Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Руководство составлено к главе СНиП II-6-74 “Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования” и распространяется на проектирование промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий и сооружений.

1.2. Здания и сооружения, проектируемые с учетом настоящего Руководства, должны удовлетворять требованиям главы СНиП II-6-74 “Нагрузки и воздействия”, а также требованиям, предъявляемым действующими нормативными документами к аналогичным зданиям и сооружениям.

сооружений с периодом собственных колебаний более 0,25 с (мачт, башен, дымовых труб, опор линий электропередачи, аппаратов колонного типа, транспортерных галерей, открытых этажерок и т.п.); многоэтажных зданий высотой более 40 м; поперечных рам одноэтажных однопролетных производственных зданий высотой более 36 м при отношении высоты к пролету более 1,5.

1.4. Для высоких сооружений круговой цилиндрической формы (дымовых труб, мачт и т.п.) необходимо также производить поверочный расчет на резонанс, возникающий при таких скоростях ветра, когда частота срыва вихрей совпадает с собственной частотой колебаний сооружений поперек потока.Примечание. В гибких призматических конструкциях при определенных скоростях ветра могут возникнуть колебания поперек потока, связанные с явлением аэродинамической неустойчивости таких тел. Указания по расчету и мероприятия по уменьшению колебаний таких конструкций устанавливаются на основании данных аэродинамических испытаний.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Аэродинамические коэффициенты для зданий, сооружений и конструкций

2.1. Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки должно определяться по формуле

, Па, (1)

– нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 м над поверхностью земли, принимаемый по п.3.1; – плотность воздуха, кг/м; – скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли, м/с; – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте, принимаемый в соответствии с указаниями, изложенными в пп.4.1-4.4; – аэродинамический коэффициент, принимаемый по табл.1, прил.1.

2.2. Коэффициент перегрузки для ветровой нагрузки на здания должен приниматься равным 1,2; на высокие сооружения, где ветровая нагрузка имеет решающее значение, 1,3, если в нормах проектирования этих сооружений не приводится другое значение этого коэффициента. Коэффициент перегрузки для дымовых труб высотой от 150 до 300 м рекомендуется принимать равным 1,4, выше 300 м – 1,5.

3.1. Нормативный скоростной напор ветра () для данного географического района устанавливается на основе статистического анализа климатологических данных по скоростям ветра в этом районе (районы СССР принимаются по карте, приведенной в главе СНиП II-6-74 “Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования”).Скоростные напоры в зависимости от района СССР должны приниматься по табл.1.

Таблица 1

Районы СССР

I

II

III

IV

V

VI

VII

Скоростной напор, Па

270

350

450

550

700

850

1000

Для обозначенных на карте горных и мало изученных районов скоростной напор ветра допускается уточнять по данным Гидрометеорологической службы, а также по результатам обследования районов строительства с учетом опыта эксплуатации. При корректировке нормативный скоростной напор допускается определять по формуле

, Па, (2)

где – скорость ветра (при двухминутном интервале осреднения), превышаемая в среднем один раз в пять лет, если техническими условиями, утвержденными в установленном порядке, не регламентированы другие периоды повторяемости скорости ветра; – коэффициент к скоростям ветра, полученным из обработки наблюдений по флюгеру, принимаемый не более единицы;

3.2. В случаях когда при расчете здания (сооружения) имеют значения ветры одного-двух румбов, допускается при наличии достоверных данных о скоростях ветра по различным направлениям учитывать направление ветра и определять его скорость заданной обеспеченности по указаниям п.3, прил.2.

4.1. Для определения скоростного напора ветра по высоте сооружения используется степенной закон изменения нормативной скорости ветра с высотой в нижнем слое атмосферы. Показатель степени в этом законе зависит от шероховатости подстилающей поверхности и от самой скорости ветра (см. п.4, прил.2).В зависимости от шероховатости подстилающей поверхности земли различают местности типа А, Б и В.

К типу А относятся открытые местности (степи, лесостепи, пустыни, открытые побережья морей, озер, водохранилищ). К типу Б относятся города, лесные массивы и тому подобные местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м. К типу В относятся районы крупных городов, имеющие не менее 50% зданий восьми и более этажей.

В главе СНиП II-6-74 приняты два профиля для нормативных скоростных напоров: один для открытой местности (тип А), другой для городов и лесных массивов (тип Б).Жилые районы в крупных городах со зданиями повышенной этажности и высокими зданиями (25-30 этажей) при надлежащем обосновании могут быть отнесены к местности типа В.

Вертикальные профили скоростных напоров для местности типа Б и В применяются в тех случаях, когда эти местности в направлении действия ветра имеют протяженность не менее 1,5-2 км, при этом в зависимости от шероховатости эти профили могут меняться для разных направлений.Для сооружений, возводимых в открытом море, скоростной напор определяется по скорости, записанной в районе расположения сооружения.Значения коэффициентов (A, Б, В), учитывающих изменение скоростного напора в зависимости от высоты и типа местности, определяются по табл.2.

Таблица 2

Тип местности

Коэффициент при высоте над поверхностью земли, м

до 10

20

30

40

60

100

200

350 и выше

А

1

1,25

1,4

1,55

1,75

2,1

2,6

3,1

Б

0,65

0,9

1,05

1,2

1,45

1,8

2,45

3,1

В

0,3

0,5

0,6

0,75

1

1,4

2,2

3,1

Открытое море

1

1,15

1,25

1,3

1,4

1,5

Примечание. Для промежуточных высот значение допускается определять линейной интерполяцией данных табл.2. В пределах отдельных зон зданий и сооружений при высоте каждой зоны не более 10 м величину коэффициентов допускается принимать постоянной.

при , (3)

Параметр относится к местности, расположенной выше по потоку, принимается по табл.2. Показатели степени и относятся к местностям, расположенным соответственно выше и ниже по потоку.Глубина внутреннего пограничного слоя , зависящая от расстояния от границы до точки, для которой строится переходной профиль, принимается по табл.3.

Таблица 3

Граница местностей типа

Глубина пограничного слоя при расстоянии , м

50

200

500

2000

А и Б

0,16

0,22

11

35

70

215

Б и В

0,22

0,33

19

55

110

340

Б и А

0,22

0,16

9

22

55

165

В и Б

0,33

0,22

13

42

90

260

4.3. Для зданий высотой до 5 м, расположенных на местности типа А, скоростной напор, определяемый по табл.1, допускается снижать на 25%.

4.4. Для зданий высотой до 40 м, расположенных в местности типа В, скоростной напор принимается как для местности типа Б.

4.5. Если поверхность земли вокруг здания не горизонтальна, то при уклоне 0,3 высота сооружения определяется от его основания.При уклонах 0,32 и 2 условный уровень , от которого отсчитывается высота сооружения, определяется по рис.1.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

5.1. Ветровая нагрузка на здания (сооружения) зависит от их формы, положения в пространстве и проницаемости ограждений.Различают многоугольные (квадратные, прямоугольные и т.п.) и круглые в плане здания и сооружения, навесы, решетчатые сооружения, конструкции специальных форм.По своему положению в пространстве конструкции могут быть установлены на поверхности земли или примыкать к плоскостям больших размеров;

аэродинамически изолированы в пространстве, если расстояние до земли или до соседней стены более их размера по вертикали или по нормали к стене; заключены между двумя параллельными плоскостями больших размеров.Конструкции, расположенные на поверхности земли и примыкающие к плоскости больших размеров (другое здание или стена), с аэродинамической точки зрения подобны конструкции высотой 2 (рис.

6.1. К сооружениям башенного типа относятся: дымовые трубы, башни, опоры линий электропередачи, аппараты колонного типа и тому подобные сооружения. В качестве расчетной схемы таких сооружений принимается защемленный в основание консольный стержень постоянного или переменного по высоте сечения.

6.2. Нормативное значение динамической составляющей ветровой нагрузки должно определяться для каждой формы колебаний сооружения в виде системы инерционных сил, приложенных к середине участков, на которые условно разбивается сооружение.Инерционная сила, кН, приложенная в середине участка с номером при колебаниях сооружения по -ой собственной форме должна определяться по формуле

где – масса -го участка, т, сосредоточенная в его середине; – коэффициент динамичности, принимаемый в соответствии с п.6.3; – приведенное ускорение, м/с, середины -го участка, принимаемое в соответствии с п.6.4; – коэффициент, учитывающий пространственную корреляцию пульсации скорости ветра по высоте сооружения и принимаемый в соответствии с п.6.5.

6.3. Коэффициент динамичности допускается определять по графикам рис.6 в зависимости от параметра и от логарифмического декремента колебаний ( – период -й формы собственных колебаний, с; – расчетная скорость ветра, м/с; – коэффициент перегрузки, принимаемый по п.2.2.

Различают два явления аэродинамической неустойчивости высоких сооружений, возникающих при их взаимодействии с потоком ветра: вихревое возбуждение сооружений цилиндрической формы и галопирование гибких призматических конструкций.

7.1. При обтекании сооружений цилиндрической формы плоскопараллельным потоком ветра в области за сооружением образуется вихревая дорожка с шахматным расположением вихрей. Когда при определенных скоростях ветра частота срыва вихрей совпадает с собственной частотой сооружения, возникают резонансные колебания.Поэтому кроме динамического расчета такого сооружения на действие турбулентного ветра необходим также расчет на резонанс.

7.2. Проверка на резонанс сооружений круговой цилиндрической формы должна производиться в тех случаях, когда критическая скорость ветра находится в пределах м/с.При усилия в сооружении при резонансе всегда меньше усилий при расчете в направлении действия ветра; скорость 25 м/с принята в качестве верхней границы критической скорости для всех географических районов СССР.

7.3. Критическую скорость ветра, вызывающую резонансные колебания сооружения в направлении, перпендикулярном ветровому потоку, допускается определять по формуле

, (29)

где – период собственных колебаний сооружения по -ой форме, с; – число Струхаля поперечного сечения (для круга 0,2, для сечения с угловыми точками 0,15); – диаметр сооружения, м, для сооружений с малой коничностью (с уклоном не более 0,01) – диаметр его сечения на уровне 2/3 высоты.

7.4. При проверке на резонанс амплитуду интенсивности динамической силы , Н/м, на уровне при колебаниях сооружения по -ой форме допускается определять по формуле

, (30)

где – относительная ордината -ой формы собственных колебаний; – амплитуда интенсивности на уровне свободного конца сооружения консольного типа или в середине пролета трубчатой мачты на вантах; – скоростной напор, Па, соответствующий критической скорости ; – коэффициент поперечной силы, принимаемый равным 0,25 – для сооружений круговой цилиндрической формы и 0,5 – для цилиндрических сооружений с поперечными сечениями, имеющими угловые точки.Для сооружения консольного типа допускается учитывать только первую форму собственных колебаний.