Справочник

6. Ветровые нагрузки

6.1. Ветровую нагрузку на сооружение следует рассматривать как совокупность:

• а) нормального давления w_e, приложенного к внешней поверхности сооружения или элемента;
• б) сил трения w_f, направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее горизонтальной (для шедовых или волнистых покрытий, покрытий с фонарями) или вертикальной проекции (для стен с лоджиями и подобных конструкций);
• в) нормального давления w_i, приложенного к внутренним поверхностям зданий с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами;
• либо как нормальное давление w_x, w_y обусловленное общим сопротивлением сооружения в направлении осей x и y и условно приложенное к проекции сооружения на плоскость, перпендикулярную соответствующей оси.

При проектировании высоких сооружений, относительные размеры которых удовлетворяют условию h/d > 10, необходимо дополнительно производить поверочный расчет на вихревое возбуждение (ветровой резонанс); здесь h – высота сооружения, d – минимальный размер поперечного сечения, расположенного на уровне 2/3h.

6.2. Ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих.

При определении внутреннего давления w_i, а также при расчете многоэтажных зданий высотой до 40 м и одноэтажных производственных зданий высотой до 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5, размещаемых в местностях типов А и В (см. п.6.5), пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.

6.3. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле

где

• w_o – нормативное значение ветрового давления (см. п. 6.4);
• k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (см. п. 6.5);
• c – аэродинамический коэффициент (см. п. 6.6).

6.4. Нормативное значение ветрового давления w_o следует принимать в зависимости от ветрового района СССР по данным табл. 5.

Таблица 5

Для горных и малоизученных районов, обозначенных на карте 3, нормативное значение ветрового давления w_o допускается устанавливать на основе данных метеостанций Госкомгидромета, а также результатов обследования районов строительства с учетом опыта эксплуатации сооружений. При этом нормативное значение ветрового давления w_o, Па, следует определять по формуле

где v_o – численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответствующей 10-минутному интервалу осреднения и превышаемой в среднем раз в 5 лет (если техническими условиями, утвержденными в установленном порядке, не регламентированы другие периоды повторяемости скоростей ветра).

6.5. Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл. 6 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

• А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
• B – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
• С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h – при высоте сооружения h до 60 м и 2 км – при большей высоте.

Таблица 6

6.6. При определении компонентов ветровой нагрузки w_e, w_f, w_i, w_x, w_y следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления c_e, трения c_f, внутреннего давления c_i и лобового сопротивления c_x или c_y, принимаемых по обязательному приложению 4, где стрелками показано направление ветра. Знак "плюс" у коэффициентов c_e или c_i соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак "минус" – от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

При расчете креплений элементов ограждения к несущим конструкциям в углах здания и по внешнему контуру покрытия следует учитывать местное отрицательное давление ветра с аэродинамическим коэффициентом c_e = -2, распределенное вдоль поверхностей на ширине 1,5 м (черт. 1).

В случаях, не предусмотренных обязательным приложением 4 (иные формы сооружений, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока или составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям и т. п.), аэродинамические коэффициенты допускается принимать по справочным и экспериментальным данным или на основе результатов продувок моделей конструкций в аэродинамических трубах.

Примечание. При определении ветровой нагрузки на поверхности внутренних стен и перегородок при отсутствии наружного ограждения (на стадии монтажа здания) следует использовать аэродинамические коэффициенты внешнего давления c_e или лобового сопротивления c_x.

Черт. 1. Участки с повышенным отрицательным давлением ветра

6.7. 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 f_l, (см. п. 6.8), – по формуле

wp =  wmζv;

(8)

где

• w_m – определяется в соответствии с п. 6.3;
• ζ – коэффициент пульсаций давления ветра на уровне z, принимаемый по табл. 7;
• v –  коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. п. 6.9);

Таблица 7

Черт. 2. Коэффициенты динамичности

1 – для железобетонных и каменных сооружений, а также зданий со стальным каркасом при наличии ограждающих конструкций (δ = 0,3); 2 – для стальных башен, мачт, футерованных дымовых труб, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах (δ = 0,15)

• б) для сооружений (и их конструктивных элементов), которые можно рассматривать как систему с одной степенью свободы (поперечные рамы одноэтажных производственных зданий, водонапорные башни и т.д.), при  f₁ <  f_l – по формуле

где

• ξ – коэффициент динамичности, определяемый по черт. 2 в зависимости от параметра и логарифмического декремента колебаний δ (см.п. 6.8);
• γ_f – коэффициент надежности по нагрузке (см.п. 6.11);
• w_o – нормативное значение ветрового давления, Па (см. п. 6.4);

• в) для зданий, симметричных в плане, у которых f₁ < f_l, а также для всех сооружений, у которых f₁ < f_l < f₂ (где f₂ – вторая частота собственных колебаний сооружения), – по формуле

где

• m – масса сооружения на уровне z, отнесенная к площади поверхности, к которой приложена ветровая нагрузка;
• ξ – коэффициент динамичности (см. п.6.7, б);
• y – горизонтальное перемещение сооружения на уровне z по первой форме собственных колебаний (для симметричных в плане зданий постоянной высоты в качестве y допускается принимать перемещение от равномерно распределенной горизонтально приложенной статической нагрузки);
• ψ – коэффициент, определяемый посредством разделения сооружения на r участков, в пределах которых ветровая нагрузка принимается постоянной, по формуле

(11)

где

• M_k – масса k-го участка сооружения;
• Y_k – горизонтальное перемещение центра k-го участка;
• w_pk – равнодействующая пульсационной составляющей ветровой нагрузки, определяемой по формуле (8), на k-й участок сооружения.

Для многоэтажных зданий с постоянными по высоте жесткостью, массой и шириной наветренной поверхности нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на уровне z допускается определять по формуле

(12)

где w_ph – нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте h верха сооружения, определяемое по формуле (8).

6.8. Предельное значение частоты собственных колебаний f_l, Гц, при котором допускается не учитывать силы инерции, возникающие при колебаниях по соответствующей собственной форме, следует определять по табл. 8.

Таблица 8

Значение логарифмического декремента колебаний δ следует принимать:

• а) для железобетонных и каменных сооружений, а также для зданий со стальным каркасом при наличии ограждающих конструкций δ = 0,3;
• б) для стальных башен, мачт, футерованных дымовых труб, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах, δ = 0,15.

6.9. Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления v следует определять для расчетной поверхности сооружения, на которой учитывается корреляция пульсаций.

Расчетная поверхность включает в себя те части поверхности наветренных, подветренных, боковых стен, кровли и подобных конструкций, с которых давление ветра передается на рассчитываемый элемент сооружения.

Если расчетная поверхность близка к прямоугольнику, ориентированному так, что его стороны параллельны основным осям (черт. 3), то коэффициент v следует определять по табл. 9 в зависимости от параметров p и χ, принимаемых по табл. 10.

Черт. 3. Основная система координат при определении коэффициента корреляции v

При расчете сооружения в целом размеры расчетной поверхности следует определять с учетом указаний обязательного приложения 4, при этом для решетчатого сооружения необходимо принимать размеры расчетной поверхности по его внешнему контуру.

Таблица 9

Таблица 10

6.10. Для сооружений, у которых f₂ <  f_l, необходимо производить динамический расчет с учетом s первых форм собственных колебаний. Число s следует определять из условия

f_s < f_l < f_s+1

6.11. Коэффициент надежности по ветровой нагрузке γ_f, следует принимать равным 1,4.