Ветровая нагрузка

Величину нормативного давления ветра ω₀ определяют по нормам [1] в зависимости от географического района и типа местности: А — открытая, В — городские территории и лесные массивы, С — городские районы с высотой застройки более 25м. С увеличением высоты здания ветровое давление возрастает, что учитыва­ется поправочным коэффициентом k [1], а коэффициентом с_e [1] учитывают аэродинамическое сопротив­ление (профиль здания). Таким образом, величину распределенной по площади нормативной нагрузки опре­деляют из выражения

ω _m = ω_okс_e .

Для расчета рамы нагрузка должна быть представлена в виде погонной нагрузки q_ω, собираемой с грузо­вой полосы стены шириной l:

q_ω = γ_f •ω _ml

где γ_f = 1.4 — коэффициент надежности по нагрузке.

Поскольку эпюра ветровой нагрузки ω _m имеет сложную форму (рис.6), ее для упрощения расчета заме­на прямоугольную (рис. 6), но с условием, чтобы изгибающие моменты М в заделке колонны (ниже отметки чистого пола на 0,15м) были равными (замена, эквивалентная по моменту).

Ветровое давление на шатер покрытия (выше верха колонн) заменяют сосредоточенной силой W которую прикладывают к верху колонн (рис. 6). Связано это с тем, что шарнирные опоры ригеля передают на ниже­лежащие конструкции не момент, а горизонтальные W и вертикальные N реакции. При действии ветровой нагрузки реакциями N пренебрегают по их малости. Учитывая, что ригели имеют бесконечную продольную жесткость, силы W и W' суммируют и прикладывают в одной точке.

Определение ветровой нагрузки на поперечную раму трехпролетного здания

Определяем ветровую нагрузку на поперечную раму трехпролетного здания в г. Абакане

Исходные данные. Дополнительные данные: тип местности В (город­ская территория), высота ферм на опоре 900 мм, высота плит 300 мм, толщина кровли 220 мм. Тогда высота вертикальной части шатра

Н_ш= 900 + 300 + 220 = 1420 мм.

По карте 3 [1] определяем, что Абакан расположен в 3-м ветровом районе с норматив­ным значением ветрового давления по табл. 5 [1] ω₀ = 0.38 кПа. По табл. 6 [1] находим, что при высоте до 5м к₁= 0.5, при высоте 10м к₂= 0.65, при высоте 20м к₃= 0.85. По схеме № 2 приложения 4 [1] принимаем аэродинамические коэффициенты с_в = 0.8 с наветренной стороны и с_е3 = 0.5 с подветренной (активное и пассивное давление). Находим значения поправочных коэффициентов на уровне низа шатра (при высоте здания до верха колонны 14.4 м) (рис. 7)

к_н = (к₃ - к₂) • 4.4 / 10 + к₂= (0.85 – 0.65) • 4.4 / 10 + 0.65 = 0.708

и на уровне верха шатра

к_в = (0.85 – 0.65) • (4.4 + 1.42) / 10 + 0.65 = 0.766.

Расчетные значения W определяем из обьема фигуры ветрового давления на шатровую часть:

W = 0.5(0.708+0.766) • (0.8+0.5) •1.42•6•1.4•0.38 = 4.34 кН.

Для приведения фактической нагрузки к эквивалентной нагрузке q_ω, равномерно-распределенной по вы­соте, удобнее всего найти вначале эквивалентное значение коэффициента k_э. Сделать это можно через ра­венство статических моментов S (относительно заделки колонн) площадей фактической и эквивалентной эпюр ветрового давления, принимая значения ω₀ и с_е равными

Получим от фактической эпюры:

S = 0. 5•14.4*(14,4/2+00,15)+0,5(0,708-0,5)*9,5*(9,5*0,66667+5+0,15)= 64,26.

От эквивалентной прямоугольной эпюры:

S = k_э •14.4• (7.2+0.15)=64,24.

Приравняв оба выражения, получим k_э = 0.61

Тогда эквивалентная величина расчетной равномерно распределенной ветровой нагрузки с наветренной стороны

q_ω = k_э • с_е •l• γ_f• ω₀= 0.61 • 0.8 •6• 1.4 • 0.38 = 1.56 кН /м,

а с подветренной стороны

q_ω’ = 0.61 • 0.5 •6• 1.4 • 0.38 =0.97 кН /м.