Как рассчитать ветровую нагрузку на опору освещения расскажем в нашей статье
Ветром называют поток воздушных масс, движущихся около поверхности земли из мест с высоким давлением в места с низким. В современных расчетах используются максимальная скорость ветра и его скорость при минимальной температуре и гололеде, что касается силовых опор с воздушной прокладкой кабеля. Ранее ветровые нагрузки определяли по СНиП 2.01.07-85*. Сегодня документ заменен новой редакцией – СП 20.13330.2016, где можно найти все данные и значения для выполнения расчета.
Как рассчитать ветровую нагрузку на опору
Расчет ветровой нагрузки w ведется по СП 20.13330.2016. Согласно п. 5.5, это разновидность кратковременных горизонтальных нагрузок. Подробное описание и особенности расчета приведены в главе 11 указанного документа под названием «Воздействия ветра». Под ветровой нагрузкой подразумевают разные виды воздействия ветра:
- основную ветровую нагрузку;
- пиковые значения ветровой нагрузки на конструктивные элементы и ограждения;
- аэродинамические неустойчивые колебания.
Последние два типа нагрузки свойственны сооружениям, имеющим прямолинейную центральную ось и неизменное или плавно изменяющееся поперечное сечение.
При расчете ветровой нагрузки применяют коэффициент надежности, равный 1,4. Он учитывает возможность отклонения нагрузки от нормативных значений. Согласно 11.1.2 СП 20.13330.2016, нормативная основная ветровая нагрузка определяется как сумма:
w = wm + wg,
где wm – средняя ветровая нагрузка, wg – пульсационная ветровая нагрузка, определяемая по 11.1.8 СП 20.13330.2016. Простыми словами, это статическая и динамическая составляющие ветровой нагрузки.
Пульсация должна учитываться, поскольку скорость ветра не может быть постоянной, а это вызывает дополнительную динамическую нагрузку на опоры. Ветер дует порывами в виде непродолжительных толчков длительностью 0,5-2 с. Причем он часто меняет скорость и направление. Поэтому при расчетах учитывают не только среднюю скорость ветра, но и колебания, при которых в отдельные моменты скорость может превышать среднюю.
Формула для вычисления средней ветровой нагрузки:
wm = w0 · k(ze) · c.
В представленной формуле:
- Значение w0 – нормативная ветровая нагрузка (давление). Определяется в зависимости от ветрового района (от I до VII). Принимается по карте 2 ветровых нагрузок в Приложении Е СП 20.13330.2016.
| Ветровой район | Iа | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Нормативное значения w0, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
- Коэффициент k(ze) – коэффициент изменения ветрового давления по высоте. Согласно 11.1.5, эквивалентная высота башенных сооружений (мачт и опор) определяется как ze = z. По п. 11.1.6 коэффициент k(ze) для ze ≤ 300 м определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016. В таблице приведены типы местности: A – открытое побережье и сельские местности, пустыни, лесостепи, B – лесные массивы, территория города с препятствиями высотой от 10 м, C – городская местность с плотной застройкой и зданиями высотой от 25 м.
Согласно 11.1.5, эквивалентная высота башенных сооружений (мачт и опор) определяется как ze = z. По п. 11.1.6 коэффициент k(ze) для ze ≤ 300 м определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016. В таблице приведены типы местности: A – открытое побережье и сельские местности, пустыни, лесостепи, B – лесные массивы, территория города с препятствиями высотой от 10 м, C – городская местность с плотной застройкой и зданиями высотой от 25 м.
- Коэффициент c – аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки. Принимается по Приложению B.1, где стрелки указывают на направление ветра. Для цилиндрических неплоских опор коэффициент обычно принимается равным 0,7.
Получившуюся после сложения средней и пульсационной нагрузку используют при последующих расчетах опор на сочетание нагрузок: от собственного веса, массы оборудования и проводов. Еще этот расчет может быть необходим при определении гололедных нагрузок. Это касается силовых опор, которые дополнительно служат для воздушной прокладки проводов, которые в зимнее время подвергаются оледенению.
Дмитрий Петров
Примеры расчета ветровых и снеговых нагрузок на тентовые ангары
Строительство тентовых сооружений требует тщательных расчетов. При проектировании овощехранилищ, зернохранилищ, складов любого назначения, производственных цехов, подсобных помещений и других ангаров обязательно учитываются снеговые и ветровые нагрузки. Это давление ветра и снега, которое оказывается на несущие конструкции зданий. Их учет производится в целях повышения безопасности, поскольку сильные порывы и накапливающиеся снежные массы способны привести к обрушению каркаса здания, что влечет не только финансовые потери, но и угрозу здоровью и жизни персонала или иных находящихся в ангаре людей.
Объем выпадающих осадков и ветровое давление отличаются разных областях страны. При расчете этих атмосферных воздействий учитываются климатические особенности конкретного региона, полученные путем многолетних наблюдений, а также специальные формулы с коэффициентами. Снеговые нагрузки для быстровозводимого тентового сооружения вычисляются по СНиП 2.
При проведении расчетов во время проектирования для достижения требуемого уровня безопасности и прочности конструкции рекомендуется считать оба вида нагрузок по отдельности, а затем учесть их одновременное воздействие. Для этого полученные результаты суммируются.
Расчет ветровой нагрузки
Движение воздушных масс непредсказуемо, поэтому лучше предусмотреть запас прочности, чтобы ангар выдержал случайную бурю. Воздействие ветровых нагрузок влияет на постройку целиком, начиная от стен и кровли, и заканчивая основанием. На то, как сильно воздушный порыв надавит на конструкцию, влияет и положение крыши. Чем круче скат, тем больше давление. Однако пологие кровли тоже подвергаются воздействию — ветер становится подъемной силой, способной сорвать и унести покрытие. Это повышает важность точных расчетов.
Для определения ветровой нагрузки на конструкцию ангара используется карта, которая разделяет страну на восемь регионов, отличающихся силой ветров.
Каждому номеру региона соответствует нормальное значение искомого показателя.
Чтобы получить более точную характеристику ветровой нагрузки, учитывается высотный коэффициент — высотность сооружения. Для этого используется формула:
W=Wo×k, где:
W — искомая величина;
Wo — табличное региональное значение;
k — справочный коэффициент, зависящий от вида территории и высотности постройки. Он задается в табличном виде:
Буквами обозначаются регионы:
- А — открытые пространства — берега крупных водоемов, а также пустынные, степные, лесостепные регионы и тундра;
- В — города, леса и другие типы местностей, имеющие препятствия выше 10 м;
- С — урбанистические районы с высотками от 25 м.
При этом типы местности могут разниться в зависимости от направления ветра.
Расчет снеговой нагрузки
Осадки, особенно зимой — одна из главных угроз для быстровозводимых зданий. Они способны промять купол, разрушить несущие конструкции, принеся непоправимый урон оборудованию, тепличным посадкам или товарам, если ангар используется как склад.
Есть риск получения травм у персонала.
Учет снеговых нагрузок проводится по схожему принципу. Россия делится на восемь регионов, каждый из которых имеет свое значение.
Давление снежной массы на квадратный метр крыши (S) рассчитывается так:
S=Sg×. Здесь:
Sg — табличное значение, соответствующее региону;
µ — коэффициент, отображающий то, как изменяется снеговая нагрузка при разном положении крыши. При наклоне от 0-25 градусов он становится равным 1, при 26-60 градусах — 0,7. Если он выше 60 градусов, этот коэффициент не применяется.
Также важно учитывать консистенцию снежной массы. Сухой снег легче, его усредненный вес — 100 кг/м3, влажный же тяжелеет до 300 кг/м3.
Технология каркасно-тентового строительства способствует уменьшению влияния осадков на прочность конструкции. На покатых крышах, характерных для ангаров, снежные шапки практически не задерживаются. Надежность возрастает и благодаря плотности тентового укрывающего материала.
Однако запасом прочности нельзя пренебрегать.
Пример расчета ветровой и снеговой нагрузки
Чтобы лучше разобраться, как считать ветровую нагрузку, рассмотрим пример Московской области. Предположим, что ангар находится в Москве. Это городская территория. Возьмем высота постройки, равную 20 м, кровельный уклон — 35°.
Расчет ведется последовательности:
- Вспоминаем формулу W=Wo×k.
- Находим по карте или таблице, что Москва относится к региону I, значит, Wo для нее равна 23 кгс/м2.
- Поскольку ангар имеет высоту 20 м и находится в городской застройке, коэффициент k по таблице равен 0,85.
- Считаем: 23×0,85 = 19,55 кгс/м3.
Аналогично со снеговыми нагрузками. Перед тем как рассчитать ее для Москвы, определим угол наклона кровли. Для примера возьмем 35 градусов. Последовательность вычислений:
- Вспомним формулу: S=Sg×µ.
- По карте или таблице ищем Москву и видим, что она входит в снеговой регион III, а значит, Sg равно 150 для нормативных нагрузок и 210 для расчетных.
- Для ската в 35° коэффициент µ равен 0,7.
- По табличным данным вычисляем нормативную нагрузку: 150×0,7=105 кгс/м2 и расчетную: 210×0,7=147 кгс/м2.
Также помним, что для достижения наибольшей безопасности лучше учитывать влияние и воздуха, и снега.
Санитарные нормы делят ветровую и снеговую нагрузку на две разновидности — нормативную и расчетную.
Первой, нормативной, называется максимальная нагрузка, при которой сохраняется нормальное использование здания до деформации. Это предельное значение, при котором не прогибаются балки, не провисает и не разрывается тент.
Вторая, расчетная нагрузка выше нормативной. Она получается путем перемножения нормативного значения на коэффициент нагрузочной надежности. Такая поправка делается, чтобы учесть экстренные случаи, например, ураганы или нетипичное увеличение осадков. Так, для снеговой нагрузки этот коэффициент равен 1,4, то есть он увеличивает нормативную на 40%.
Расчетная нагрузка рассчитывается по первому предельному состоянию, то есть на прочность.
Обычно в утилитах и онлайн-формах для вычислений используется именно этот тип значения.
При проектировании каркасно-тентовых ангаров важно помнить, что значения ветровых и снеговых нагрузок в зонах на карте сильно усреднены. Расчет также осложняется тем, что, в отличие от капитальных зданий, тент в быстровозводимых ангарах может провиснуть, а каркасные балки прогнуться. Чтобы избежать связанных с этим негативных последствий рекомендуется закладывать больший запас прочности, учитывать нагрузки, превышающие те, которые характерны для данного региона.
Поскольку Россия богата местами, в которых случаются кратковременные, но разрушительные ураганы, то небольшого запаса прочности может не хватить. Для определения оптимальных параметров при расчетах рекомендуется исследовать климатическую историю последних лет конкретно той точки, в которой планируется строительство ангара.
Однако ни усиление каркаса, ни укладка современных композитных материалов не поможет, если вовремя не очищать купол ангара от снега.
Обычно чистка не требует больше 10-30 минут, но благодаря ей здание прослужит дольше и появится возможность оптимизировать затраты на строительство.
Другой способ избежать скопления тяжелых снежных масс — укладывать термокровлю или пневмокровлю. Благодаря этому снег или тает, не задерживаясь, или вовсе не может скопиться на крыше.
Главное — не допускать скопления снега толщиной выше 30 см и правильно рассчитывать максимальные нагрузки, чтобы ангар служит долгие годы вне зависимости от погоды.
Как рассчитать ветровую нагрузку в соответствии с ASCE7-16
БЛОГ НОВОСТИ И ТЕНДЕНЦИИ
ОБЗОР
Основная цель – узнать о процессе определения ветровых нагрузок. Здесь есть 3 основных определения для расчета ветровой нагрузки.
БАЗОВАЯ СКОРОСТЬ ВЕТРА, В : Трехсекундная скорость порыва ветра на высоте 33 фута (10 м) над землей при воздействии С (см. Раздел 26.7.3), как определено в соответствии с Разделом 26.5.1.
ЗАКРЫТОЕ ЗДАНИЕ: Здание, имеющее общую площадь проемов в каждой стене, на которую действует положительное внешнее давление, меньше или равное 4 кв.
футам (0,37 м2) или 1% площади этой стены, в зависимости от того, что меньше.
ЗДАНИЕ МАЛОЕ
Огороженное или частично огороженное здание, соответствующее следующим условиям:
1. Средняя высота крыши h меньше или равна 60 футам (18 м).
2. Средняя высота крыши h не превышает наименьшего горизонтального размера.
Содержание
1. Разрешенные методы проектирования
2. Схема процесса определения ветровых нагрузок
2.1. Определить базовую скорость ветра, V, см. раздел 26.5
2.2. Определите коэффициент направленности ветра, Kd, см. раздел 26.6
2.3. Определите воздействие, см. Раздел 26.7
2.4. Определить Топографический фактор, тенге, см. раздел 26.8
2.5. Определите коэффициент высоты земли, Ke, см. Раздел 26.9
2.6. Определить коэффициенты воздействия давления скорости, Kh и Kz, см. Таблицу 26. 10-1
2.7. Определите скоростное давление, см.
раздел 26. 10
2.8. Определить коэффициент воздействия порыва ветра, см. раздел 26. 11
2.9. Определить коэффициент внешнего давления Cp, см. рис. 27. 3-1
2.10. Определить расчетное ветровое давление, р, см. раздел 27. 3. 1
2.11. Определить эффективную площадь для каждого этажа, Ai
2.12. Рассчитать расчетную силу ветра, В
007
Метод 1. Методика направления для зданий любой высоты
> Указанный в главе 27 для зданий, отвечающих указанным в ней требованиям.
Метод 2. Метод конвертации для малоэтажных зданий
> Указан в главе 28 для зданий, отвечающих указанным в ней требованиям.
Метод 3. Инструктивная процедура для строительных принадлежностей и прочего
Конструкции
> Строительные принадлежности: кровельные конструкции и оборудование
> Другие конструкции: прочные отдельно стоящие стены и массивные отдельно стоящие стены
> Определено в главе 29.
Метод 4. Процедура аэродинамической трубы для всех зданий и всех других конструкций
> Определено в главе 31.
Пример модели
2. Схема процесса определения ветровых нагрузок
См. ASCE 7-16 РИСУНОК 26. 1-1
Всего в этом разделе 12 шагов.
1. Определить базовую скорость ветра, V, см. раздел 26.5
2. Определить коэффициент направленности ветра, K
d , см. раздел 26.6
единство, отражающее тот факт, что наиболее неблагоприятные в климатологическом и аэродинамическом или динамическом отношении направления ветра обычно не совпадают.
3. Определите воздействие, см. Раздел 26.7
0007
Воздействие A (недавно исключено из ASCE 7-02):
Чрезвычайно защищенное место. Крупные городские центры с высокими зданиями.
Воздействие B :
Городские и пригородные районы, лесные массивы с множеством близко расположенных препятствий.
Экспозиция C :
Открытая местность с рассеянными препятствиями. Аэропорты, районы, которые обычно представляют собой плоскую открытую местность.
Воздействие D :
Плоские, свободные участки и водные поверхности за пределами регионов, подверженных ураганам. В эту категорию входят гладкие илистые отмели, солончаки и сплошной лед, простирающийся на 5000 футов или в 20 раз превышающий высоту здания в направлении против ветра.
9000 7
4. Определите топографический фактор, K
zt , см. Раздел 26.8
Вот пример модели: При экспозиции C, H=20 м и откосе. 0,56 67 ∗ (1−|10| / (4∗30)) ∗𝑒 −2,5∗28/30 ) 9Пример
𝑙𝑜𝑤
𝐾 2 = (1−|𝑥| ∕ (𝜇𝐿_ℎ ) )
𝐾 3 =𝑒 −𝛾𝑧/𝐿 ℎ
002
* Примечание
K e не рассматривается nGen.
Если вы хотите отразить K e , вы можете управлять этим с помощью значения «Масштабный коэффициент» в диалоговом окне «Ветровая нагрузка».
6. Определить коэффициенты воздействия скорости давления, K
h и K z , см. Таблицу 26. 10-1 900 02
7. Определить скоростное давление, см. раздел 26. 10
Где,
K z = коэффициент воздействия скорость-давление, см. раздел 26. 10.1.
K zt = топографический фактор, см. раздел 26. 8.2.
K d = коэффициент направленности ветра, см. раздел 26 .6.
K e = коэффициент высоты земли, см. раздел 26.9.
9. Определить коэффициент внешнего давления, Cp, см. рис. 27. 3-1
02
𝑝 𝑖 = 𝑞𝐺𝐶 𝑝 − 𝑞 ℎ (𝐺𝐶 𝑝𝑖 )
11.
Определить эффективную площадь каждого этажа, Ai +ℎ 𝑖−1 )𝐵 𝑜𝑟 0,5(ℎ 𝑖 +ℎ 𝑖−1 )𝐿9012 6 12. Расчет расчетной силы ветра, В
Расчетная сила ветра для примера модели (вручную)
Расчетная сила ветра для примера модели (по nGen) 90 421
Вы можете скачать полную версию технического описания “Основы ветровой нагрузки” в конце этой страницы.😊
National Certified Testing Laboratories, Inc.
Корреляция между динамической скоростью ветра и статическим эквивалентным давлением носит формульный характер. Динамическая скорость ветра в различных местах в США определяется по картам скорости ветра в документе ASCE/SEI 7. Эти карты скорости ветра основаны на исторических данных о погоде и обеспечивают максимальную ожидаемую 3-секундную скорость порыва ветра. ASCE/SEI 7 также подробно описывает процедуру расчета для определения требуемого расчетного давления (также известного как ветровая нагрузка или DP) для конкретного применения в проеме здания.
В дополнение к скорости ветра в этом процессе учитываются различные факторы для деталей применения, включая использование здания, окружающую местность, высоту и размеры здания, размер и расположение проемов в здании и т. д. Важно отметить, что этот процесс зависит от конкретного применения — требуемое расчетное давление — это не просто преобразование скорости ветра с использованием ранее указанных уравнений — оно зависит от многих других факторов.
| Класс/расчетное давление в PSF (дюймы водяного столба) | Класс/расчетное давление, эквивалентное скорости ветра в милях в час | Испытательное давление конструкции в PSF (дюймы водяного столба) | Испытание конструкции на давление, эквивалентное скорости ветра, в милях в час | Испытательное давление воды в PSF (дюймы водяного столба) | Эквивалентная скорость ветра при испытании водой под давлением в милях в час |
|---|---|---|---|---|---|
| 15 (2,88) | 77,52 | 22,50 (4,32) | 94,94 | 2,86 (0,55) | 24,67 |
| 20 (3,84) | 89,51 | 30,00 (5,76) | 109,63 | 3,00 (0,58) | 33,85 |
| 25 (4,80) | 100. 08 | 37,50 (7,20) | 122,57 | 3,75 (0,72) | 38,76 |
| 30 (5,76) | 109,63 | 45,00 (8,64) | 134,27 | 4,50 (0,86) | 42,46 |
| 35 (6,72) | 118,42 | 52,50 (10,08) | 145,03 | 5,25 (1,01) | 45,86 |
| 40 (7,68) | 126,59 | 60,00 (11,52) | 155,04 | 6,00 (1,15) | 49.03 |
| 45 (8,64) | 134,27 | 67,50 (12,96) | 164,45 | 6,75 (1,30) | 52 |
| 50 (9,60) | 141,53 | 75. 00 (14.40) | 173,34 | 7,50 (1,44) | 54,82 |
| 55 (10,56) | 148,44 | 82,50 (15,84) | 181,8 | 8,25 (1,58) | 57,49 |
| 60 (11,52) | 155,04 | 90.00 (17.28) | 189,89 | 9,00 (1,73) | 60,05 |
| 65 (12,48) | 161,37 | 97,50 (18,72) | 197,64 | 9,75 (1,87) | 62,5 |
| 70 (13,44) | 167,47 | 105.00 (20.16) | 205,1 | 10,50 (2,02) | 64,86 |
75 (14. 40) | 173,34 | 112,50 (21,60) | 212,3 | 11,25 (2,16) | 67.14 |
| 80 (15,36) | 179,03 | 120.00 (23.04) | 219,26 | 12.00 (2.30) | 69,34 |
| 85 (16.32) | 184,54 | 127,50 (24,48) | 226.01 | 12.00 (2.30) | 69,34 |
| 90 (17,28) | 189,89 | 135,00 (25,92) | 232,56 | 12.00 (2.30) | 69.34 |
| 95 (18.24) | 195,09 | 142,50 (27,36) | 238,94 | 12. |