Vėjo apkrova: skaičiavimo taisyklės, profesionalų rekomendacijos

2024 Autorius: Aaron Duncan | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-15 04:29

Projektuojant pastatus ir statinius, vėjo apkrovą tenka skaičiuoti gana dažnai. Šis rodiklis apskaičiuojamas naudojant specialias formules. Svarbu atsižvelgti į tokią apkrovą, pavyzdžiui, rengiant stogo santvarų sistemų brėžinius, parenkant reklaminių stendų vietą ir dizainą ir pan.

SNiP standartai

Tiesą sakant, pats šio parametro apibrėžimas suteikia SNiP 2.01. 07-85. Pagal šį dokumentą vėjo apkrova turėtų būti laikoma visuminiu rodikliu:

• slėgis, veikiantis išorinius konstrukcijos ar elemento konstrukcijų paviršius;
• trinties jėga, nukreipta tangentiškai į konstrukcijos paviršių, susijusi su jos vertikalios arba horizontalios projekcijos plotu;
• normalus slėgis, taikomas vidiniam pastato paviršiui su pralaidžiais pastato atitvarais arba atviromis angomis.

Kaip nustatyti

Skaičiuojant vėjo apkrovą, atsižvelgiama į du pagrindinius parametrus:

• vidutinis komponentas;
• pulsuojantis.

Apkrova apibrėžiama kaip šių dviejų parametrų suma.

Vidutinis komponentas: pagrindinė formulė

Jei projektuojant nebus atsižvelgta į vėjo apkrovą, tai vėliau turės itin neigiamą poveikį pastato ar konstrukcijos eksploatacinėms savybėms. Vidutinis jo komponentas apskaičiuojamas pagal šią formulę:

W=Wok.

Čia W yra apskaičiuota vėjo apkrovos vertė z aukštyje virš žemės paviršiaus, Wo yra standartinė vertė, k yra slėgio kitimo su aukščiu koeficientas. Visi pradiniai šios formulės duomenys nustatomi iš lentelių.

Kartais skaičiavimuose naudojamas ir parametras c – aerodinaminis koeficientas. Formulė šiuo atveju atrodo taip: W=Wokс.

Norminė vertė

Norėdami sužinoti, kas yra šis parametras, turite naudoti Rusijos Federacijos vėjo apkrovos regionų lentelę. Jų yra tik aštuoni. Žemiau pateikiama vėjo apkrovų lentelė (Wo verčių priklausomybė nuo konkretaus Rusijos regiono).

Mažai ištirtoms šalies vietovėms, taip pat kalnuotiems regionams, šis SNiP parametras leidžia nustatyti pagal oficialiai registruotas oro stotis ir remiantis esamų pastatų ir konstrukcijų eksploatavimo patirtimi. Šiuo atveju vėjo apkrovos standartinei vertei nustatyti naudojama speciali formulė. Tai atrodo taip:

Wo=0,61 V2o.

Čia V2o – vėjo greitis metrais per sekundę 10 m lygyje, atitinkantis 10 vidutinį intervaląminučių ir viršijamas kas 5 metus.

Kaip nustatomas koeficientas k?

Šiam parametrui taip pat yra speciali lentelė. Jį nustatant atsižvelgiama į teritorijos, kurioje numatoma statyti statinį ar pastatą, tipą. Yra trys iš jų:

1. A tipas – atviros plokščios zonos: jūrų, ežerų ir upių pakrantės, stepės, dykumos, tundros regionai, miško stepės.
2. B tipas – iki 10 metrų aukščio kliūtimis padengtas reljefas: miesto teritorija, miškai ir kt.
3. C tipas – miesto teritorijos, kuriose pastatai aukštesni nei 25 m.

Statybos ploto tipas taip pat nustatomas atsižvelgiant į SNiP reikalavimus. Į tai reikia atsižvelgti projektuojant. Bet kuris pastatas laikomas esančiu tam tikro tipo vietovėje, jeigu pastaroji yra priešvėjinėje jo pusėje 30h atstumu. Čia h yra projektinis statinio aukštis iki 60 m. Esant didesniam pastato aukščiui, reljefo tipas laikomas tikru, jei jis lieka bent 2 km atstumu nuo vėjo pusės.

Kaip apskaičiuoti pulsacijos apkrovą

Pagal SNiP vėjo apkrova, kaip jau minėta, turėtų būti nustatyta kaip vidutinio standarto ir pulsacijos suma. Paskutinio parametro vertė priklauso nuo pačios konstrukcijos tipo ir jos dizaino ypatybių. Šiuo atžvilgiu jie išskiria:

• statiniai, kurių natūralusis virpesių dažnis viršija nustatytą ribinę vertę (kaminai,bokštai, stiebai, kolonų tipo aparatai);
• konstrukcijos ar jų konstrukcijos elementai, kurie yra vieno laisvės laipsnio sistema (skersiniai pramoninių vieno aukštų pastatų karkasai, vandens bokštai ir kt.);

simetriškas pastato atžvilgiu

Įvairių tipų konstrukcijų formulės

Pirmojo tipo konstrukcijoms, nustatant pulsuojančią vėjo apkrovą, naudojama formulė:

W_p=WGV.

Čia W yra standartinė apkrova, nustatyta pagal aukščiau pateiktą formulę, G yra slėgio pulsacijos koeficientas aukštyje z, V yra pulsacijos koreliacijos koeficientas. Paskutiniai du parametrai nustatomi lentelėse.

Konstrukcijoms, kurių natūralaus svyravimo dažnis viršija nustatytą ribinę vertę, nustatant pulsuojančią vėjo apkrovą naudojama ši formulė:

W_p=WQG.

Čia Q yra dinaminis koeficientas, nustatytas pagal diagramą (pateikta žemiau), priklausomai nuo parametro E, apskaičiuojamas pagal formulę E=√RW/940f (R yra apkrovos saugos koeficientas, f yra natūralių svyravimų dažnis) ir logaritminiai mažėjimo svyravimai. Paskutinis parametras yra pastovus ir priimtas:

• plieninio karkaso pastatams kaip 0,3;
• stiebams, įdėklams ir kt. kaip 0,15.

Simetriškiems pastatams pulsuojanti vėjo apkrova apskaičiuojama pagal formulę:

• W_p=mQNY.

Čia Q – dinamiškumo koeficientas, m – konstrukcijos masė aukštyje z, Y – horizontalūs konstrukcijos virpesiai lygyje z pagal pirmąją formą. N šioje formulėje yra specialus koeficientas, kurį galima nustatyti pirmiausia padalinus konstrukciją į r, sekcijų, kurių ribose vėjo apkrova yra pastovi, skaičių ir naudojant specialias formules.

Dar vienas būdas

Vėjo apkrovą galite apskaičiuoti naudodami šiek tiek kitokį metodą. Tokiu atveju pirmiausia turite nustatyti vėjo slėgį pagal formulę:

(Psf)=.00256V^2.

Čia V yra vėjo greitis (myliomis per valandą).

Tada turėtumėte apskaičiuoti pasipriešinimo koeficientą. Jis bus lygus:

• 1.2 – ilgoms vertikalioms konstrukcijoms;
• 0,8 – trumpoms vertikalioms linijoms;
• 2.0 – ilgoms horizontalioms konstrukcijoms;
• 1.4 – trumpiems (pavyzdžiui, pastato fasadas).

Toliau turite naudoti bendrą pastato ar konstrukcijos vėjo apkrovos formulę:

F=APCd.

Čia A yra plotas, P yra vėjo slėgis, Cd yra pasipriešinimo koeficientas.

Taip pat galite naudoti šiek tiek sudėtingesnę formulę:

F=APCdKzGh.

Taikant, papildomai atsižvelgiama į poveikio veiksnius K_z b ir gūsių jautrumą G_{h. Pirmasis apskaičiuojamas kaip z/33]^(2/7,antrasis - 65+60 / (h/33)^(1/7). Šiose formulėse z yra aukštis nuo žemės iki konstrukcijos vidurio, h yra bendras pastarosios aukštis.}

Ekspertų rekomendacijos

Vėjo apkrovai apskaičiuoti inžinieriai dažnai pataria naudoti gerai žinomas MS Excel ir OOo Calc programas iš Open Office paketo. Pavyzdžiui, šios programinės įrangos naudojimo procedūra gali būti tokia:

• „Excel“įjungtas lape „Vėjo energija“;
• vėjo greitis įrašomas langelyje D3;
• laikas yra D5;
• oro srauto sritis – D6;
• oro tankis arba savitasis sunkis – D7;
• Vėjo turbinos efektyvumas – D8.

Yra ir kitų būdų, kaip naudoti šią programinę įrangą su kitomis įvestimis. Bet kuriuo atveju gana patogu naudoti MS Excel ir OOo Calc skaičiuojant vėjo apkrovą pastatams ir statiniams bei atskiroms jų konstrukcijoms.