ОЦЕНКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ НА ВЫСОТНЫЕ ЗДАНИЯ

Высотные здания и сооружения очень актуальны в наше время. Строительство таких зданий и сооружений является сложной задачей для архитекторов и инженеров. Одна проблема, возникающая при увеличении высоты зданий – это важность воздействия ветра. Эта проблема является превалирующей над иными.

Перед возведением высотного здания перед строителями-инженерами стоит задача учета и расчета ветровых воздействий на это здание.

Почему возникают ветровые нагрузки? Они возникают, потому что здания и сооружения являются препятствием для распространения воздушных масс, а их форма с точки зрения аэродинамики приводит к изменению направления ветрового потока.

а)                               б)                               в)

Рисунок 1. Воздействие ветра на здание

Данные нагрузки зависят от нескольких факторов:

• скорость ветрового потока;
• плотность воздушной струи, – при повышенной влажности, удельный вес воздуха становится больше, соответственно, возрастает величина переносимой энергии;
• форма стационарного объекта.

Если здание выше 40 м учитывается динамическая составляющая ветровой нагрузки. Ее расчет представлен в СНиП «Нагрузки и воздействия» в пунктах 6.7 – 6.10. Подветренная сторона здания испытывает 60 % ветрового воздействия, а на фасад с наветренной стороны действует 80 % ветровой нагрузки.

Рисунок 2. Схема действия ветровой нагрузки на высотное здание.

Также ветровые нагрузки оказывают воздействие и на крышу здания. На крышу оказывают влияние три силы, которые способны сорвать ее. Две из них касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. И еще одна сила, которая действует перпендикулярно скату крыши и пытается сломать крышу, вдавливая ее. Она возникает от давления ветра.

Рисунок 3. Действие ветровых нагрузок на крышу

В данной работе представлен анализ двух основных методов расчета ветровой нагрузки, оказываемой на здания и сооружения, используемых на практике при инженерных проектировках.

Для расчёта действия ветровой нагрузки на здание необходимо взять чертеж и размеры этого здания из проектной документации и воспользоваться нормативным документом СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» (СНиП 2.01.07-85).

Таблица 1.

Исходные данные

Рисунок 4. Фасад и план здания

Нормативное значение ветровой нагрузки w определяется как сумма средней  и пульсационной составляющих:

                                          ,

где

 – средняя составляющая ветровой нагрузки;

 – пульсационная составляющая ветровой нагрузки.

Нужно определить  и

,

где

– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты;

 – аэродинамический коэффициент.

Коэффициенты взяты из таблиц СП с учетом исходных данных.

Т. к, то и тогда , a.

Тогда

,

где

 – коэффициент пульсации давления ветра;

 – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.

В нашем случае, a .

Тогда

Отсюда нормативное значение равно:

.

Таким образом, выявлено, что ветровая нагрузка на здание составляет . Ее необходимо учитывать при расчёте на выносливость, при расчёте нагрузки на фундамент сооружения (изгибающий, опрокидывающий момент).

Рассчитать ветровую нагрузку, оказываемую на здание, можно также другим методом. Для этого необходимо учитывать давление ветра, которое вычисляется по следующей формуле:

,

где  – скорость ветра (в милях/ч), измеренная на высоте .

В данном случае на высоте =9 м скорость ветра будет равна  =20,14

Вычисление коэффициент лобового сопротивления  зависит от разных видов конструкций:

1.2 – для длинных вертикальных конструкций;

0.8 – для коротких вертикальных;

2.0 – для длинных горизонтальных конструкций;

1.4 – для коротких.

Далее для расчета используется общая формула ветровой нагрузки на здание или сооружение:

,

где  – площадь области,  – давление ветра,  – коэффициент лобового сопротивления.

.

В итоге получится .

Данные при расчете по двум методам отличны друг от друга. Значение ветровой нагрузки в первом методе больше, чем значение во втором методе. Из этого можно сделать вывод, что при расчете ветровых нагрузок на здание будет иметься погрешность. Это лишь показывает недостаточную точность формул, изложенных в методах.

Список литературы:

1. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*: Свод правил. – М.: Минрегион России, 2010. – 96с.
2. Симиу Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения. – М., 1984.
3. -Леденев В.В Высотные здания: учеб.пособие / В.В. Леденев; Тамбовск. гос. техн. ун-т. – Тамбов, 2014. – 277 с.
4. http://glavconstructor.ru/articles/prochnost/programs-veter/