Bij het ontwerpen van gebouwen en constructies moet de berekening van de windbelasting vrij vaak worden gedaan. Deze indicator wordt berekend met behulp van speciale formules. Het is belangrijk om met een dergelijke belasting rekening te houden, bijvoorbeeld bij het maken van tekeningen van dakspantsystemen, het kiezen van de locatie en het ontwerp van reclameborden, enz.
SNiP-standaarden
In feite geeft de definitie van deze parameter SNiP 2.01. 07-85. Volgens dit document moet de windbelasting worden beschouwd als een aggregaat:
- druk die inwerkt op de buitenoppervlakken van structuren van een structuur of element;
- wrijvingskracht die tangentieel op het oppervlak van de constructie is gericht, verwijst naar het gebied van zijn verticale of horizontale projectie;
- normale druk uitgeoefend op het binnenoppervlak van een gebouw met doorlatende gebouwschillen of open openingen.
Hoe te bepalen
Bij het berekenen van de windbelasting wordt rekening gehouden met twee hoofdparameters:
- gemiddelde component;
- pulserend.
De belasting wordt gedefinieerd als de som van deze twee parameters.
Gemiddelde component: basisformule
Als bij het ontwerp geen rekening wordt gehouden met de windbelasting, heeft dit vervolgens een zeer negatieve invloed op de prestaties van het gebouw of de constructie. De gemiddelde component wordt berekend met de volgende formule:
W=Wok.
Hier is W de berekende waarde van de windbelasting op een hoogte z boven het aardoppervlak, Wo is de standaardwaarde, k is de coëfficiënt van drukverandering met hoogte. Alle initiële gegevens van deze formule worden bepaald uit tabellen.
Soms wordt de parameter c ook gebruikt in berekeningen - de aerodynamische coëfficiënt. De formule ziet er in dit geval als volgt uit: W=Wokс.
Normatieve waarde
Om erachter te komen wat deze parameter is, moet u de tabel met regio's voor de windbelasting van de Russische Federatie gebruiken. Het zijn er maar acht. De tabel met windbelastingen (de afhankelijkheid van Wo-waarden van een bepaalde regio van Rusland) wordt hieronder weergegeven.
Voor weinig bestudeerde gebieden van het land, maar ook voor bergachtige regio's, kunt u met deze SNiP-parameter bepalen volgens officieel geregistreerde weerstations en op basis van de operationele ervaring van bestaande gebouwen en constructies. In dit geval wordt een speciale formule gebruikt om de standaardwaarde van de windbelasting te bepalen. Het ziet er zo uit:
Wo=0.61 V2o.
Hier V2o - windsnelheid in meters per seconde op een niveau van 10 m, wat overeenkomt met een gemiddelde interval van 10minuten en elke 5 jaar overschreden.
Hoe wordt de coëfficiënt k bepaald?
Er is ook een speciale tabel voor deze parameter. Bij het bepalen ervan, het type van het gebied waar de constructie van de constructie of het gebouw in aanmerking moet worden genomen. Er zijn er drie:
- Type "A" - open vlakke gebieden: kusten van zeeën, meren en rivieren, steppen, woestijnen, toendragebieden, bossteppen.
- Type "B" - terrein bedekt met obstakels tot 10 meter hoog: stedelijk gebied, bossen, enz.
- Type "C" - stedelijke gebieden met gebouwen van meer dan 25 m hoog.
Het type constructiegebied wordt ook bepaald rekening houdend met de vereisten van SNiP. Bij het ontwerpen moet hier rekening mee worden gehouden. Elk gebouw wordt geacht te zijn gelegen in een plaats van een bepaald type als dit laatste zich aan de loefzijde ervan bevindt op een afstand van 30 uur. Hierbij is h de ontwerphoogte van de constructie tot 60 m. Bij een hogere bouwhoogte wordt het type terrein als zeker beschouwd als het minimaal 2 km van de loefzijde blijft.
Hoe rimpelbelasting te berekenen
Volgens SNiP moet windbelasting, zoals eerder vermeld, worden bepaald als de som van de gemiddelde standaard en pulsatie. De waarde van de laatste parameter hangt af van het type structuur zelf en de kenmerken van het ontwerp. Daarbij onderscheiden ze:
- constructies met een natuurlijke trillingsfrequentie die de vastgestelde grenswaarde overschrijdt (schoorstenen,torens, masten, apparaten van het kolomtype);
- structuren of elementen van hun constructie, die een systeem vormen met één vrijheidsgraad (dwarsframes van industriële gebouwen met één verdieping, watertorens, enz.);
symmetrisch in termen van het gebouw
Formules voor verschillende soorten structuren
Voor het eerste type constructie wordt bij het bepalen van de pulserende windbelasting de formule gebruikt:
Wp=WGV.
Hier is W de standaardbelasting bepaald door de bovenstaande formule, G is de drukpulsatiecoëfficiënt op hoogte z, V is de pulsatiecorrelatiecoëfficiënt. De laatste twee parameters worden bepaald door de tabellen.
Voor constructies met een natuurlijke trillingsfrequentie die de vastgestelde grenswaarde overschrijdt, wordt de volgende formule gebruikt bij het bepalen van de pulserende windbelasting:
Wp=WQG.
Hier is Q de dynamische coëfficiënt bepaald uit het diagram (hieronder weergegeven) afhankelijk van de parameter E, berekend met de formule E=√RW/940f (R is de belastingsveiligheidsfactor, f is de frequentie van natuurlijke oscillaties) en de logaritmische afnamefluctuaties. De laatste parameter is constant en wordt geaccepteerd voor:
- voor gebouwen met een stalen frame als 0.3;
- voor masten, voeringen, enz. als 0.15.
Voor symmetrische gebouwen wordt de pulserende windbelasting berekend met de formule:
-
Wp=mQNY.
Hier is Q de dynamiekcoëfficiënt, m is de massa van de constructie op de hoogte z, Y is de horizontale trillingen van de constructie op het niveau z volgens de eerste vorm. N in deze formule is een speciale coëfficiënt, die kan worden bepaald door eerst de constructie te delen in r, het aantal secties waarbinnen de windbelasting constant is, en door speciale formules te gebruiken.
Nog een manier
Je kunt de windbelasting berekenen met een iets andere methode. In dit geval moet u eerst de winddruk bepalen met de formule:
(Psf)=.00256V^2.
Hier is V de windsnelheid (in mph).
Dan moet je de luchtweerstandscoëfficiënt berekenen. Het zal gelijk zijn aan:
- 1.2 - voor lange verticale structuren;
- 0.8 - voor korte verticale lijnen;
- 2.0 - voor lange horizontale structuren;
- 1.4 - voor korte (bijvoorbeeld de gevel van een gebouw).
Vervolgens moet u de algemene formule gebruiken voor de windbelasting op een gebouw of constructie:
F=APCd.
Hier is A de oppervlakte, P is de winddruk, Cd is de luchtweerstandscoëfficiënt.
Je kunt ook een iets gecompliceerdere formule gebruiken:
F=APCdKzGh.
Bij toepassing wordt bovendien rekening gehouden met de belichtingsfactoren Kz b en de windvlaaggevoeligheid Gh. De eerste wordt berekend als z/33]^(2/7,de tweede - 65+60 / (h/33)^(1/7). In deze formules is z de hoogte van de grond tot het midden van de constructie, h is de totale hoogte van de laatste.
Aanbevelingen van experts
Voor het berekenen van de windbelasting adviseren engineers vaak om de bekende MS Excel en OOo Calc programma's uit het Open Office pakket te gebruiken. De procedure voor het gebruik van deze software kan bijvoorbeeld zijn:
- Excel is ingeschakeld op het blad "Windenergie";
- windsnelheid wordt vastgelegd in cel D3;
- tijd is in D5;
- luchtstroomgebied - in D6;
- luchtdichtheid of soortelijk gewicht - in D7;
- Efficiëntie van windturbines - in D8.
Er zijn andere manieren om deze software met andere ingangen te gebruiken. In ieder geval is het heel handig om MS Excel en OOo Calc te gebruiken om de windbelasting op gebouwen en constructies te berekenen, evenals hun individuele constructies.
