Ветровое воздействие на башни и мачты

Основной кратковременной нагрузкой башенные и мачтовые конструкции является ветровое воздействие. При расчете следует учитывать сумму средней и пульсационной составляющих ветровой нагрузки.

В необходимых случаях также следует учитывать изменение ветровой нагрузки (скорости ветрового потока) по высоте сооружения, а также ее неравномерность (зональность) (рис. 1).

Ветровую нагрузку следует определять как сумму средней w_m и пульсационной w_p составляющей. Нормативная величина ветровой нагрузки:

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке следует принимать равным 1.4. Нормативная величина средней составляющей ветровой нагрузки:

Где:

• w0 – нормативное значение ветрового давления;
• k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;
• c – аэродинамический коэффициент.

Аэродинамические коэффициенты сt решетчатых башен и пространственных ферм определяются по формуле:

Где:

• с_х – аэродинамический коэффициент отдельностоящей плоской решетчатой конструкции;
• η — коэффициент, учитывающий давление ветра на подветренную грань.

Для башен из профилей и из труб при Re < 4000 коэффициент η определяется в зависимости от относительного расстояния между поясами b/h и коэффициента проницаемости ферм (табл. 1):

Для ферм и труб при Re ≥ 4*10^5 η=0.95.
k₁ — коэффициент, зависящий от контура поперечного сечения и направления ветра (табл. 2).

Аэродинамический коэффициент отдельностоящей плоской решетчатой конструкции:

Где:

Число Рейнольдса Re определяется по формуле:

Где d, м – средний диаметр трубчатых элементов.

Значения коэффициента дельта , характеризующего шероховатость поверхностей конструкции, в зависимости от их обработки и материала, из которого они изготовлены (табл. 3).

Пульсационная составляющая ветровой нагрузки определяется в зависимости от частоты и периода собственных колебаний конструкции. При расчете башен и мачт допускается учитывать только 1-ю форму колебаний.

Нормативная величина пульсационной составляющей ветровой нагрузки:

 – коэффициент динамичности, определяемый в зависимости от параметра логарифмического декремента колебаний  и параметра  для первой собственной частоты f₁.

Для конструктивных элементов z_эк – высота z, на которой они расположены; для зданий и сооружений z_эк = 0,7*h , где h — высота сооружений (рис. 3).

Параметр  – коэффициент пульсации ветра (табл. 4).

v – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.

Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления  следует определять для расчетной поверхности сооружения или отдельной конструкции, для которой учитывается корреляция пульсаций. Для решетчатых сооружений в качестве расчетной поверхности необходимо принимать размеры расчетной поверхности по его внешнему контуру.

Если расчетная поверхность близка к прямоугольнику, ориентированному так, что его стороны параллельны основным осям, то коэффициент v следует определять по таблице 5 в зависимости от параметров  (табл. 6) и ориентации (рис. 4).

При задании такого внешнего влияния на конструкцию, как ветровое воздействие, следует учитывать опасное направление воздействия. Так при направлении ветра на грань в работе участвуют только 2 параллельные ветру грани. При направлении ветра на диагональ будут работать все грани, но с меньшими усилиями (рис. 5).

При этом усилия в поясах от составляющих ветровой нагрузки будут суммироваться. Таким образом, опасным направлением ветра для поясов является направление на диагональ, для решетки – на грань.

Расчетная нагрузка от пульсационной составляющей ветровой нагрузки определяется в зависимости от периода колебаний башни.

Таким образом истолковано ветровое воздействие в актуальном СП «Нагрузки и Воздействия».

Примеры назначения ветрового воздействия

На сайте уже представлено практическое применение вышеизложенных знаний на примере назначения ветрового воздействия на башню в рамках програмнного комплекса Лира.

А так же представлен четкий и подробный алгоритм сбора ветровых нагрузок на решетчатые конструкции.