Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель
Ветер в сочетании с изменяющейся температурой, влажностью воздуха и осадками существенно осложняет условия эксплуатации светопрозрачных конструкций. Он может создавать пылевые бури, метели; совместно с дождем вызывает увлажнение ограждающих конструкций и даже обуславливает проникновение пыли, снега и влаги через притворы оконных блоков. Ветер оказывает силовое воздействие на здания и сооружения.
В холодное время года под воздействием ветра значительно увеличиваются теплопотери здания, особенно через неплотности окон и дверей. При большой скорости ветра теплопотери в зданиях возрастают на 30-40%. Вместе с тем, ветер может способствовать улучшению аэрации территории застройки, наилучшему воздухообмену внутри здания, высушиванию строительных материалов, а при определенных параметрах- и смягчению отрицательного воздействия высоких температур и влажности.
Ветровой режим в строительной климатологии оценивают повторяемостью направлений ветра и средней скорости ветра по румбам. Повторяемость направления ветра рассчитывают в процентах от общего числа случаев направления ветра без учета штилей. Среднюю скорость ветра по румбам м/с, рассчитывают делением суммы скоростей на сумму случаев с ветром каждого румба.
В архитектурно-строительном проектировании принято характеризовать направления ветра по 8 румбам.
В соответствии со сторонами света, различают:
- северный
- северо-восточный
- восточный
- юго-восточный
- южный
- юго-западный
- западный
- северо-западный румбы.
Значения повторяемости направлений и скорости ветра в январе и июле для населенных пунктов России представлены в СНиП 23-01-99.
Сила ветра-величина переменная, как в вертикальной, так и горизонтальной проекции; она зависит от направления и скорости ветрового потока. Ветер при встрече препятствия в виде здания формирует с наветренной стороны давление (+), а с подветренной-откос (-) Величина ветрового давления увеличивается при высоте.
Рисунок 1 Эпюры ветрового давления на вертикальные преграды:
где, 1-направление ветра; 2-воздушные потоки внутри здания.
Районирование территории России но скорости ветра и ветровому давлению установлено в СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
Ветровой напор является доминирующим силовым воздействием либо на отдельно стоящие здания, либо во фронте ветрозащитной постройки. В этом случае возможно существенное охлаждение помещений с наветренной стороны фасадов. На светопрозрачные ограждения действует также так называемое гравитационное давление, возникающее из-за разности плотностей холодного наружного и тёплого внутреннего воздуха. Это давление изменяется по высоте. Максимальный его уровень проявляется в нижней части здания: вверху оно меняет свой знак, переходя через ноль. Уровень нейтральной зоны повышается с увеличением этажности здания.
Рисунок 2 Уровень нулевой зоны гравитационного давления в зданиях различной этажности
Внутри застройки ветер трансформируется по направлению и силе. Кроме того, движение воздушных масс имеет пульсирующий характер и не зависит от наружной температуры. Поэтому внутри застройки доминирующим является гравитационное давление на наружные стены зданий и оконные конструкции. Ниже на рисунке показана зависимость величины гравитационного давления на ограждающие конструкции здания при разных температурах наружного воздуха. Расчёты показали, что величина гравитационного давления при расчётных температурах наружного воздуха на уровне первого этажа девятиэтажного здания составляет в Красноярске — 800 Па, а в Москве — 500 Па.
Рисунок 3 График гравитационного давления на стены здания
Гравитационное и ветровое давление в общем случае действуют совместно. Формирование избыточного давления на внешних поверхностях здания под влиянием естественных гравитационных сил и ветра показано на рисунке:
Рисунок 4 Построение эпюр избыточных давлений.
При отсутствии ветра на поверхностях наружных стен будет действовать разной величины гравитационное давление. По закону сохранения энергии среднее давление по высоте внутри и снаружи будет одинаково. Относительно среднего уровня в нижней части здания давление столба тёплого воздуха будет меньше, чем давление столба холодного наружного воздуха с внешней поверхности стены. Эпюра этого избыточного ( относительно давления внутри здания) гравитационного давления показана на рис. a. На противоположных стенах здания эпюры одинаковы. В нижней части здания внешнее давление больше внутреннего, и величина избыточного давления имеет знак плюс. Вверху здания внутреннее давление больше внешнего, поэтому избыточное давление имеет знак минус. На некоторой высоте избыточное гравитационное давление будет равно нулю. Плоскость нулевого избыточного давления называется нейтральной плоскостью здания. Величина Р
Если здание обдувается ветром, а температуры внутри здания и снаружи его равны (т. с. гравитационного давления нет), то на внешних поверхностях ограждений будет создаваться повышенное статистическое давление или разрежение. Внутри здания давление будет равно среднему между повышенным с наветренной и пониженным с подветренной сторон, если проницаемости ограждающих конструкций одинаковы. Эпюры давлений но высоте здания на рис. б показаны одинаковыми в предположении постоянства скорости ветра и аэродинамического режима обтекания по высоте. На практике, как известно, скорость ветра, а, следовательно, и ветровое давление увеличиваются с высотой. В СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в табл. 6 приводятся значения коэффициента К, учитывающего изменение ветрового давления по высоте, в зависимости от типа местности.
Таблица 1 Изменение ветрового давления по высоте
| Высота Z, м | Коэффициент K для типов местности | ||
| А | В | С | |
| 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,5 | 1,1 | 0,8 |
| 60 | 1,7 | 1,3 | 1,0 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,0 | 1,6 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,9 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,1 | |
| 250 | 2,65 | 2,3 | 2,0 |
| 300 | 2,75 | 2,5 | 2,2 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| 480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
Примечание
При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.
Принимаются следующие типы местности:
- А — открытые побережья морей, озёр 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.
В соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» ветровую нагрузку, действующую на окна, необходимо рассчитывать по формуле:
Wm=Wo·k·Cгде
- Wm— нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли;
- С — аэродинамический коэффициент, учитывающий геометрию здания (+0,8-для наветреннго фасада, -0,6- для подветреннго фасада)
- Wo — нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района по таблице:
Таблица 2. Нормативное значение ветрового давления
| Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения 5 СНиП 2.01.07-85) | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
| Wo кПА | 0.17 | 0.23 | 0.30 | 0.38 | 0.48 | 0.60 | 0.73 | 0.85 |
| Wo кгс/м2 | 17 | 23 | 30 | 38 | 48 | 60 | 73 | 85 |
Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки Wp на высоте Z находится в зависимости от коэффициента пульсации давления ветра £ на уровне Z:
Таблица 3 Коэффициент пульсации давления ветра
| Высота Z, м | Коэффициент K для типов местности | ||
| А | В | С | |
| 5 | 0,85 | 1,22 | 1,78 |
| 10 | 0,76 | 1,06 | 1,78 |
| 20 | 0,69 | 0,92 | 1,50 |
| 40 | 0,62 | 0,80 | 1,26 |
| 60 | 0,58 | 0,74 | 1,14 |
| 80 | 0,56 | 0,70 | 1,06 |
| 100 | 0,54 | 0,67 | 1,00 |
| 150 | 0,51 | 0,62 | 0,90 |
| 200 | 0,49 | 0,58 | 0,84 |
| 250 | 0,47 | 0,56 | 0,80 |
| 300 | 0,46 | 0,54 | 0,76 |
| 350 | 0,46 | 0,52 | 0,73 |
| 480 | 0,46 | 0,50 | 0,68 |
Wp=1.4 ξWph·Z/H
где Wph — нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте Н верха дома. По ветровой нагрузке коэффициент надёжности γf принимается равным 1,4, т. е. расчётное значение ветровой нагрузки:
Wp=1.4 (Wm+Wp)
При совместном действии гравитационных сил и ветра применим принцип независимости действия сил. Поэтому величина избыточного давления определяется простым сложением частных результатов, см. рис. 4в. Эпюры избыточного давления на ограждающую конструкцию используются в дальнейшем для выбора конструктивного исполнения окна с точки зрения его воздухопроницаемости и сопротивления ветровой нагрузке и позволяют сделать вывод о дифференцированном подходе к остеклению многоэтажных зданий: на различных этажах и различно ориентированных по отношению к розе ветров фасадах здания должны устанавливаться различные по классам типы оконных конструкций.
Осадки в виде дождя и снега также должны учитываться при выборе конструкции остекления, т. к. светопрозрачные ограждения не являются абсолютно водонепроницаемыми, а снежный покров, ложащийся на горизонтальные или наклонные поверхности светопрозрачных элементов фонарей, зимних садов, оказывает силовое воздействие в виде весовой нагрузки.
Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию ограждения S определяется по формуле:
S=Soδ где
So— — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли; принимается в соответствии с картой снегового районирования территории России по СНиП 2.01.07-85* и табл. 3
Таблица 4 Нормативное значение веса снегового покрова
| Снеговые районы (принимаются по карте 1 приложения 5) | I | II | III | IV | V | VI |
| So, кПА (кгс/м2) | 0.5(50) | 0.7(70) | 1.0(100) | 1.5(150) | 2.0(200) | 2.5(250) |
Коэффициент и перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке зависит от схем распределения снеговой нагрузки, значений скорости ветра за три наиболее холодных месяца и углов наклона покрытий. Например, для односкатных зданий — зимних садов, коэффициент перехода
µ = 1 при a < 25°
µ = 0 при а < 60°,
при этом промежуточные значения µ определяются линейной интерполяцией.[2]
Примечание
- ↑ А.Ю. Безруков,В.Л.Миков «Справочник замерщика» Методическое пособие по проведению замеров оконных и дверных блоков»
- ↑ Интерполяция — способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений.
Вклад участника:
Смирнова Дана
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:
1. 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.)
2. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздествия» ( буду ссылаться как на [1] )
3. Калькулятор
НУЖЕН РАСЧЕТ ВЫВЕСКИ НА ВЕТЕР? ЗВОНИ: 8-962-934-44-16
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,
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 какому 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. |
|
Ветровая нагрузка на дом
Любое сооружение испытывает различные природные воздействия, даже в космосе, где нет атмосферы, нужно учитывать солнечный ветер. Обычный жилой дом в не-сейсмоопасном районе рассчитывается на 2 вида природных нагрузок: вертикальную — снеговую, и горизонтальную — ветровую. Хотя значения ветровых нагрузок меньше, их горизонтальное направление требует их учета независимо от снеговых. Значения нагрузок (кГ/кв.м) считаются исходя из нормативных документов с учетом региона, места застройки и высоты здания (см.ниже).
Как учитывается ветровая нагрузка
Прежде всего силы ветра действуют на стены и фронтоны крыши. Площадь фронтона бывает обычно от 7 до 20 кв.м, т.е на фронтон действует горизонтальная сила до 300 кг. При сильном ветре фронтон может «завалиться», для укрепления используются продольные раскосы, «подпирающие» фронтон с внутренней стороны.
Вторым необходимым элементом, особенно в штормовых районах, является противоветровые связи стропил с основной частью здания: при помощи проволоки или специальных анкеров, — препятствующие отрыванию крыши при ураганном ветре. Похожие анкеры используются для связи коробки дома с фундаментом.
Строительные нормы по ветровой нагрузке
Нормы по нагрузкам постоянно обновляются. С 1985 года действовал СНиП 2.01.07-85 на корорый ссылаются большинство авторов в Интернете. В 1988 году в СНиП было внесено Изменение №1, далее дополнения 1989 года, далее в 2003 году Изменение №2, далее дополнения 2004 и 2008 года, и, наконец в 2011 Минрегион РФ утвердил новый Свод правил СП 20.13330.2011, который называется «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*».
Районирование по давлению ветра
К этому документу есть отдельное приложение «Карты районирования территории Российской Федерации по климатическим характеристикам», которым чаще всего интересуются. Там есть карта «Районирование территории РФ по давлению ветра»:
Центральная часть РФ (рисунок ниже) в основном относится к району I, что соответствует по СП 20.13330.2011 (таблица 11.1) значению W0=0,23 кПа, т.е. примерно 23 кГ/кв.м. Это значение и пишется обычно в нормативных условиях проекта и оно значительно ниже, чем нормативная снеговая нагрузка (130 кГ/кв.м). Однако реальное значение для невысокого дома еще меньше, поскольку нужно учитывать тип застройки и высоту здания.
Тип местности и высота здания
Нормативные документы выделяют 3 типа 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.
Коэффициенты для каждого типа зависят от высоты здания (около 5 метров, до 10, до 20 и т.д.). Соответствующая таблица 11.2 приведена в СП 20.13330.2011.
Для жилого дома высотой до 10 метров в застройке Московской области (зона B) ветровая нагрузка составит 23 х 0,65 = 15 кГ/кв.м. Именно это значение и нужно принимать при расчетах.
Ветровая нагрузка на дом
Любое сооружение испытывает различные природные воздействия, даже в космосе, где нет атмосферы, нужно учитывать солнечный ветер. Обычный жилой дом в не-сейсмоопасном районе рассчитывается на 2 вида природных нагрузок: вертикальную — снеговую, и горизонтальную — ветровую. Хотя значения ветровых нагрузок меньше, их горизонтальное направление требует их учета независимо от снеговых. Значения нагрузок (кГ/кв.м) считаются исходя из нормативных документов с учетом региона, места застройки и высоты здания (см.ниже).
Как учитывается ветровая нагрузка
Прежде всего силы ветра действуют на стены и фронтоны крыши. Площадь фронтона бывает обычно от 7 до 20 кв.м, т.е на фронтон действует горизонтальная сила до 300 кг. При сильном ветре фронтон может «завалиться», для укрепления используются продольные раскосы, «подпирающие» фронтон с внутренней стороны.
Вторым необходимым элементом, особенно в штормовых районах, является противоветровые связи стропил с основной частью здания: при помощи проволоки или специальных анкеров, — препятствующие отрыванию крыши при ураганном ветре. Похожие анкеры используются для связи коробки дома с фундаментом.
Строительные нормы по ветровой нагрузке
Нормы по нагрузкам постоянно обновляются. С 1985 года действовал СНиП 2.01.07-85 на корорый ссылаются большинство авторов в Интернете. В 1988 году в СНиП было внесено Изменение №1, далее дополнения 1989 года, далее в 2003 году Изменение №2, далее дополнения 2004 и 2008 года, и, наконец в 2011 Минрегион РФ утвердил новый Свод правил СП 20.13330.2011, который называется «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*».
Районирование по давлению ветра
К этому документу есть отдельное приложение «Карты районирования территории Российской Федерации по климатическим характеристикам», которым чаще всего интересуются. Там есть карта «Районирование территории РФ по давлению ветра»:
Центральная часть РФ (рисунок ниже) в основном относится к району I, что соответствует по СП 20.13330.2011 (таблица 11.1) значению W0=0,23 кПа, т.е. примерно 23 кГ/кв.м. Это значение и пишется обычно в нормативных условиях проекта и оно значительно ниже, чем нормативная снеговая нагрузка (130 кГ/кв.м). Однако реальное значение для невысокого дома еще меньше, поскольку нужно учитывать тип застройки и высоту здания.
Тип местности и высота здания
Нормативные документы выделяют 3 типа 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.
Коэффициенты для каждого типа зависят от высоты здания (около 5 метров, до 10, до 20 и т.д.). Соответствующая таблица 11.2 приведена в СП 20.13330.2011.
Для жилого дома высотой до 10 метров в застройке Московской области (зона B) ветровая нагрузка составит 23 х 0,65 = 15 кГ/кв.м. Именно это значение и нужно принимать при расчетах.