Ветровая нагрузка
Расчет ветровой нагрузки рекламных конструкций |
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:
- 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.)
-
СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздествия» ( буду ссылаться как на [1] )
-
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,
Если рекламная вывеска расположена ниже 40 м от земли , то пульсационную составляющую допускается не учитывать!! ( п. 6.2 [1] ). В большинстве случаев ( z < 40 м) считать пульсационную можно не считать, хотя многие всё равно её расчитывают не смотря на то, что СНиП разрешает этого не делать. (но мы всё равно разберем её тоже). Мы рекомендуем проводить полный расчет ветровой нагрузки для крышных установок, панель-кронштейнов и отдельностоящих конструкций.
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 какоку 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.1
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. |
В соответствии с [1] п.6.3. нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:
Wm=w0 ·k ·c,
где w0 - нормативное значение ветрового давления (см. [1] п. 6.4);
Для вычисления нагрузки согласно [1] приняты следующие данные:
Москва- I ветровой район;
- нормативное значение ветрового давления w0 = 23 кг/м2 (табл. 5);
- тип местности - B (п. 6.5 [1] ); принимаем высоту z = 25 м;
по табл.6[1] k = 0,9;
аэродинамический коэффициент ([1] п. 6.6; ):
- на заветренной стороне с = - 0.6;
- на наветренной стороне с = 0,8;
Wm1 = 0,23·0,9·0.6= 0,124 кПа;
Wm2 = 0,23·0,9·0,8= 0,165 кПа
Согласно п.6.2 [1] при расчете сооружений высотой до 40 м, размещаямых в местностях типов А и В, пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.
Значения ветровой нагрузки на заветренной стороне:
нормативная величина ветровой нагрузки - Wн = 0,124кПа;
расчетная величина ветровой нагрузки - Wр = 0,124·1,4=0,174 кПа. ( 174 Н/кв.м.)
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке γf =1,4.
Значения ветровой нагрузки на наветренной стороне :
нормативная величина ветровой нагрузки - Wн = 0,165 кПа;
расчетная величина ветровой нагрузки - Wр = 0,165·1,4=0,231 кПа. (231 Н/кв.м.)
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке γf=1,4.
Общая ветровая нагрузка:
Wобщ= 0,174 кПа + 0,231 кПа= 0,405 кПа (405 Н/м2)
Рветр= Wобщ * Sобщ =405 Н/м2 * 30 м2= 12150 Н=12,2 кН
где Sобщ - площадь сопротивления ветровому потоку ( площадь вывески)
Ветер как нагрузка
Действие ветра на сооружения проявляется в виде статической ветровой нагрузки и в возбуждении колебаний конструкций. Недостаточность знаний о действии ветра на сооружение приводила к обрушению мостов, высоких зданий, опор линий электропередачи, радиомачт. Основными причинами аварий были ошибки в назначении величины расчетной ветровой нагрузки, неправильное представление о характере ее распределения по сооружению, недостаточный учет аэродинамических характеристик, вибрация конструкций.
Если известны расчетная скорость ветра, его порывистость, профиль ветра по высоте, вероятность ветров различной силы и «роза ветров», может быть установлено действие ветра на сооружение.
Ветер — динамическая нагрузка, так как скорость его все время меняется. Реакция сооружения на ветер будет различной: жесткие конструкции воспринимают ее как статическую, реакция гибких конструкций зависит от частоты свободных (собственных) колебаний. Влияние порывов ветра часто оценивают динамическим коэффициентом, учитывающим и повторное их действие. Для высоких сооружений ветровая нагрузка является основной; при расчете их на прочность и деформативность необходимы более детальные сведения о ветре в месте предполагаемого строительства, чем сообщаемые в нормативных документах.
Ветровая нагрузка на сооружения зависит не только от размеров сооружения и скорости ветра, но и от конструктивной формы, оцениваемой аэродинамическими коэффициентами. Только ясное физическое представление о действии ветра на сооружения, для познания которого привлечены и смежные научные дисциплины, в частности прикладная климатология, аэромеханика, математическая статистика, теория колебаний, может быть гарантией правильного расчета сооружений.
Строитель рассматривает ветер как кратковременную нагрузку и источник вибрации конструкций. Для высоких сооружений и зданий, большепролетных конструкций, мостов и др. Ясное представление о структуре ветра, законах распространения, интенсивности его, частоте сильных ветров, порывистости является обязательным условием проектирования, поскольку действие ветра определяет прочность и стоимость конструкции.
Действие ветра на сооружения проявляется в виде нагрузки, величина которой зависит от скорости ветра и его порывистости. Сила и характер ветра, преимущественное направление сильных ветров определяются климатическими условиями и рельефом местности. Ветровая нагрузка на сооружение зависит от скорости и порывистости ветра, параметров конструкции, включая ее динамические характеристики, аэродинамических коэффициентов формы, размеров и положения конструкции относительно потока.