разрешения ASCE: стр. 248b ASCE 7-10 Рисунок 26.5.1B; Название: Базовые скорости ветра для зданий категории риска III и IV на экспозиции C на высоте 33 футов

Базовая скорость ветра определена Институтом строительной инженерии как «трехсекундная скорость порыва ветра на высоте 33 фута над землей в категории воздействия C.» Категория воздействия относится к преобладающему направлению ветра относительно неровностей поверхности местности или ландшафта, окружающего конструкцию.

Есть три категории: B, C и D. Эти категории варьируются от городских территорий с жилыми домами до плоских, беспрепятственных территорий и водных пространств.

Итак, как при проектировании здания узнать категорию воздействия и базовую скорость ветра в вашем районе?

  1. Определите категорию риска в зависимости от заполняемости вашего здания.
  2. Найдите местоположение вашего здания на карте категорий риска.
  3. Следуйте линии контура с базовой скоростью ветра, соответствующей местоположению вашего здания.

Эти знания важны, потому что нам нужно знать, будут ли изделия, установленные в наших зданиях, стоять на ногах в сильный шторм.

По закону производители обязаны предоставлять эту информацию в своих отчетах об оценке кода третьей стороны, поскольку они обязаны предоставлять своим клиентам безопасную и долговечную конструкцию. Вы можете найти его на веб-сайте производителя или запросить его напрямую.

Расчетное давление в каждой зоне здания

Как производители определяют способность своей продукции к ветровой нагрузке? Чтобы понять, как производители получают эти данные, сначала необходимо понять зоны застройки и расчетные нагрузки.

В любой момент времени здание может подвергаться воздействию нескольких типов сил, поскольку здание подвергается воздействию как изнутри, так и снаружи (например, сдвигающей нагрузки, подъемной нагрузки, боковой нагрузки или нескольких путей нагрузки). Указанные расчетные давления в этом разделе – те, которые воздействуют на оболочку здания (или внешнюю окружающую стену).Расчетное давление определяется как эквивалентное статическое давление, которое используется при определении ветровых нагрузок на здания.

Производители облицовки предоставляют информацию о характеристиках сайдинга в соответствии с расчетным давлением, которое они могут выдержать в соответствии с предписанным графиком крепления. Эти числа всегда следует публиковать в отчетах сторонних разработчиков об оценке кода и в собственном центре технических ресурсов производителя.

Есть положительное давление, оказываемое изнутри здания на внешние стены.На внешнюю стену также действует отрицательное и положительное давление извне, включая давление ветра или других физических факторов. Направление этих сил может меняться в зависимости от погодных условий, что может осложнить жизнь проектировщикам.

Общая расчетная нагрузка на стену учитывает перечисленные выше параметры, и значения определяются различными способами. Проще говоря, некоторые из этих значений получены на основе исторических данных с помощью таблиц гидродинамики и вибрации в справочнике SEI ASCE / SE17: Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций.

Существует три возможных класса ограждающих конструкций здания:

  1. Открыть
  2. Частично закрытая
  3. Закрытый

Расчеты ветровой нагрузки упрощены для малоэтажных зданий или зданий высотой менее 60 футов. Постройки повыше требуют более сложных расчетов. ASCE7 разбивает здание на зоны, чтобы избежать этой сложности. Зоны 4 и 5 расположены на внешних стенах строения. Ширина зоны 5 определяется различными методами и зависит от высоты здания и общих размеров ветра.

После того, как проектировщик здания сможет учесть влияние порыва на местности, он может сотрудничать с производителем, графики крепления которого могут соответствовать стандарту, необходимому для высоких базовых скоростей ветра, оказывающих давление на зоны 4 и 5 зданий.

Как стандартизованные тесты показывают характеристики здания при сильном ветре

Для того, чтобы производитель сайдинга знал, каким должен быть его график крепления в каждом конкретном здании, он подвергает свою продукцию тщательному тестированию, чтобы определить характеристики для обеспечения безопасности клиентов.При выполнении этих тестов можно выбирать из ряда стандартов.

Наиболее широко принятым стандартом является ASTME330, или стандартный метод испытаний структурных характеристик наружных окон, дверей, световых люков и навесных стен с помощью однородной разницы статического давления воздуха. Используя образец конструкции сайдинга и вакуум в испытательной камере, этот тест имитирует различные заданные интервалы давления и отмечает, когда происходит сбой.

Отказ может произойти двумя способами:

  1. Вытягивание застежки: Когда давление всасывания ветра, оказываемое на застежку, превышает максимальное усилие вытягивания соединения.
  2. Вытягивание застежки: Когда застежка прорывается через сайдинг из-за давления всасывания ветра.

Разрушение при сквозном прохождении в основном зависит от прочности сайдинга в направлении сквозного прохождения и от диаметра головки крепежа. Чем толще сайдинг и чем больше диаметр головки, тем прочнее соединение.

Прочность соединения сильно зависит от четырех факторов:

  1. Длина застежки: Чем длиннее гвоздь для сайдинга, тем прочнее соединение.
  2. Способ обработки застежки: Гвозди с гладкой стойкой обеспечивают более прочное соединение.
  3. Диаметр хвостовика: Чем больше диаметр, тем прочнее соединение.
  4. Плотность древесины, используемой в элементах каркаса : Породы древесины с более высокой удельной массой более прочны.

Поскольку деревянный каркас представляет сложности с точки зрения сорта используемой древесины и распространенности неисправности крепежа, многие тесты проводятся с каркасом из стальных гвоздей вместо дерева, даже несмотря на то, что большинство жилых домов построено с деревянными шпильками.

По этой причине важно, чтобы официальный кодекс, утверждающий разрешения на работу и инспектирующий установки, знал точную сборку, использованную при испытаниях, и получил определенное расчетное давление для обеспечения безопасности конечного пользователя. Необходимо использовать шпильки правильного типа, чтобы воспроизвести характеристики в испытательной лаборатории.

Должностные лица Кодекса

полагаются на отчеты об оценке производительности, опубликованные аккредитованной третьей стороной от имени любых производителей. Эти отчеты подтверждают, что конкретный продукт соответствует или превосходит требования последней версии строительных норм.Существуют органы кодекса и агентства, единственная задача которых – гарантировать, что в зданиях устанавливаются только безопасные продукты.

Кодовые органы и агентства

Существует длинный список государственных и частных агентств, которые занимаются установкой безопасного сайдинга.


Эти агентства включают:

  • ISO (Международная организация по стандартизации): Включает все, что связано с производством, электричеством, атомной энергией, качеством и многим другим.
  • ANSI (Американский национальный институт стандартов): Представитель ISO в США.
  • ASTM (Американское общество испытаний и материалов): Сотни отраслевых экспертов разрабатывают и публикуют добровольные согласованные стандарты для широкого спектра продуктов, материалов, систем и услуг.
  • ASCE-SEI (Институт инженеров-строителей Американского общества инженеров-строителей): Разрабатывает стандарты, относящиеся к зданиям и сооружениям.
  • ICC (Международный совет по кодам): Отвечает за разработку Международного строительного кодекса, который публикуется каждые 3 года и направлен на обеспечение стандарта строительства зданий.
  • Государственные программы страхования: Государственные агентства, цель которых – безопасность своих участников, в первую очередь в случае стихийных бедствий.

Очевидно, что когда дело касается стандартов тестирования, в игре есть много ценных игроков.В Соединенных Штатах и ​​Канаде существует более 300 аккредитованных испытательных лабораторий.

Есть также много сущностей оценки кода, и постоянно появляются новые. Несмотря на то, что стандарты испытаний довольно подробны, все еще есть место для интерпретации руководителем лаборатории и техническими специалистами.

В интересах производителя тесно сотрудничать с выбранным им испытательным агентством для определения наилучших потребностей, узлов, материалов и результатов испытаний. Почему? Что ж, производители этих продуктов также являются членами некоторых из этих добровольных организаций.

Это имеет смысл, потому что производители являются экспертами в отрасли строительных материалов, и мы кровно заинтересованы в том, чтобы наша продукция легко попадала на рынок.

Однако возникают сложности, когда стандарты неверно истолковываются испытательными агентствами, которые не зависят от ASTM. Интерпретация стандарта в одной лаборатории может оказаться катастрофической для потребителя, если безопасность не будет проблемой номер один.

Производители должны повторно тестировать свою продукцию, потому что эти стандарты меняются со временем, как и строительные нормы.Чтобы сохранить единообразие и безопасность, общее практическое правило состоит в том, чтобы повторно тестировать продукты каждые 10 лет или каждый раз, когда продукт претерпевает значительные изменения в составе или производственном процессе.

Подводя итог, производители могут играть очень активную роль в разработке стандартов и политик, которые напрямую влияют на установку продаваемых ими продуктов. В Nichiha мы стремимся тесно сотрудничать с другими отраслевыми экспертами – и даже иногда с нашими конкурентами, – чтобы наши продукты наилучшим образом служили нашим клиентам.

Положитесь на Ничиху

В Nichiha мы наладили отношения с официальными лицами всех упомянутых выше государственных учреждений и каждый день усердно работаем над улучшением характеристик наших продуктов, выходящими за рамки даже последних опубликованных строительных норм.

Для получения дополнительной информации о рейтингах ветровой нагрузки Nichiha и о том, как сайдинг Nichiha обеспечит безопасность ваших зданий и всех их жителей, даже в самую суровую погоду, посетите наш веб-сайт или свяжитесь с представителем сегодня.

Как рассчитать ветровую нагрузку на конструкцию

Ветровая нагрузка на конструкцию зависит от нескольких факторов, включая скорость ветра, окружающую местность, а также размер, форму и динамический отклик конструкции. Традиционная теория предполагает, что давление горизонтальной ветровой нагрузки обычно действует на поверхность конструкции. Расчеты для ветра во всех направлениях рассчитаны для определения наиболее критических условий нагрузки. Учет всасывания из-за перепада давления, вызываемого ветром, также обычно оценивается в случае боковых стенок и подветренных стен.Как правило, строительные нормы и правила допускают расчетные ветровые нагрузки или ветровые нагрузки, определяемые путем тестирования моделей в условиях местности, эквивалентных строительной площадке.

    Определите базовую скорость ветра для местоположения конструкции. Если данные для участка отсутствуют, используйте следующие приблизительные значения базовой скорости ветра в США:

    Прибрежные и горные районы 110 миль в час Северные и центральные США 90 миль в час Другие районы США 80 миль в час

    Выберите категорию рельеф для конструкции. 2 = коэффициент воздействия x базовая скорость ветра c базовая скорость ветра.

    Умножьте давление ветра на 1,15 для важных сооружений, таких как школы, больницы, жилые дома, жизненно важные коммуникационные здания, а также высокие или тонкие постройки.

    Умножьте давление ветра на 1,05 для зданий, подверженных ураганам, вдоль Мексиканского залива или на побережье Атлантического океана.

    Умножьте рассчитанное ветровое давление на площадь поверхности в квадратных футах конструкции, подверженной ветру в каждом конкретном направлении. Используйте самую большую площадь, подверженную ветру, для максимальной ветровой нагрузки.

    • – Вышеупомянутые шаги расчета обеспечивают простую аппроксимацию ветровой нагрузки на конструкцию. Наличие подробных данных о конкретном участке и модели конструкции позволит получить гораздо более точные результаты ветровой нагрузки. В частности, стены конструкции должны быть проверены на соответствие стандарту ASCE-7 на наличие положительного и отрицательного давления, создаваемого ветром.

      – Проконсультируйтесь с квалифицированным инженером-строителем или архитектором для уточнения фактических расчетов ветровой нагрузки на конструкцию.

      -Проверьте местные строительные нормы и правила, чтобы определить требования к ветровой нагрузке для конкретного участка конструкции.

Нормы Кодекса для ветровых нагрузок

В последние годы ветровые нагрузки, указанные в нормах и стандартах, были значительно уточнены. Это связано с тем, что наши знания о том, как ветер влияет на здания и сооружения, расширились благодаря новым технологиям и передовым исследованиям, которые позволили повысить точность прогнозирования ветровых нагрузок. Теперь у нас есть возможность проектировать здания, которые будут выдерживать ожидаемые нагрузки без излишнего консерватизма.Возникающую в результате сложность определения ветровых нагрузок можно оценить, сравнив Стандартные строительные нормы и правила 1973 года (SBC), которые содержали только половину страниц требований к ветровой нагрузке, с изданием ASCE 7 2002 года, которое содержит 97 страниц. текста, комментариев, рисунков и таблиц для прогнозирования ветровых нагрузок для конкретной конструкции. По сравнению с одним методом, приведенным в SBC 1973 г., ASCE 7 содержит три метода определения ветра: упрощенную процедуру, аналитическую процедуру и процедуру в аэродинамической трубе.Управляющие уравнения для определения ветровых нагрузок, как и раньше, требуют расчета скоростного давления, но теперь они изменены для учета нескольких переменных, таких как порывы ветра, внутреннее давление и аэродинамические свойства рассматриваемого элемента, а также топографические эффекты. Использование аналитической процедуры для малоэтажных зданий в ASCE-7 и ее применение к простейшему зданию требует использования до 11 переменных. Важным критерием, влияющим на расчет ветровых нагрузок, является классификация ограждения здания.Используются три классификации: 1) вложенная; 2) частично огороженный; или 3) открытый. Здание, классифицируемое как частично закрытое, предполагает, что большой проем находится на одной стороне здания, а в других стенах нет (или нет) отверстий. Поскольку проемы в одной стене достигают определенного размера по сравнению с проемами в других стенах, здание классифицируется как частично закрытое. В зависимости от направления ветра в такой ситуации могут возникнуть два условия: внутреннее давление или внутреннее всасывание.Внутреннее давление возникает, когда воздух попадает в отверстие здания на наветренной стене и задерживается, оказывая дополнительную силу на внутренние элементы здания. Обычно внутреннее давление действует в тех же направлениях, что и внешнее давление, на все стены, кроме наветренной стены. Внутреннее всасывание – это состояние, которое существует, когда в подветренной стене есть отверстие, позволяющее воздуху выходить из здания. Это приводит к тому, что внутренние силы действуют в том же направлении, что и внешние силы на наветренной стене.Дополнительные силы, создаваемые этим типом наддува, характеризуются тем, что требуется коэффициент внутреннего давления, который более чем в три раза превышает тот, который требуется для закрытого здания.

Еще одним критерием, который существенно влияет на величину давления ветра, является категория воздействия на площадку, которая позволяет определить относительную шероховатость пограничных слоев на площадке.

ASCE 7-02 и IBC-03 определяют три категории воздействия: B, C и D.Экспозиция B – самая грубая, а D – самая плавная. Следовательно, когда все другие условия равны, расчетные ветровые нагрузки снижаются по мере перехода категории воздействия от D к B. Воздействие B является наиболее распространенной категорией, состоящей в основном из местности, связанной с пригородным или городским участком. Соответственно, B является категорией риска по умолчанию как в ASCE 7, так и в IBC. Облучение C состоит в основном из открытой местности с разбросанными препятствиями, но также включает береговую линию в регионах, подверженных ураганам. Воздействие D распространяется на береговые линии (за исключением тех, которые находятся в районах, подверженных ураганам) с ветром, обтекающим открытую воду на расстоянии не менее одной мили.

Здания также следует классифицировать по их важности. Коэффициент важности ветра Iw, указанный в кодах, используется для корректировки периода повторяемости для конструкции на основе ее относительного уровня важности. Например, коэффициент важности для структур, выполняющих важнейшие функции национальной обороны, составляет 1,15, в то время как коэффициент важности для сельскохозяйственного здания, не столь важного, как оборонное сооружение, составляет 0,87.

Применимые скорости ветра для США и некоторых тропических островов, указанные на картах скорости ветра, представляют собой трехсекундные порывы на высоте 33 фута над землей для категории воздействия C.В модельных кодексах, предшествовавших IBC (Национальный строительный кодекс. Стандартный строительный кодекс и унифицированный строительный кодекс) и версиях ASCE 7 до 1995 года, скорости ветра указывались как «ветры с максимальной скоростью в милю», что определяется как среднее скорость километрового столба воздуха, проходящего через контрольную точку.

Хотя назначенная 3-секундная скорость ветра с порывами для конкретного участка выше значений на карте самой быстрой мили, время усреднения также отличается. Время усреднения для максимальной скорости ветра на милю различается для каждой скорости ветра, в то время как время усреднения для 3-секундных скоростей порывов ветра варьируется от 3 до 8 секунд, в зависимости от чувствительности приборов.

В этом разделе обсуждаются положения о ветровой нагрузке, содержащиеся в трех признанных на национальном и международном уровнях стандартах. Это

1. Единый строительный кодекс (UBC) 1997.

2. Минимальные расчетные нагрузки ASCE для зданий и других конструкций (ASCE 7-02).

3. Национальный строительный кодекс Канады (NBCC) 1995 г.

1.4.1. Единый Строительный Кодекс, 1997: Положения о ветровой нагрузке

Положения о ветровой нагрузке UBC 1997 основаны на стандарте ASCE 7-88 с некоторыми упрощающими допущениями для облегчения расчетов.Расчетная скорость ветра основана на максимальной скорости ветра на милю по сравнению с 3-секундными скоростями порывов ветра в более поздних кодексах. Преобладающее направление ветра на площадке не учитывается при расчете ветровой нагрузки на конструкции: направление, которое имеет наиболее критическое воздействие, определяет конструкцию. Учет экранирования соседними зданиями не допускается, поскольку исследования показали, что в определенных конфигурациях близлежащие здания могут фактически увеличивать скорость ветра за счет эффектов воронки или повышенной турбулентности.Кроме того, возможно, что соседние существующие здания могут быть удалены в течение срока службы проектируемого здания.

Чтобы сократить процедуру расчета, сделаны некоторые упрощающие допущения. Эти допущения не позволяют определять ветровые нагрузки для гибких зданий, которые могут быть чувствительны к динамическим воздействиям и колебаниям, возбуждаемым ветром, таким как образование вихрей. Такие здания обычно имеют отношение высоты к ширине более 5 и высоту более 400 футов (121,9 м).Общий раздел UBC направляет пользователя к утвержденному стандарту для проектирования этих типов конструкций. ASCE 7-02, принятый IBC 2003 (обсуждается далее в этой главе), является одним из таких стандартов для определения коэффициента динамической реакции на порыв ветра, необходимого для проектирования зданий такого типа.

Положения

UBC не применяются к зданиям высотой более 400 футов (122 м) для метода нормальной силы, Метод 1, и 200 футов (61 м) для метода расчетной площади, Метод 2. Любое здание, в том числе не охваченное UBC, может быть спроектирован с использованием результатов испытаний в аэродинамической трубе.

1.4.1.1. Карта скорости ветра

Минимальная базовая скорость ветра на любом участке в США показана на рис. 1.8. Скорость ветра представляет собой максимальную скорость ветра в миле на открытой местности C на высоте 33 футов (10 м) над уровнем земли для среднего интервала повторяемости в 50 лет. Вероятность того, что скорость ветра будет выше значения, указанного на карте, в любой год составляет 1 из 50 или 2%.

1.4.1.2. Особые ветровые регионы

Хотя основные скорости ветра постоянны на протяжении сотен миль, в некоторых районах есть местные погодные или топографические характеристики, которые влияют на расчетные скорости ветра.Эти особые ветровые регионы определены на карте UBC. Поскольку некоторые юрисдикции предписывают базовую скорость ветра выше, чем указано на карте, целесообразно обратиться к местным строительным органам, прежде чем приступить к проектированию ветра.

1.4.1.3. Ураганы и торнадо

Скорости ветра, показанные на карте UBC, получены на основе данных, собранных метеорологическими станциями на континентальной части США, на Аляске, на Гавайях, в Пуэрто, Рико и Виргинских островах. Однако в прибрежных регионах не было достаточно статистических измерений для прогнозирования скорости ураганного ветра.Поэтому данные, полученные с помощью компьютерного моделирования, были использованы для определения основных скоростей ураганного ветра.

Рисунок 1.8. Минимальная базовая скорость ветра в милях в час (X 1,61 для км / ч). (Из UBC 1997.)

Ветры на уровне торнадо не включены в карту, потому что средние интервалы повторяемости торнадо находятся в диапазоне 400-500 лет по сравнению с интервалом в 50 лет, который обычно используется при проектировании ветров.

1.4.1.4. Эффекты экспозиции

Каждая строительная площадка имеет свои уникальные характеристики с точки зрения шероховатости поверхности и протяженности противветренной местности, связанной с неровностями.Методы упрощенного кода не могут объяснить уникальность сайта. Следовательно, кодовый подход заключается в назначении широких категорий воздействия для целей проектирования.

Подобно методу ASCE, UBC различает три категории воздействия; B, C и D. Воздействие B является наименее серьезным и представляет собой городскую, пригородную, лесную и другую местность с многочисленными близко расположенными неровностями поверхности; Экспозиция C предназначена для плоской и, как правило, открытой местности с разбросанными препятствиями; и самое серьезное, Воздействие D, – это четыре незагороженных прибрежных района, непосредственно подвергающихся воздействию больших водоемов.Далее следует обсуждение категорий воздействия.

Следует отметить, что Воздействие А (центры больших городов, где более половины зданий имеют высоту более 70 футов), включенное в некоторые стандарты, не признается в UBC. UBC рассматривает этот тип местности как Воздействие В, что не допускает дальнейшего снижения ветрового давления.

Участок B имеет рельеф со зданиями, лесом или неровностями поверхности, покрывающий не менее 20% площади на уровне земли, простирающейся на 1 милю (1.61 км) и более от участка.

Участок C имеет ровную и обычно открытую местность, простирающуюся на полмили (0,81 км) или более от участка в любом полном квадранте.

Облучение D представляет собой наиболее серьезное воздействие в районах с базовой скоростью ветра 80 миль / ч (129 км / ч) или выше, а также имеет ровную и беспрепятственную местность, обращенную к большим водоемам шириной более одной мили (1,61 км) или более. относительно любого квадранта строительной площадки. Рельеф D простирается вглубь суши от береговой линии на четверть мили (0.4 км) или в 10 раз превышающую высоту здания, в зависимости от того, что больше.

1.4.1.5. Выход на площадку

Несмотря на то, что строительная площадка может иметь разные категории воздействия в разных направлениях, наиболее сильное воздействие используется для всех расчетов ветровой нагрузки независимо от ориентации здания или направления ветра.

Облучение D, пожалуй, легче всего определить, поскольку оно предназначено специально для беспрепятственных прибрежных территорий, непосредственно подвергающихся воздействию больших водоемов. Не так просто определить, попадает ли сайт в группу риска B или C, потому что описание этих категорий несколько неоднозначно.Моревоер, местность, окружающая участок, обычно неоднородна и может состоять из зон, которые можно классифицировать как воздействие B, в то время как другие будут классифицированы как воздействия C. UBC классифицирует площадку как зону воздействия C, если на открытой местности существует один полный квадрант под углом 90 °, простирающийся наружу от здания не менее чем на полмили. Если квадрант меньше 90 ° или меньше половины мили, то площадка классифицируется как зона воздействия B.Важно выбрать подходящую категорию, потому что уровни силы могут различаться на 65% в зависимости от воздействия B и C. Перед тем, как приступить к проектированию здания с сомнительной категорией воздействия на объект, рекомендуется связаться с местным строительным чиновником. Если с участка открывается вид на утес или холм, может быть разумным присвоить Экспозицию C значению D, чтобы учесть влияние более высоких скоростей ветра.

1.4.1.6. Расчетное давление ветра

Расчетное ветровое давление p дается как произведение суммарной высоты, экспозиции и коэффициента порыва ветра Ce; коэффициент давления Cq; давление торможения ветра qs; и создание фактора важности Iw.

Давление qs, возникающее на поверхности здания из-за массы воздуха с плотностью p, движущегося со скоростью v, определяется уравнением Бернулли:

Плотность воздуха p составляет 0,0765 фунт-фут для условий стандартной атмосферы, температуры (59 ° F) и барометрического давления (29,92 дюйма ртутного столба).

Поскольку скорость, указанная на карте ветра, выражается в милях в час, уравнение. (1.6) уменьшается до

Читать здесь: Информация

Была ли эта статья полезной?

Анализ ветровой нагрузки

: MWFRS vs.C&C

Узнайте больше об определении наилучшего метода анализа ветровой нагрузки.

ASCE / SEI 7-10, Минимальные проектные нагрузки на здания и другие конструкции, перечисляет два метода расчета ветрового давления: Основная система сопротивления ветровой нагрузке (MWFRS) и Компоненты и облицовка (C&C). Выбор метода, который следует использовать при проектировании подъемных соединений для ферм, может вызвать ряд вопросов у проектировщиков зданий, официальных лиц и проектировщиков ферм.

Вопрос

Какой метод анализа ветровой нагрузки лучше всего использовать при проектировании соединений подъемных ферм и кто отвечает за эту работу?

Ответ

Выбор метода анализа ветровой нагрузки зависит от того, проектируете ли вы подъемные соединения для отдельного элемента или системы.Начнем с некоторых определений ASCE 7-10.

Компоненты и облицовка (C&C): Элементы оболочки здания, которые не подпадают под действие MWFRS.

Основная система сопротивления ветровой нагрузке (MWFRS): Набор структурных элементов, предназначенных для обеспечения поддержки и устойчивости всей конструкции. Система обычно получает ветровую нагрузку с более чем одной поверхности.

Любой из этих методов может применяться к фермам, в зависимости от ситуации.По определению ферма – это совокупность конструктивных элементов, которые помещают ее в категорию MWFRS. Минимальные подъемные силы соединения указаны в Таблице R802.11 Международного жилищного кодекса (IRC) и в таблице 2308.10.1 Международного строительного кодекса (IBC) для стропил и ферм, используемых в обычных легких каркасных конструкциях. Обе эти таблицы разработаны с использованием метода MWFRS, на что указывает ссылка в сноске e на рис. 6-2 в ASCE 7-05 и в главе 28 в ASCE 7-10.

Таблица R802.11 IRC за 2006 и 2009 гг .:

e. Требования к подъемным соединениям основаны на ветровой нагрузке на концевые зоны, как определено на рисунке 6-2 ASCE 7. Соединительные нагрузки для соединений, расположенных на расстоянии 20% наименьшего горизонтального размера здания от угла здания, разрешены до можно уменьшить, умножив значение соединения в таблице на 0,7 и умножив нагрузку на свес на 0,8.

Таблица 2308.10.1 МБК 2012 года гласит:

e.Требования к подъемным соединениям основаны на ветровой нагрузке на концевые зоны, как определено на рисунке 28.6.3 стандарта ASCE 7. 1 Соединительные нагрузки для соединений, расположенных на расстоянии 20 процентов наименьшего горизонтального размера здания от угла здания. разрешается уменьшить, умножив значение соединения в таблице на 0,7 и умножив нагрузку на свес на 0,8.

Однако ферма также принимает ветровую нагрузку непосредственно от обшивки крыши (т. Е. Облицовки) и, следовательно, действует как компонент, что помещает ее в категорию C&C.Этот кроссовер проиллюстрирован в C26 комментария к ASCE 7, в котором фермы крыши перечислены в качестве примеров как MWFRS, так и C&C (жирным шрифтом добавлены определения, чтобы подчеркнуть ключевые концепции):

КОМПОНЕНТЫ И ОБЛИЦОВКА :… Примеры компонентов включают крепеж, прогоны, фермы, стойки, настил крыши и фермы . … Инженеру необходимо использовать соответствующие нагрузки для проектирования компонентов, что может потребовать, чтобы определенные компоненты были спроектированы для более чем одного типа нагрузки, например, длиннопролетные фермы крыши должны быть рассчитаны на нагрузки, связанные с MWFRS, и отдельные элементы фермы также должны быть рассчитаны на нагрузки на компоненты и облицовку

ОСНОВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРОВОЙ СИСТЕМОЙ (MWFRS): … Конструктивные элементы, такие как поперечные распорки, поперечные стены, фермы крыши , и кровельные диафрагмы, являются частью Главной системы сопротивления ветровой нагрузке (MWFRS), когда они помогают в передача габаритных нагрузок…

Комбинированный анализ

В фермовой промышленности используется комбинированный анализ, включающий как метод MWFRS, так и метод C&C, для создания условий нагружения ветровым подъемом и нисходящим давлением.MWFRS применяется к сборке нескольких деталей, а C&C – к отдельной детали. SBCA рекомендует этот гибридный подход. Большинство программ двумерного программного анализа предлагают выбор методов анализа ветра при приложении ветровых нагрузок.

Используя этот комбинированный расчет, соединения ферм или стропил, на линии плиты или прикрепленные к заголовку, балке или ферме, должны быть спроектированы с учетом ветровой нагрузки с использованием метода анализа MWFRS, а отдельные фермы или стропильные элементы должны быть спроектированы с использованием Метод анализа C&C.Аналогичным образом, подъемные соединения двускатной рамы должны быть спроектированы с учетом ветровых нагрузок с использованием метода анализа MWFRS, в то время как отдельные элементы двускатной рамы должны быть спроектированы с использованием ветровых нагрузок, прикладываемых вниз, разработанных с помощью метода анализа C&C.

Рис. 1. Примеры использования методов анализа MWFRS и C&C.
MwFRS C&C
Подъемное соединение фермы Элемент индивидуальной фермы
Подъемное соединение фронтальной рамы Отдельный элемент двускатной рамы для условий нагружения давлением вниз
Соединение подъема стропил Кровельное покрытие, настенное покрытие

Проблемы, за которыми стоит следить

Независимо от используемого метода проектирования, проектировщику фермы требуется как можно больше информации о нагрузке от проектировщика здания, чтобы спроектировать фермы.Строительный проектировщик несет ответственность за предоставление структурной проектной документации и всей информации о нагрузках и размерах, необходимой для проектирования ферм. Если для проекта не требуется наличие лицензии профессионального проектировщика зданий, владелец или агент владельца несут ответственность за предоставление этой информации. Хотя IBC и IRC требуют, чтобы проектировщик здания перечислял все применимые расчетные нагрузки в документации по проектированию конструкций, эта информация часто отсутствует или недоступна проектировщику фермы во время проектирования.Если у проектировщика фермы нет этой информации, возможно, придется сделать предположения, которые могут легко помешать выполнению точного и доступного по цене проектирования.

Проблемы могут возникнуть, если конечные реакции на чертежах фермы проектировщика или инженера-проектировщика фермы отличаются от расчетов сил анкеровки крыши и стены проектировщиком здания. Если это происходит, проблема попадает в сферу ответственности проектировщика здания согласно TPI 1-2007 и AISI S214-07, чтобы устранить любые различия в силах реакции.

1 IBC 2012 ссылается на рисунок 28.6.3 ASCE, который не существует. Похоже, намерение состоит в том, чтобы обратиться к главе 28 ASCE 7-10.

Для получения дополнительной информации об определении нагрузок вместе с титульным листом, который может использоваться проектировщиком здания для определения нагрузок или проектировщиком фермы для утверждения нагрузок, см. Руководство по нагрузкам SBCA, доступное для бесплатной загрузки в формате Excel на сайте sbcindustry. com / loads.php. На вкладке Wind, в частности, обсуждается методология проектирования для MWFRS и C&C.Дополнительные сведения о руководстве по загрузке SBCA и его использовании см. В следующих статьях журнала SBC Magazine : Introduction to TLG – Part 1 и Introduction to TLG – Part 2.

Для получения дополнительной информации о характеристиках деревянных структурных панелей посетите следующую веб-страницу, посвященную OSB как сырью, и следующие статьи о характеристиках строительных материалов при сильном ветре и результатах испытаний.

Ветровые нагрузки на конструкции круглой купольной крыши в соответствии с ASCE 7-16

Определение ветровых нагрузок по ASCE 7-16

Таблица 29.1-2 в ASCE 7-16 [1] описывает необходимые шаги для определения ветровых нагрузок на круглую конструкцию резервуара в соответствии с Системой сопротивления основной ветровой силе (MWFRS).

Шаг 1: Категория риска определяется из таблицы 1.5-1 [1] в зависимости от использования или занятости здания. Купольные конструкции могут использоваться как склады, представляющие относительно небольшой риск для жизни человека. С другой стороны, купола также используются при проектировании спортивных стадионов, которые могут иметь чрезвычайно большое влияние на человеческую жизнь в случае аварии.

Шаг 2: После определения категории риска на шаге 1 базовая скорость ветра (V) может быть найдена на рис. 26.5-1 и 26.5-2 [1]. Эти рисунки отображают карты скорости ветра с порывами 3 с для США, которые различаются в зависимости от местоположения и категории риска сооружения. Между заданными горизонтальными линиями разрешена линейная интерполяция.

Шаг 3: На этом шаге требуется несколько параметров ветровой нагрузки, которые в конечном итоге влияют на давление ветровой нагрузки.

Коэффициент направленности ветра (K d ) из таблицы 26.6-1 [1] дается как 1.0 для круглых куполов и круглых резервуаров.

Учитывая два направления ветра, Категория воздействия устанавливается на основе топографии, растительности и других структур на стороне воздействия ветра. Чем выше Категория воздействия (т. Е. Категория D), тем более открытой может быть структура.

Топографический фактор (K zt ) учитывает скорость ветра над холмами, гребнями и откосами. Это значение вычисляется в уравнении 26.8-1 [1] с использованием коэффициентов K 1 , K 2 и K 3 , приведенных на рисунке 26.8-1 [1].

K zt = (1 + K 1 K 2 K 3 ) ²

Коэффициенты K из рисунка 26.8-1 [1] зависят от местности, например, высота холма (H), расстояние от гребня до площадки здания (x), высота над поверхностью земли (z) и т. д.

В таблице 26.9-1 [1] указан коэффициент высоты земли (K e ), основанный на высоте конструкции над уровнем моря. уровень моря. Этот коэффициент также можно консервативно принять равным 1,0 для всех отметок.

Классификация корпуса может быть определена в Разделе 26.2 [1]. Отверстия в конструкции могут повлиять на эту классификацию. Если конструкция соответствует требованиям как «открытая», так и «частично закрытая», применяется более консервативная категория «открытая». Во многих случаях для складских помещений классификация ограждений считается «закрытой». Однако для спортивных стадионов это может зависеть от проемов в стенах конструкции, выдвижной крыши и т.д. в направлении и от внутренних поверхностей можно найти в Таблице 26.13-1 [1].

Фактор порыва ветра (G) зависит от определения жесткости конструкции как жесткой или гибкой из Раздела 26.2 [1]. Основная собственная частота играет важную роль в определении этой классификации. Дополнительный модуль RFEM RF-DYNAM PRO Natural Vibrations можно использовать для определения основной собственной частоты конструкции. В разделе 26.11 [1] приведены соответствующие формулы для расчета G для жестких или гибких конструкций. В качестве альтернативы разрешается использовать 0,85 только для жестких конструкций.

Шаг 4: Коэффициент воздействия скоростного давления (K z ) можно найти в таблице 26.10-1 [1] в зависимости от категории воздействия. Два значения K z следует определять на основе средней высоты стен купола и средней высоты крыши купола. Для промежуточных значений высоты можно использовать линейную интерполяцию.

Шаг 5: Скорость давления (q h ) определяется по уравнению 26.10-1 [1].

q h = 0,00256K z K zt K d K e

Все переменные в этом уравнении были определены на предыдущих шагах.Два значения q h должны быть рассчитаны для использования на более позднем этапе. Первый будет q h на высоте центра тяжести стены, а второй будет основан на средней высоте купола, которая зависит от значений K z из шага 4. Обозначение нижнего индекса q h по сравнению с q z используется взаимозаменяемо в уравнении 26.10-1 [1] в зависимости от скоростного давления, оцененного для стен по сравнению с крышей соответственно.

Шаг 6: Коэффициент силы (C f ) для стен изолированного купола в Разделе 29.4.2.1 [1] можно установить на 0,63, где H / D находится в диапазоне от 0,25 до 4,0, где H = высота сплошного цилиндра, а D = диаметр. C f для стен сгруппированных куполов рассчитывается по рисунку 29.4-6 [1].

Шаг 7: Коэффициент внешнего давления (C p ) для купольной крыши с углом наклона крыши более 10 ° определяется на Рисунке 27.3-2 [1]. Основываясь на размерах подъема купола, высоте до основания купола и диаметре, из этого рисунка будут определены три значения C p для местоположений A, B и C, характерных для конструкции (см. Рисунок 01).

Изображение 01 – Коэффициенты внешнего давления C p для куполообразных крыш с круглым основанием (согласно рисунку 27.3-2 [1])

Два случая ветровой нагрузки должны быть рассмотрены по периметру и высоте с использованием этих различных значений C p :

  • Случай A: C p Значения между A и B и между B и C должны определяться линейной интерполяцией по дугам на куполе, параллельным направлению ветра.
  • Случай B: C p должно быть постоянным значением A для θ ≤ 25 ° и должно определяться линейной интерполяцией от 25 ° до B и от B до C.

Шаг 8: Сила ветра (F ) для стен рассчитывается по уравнению 29.4-1 [1].

F = q z GC f A f

Ветровая сила (F), в свою очередь, может быть разделена на проектируемую площадь, перпендикулярную ветру (A f ), чтобы найти давление на стену для применения как поверхностная нагрузка в RFEM.Имейте в виду, что q z – это Скоростное Давление, ранее вычисленное на Шаге 5, но используемое с альтернативным индексом, поскольку оба используются взаимозаменяемо и оцениваются в центре тяжести A f (средняя высота стенки).

Расчетное давление (p) как для изолированной, так и для сгруппированной купольной крыши находится с помощью уравнения 29.4-4 [1].

p = q h (GC p – GC pi )

Значение q h из шага 5 оценивается на средней высоте крыши купола.G и GC pi определяются на шаге 3, в то время как несколько значений C p для куполообразной крыши> 10 ° находятся на шаге 7.

Приложение давления на стену в RFEM

Ветровое давление определяется на шаге 8 в последовательность выше. Давление ветра должно быть приложено к проецируемой области перпендикулярно ветру как в наветренном, так и подветренном направлениях. Эту нагрузку на проектируемую площадь можно легко применить к поверхности стен купола в пункте меню «Вставить» → «Нагрузки» → «Нагрузки на поверхность».В соответствующем диалоговом окне вы можете сначала выбрать поверхности стен и определить направление проекции (см. Рисунок 02).

Изображение 02 – Диалоговое окно для поверхностной нагрузки в направлении проекта

Чтобы визуально проверить приложенные нагрузки, установите флажок «Распределение нагрузки» в навигаторе результатов (см. Рисунок 03) после выполнения анализа. Достаточно рассчитать одну итерацию для соответствующего варианта нагружения.Это может сэкономить значительное время, а не решать все случаи нагружения и комбинации для более крупных конструкций с мелкой сеткой КЭ. Точность распределения нагрузки зависит от сетки КЭ. Чем меньше размер сетки КЭ, тем точнее и точнее будет отображаться величина распределения нагрузки.

Изображение 03 – Распределение нагрузки по периметру стен

Приложение давления на купольную крышу в RFEM

Как объяснено в шаге 7 выше, рисунок 27.3-2 в ASCE 7-16 указаны коэффициенты внешнего давления для куполов с круглым основанием. Примечание 4 на рис. 27.3-2 [1] указывает, что коэффициенты внешнего давления постоянны в любой плоскости, перпендикулярной направлению ветра. На рис. 27.3-2 [1], упомянутом в шаге 7, показаны коэффициенты внешнего давления, применяемые к трем областям вдоль крыши купола (A, B и C). Должны быть рассмотрены два варианта нагружения, дополнительно указанные на рисунке 27.3-2, примечание 1 [1]. Оба случая требуют определения местоположения между точками A, B и C с помощью линейной интерполяции.

Коэффициент внешнего давления имеет значение -0,4 для точки A, -1,1 для точки B и -0,4 для точки C (см. Рисунок 01). Согласно уравнению 29.4-4 [1] и шагу 8 выше, результаты давления ветра составляют -12,79 фунтов на квадратный фут / -3,94 фунтов на квадратный фут для точки A, -27,43 фунтов на квадратный фут / -18,573 фунтов на квадратный дюйм для точки B и -12,79 фунтов на квадратный фут / -3,94 фунтов на квадратный фут для Точка C для + GCpi и -GCpi соответственно.

Эти нагрузки могут быть легко определены в RFEM с помощью свободных прямоугольных нагрузок, которые могут быть созданы в меню «Вставить» → «Нагрузки» → «Свободные прямоугольные нагрузки».Помимо определения плоскости проекции и направления нагрузки, можно рассмотреть линейную функцию для распределения нагрузки, которая охватывает интерполяцию между отдельными точками (A, B и C). Создаются две свободные прямоугольные нагрузки. Один предназначен для зон от A до B, второй – для зон от B до C (см. Рисунок 04).

Изображение 04 – Диалоговое окно для произвольной прямоугольной нагрузки

Функция распределения нагрузки, ранее упомянутая в навигаторе результатов, отображает приложенную ветровую нагрузку на крышу купола.Чтобы четко увидеть эффект нагрузки вдоль единственной линии разреза крыши, вы можете дополнительно создать разрез (см. Рисунок 05).

Изображение 05 – Распределение нагрузки на купол с секциями

AAMA выпускает отчет с обзором определения проектной ветровой нагрузки для систем оконного прохождения

15 августа 2014 г.

Американская ассоциация архитектурных производителей (AAMA) выпустила AAMA TIR-15-14, Обзор определения проектной ветровой нагрузки для систем оконного прохождения .В этом отчете обсуждается определение расчетных ветровых нагрузок на навесные стены и другие системы облицовки зданий.

Документ был первоначально опубликован в 1985 году, когда испытания пограничного слоя в аэродинамической трубе (BLWT) были относительно новой областью, и была доступна ограниченная информация о его методах и использовании.

«Произошло множество изменений и разработок в области более точного определения скорости ветра», – говорит Дуг Холмберг, председатель группы «Расчет ветровых нагрузок на оконные конструкции».«В результате этот документ необходимо обновить, чтобы отразить эти изменения. Тестирование BLWT проводится уже несколько лет, и когда документ был впервые опубликован, он был относительно новым для анализа зданий ».

Холмберг добавляет, что в этом документе содержится руководство по использованию ASCE / SEI 7, основного документа, в котором описаны процедуры для поиска различных расчетных нагрузок, и когда следует рассмотреть возможность использования тестирования BLWT.

«Было важно обновить документ в соответствии с текущими стандартами и разработками для анализа и определения ветрового давления или ветровых нагрузок на оконные конструкции», – добавляет Холмберг.

Вице-председатель рабочей группы

Грег МакКенна предлагает понимание с точки зрения инженера, добавляя, что документ отлично справляется с определением терминов, необходимых для определения ветровой нагрузки. К ним относятся рабочие определения высоты и ширины здания, а также другие.

«Этот документ дает проектировщикам рекомендации по определению угловой зоны и притока, которые являются ключевыми при определении ветровых нагрузок», – говорит Маккенна.

AAMA TIR-15-14 вместе с другими документами AAMA можно приобрести в магазине публикаций AAMA.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Брюсом Кроаком, техническим менеджером по маркетингу Graham Architectural Products по телефону 717-849-8100 или посетите веб-сайт AAMA www.aamanet.org.

Эта статья первоначально появилась на веб-сайте Американской ассоциации производителей архитектуры.

Ветровые нагрузки и их снижение на сетчатые ткани

Ключевые слова: аэродинамическая труба с пограничным слоем, ветровая нагрузка, снижение ветровой нагрузки, пластиковая сетка, стальная сетка.

1.Введение

Ветровые воздействия и ветровые нагрузки на конструкции приведены в EN 1991-1-4 [1] и в национальном приложении EN 1991-1-4 / NA для конкретной страны с учетом метеорологических условий соответствующей страны и населенный пункт, в котором расположены объекты. Учитывает конкретную ветреную обстановку на каждой территории. На полученные значения ветровой нагрузки влияют следующие факторы:

1) ветровые условия в конкретном месте,

2) пересеченная местность,

3) аэродинамические характеристики формы объекта,

4) размеры и формы окружающих предметов.

Ветровые воздействия на конструкции или элементы конструкций определяются давлением ветра на поверхности. Давление ветра, действующее на внешние поверхности, зависит от коэффициента давления cpe для внешнего давления или cp, чистых результирующих коэффициентов давления. Для общих форм конструкций можно найти значения в разделе 7 EN 1991-1-4 [1].

Коэффициенты ветрового давления для нестандартных форм и материалов зависят от коэффициента прочности φ. Пористые стены, парапеты с коэффициентом прочности φ ≤ 0.8 не упоминаются в стандарте. Распределение ветрового давления на эти конструкции может быть получено экспериментальными измерениями в аэродинамической трубе.

2. Естественный ветер – основные характеристики

Базовым параметром для определения ветровой нагрузки на конструкцию является базовая скорость ветра, которая определяется как:

(1)

vb = cdir · cseason · vb, 0,

где vb – основная скорость ветра в м / с, cdir – коэффициент направленности [-], cseason – сезонный коэффициент [-], vb, 0 – базовое фундаментальное значение скорости ветра.

Следующий параметр – средняя скорость ветра. Он показывает, как средняя скорость ветра увеличивается на высоте над землей до значения, которое мы называем градиентной скоростью, и где на поток больше не влияет трение воздуха о поверхность Земли. Еврокод 1991-1-4 [1] и Национальное приложение принимают модель распределения скорости ветра на высоте до 200 м, и это отражает логарифмическую функцию согласно формуле. (2) в зависимости от типа местности:

где vmz – средняя скорость ветра в м / с, crz – коэффициент шероховатости [-], coz – коэффициент орографии [-].

Среднее ветровое давление на высоте z определяется как:

где qmz – среднее давление ветра в Па, ρ – плотность воздуха в кг / м 3 .

Следующим важным параметром для оценки ветровых нагрузок является максимальное скоростное давление. Он содержит среднюю скорость ветра и колеблющуюся часть скорости ветра – турбулентность. На это влияют атмосферные условия в данной местности, высота над землей и местные факторы, например шероховатость и орография, время года и направление ветра.Пиковое скоростное давление рассчитывается как давление в условиях средней скорости ветра и кратковременных колебаний скорости, см. Уравнение. (4) и рис. 1. Он определяется как:

(4)

qpz = 1 + 7Iv (z) · 12 · ρ · vm2z,

где qpz – максимальное скоростное давление в Па, Ivz – интенсивность турбулентности в% или [-].

Рис. 1. Временной ряд скорости ветра в центральной точке решаемой области

3. Эксперимент в аэродинамической трубе

Экспериментальные измерения проводились в соответствии с рекомендациями ASCE (Американское общество инженеров-строителей), Руководство No.67 ASCE 1999 [2] для исследований в аэродинамической трубе. Экспериментальные исследования проводились в аэродинамической трубе пограничного слоя (BLWT). Для этого типа измерений необходимо было обеспечить равномерный поток с низкой интенсивностью турбулентности. По этой причине использовалась плоская поверхность, как показано на рис. 3. Приближающийся поток имел интенсивность турбулентности ниже 7,3%, а эталонная скорость зависела от граничных условий. Она варьировалась от 6,58 до 17,87 м / с. Использовались 3 эталонные скорости.

3.1. Описание БЛВТ и измерительных приборов

BLWT в Братиславе был спроектирован с разомкнутой схемой (см. Рис. 2) и двумя испытательными участками. Все испытания проводились в рабочей задней части шириной 2,6 м, высотой 1,6 м и с имитацией ровной местности БС длиной 15 м. Диапазон рабочих скоростей ветра 0,2-32 м / с [3].

Следующие измерительные приборы использовались во время основных и дополнительных испытаний, проведенных в туннеле. Скорость ветра измеряли с помощью анемометра CTA probe (Constant Temperature Anemometry) – miniCTA 54T42 (рис.3) на моделях с размером ячеек 5 × 5 мм. Две трубки Прандтля помещены в туннель BLWT. Один находится в передней рабочей секции, а другой – в задней. Оба датчика зафиксированы. Значения, измеренные трубками Прандтля, использовались в качестве контрольных значений во время испытаний и для калибровки датчика Hot-Wire. Измерения были полностью автоматизированы, т.е. значения температуры, атмосферного давления и скорости ветра автоматически регистрировались и анализировались в программах собственной разработки, созданных программным обеспечением LabVIEW (National Instruments).

Рис. 2. Общий вид BLWT в Братиславе

Рис. 3. HWA MiniCTA Тип 54T42 на траверсе

3.2. Методика эксперимента

Для анализа коэффициента уменьшения ветра были выбраны два типа сетчатой ​​ткани: пластик и сталь. Пластиковая сетка имела размер 4 × 4 мм и была усилена перекрещивающимися волокнами.Стальная сетка имела ромбовидную форму 20 × 12 мм. Измеренная площадь составила 50 × 50 мм в середине поперечного сечения тоннеля на высоте 0,8 м, местность была ровной с интенсивностью турбулентности менее 7,3%. Применялись следующие принципы измерений: сначала измерялось поле скоростей с 3 опорными скоростями без сетки, а затем с сеткой. Испытательная зона на модели была выбрана таким образом, чтобы ветер перед моделью был равномерно распределен, а также чтобы на давление ветра не влияла рама модели.Время сканирования каждой точки составляло 20 секунд для определения средней скорости ветра и стандартного отклонения в каждой точке. Частота дискретизации 3000 Гц. Конфигурация измерительной сетчатой ​​ткани показана на рис. 4.

Рис. 4. Экспериментальные конфигурации: а) пластиковая сетка, б) стальная сетка.

а)

б)

4. Коэффициент уменьшения ветровой нагрузки k на сетку

Коэффициент уменьшения ветровой нагрузки k был определен для отдельных проницаемых материалов как среднее ветровое давление, полученное экспериментальными измерениями на моделях, деленное на среднее ветровое давление на всю стену:

, где k – коэффициент уменьшения [-], qm – среднее ветровое давление на измеряемую площадь за перфорированной моделью, qm, fw – среднее ветровое давление на всю стену согласно формуле.(3).

Результирующие значения среднего давления ветра, полученные на экспериментальной площади на различных проницаемых моделях, показаны на рис. 5-7. Из-за ограниченного количества страниц были представлены результаты только для максимальной скорости ветра.

5. Результаты

Результаты обработаны скриптом и нанесены на контурные карты. На картах нанесено среднее ветровое давление и точки измерения сетки. Видно, что результаты копируют положения проницаемых и непроницаемых областей.

Рис. 5. Распределение среднего ветрового давления на всю стену

Рис. 6. Распределение среднего ветрового давления на одинарной пластиковой сетке

Рис. 7. Распределение среднего ветрового давления на одинарной стальной сетке

6. Выводы

На основе оцененных экспериментальных измерений и с учетом того, что материалы будут использоваться в высотных зданиях, где предполагается более высокая скорость ветра, мы рекомендуем следующие значения коэффициентов уменьшения k средней ветровой нагрузки:

• Для простой пластиковой сетки k = 0.68,

• Для простой стальной сетки k = 0,35,

Уменьшение ветровой нагрузки возможно только на поверхностях из материалов с отверстиями. Рассмотрены значения полной ветровой нагрузки для рамы и ребер жесткости. Коэффициент уменьшения k используется для среднего ветрового давления. Результирующие значения пикового давления ветра получены из уравнения. (4), где учитываются ветровые турбулентные эффекты данной высоты и местности. Если отверстия закрыты, например, ледяным покрытием или строительным материалом, который вместе с дождем может частично блокировать отверстия, коэффициент уменьшения использовать нельзя.Эта проблема может возникнуть в основном с пластиковой сеткой. В этом случае коэффициент k = 1.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *