Расчет зданий и сооружений на действие ветра регламентируется СП 20.13330.2016. В текущей статье описана теория расчета на ветровое воздействие на здания.
Теория расчета на ветер
Прежде всего, при учете такого загружения, как ветровое воздействие на здания, необходимо учитывать среднюю статическую и пульсационную составляющие ветровой нагрузки.
Нормативное значение средней статической составляющей ветровой нагрузки определяется по формуле:
В которой:
- w0 — нормативное значение ветрового давления, которое зависит от ветрового района и определяется по табл. 11.1.
- k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z (табл. 11.2 СП 20.13330.2016). При этом высота z определяется в соответствии с рекомендациями раздела 11.15 СП 20.13330.2016.
- c — аэродинамический коэффициент (приложение Д из СП 20.13330.2016)
Определение пульсационной составляющей ветра
Для определения пульсационной составляющей, чтобы узнать полное ветровое воздействие на здания, предварительно необходимо:
- Определить значения собственных частот и формы колебаний рассчитываемого здания или сооружения.
- Определить значение логарифмического декремента колебаний: 0,3 — для ж/б и каменных конструкций, а так же для зданий с металлическим каркасом при наличии ограждающих конструкций; 0,15 — для стальных сооружений.
- Определить предельное значение частоты собственных колебаний f1 (табл. 11.5).
Для сооружений и конструктивных элементов, у которых первая частота собственных колебаний f1, Гц, больше предельного значения собственной частоты, пульсационноая составляющая определяется по формуле 11.5.
где:
- c(ze) — коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по табл. 11.4 или по формуле 11.6.
- v — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.
Ветровое воздействие на здания, у которых частоты f1 < fl < f2 пульсационная составляющая определяется по формуле 11.7.
где:
- E — коэффициент динамичности, определяемый по графикам в зависимости от логарифмического декремента колебаний и параметра e1.
где:
- w0 (Па) — нормативное значение давления ветра.
- yf — коэффициент надежности по нагрузке (для ветровой нагрузки — 1.4)
При определении k(ze) для вышеуказанной формулы ze = 0.7h (h — высота сооружения).
Для сооружений, у которых вторая собственная частота меньше предельной, необходимо производить динамический расчет с учетом S первых форм колебаний. Число S определяется из условия:
fs < fl < fs+1
Усилия и перемещения при учете динамической реакции по S собственным формам определяются по формуле 11.9.
где:
- Х — суммарные усилия или перемещения.
- Хs — усилия или перемещения по s-й форме колебаний.
Таким образом осуществляется расчет на ветровое воздействие на здания.