Расчет ветровой нагрузки, ветровой район таблица
Главная
Основные повреждения, которые получают здания при порывистых ветрах, приходятся, в основном, на крышу. По телевизору, в интернете мы можем увидеть достаточно много наглядных примеров того, как не только отдельные элементы крыши, но и вся крыша, полностью, срывается под порывами ураганного ветра. Почему же происходят подобные случаи? Давайте рассмотрим механику подобных явлений и попробуем сделать расчет ветровой нагрузки.
Содержание
- Ветровые потоки
- Силы, действующие на крышу
- Расчет ветровой нагрузки
- Как бороться с ветровыми «проказами»?
- Уважаемые посетители!
Ветровые потоки
Расчет ветровой нагрузки учитывает направление господствующих ветров. При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие:
- нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
- боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
- вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.
Атака ветрового потока, направленная на скат крыши, образует три усилия, влияющие на расчет ветровой нагрузки, стремящиеся сдвинуть кровлю:
- касательное, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и, захватывая свободные молекулы воздуха, уходящее прочь, стремясь, при этом, опрокинуть крышу;
- перпендикулярное скату кровли, создавая давление, способное вдавить элементы кровли внутрь конструкции крыши;
- и, наконец, из-за разницы давлений воздушной массы (с наветренной стороны образуется зона высокого давления, а с подветренной стороны – низкого), в верхней, подветренной, стороне строения образуется подъемная тяга, как у крыла самолета, стремящаяся поднять крышу.
Силы, действующие на крышу
Проанализировав все усилия воздушных потоков, можно сделать вывод, что при высокой наклонной кровле ветер образует силы, стремящиеся опрокинуть крышу.
Но чем больше угол наклона крыши, тем меньше действуют на нее касательные силы и больше – перпендикулярные скату.
Пологие скаты способствуют созданию больших подъёмных сил, старающихся приподнять конструкцию, отправив её в свободный полёт.
Расчет ветровой нагрузки
Как видим, если не подойти серьезно к учету ветровой нагрузки на крышу, то может произойти беда. Как и кто может это сделать?
Расчёт ветровой нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется специалистами-проектировщиками по формуле:
Wр = 0,7 * W * k * C.
- W – нормативная величина усилия, создаваемого напором воздуха; определяется по картам в приложении к СП 20.133330.2011;
- k – коэффициент, показывающий зависимость давления от высоты над срезом верхнего уровня земли;
- C – аэродинамический коэффициент, учитывающий направление «набегания» воздушного потока на скат крыши.
Таблица коэффициента k для типов местности:
| Высота над уровнем земли, метр | Тип местности | ||
A | B | C | |
| ≤ 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,25 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,5 | 1,1 | 0,8 |
| 60 | 1,7 | 1,3 | 1,0 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,0 | 1,6 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,9 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,1 | 1,8 |
| 250 | 2,65 | 2,3 | 2,0 |
| 300 | 2,75 | 2,5 | 2,2 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥ 480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
Типы местности:
- A – открытые пространства на побережьях морей, озёр, водохранилищ, пустыня, степь, лесостепь, тундра;
- B – населённые пункты, лес, местность с равномерно распределёнными искусственными строениями с высотой больше 10 метров;
- C – территория города с плотным расположением строительных сооружений высотой более 25 метров.
Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при векторе потока в скат крыши:
| Угол наклона ά | F | G | H | I | J |
| 15° | -0,9 | -0,8 | -0,3 | -0,4 | -1,0 |
| 0,2 | 0,2 | 0,2 | |||
| 30° | -0,5 | -0,5 | -0,2 | -0,4 | -0,5 |
| 0,7 | 0,7 | 0,4 | |||
| 45° | 0,7 | 0,7 | 0,6 | -0,2 | -0,3 |
| 60° | 0,7 | 0,7 | 0,7 | -0,2 | -0,3 |
| 75° | 0,8 | 0,8 | 0,8 | -0,2 | -0,3 |
Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при направлении потока во фронтон крыши:
| Угол наклона ά | F | H | G | I |
| 0° | -1,8 | -1,7 | -0,7 | -0,5 |
| 15° | -1,3 | -1,3 | -0,6 | -0,5 |
| 30° | -1,1 | -1,4 | -0,8 | -0,5 |
| 45° | -1,1 | -1,4 | -0,9 | -0,5 |
| 60° | -1,1 | -1,2 | -0,8 | -0,5 |
| 75° | -1,1 | -1,2 | -0,8 | -0,5 |
Положительная величина аэродинамического коэффициента означает, что ветер давит на поверхность.
Отрицательные показатели – поток создаёт разрежение у поверхности кровли, иными словами – «отсос» воздушной подушки.
Зависимость давления, создаваемого потоком воздуха от высоты здания
Как бороться с ветровыми «проказами»?
Во избежание разрушений строители нижние концы стропил надежно прикрепляют к вмонтированным в стену кронштейнам. Если неизвестно, с какой стороны будет направление господствующих ветров, то стропила закрепляют подобным образом по всему периметру здания. Общую устойчивость каркаса крыши обеспечивают ее элементы — подкосы, раскосы и связки, сечение которых рассчитано, исходя из тех природных условий, в которых ведется строительство или ремонт здания.
Уважаемые посетители!
Мы с удовольствием ответим на возникшие вопросы. Для этого Вы можете:
позвонить по номеру: +7 (495) 669 31 74
или отправить сообщение по адресу: info@bta.
и получить подробную консультацию.
ru
Ветровая нагрузка – Все о ремонте и строительстве
При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 8). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь. Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его. В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wн в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле:
Wн = W0×kz×c
Расчетное значение ветровой нагрузки Wр (для расчета по первому предельному состоянию) находится формулой:
Wр = γf ×W0×kz×c,
где γf — коэффициент надежности γf = 1,4; W0 — нормативное значение ветрового давления, определяется по картам приложения к СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» или по рис. 9 и таблице 2; k
таблица 2
| Ветровые районы | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Нормативное давление ветра на 1 м² вертикаальной поверхности | ||||||||
| W0, кПа (кг/м²) | 0,17 (17) | 0,23 (23) | 0,30 (31) | 0,38 (39) | 0,48 (49) | 0,60 (61) | 0,73 (74) | 0,85 (87) |
| Расчетное давление ветра на 1 м² вертикаальной поверхности | ||||||||
| 1,4×W0, кПа (кг/м²) | 0,24 (24) | 0,32 (33) | 0,42 (43) | 0,53 (54) | 0,67 (68) | 0,84 (86) | 1,02 (104) | 1,19 (121) |
таблица 3
| Высота z, м | А | Б | В |
|---|---|---|---|
| не более 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| Типы местности: А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; Б – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h — при высоте сооружения h < 60 м и на расстоянии 2 км — при h > 60 м. | |||
рис. 10. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки
Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.
Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 11). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами.
В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.
Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 12). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.
рис. 12. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы
Что такое ветровая нагрузка и как выдерживает Ничиха?
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 жильцов здания и вносит свой вклад в эксплуатационную функциональность 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, воздействующая на здание. Могут быть подъемная ветровая нагрузка (воздействует на крышу/горизонтальные конструкции), поперечная ветровая нагрузка (горизонтальное давление, которое может повредить стены) и боковая ветровая нагрузка (может вызвать проблемы с фундаментом).
Мы рады поделиться своими знаниями о строительных нормах, общих требованиях к ветровым нагрузкам для зданий и информацией о том, как ветровые нагрузки влияют на каждый компонент коммерческих и жилых зданий.
Ветровая нагрузка и как к ней относится Строительный кодекс
Ветровая нагрузка относится к величине давления, оказываемого на любую заданную зону здания и его компоненты. Параметры, используемые для определения ветровой нагрузки:
- Базовая скорость ветра
- Поток ветра или его направление
- Категория воздействия
- Топографические факторы
- Факторы воздействия порывов ветра
- Классификация корпуса
- Коэффициент внутреннего давления
Многие люди думают, что ветровая нагрузка – это всего лишь меры предосторожности в районах, подверженных ураганам, но правда в том, что ветровая нагрузка определяется для всех зданий и во всех географических районах.
Первые пять параметров полностью зависят от географического положения конструкции, а последние два параметра зависят от самой конструкции конструкции.
Таким образом, регионы, подверженные ураганам, такие как Флорида, имеют дополнительные требования, но все проектировщики обязаны определить необходимые меры безопасности для своих стен, крыш и облицовки.
Первым и наиболее важным параметром при определении ветровой нагрузки на конструкции является базовая скорость ветра. Основные скорости ветра далее подразделяются на одну из четырех возможных категорий риска, касающихся, прежде всего, предполагаемого использования и мощности. Риск I, самая низкая категория риска, включает незанятые здания, такие как бункеры или сараи. Категория наивысшего риска, Риск IV, включает в себя густонаселенные здания, требующие полномасштабной эвакуации, такие как больницы.
Чем выше категория риска, тем выше базовая скорость ветра. Чем выше базовая скорость ветра, тем выше должна быть расчетная ветровая нагрузка для данной конкретной конструкции.
Международные строительные нормы и правила и ASCE 7-10 публикуют основные контурные карты 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: Основные скорости ветра для зданий категорий риска III и IV при воздействии С на высоте 33 фута
Базовая скорость ветра определяется Институтом проектирования конструкций как «трехсекундная скорость порыва ветра на высоте 33 фута над землей в категории воздействия C». Категория воздействия относится к преобладающему направлению ветра относительно шероховатости поверхности местности или ландшафта, окружающего сооружение.
Существуют три категории: B, C и D. Эти категории варьируются от городских районов с жилыми домами до плоских, свободных участков и водных пространств.
Итак, как узнать категорию воздействия и основные скорости ветра в вашем районе при проектировании здания?
- Определите категорию риска в зависимости от занятости вашего здания.
- Найдите местоположение вашего здания на карте категории риска.
- Следуйте контурной линии с базовой скоростью ветра, соответствующей местоположению вашего здания.
Это знание важно, потому что нам нужно знать, будут ли продукты, установленные в наших зданиях, стоять, когда придет сильный шторм.
По закону производители обязаны предоставлять эту информацию в своих сторонних отчетах об оценке кода, поскольку они обязаны предоставлять своим клиентам безопасную и долговечную конструкцию. Вы должны быть в состоянии найти его на веб-сайте производителя, или вы можете запросить его у них напрямую.
Помощь уже в пути
Нужна помощь в проектировании или ценообразовании? Представители Nichiha всегда готовы ответить на ваши вопросы, убедиться, что ваши детали технически обоснованы и что ваш проект соответствует всем требованиям к продукту и дизайну.
Связаться с представителем
Расчетное давление в каждой зоне здания
Как производители определяют допустимые ветровые нагрузки для своей продукции? Чтобы понять, как производители получают эти данные, вы должны сначала понять зоны застройки и проектные нагрузки.
В любой момент времени здание может находиться под действием нескольких типов сил, так как здание подвергается воздействию как изнутри, так и снаружи (например, поперечная нагрузка, подъемная нагрузка, боковая нагрузка или множественные направления нагрузки). Расчетное давление в этом разделе упоминаются те, которые воздействуют на ограждающие конструкции здания (или внешние окружающие стены). Расчетное давление определяется как эквивалентное статическое давление, используемое при определении ветровой нагрузки на здания.
Производители обшивки предоставляют информацию об эксплуатационных характеристиках своих сайдингов в соответствии с расчетным давлением, которое они могут выдержать при предписанном графике крепления. Эти цифры всегда должны публиковаться в сторонних отчетах об оценке кода и в собственном центре технических ресурсов производителя.
Изнутри здания действует положительное давление на внешние стены. Извне на наружную стену также воздействуют отрицательное и положительное давление, в том числе давление ветра или других физических факторов.
Направление этих сил может меняться в зависимости от погодных условий, что может усложнить задачу проектировщикам зданий.
Общая расчетная нагрузка на стену учитывает параметры, перечисленные выше, и значения получаются 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 корпуса здания:
- Открытый
- Частично закрытый
- Закрытый
Расчеты ветровой нагрузки упрощены для малоэтажных зданий или зданий высотой менее 60 футов. Здания, которые выше, имеют более сложные расчеты. ASCE7 разбивает здание на зоны, чтобы справиться с этой сложностью. Зоны 4 и 5 расположены на наружных стенах строения. Ширина зоны 5 определяется различными методами и зависит от высоты здания и габаритных ветров.
После того, как проектировщик здания сможет учесть эффект порыва ветра в данном месте, он сможет сотрудничать с производителем, графики крепления которого могут соответствовать стандарту, необходимому для высоких основных скоростей ветра, которые оказывают давление на зоны зданий 4 и 5.
Как стандартизированные тесты показывают эффективность здания при сильном ветре
Для того чтобы производитель сайдинга знал, какие графики крепления должны быть в том или ином здании, он подвергает свою продукцию тщательным испытаниям, чтобы определить производительность для обеспечения безопасности клиентов. При выполнении этих тестов существует ряд стандартов на выбор.
Наиболее широко принятым стандартом является ASTME330, или Стандартный метод испытаний конструктивных характеристик наружных окон, дверей, световых люков и навесных стен с помощью равномерной разницы статического давления воздуха. Используя образец сборки сайдинга и вакуум в испытательной камере, этот тест имитирует различные заданные интервалы давления и отмечает, когда происходит отказ.
Разрушение может произойти по двум причинам:
- Вытягивание крепежа: Когда сила всасывания ветра, действующая на крепеж, превышает максимальную силу вырыва соединения.
- Протягивание крепежа: Когда крепеж прорывает сайдинг из-за давления ветра.
Разрушение при протягивании в основном зависит от прочности сайдинга в направлении прохождения сайдинга и от диаметра головки крепежа. Чем толще сайдинг и больше диаметр головки, тем прочнее соединение.
Прочность соединения сильно зависит от четырех факторов:
- Длина застежки: Чем длиннее сайдинговый гвоздь, тем прочнее соединение.
- Тип обработки крепежа: Гвозди с гладким стержнем обеспечивают более прочное соединение.
- Диаметр хвостовика: Чем больше диаметр, тем прочнее соединение.
- Плотность пиломатериала, используемого в элементах каркаса : Породы древесины с более высоким удельным весом более прочные.
Поскольку деревянный каркас представляет сложности с точки зрения сорта используемого пиломатериала и частого отказа крепежа, многие испытания проводятся с каркасом из стальных стоек вместо дерева, даже несмотря на то, что большинство жилых домов построено с деревянными стойками.
По этой причине важно, чтобы официальное лицо, утверждающее разрешения на выполнение работ и проверяющее установки, знало точную сборку, используемую при испытаниях, и получало определенное расчетное давление для обеспечения безопасности конечного пользователя. Чтобы воспроизвести характеристики в испытательной лаборатории, необходимо использовать правильный тип шпильки.
Должностные лица Кодекса полагаются на отчеты об оценке эффективности, опубликованные аккредитованной третьей стороной от имени любых производителей. Эти отчеты доказывают, что конкретный продукт соответствует требованиям последней версии строительных норм или превосходит их. Существуют органы и агентства, чья единственная задача заключается в обеспечении того, чтобы в зданиях устанавливались только безопасные продукты.
Код органов и агентств
Существует длинный список агентств, государственных и частных, которые участвуют в установке безопасного сайдинга.
Эти агентства включают:
- ISO (Международная организация по стандартизации): Охватывает все, что связано с производством, электротехникой, ядерной энергетикой, качеством и многим другим.
- ANSI (Американский национальный институт стандартов): Представитель ISO в США.
- ASTM (Американское общество по испытаниям и материалам): Сотни отраслевых экспертов разрабатывают и публикуют добровольные согласованные стандарты для широкого спектра продуктов, материалов, систем и услуг.
- ASCE-SEI (Американское общество инженеров-строителей – Институт инженеров-строителей): Разрабатывает стандарты, касающиеся зданий и сооружений.
- ICC (Совет по международным нормам): Отвечает за разработку Международных строительных норм и правил, которые публикуются каждые 3 года и призваны обеспечить стандарт для строительства зданий.
- Программы государственного страхования: Государственные агентства, целью которых является обеспечение безопасности своих клиентов, в первую очередь в случае стихийных бедствий.
Очевидно, что когда дело доходит до стандартов тестирования, в игре много ценных игроков.
В Соединенных Штатах и Канаде насчитывается более 300 аккредитованных испытательных лабораторий.
Существует также множество сущностей оценки кода, и постоянно появляются новые. Несмотря на то, что стандарты испытаний довольно подробны, руководитель лаборатории и технические специалисты могут их интерпретировать.
В интересах производителя работать в тесном контакте с испытательным агентством по своему выбору, чтобы определить наилучшие потребности, сборки, материалы и результаты 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 заинтересованы в том, чтобы наша продукция беспрепятственно появлялась на рынке.
Однако становится сложнее, когда стандарты неправильно интерпретируются испытательными агентствами, независимыми от ASTM. Интерпретация стандарта одной лабораторией может оказаться катастрофой для потребителя, если безопасность не будет проблемой номер один.
Производители обязаны проводить повторные испытания своей продукции, поскольку эти стандарты со временем меняются, как и строительные нормы и правила. Чтобы сохранить единообразие и безопасность, общее эмпирическое 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, можно сказать, что производители могут играть очень активную роль в разработке стандартов и политик, непосредственно влияющих на установку продаваемой ими продукции. В Nichiha мы стремимся тесно сотрудничать с другими отраслевыми экспертами, а иногда даже с нашими конкурентами, чтобы гарантировать, что наши продукты будут наилучшим образом служить нашим клиентам.
Положитесь на Nichiha
В Nichiha мы наладили отношения с официальными лицами во всех упомянутых выше государственных учреждениях и каждый день усердно работаем над улучшением характеристик нашей продукции, чтобы выйти за рамки даже последних опубликованных строительных норм и правил.
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.
Ветровая нагрузка – Проектирование зданий
Мы используем файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство на нашем веб-сайте. Вы можете узнать о наших файлах cookie и о том, как отключить файлы cookie, в нашей Политике конфиденциальности. Если вы продолжите использовать этот веб-сайт без отключения файлов cookie, мы будем считать, что вы довольны их получением. Закрывать.
Редактировать эту статью
Последняя редакция 28 сен 2020
См. вся история
|
Когда ветер дует на здание, результирующая сила, действующая на возвышения, называется « ветровая нагрузка ».
Конструктивная конструкция здания должна безопасно и эффективно поглощать силы ветра и передавать их на фундамент, чтобы избежать обрушения конструкции.
При анализе высотных зданий с использованием ветровой техники обычно обнаруживается, что ветер является доминирующей нагрузкой и в основном представляет собой горизонтальную силу. Конструкционные системы, воспринимающие ветровые нагрузки , как правило, отделены от систем, воспринимающих постоянные нагрузки и другие гравитационные нагрузки, возникающие внутри здания.
Ветровые нагрузки обычно зависят от скорости ветра и формы (и поверхности) здания, поэтому их трудно точно предсказать. Форма здания может усугубить любые эффекты избыточного или пониженного давления. С наветренной стороны (обращенной к ветру) избыточное давление ветра может выдувать окна, а с подветренной стороны (защищенной от ветра) разрежение (засасывание) может выдувать окна. Стеклянное здание с очень гладким профилем имеет тенденцию отклонять ветер гораздо эффективнее, чем скульптурный или текстурированный профиль, как и круглое здание по сравнению с квадратной формой.
Здания, особенно сверхвысокие (высотой более 250 м), обычно проектируются таким образом, чтобы выдерживать очень сильный ветер с учетом таких факторов, как расчетная скорость ветра, которая зависит от местоположения и метеорологических данных (средняя скорость ветра). Высокие здания могут устранять силы ветра, передавая их через плиты перекрытий в ядро конструкции, а затем вниз к фундаменту.
Управление огромным риском для зданий от ветра требует высокого уровня информации о типе и величине ветровые нагрузки , с которыми, вероятно, придется столкнуться. Эта информация традиционно собиралась путем сочетания полномасштабных измерений и испытаний в аэродинамической трубе, но они могут оказаться дорогостоящими и трудоемкими. По этой причине методы вычислительной гидродинамики (CFD) теперь представляют собой полезный инструмент для прогнозирования турбулентного обтекания зданий, информирования решений и влияния на проектирование.
Анализ влияния крыши на скорость ветра на уровне дорожки для Олимпийского стадиона в Лондоне в 2012 году. |
По мере того, как вычислительная гидродинамика становится более доступной, архитекторы и инженеры получают возможность моделировать поле потока вокруг здания и успешно прогнозировать интересующие параметры, включая поля скорости, давления и температуры.
Для получения дополнительной информации см.: CFD.
Серьезной проблемой, продемонстрированной при испытаниях в аэродинамической трубе, является образование вихрей; это происходит, когда ветер проходит мимо здания и создает низкое давление и всасывание, вызывая вибрацию здания. В сочетании с фронтальным воздействием сил ветра на возвышение, эффект на высокую башню может заключаться в том, что она раскачивается, иногда на 500 мм или более на ее вершине. Это движение, обычно не вызывающее каких-либо структурных повреждений, будет ощущаться пассажирами и может вызывать дискомфорт и даже тревогу.
Один из способов уменьшить это движение — установить бетонные грузы (демпферы с регулируемой массой) на верхнем этаже здания.
Амортизаторы, поддерживаемые тросами и гидравлическими цилиндрами, могут весить более 1000 тонн и могут противодействовать движению здания, замедляя его ускорение до допустимых пределов.
Амортизаторы основаны на масляно-гидравлических системах и состоят из очень тяжелых бетонных грузов, перемещаемых вперед и назад для смещения веса здания из стороны в сторону, чтобы компенсировать движение, вызванное ветром. Движение веса контролируется компьютерами, которые отслеживают движение здания и реагируют соответствующим образом.
Еще один способ уменьшить подвижность — постепенно увеличивать толщину бетонных полов по направлению к верху здания, тем самым увеличивая массу конструкции.
На 432 Парк-авеню, 426-метровой и очень тонкой жилой башне в Нью-Йорке, инженеры WSP уменьшили ветровую нагрузку , исключив все окна на промежуточных уровнях технических помещений с различными интервалами по вертикали. Это позволяет ветру дуть сквозь конструкцию, а не толкать ее – аналогично дырке в парусе.
Движение дополнительно уменьшается за счет двух механизмов демпфирования массы на 84-м этаже.
Все крыши подвержены подъему ветром, который зависит от местоположения, рельефа, высоты, размера, формы и экспозиции. Ветровой подъем возникает, когда давление воздуха под крышей больше, чем давление воздуха над ней. Это может усугубляться во время сильного ветра, поскольку проникновение воздуха в здание может увеличить давление под крышей, а скорость ветра над поверхностью крыши может снизить давление воздуха над ней, почти так же, как это происходит над крылом самолета. Это может привести к повреждению крыши, если разница в давлении станет слишком большой.
Для получения дополнительной информации см.: Поднятие ветром.
- Адаптивные конструкции.
- Арки.
- Несущая способность.
- Изгибающий момент.
- Двухосный изгиб.
- Распорная рама.
- Строительство мостов.
- CFD — преодоление разрыва между архитектурой и проектированием.
