Содержание
Как рассчитать ветровую нагрузку на опору освещения
Ветром называют поток воздушных масс, движущихся около поверхности земли из мест с высоким давлением в места с низким. В современных расчетах используются максимальная скорость ветра и его скорость при минимальной температуре и гололеде, что касается силовых опор с воздушной прокладкой кабеля. Ранее ветровые нагрузки определяли по СНиП 2.01.07-85*. Сегодня документ заменен новой редакцией – СП 20.13330.2016, где можно найти все данные и значения для выполнения расчета.
Расчет ветровой нагрузки w ведется по СП 20.13330.2016. Согласно п. 5.5, это разновидность кратковременных горизонтальных нагрузок. Подробное описание и особенности расчета приведены в главе 11 указанного документа под названием «Воздействия ветра». Под ветровой нагрузкой подразумевают разные виды воздействия ветра:
- основную ветровую нагрузку;
- пиковые значения ветровой нагрузки на конструктивные элементы и ограждения;
- резонансное вихревое возбуждение;
- аэродинамические неустойчивые колебания.
Последние два типа нагрузки свойственны сооружениям, имеющим прямолинейную центральную ось и неизменное или плавно изменяющееся поперечное сечение.
При расчете ветровой нагрузки применяют коэффициент надежности, равный 1,4. Он учитывает возможность отклонения нагрузки от нормативных значений. Согласно 11.1.2 СП 20.13330.2016, нормативная основная ветровая нагрузка определяется как сумма:
w = wm + wg,
где wm – средняя ветровая нагрузка, wg – пульсационная ветровая нагрузка, определяемая по 11.1.8 СП 20.13330.2016. Простыми словами, это статическая и динамическая составляющие ветровой нагрузки.
Пульсация должна учитываться, поскольку скорость ветра не может быть постоянной, а это вызывает дополнительную динамическую нагрузку на опоры. Ветер дует порывами в виде непродолжительных толчков длительностью 0,5-2 с.
Причем он часто меняет скорость и направление. Поэтому при расчетах учитывают не только среднюю скорость ветра, но и колебания, при которых в отдельные моменты скорость может превышать среднюю.
Формула для вычисления средней ветровой нагрузки:
wm = w0 · k(ze) · c.
В представленной формуле:
- Значение w0 – нормативная ветровая нагрузка (давление). Определяется в зависимости от ветрового района (от I до VII). Принимается по карте 2 ветровых нагрузок в Приложении Е СП 20.13330.2016.
- Коэффициент k(ze) – коэффициент изменения ветрового давления по высоте. Согласно 11.1.5, эквивалентная высота башенных сооружений (мачт и опор) определяется как ze = z. По п. 11.1.6 коэффициент k(ze) для ze ≤ 300 м определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016. В таблице приведены типы местности: A – открытое побережье и сельские местности, пустыни, лесостепи, B – лесные массивы, территория города с препятствиями высотой от 10 м, C – городская местность с плотной застройкой и зданиями высотой от 25 м.
- Коэффициент c – аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки. Принимается по Приложению B.1, где стрелки указывают на направление ветра. Для цилиндрических неплоских опор коэффициент обычно принимается равным 0,7.
Получившуюся после сложения средней и пульсационной нагрузку используют при последующих расчетах опор на сочетание нагрузок: от собственного веса, массы оборудования и проводов. Еще этот расчет может быть необходим при определении гололедных нагрузок. Это касается силовых опор, которые дополнительно служат для воздушной прокладки проводов, которые в зимнее время подвергаются оледенению.
Ветровая нагрузка — Все о ремонте и строительстве
При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 8). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши.
Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь. Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его. В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот, на пологих крышах большее значения принимают касательные, увеличивая подъемную силу с подветренной и уменьшая нормальную с наветренной стороны.
рис. 8. Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wн в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле:
Wн = W0×kz×c
Расчетное значение ветровой нагрузки Wр (для расчета по первому предельному состоянию) находится формулой:
Wр = γf ×W0×kz×c,
где γf — коэффициент надежности γf = 1,4; W0 — нормативное значение ветрового давления, определяется по картам приложения к СП 20.
13330.2016 «Нагрузки и воздействия» или по рис. 9 и таблице 2; kz — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 3; c — аэродинамический коэффициент (переводит вертикальную нагрузку в горизонтальную), учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны (рис 10).
таблица 2
| Ветровые районы | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Нормативное давление ветра на 1 м² вертикаальной поверхности | ||||||||
| W0, кПа (кг/м²) | 0,17 (17) | 0,23 (23) | 0,30 (31) | 0,38 (39) | 0,48 (49) | 0,60 (61) | 0,73 (74) | 0,85 (87) |
| Расчетное давление ветра на 1 м² вертикаальной поверхности | ||||||||
| 1,4×W0, кПа (кг/м²) | 0,24 (24) | 0,32 (33) | 0,42 (43) | 0,53 (54) | 0,67 (68) | 0,84 (86) | 1,02 (104) | 1,19 (121) |
рис.
9. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра
таблица 3
| Высота z, м | А | Б | В |
|---|---|---|---|
| не более 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| Типы местности: А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; Б – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; В – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h — при высоте сооружения h < 60 м и на расстоянии 2 км — при h > 60 м. |
|||
рис. 10. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки
Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.
Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 11). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами.
В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.
рис. 11. Пример решения карнизного узла наслонных стропил скатной крыши
Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 12). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.
рис. 12. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы
Как рассчитать ветровую нагрузку на антенны 5G по Еврокоду?
Этот пост в блоге предназначен для практикующих инженеров-строителей в сфере телекоммуникаций или других специалистов, проектирующих высокие конструкции, подверженные воздействию ветра.
Я пошагово рассмотрю процедуру определения ветровых нагрузок на телекоммуникационные антенны мачты на крыше на практике.
Под «практическим» я подразумеваю практическое руководство, а не обязательно процедуру, которую рекомендует использовать ЕС. Как практикующие инженеры, нам нравится быть эффективными и тратить меньше времени на менее продуктивные задачи. Однако, когда речь идет о сериях кодов европейских образцов, мы можем говорить много, но не практично в определенных областях. Вы можете судить об этом утверждении, но сравнивая, например, с серии кодов проектирования ASCE или в кодах телекоммуникационной отрасли TIA-222 , он обеспечивает более компактные решения и гораздо менее сложные процедуры проектирования. Возможно, позже в блоге я сделаю пошаговое сравнение двух кодов. К концу этого поста вы поймете, какие шаги необходимо предпринять, чтобы установить правильную силу ветра на антенны. Руководство будет часто ссылаться на главы, посвященные коду проектирования, поэтому для его выполнения требуется, чтобы вы были знакомы с ЕН 1991-1-4 .
При расчете будут взяты некоторые значения из национального приложения Нидерландов, но их можно заменить любыми национальными значениями европейской страны в соответствии с вашим случаем.
Я изо всех сил старался объяснить все шаги, но если я что-то пропустил или шаги непонятны, задайте мне вопрос в конце блога в разделе комментариев.
Введение
Телекоммуникационная мачта в нашем случае будет представлять собой единственную опору на крыше, растянутую двумя диагоналями, а конструкция опирается на раму из двутавровых балок. См. модель FEA, как показано ниже. Были выполнены линейный статический анализ, включая потери устойчивости, и динамический анализ. 93}$
Расчет давления пиковой скорости
Базовая скорость ветра
Базовая скорость ветра $v_b$ определена в EN1991-1-4 §4.2(2)P как
функция направления ветра и времени года на высоте 10 м над землей
III категории местности. Он рассчитывается как:
$$v_b = c_{dir} \cdot c_{season} \cdot v_{b,0}$$
, где $v_{b,0}$ — основное значение основного ветра скорость, которая определена в EN1991-1-4 §4.
2(1)P как характерная средняя скорость ветра за 10 минут на высоте 10 м над уровнем земли для категории местности III. Значение $v_{b,0}$ указано в Национальном приложении исходя из климатических условий региона, в котором находится конструкция. Влияние высоты на основную скорость ветра $v_{b}$ также указано в Национальном приложении.
Коэффициент направления $c_{dir}$ и сезонный фактор $c_{season}$ определены в EN1991-1-4 §4.2(2)P и учитывают влияние направления ветра и времени года . Их значения обычно равны $c_{dir}$ = 1,0 и $c_{season}$ = 1,0. В Национальном приложении могут быть указаны значения $c_{dir}$ и $c_{season}$, отличные от 1,0.
В следующих расчетах базовая скорость ветра принимается равной $v_b = 27 \frac{m}{s}$.
Неровность местности
{0,07} = 0,223$$
Фактор шероховатости $c_r(z_e)$ на опорной высоте $z_e$ учитывает изменчивость средней скорости ветра в месте сооружения из-за высоты над уровнем земли и земли неровность местности с наветренной стороны сооружения.
Он рассчитывается в соответствии с уравнением 4.4 EN1991-1-4.
Для случая, когда $z_e \geqq z_{min}$:
$$c_r(z_e) = k_r \cdot ln(\frac{z_e}{z_o}) = 0,223 \cdot \ln \left( \frac{ 31,6 м {0,5 м} \справа) = 0,926$$
Коэффициент орографии
Если орография (например, холмы, утесы и т. д.) увеличивает скорость ветра более чем на 5%, эффекты следует учитывать с использованием коэффициента орографии $c_0(z_e)$, отличного от 1,0, как указано в EN1994- 1-1 §4.3.3. В целом влиянием орографии можно пренебречь, если средний уклон местности с наветренной стороны менее 3° на расстоянии, в 10 раз превышающем высоту изолированного орографического объекта. Процедура, рекомендованная в EN1994-1-1 §4.3.3 для расчета коэффициента орографии $c_0(z_e)$, описана в EN19.94-1-1 §A.3.
В следующих расчетах орографический коэффициент принимается как $c_0(z_e) = 1.000$
Средняя скорость ветра
Средняя скорость ветра $v_m(z_e)$ на опорной высоте $z_e$ зависит от шероховатости местности, ландшафта орография и основная скорость ветра vb.
Он определяется с помощью уравнения EN1991-1-4 (4.3):
$$v_m(z_e) = c_r(z_e) \cdot c_0(z_e) \cdot v_b = 0,926 \cdot 1,000 \cdot 27,00 \frac{m}{s } = 24,99 \frac{m}{s}$$
Ветровая турбулентность
Интенсивность турбулентности $I_v(z_e)$ на опорной высоте $z_e$ определяется как стандартное отклонение турбулентности, деленное на среднюю скорость ветра. Он рассчитывается в соответствии с уравнением 4.7 EN1991-1-4.
Для случая, когда $z_e \geqq z_{min}$: $$
I_v(z_e) = \frac{k_I}{ c_0(z_e) \cdot \ln \left( \frac{z_e}{z_0} \right )} $$
так что
$$I_v(z_e) = \frac{1.0}{ 1.0 \cdot \ln \left( \frac{31.6m}{0.5m} \right)} = 0.241$$
где коэффициент турбулентности считается $k_I = 1.000$ в соответствии с EN192}$.
Расчет ветровой нагрузки и давления на конструкцию
Воздействия ветра на конструкцию (силы и давления) зависят от $q_p(z_e)$ следующим образом.
Ветровое давление на поверхности
Ветровое давление на поверхности выводится из расчетного значения $q_p(z_e) = 1,049 кН/м2$ путем применения соответствующего коэффициента давления, как указано в EN1991-1-4 §5.
2.
Для внешних поверхностей применимое давление ветра $w_e$ рассчитывается как:
$$w_e = q_p(z_e) \cdot c_{pe}$$
где $c_{pe}$ — соответствующий коэффициент давления для внешнего давления, указанный в EN1991-1-4 Раздел 7 в зависимости от типа структуры. Соответствующая эталонная высота $z_e$ для внешней поверхности указана в EN1991-1-4, раздел 7, в зависимости от типа конструкции.
Для внутренних поверхностей применимое давление ветра $w_i$ равно
и рассчитывается как: $$w_i = q_p(z_i) \cdot c_{pi}$$
внутреннее давление, указанное в EN1991-1-4 Раздел 7 в зависимости от типа строения. Соответствующая эталонная высота $z_i$ для внутренней поверхности указана в EN1991-1-4, раздел 7, в зависимости от типа конструкции.
Общая сила ветра, действующая на конструкцию или элемент конструкции
Общее воздействие ветра на всю конструкцию или конкретный элемент конструкции выражается общей силой ветра Fw, которая оценивается путем применения соответствующего коэффициента силы, как указано в EN1991-1 -4 §5.
3.
$$F_w = c_sc_d \cdot c_f \cdot q_p(z_e) \cdot A_{ref}$$
где:
Конструктивный коэффициент $c_sc_d$ учитывает влияние размера конструкции из-за неодновременного возникновения пикового давления ветра на поверхность и динамические эффекты из-за вибрации конструкции из-за турбулентности. Структурный коэффициент $c_sc_d$ определяется в соответствии с EN1991-1-4 Раздел 6. Значение $c_sc_d$ = 1,0 обычно является консервативным для небольших конструкций, не подверженных влиянию турбулентности ветра, таких как здания высотой менее 15 м. 92 } } \label{eq:Ks_n} $$
тогда,
$$ \phi_y = \frac{c_y \cdot b \cdot n}{v_m \cdot (z_s) } $$
и,
$$ \phi_z = \frac{c_z \cdot h \cdot n}{v_m \cdot (z_s) }$$
Константы $G_y$ и $G_z$ зависят от изменения формы колебаний по горизонтальной оси y и вертикальной оси z , соответственно. Константы затухания $c_y$ и $c_z$ равны 11,5. Константа G, введенная в приведенное ниже уравнение, и константа K, используемая для расчета ускорений, показаны в таблице C.
1. Мачта на крыше (подобная дымовым трубам) имеет однородное изменение формы горизонтальной моды и параболическое вертикальное изменение формы моды $G_y = \frac{1}{2}$, $G_z = \frac{5}{18}$, $K_y = 1$ и 92 } } $$
наконец,
$$ K_s(n) = 0,688$$
Распределение ветра по частотам выражается безразмерной функцией спектральной плотности мощности $S_L(z,n)$, которую необходимо определить используя следующее выражение:
$$f_L(z,n) = \frac{n \cdot L(z)}{v_m(z)} = \frac{3,177 \cdot 23}{24,99} = 2,924$$
Где $f_L(z,n)$ — безразмерная частота, определяемая частотой $n=n_{1,x}$ собственной частотой конструкции в Гц, средней скоростью $v_{m(z) }$ и масштаба длины турбулентности $L(z)$, определенного в (Б.1). Функция спектральной плотности мощности показана на рисунке выше. Для динамической системы я применил к конструкции узловые массы в местах крепления панельных антенн. Распределение массы составляет 70% от общей массы, применяемой в верхней части, и 30% в нижней точке крепления.
Используемые массы составляют 187 кг и 56 кг соответственно. См. динамические результаты на изображении ниже. Самая низкая мода собственной частоты найдена на уровне 3,177 Гц. 92}{2 \cdot \delta} \cdot S_L(z_s,n_{1,x}) \cdot K_s \cdot (n_{1,x})$$
Логарифмический декремент демпфирования $\delta$ для основного изгиба режим
может быть оценен следующим выражением.
$$\delta = \delta_s+\delta_a+\delta_d$$
У нас нет специального демпфирующего устройства, поэтому формулу можно упростить до:
$$\delta = \delta_s+\delta_a$$
Один из факторов Здесь стоит упомянуть эквивалентную массу на единицу высоты, $\mu_e$, которую необходимо оценить для рассматриваемой конструкции. При определенных условиях $\mu_e$ можно заменить эквивалентной массой на единицу площади, $m_e$. Согласно § F.4(2), $m_e$ может быть представлено средней массой на метр верхней трети конструкции. $n_{1,x}$ представляет собой частоту самой низкой собственной моды, которую можно оценить с помощью §F.
2(2). $\delta_s = 0,02$ можно оценить из таблицы (F.2) Имея это под рукой: 92}} $$
наконец,
$$c_d = \frac{1+2 \cdot 3,64 \cdot 0,241 \cdot \sqrt{0,828+2,108} }{1+7 \cdot 0,241 \cdot \sqrt{0,828}} = 1,59$$
Вычисленный коэффициент $c_sc_d$
$$c_sc_d = 0,94 \cdot 1,59 = 1,49$$
Коэффициент силы
Коэффициент силы $c_f$ приведен в разделах EN1991-1-4 7 и 8 в зависимости от типа конструкции или конструктивного элемента. Ветровая сила Fw, действующая на конструкцию или элемент конструкции, может быть определена векторным суммированием по отдельным элементам конструкции (как показано в 7.2.2) с использованием формулы коэффициента силы 9.0031 $$F_w=c_sc_d \cdot \sum_{elements} c_f \cdot q_p(z_e) \cdot A_{ref}$$
Конструкция
Коэффициент силы, $c_f$, решетчатых конструкций и лесов с параллельными поясами будет можно получить следующим выражением:
$$c_f = c_{f,0} \cdot \psi_{\lambda}$$ Я не буду вдаваться в подробности расчетов коэффициента силы каждого элемента конструкции, но значения были рассчитывается с учетом гибкости, чисел Рейнольдса, конечных эффектов и коэффициентов прочности.
Мы также реализуем $c_{prob}$ для сокращения срока службы конструкции до 15 лет вместо 50, демонстрируя влияние $c_{prob}$.
Антенны
Здесь я использую значения силы из паспорта типичной антенны 5G в 3 направлениях воздействия ветра: спереди, сбоку и сзади. Основная идея здесь состоит в том, чтобы получить значения $c_f$ для каждого направления ветра, которому подвергается антенна, на основе силы ветра в лабораторных условиях. В этом случае испытания в аэродинамической трубе проводились на скорости $150\frac{km}{h}$. Затем отдельные значения коэффициента силы можно использовать для определения силы ветра, действующей на антенны при любой заданной максимальной скорости. Формула для расчета значений $c_f$ для антенн (табл. 3) следующая: 92 \cdot A_{ref} } $$
Конфигурации антенн
Я продемонстрирую два сценария конфигураций антенн. Во-первых, когда у нас 3 секторные антенны, а во-вторых, когда задействовано 2 антенны.
Конфигурация с 3 антеннами
Еврокод не предлагает какого-либо точного метода расчета давления ветра на антенные приспособления.
Мы можем использовать установленный метод из TIA-222. Основная концепция заключается в том, что мы вычисляем эффективные проекционные площади для нормальной и боковой поверхности антенн, $EPA_N$ и $EPA_T$ соответственно. Код TIA предлагает следующую формулу для расчета общего EPA аксессуаров. 92(\theta)]$$
, где $\theta$ — относительный угол между азимутом, связанным с
нормальной поверхностью приспособления, и направлением ветра. EPA, эффективная проекционная площадь
означает просто площадь антенны, умноженную на соответствующие коэффициенты силы
.
$K_a$ означает экранирование, которое мы можем применять только при учете силы ветра с обратной стороны антенны. Мы можем использовать значение экранирования в соответствии с рекомендациями TIA-222-G. В нашем случае постоянная опора антенны будет экранировать 3-ю антенну, так как она находится в пределах 4D. Мы можем использовать линейную интерполяцию между 100% экранированием и отсутствием экранирования. Мы можем согласиться с тем, что значение экранирования может быть около $\frac{2}{3}$, то есть 66%.
См. рис. 5.92} = 2,310kN$$
Распределение нагрузки на антенну
Ветровая нагрузка на антенны распределяется по модели FEA в соответствии с рисунком 6. как конфигурация с 3 антеннами. В этом случае я также предоставлю небольшой скрипт для расчета различных сценариев для разных азимутов. Мы предполагаем, что 2 антенны обращены к ветру с одним и тем же азимутом, или, другими словами, они зеркально отражены в вертикальной плоскости, проходящей через опорную стойку. 92{(\theta)} ] $$
В этом случае обратная сторона антенны не засчитывается в область проекции. Однако все остальные аксессуары должны быть включены в модель FEA (фидеры, конструктивные элементы и т. д.) так же, как и в сценарии с 3 антеннами. В следующих фрагментах кода показаны рассчитанные значения площади проекций и сил ветра, воздействующих на антенны, для нескольких значений азимута.
импортировать математику как математику
для я в [0,15,30,45,60,75,90]:
q_p = 1,305
EPA_2 = 2 * (1,243*0,623*math. cos(math.radians(i))**2\
+ 0,543*0,874*math.sin(math.radians(i)) )
print("Азимут: ", i, "=> EPA в м2 ", round(EPA_2,3), "Ветровая нагрузка: ", round(EPA_2*q_p, 3), "кН")
#РЕЗУЛЬТАТ
Азимут: 0 => EPA в м2 1,549Ветровая нагрузка: 2,021 кН
Азимут: 15 => EPA в м2 1,691 Ветровая нагрузка: 2,206 кН
Азимут: 30 => EPA в м2 1,636 Ветровая нагрузка: 2,135 кН
Азимут: 45 => EPA в м2 1,446 Ветровая нагрузка: 1,886 кН
Азимут: 60 => EPA в м2 1,209 Ветровая нагрузка: 1,578 кН
Азимут: 75 => EPA в м2 1,021 Ветровая нагрузка: 1,332 кН
Азимут: 90 => EPA в м2 0,949 Ветровая нагрузка: 1,239 кН
cos(math.radians(i))**2\
+ 0,543*0,874*math.sin(math.radians(i)) )
print("Азимут: ", i, "=> EPA в м2 ", round(EPA_2,3), "Ветровая нагрузка: ", round(EPA_2*q_p, 3), "кН")
#РЕЗУЛЬТАТ
Азимут: 0 => EPA в м2 1,549Ветровая нагрузка: 2,021 кН
Азимут: 15 => EPA в м2 1,691 Ветровая нагрузка: 2,206 кН
Азимут: 30 => EPA в м2 1,636 Ветровая нагрузка: 2,135 кН
Азимут: 45 => EPA в м2 1,446 Ветровая нагрузка: 1,886 кН
Азимут: 60 => EPA в м2 1,209 Ветровая нагрузка: 1,578 кН
Азимут: 75 => EPA в м2 1,021 Ветровая нагрузка: 1,332 кН
Азимут: 90 => EPA в м2 0,949 Ветровая нагрузка: 1,239 кН
Эффект ускорения ветра на крышах
В Европе не принято учитывать влияние ускорения на здания. Эти эффекты необходимо учитывать только при резких изменениях рельефа местности и определять коэффициент орографии кокоса для здания. Однако в реальной жизни ускорение происходит на высоких зданиях. Эффект ускорения зависит от нескольких факторов, таких как высота здания и высота парапета, если таковой имеется.
Здание должно выступать над соседними зданиями не менее чем на 15 м. Когда мы рассчитываем коэффициенты давления на здания, мы можем видеть зоны более высокого давления на разных сегментах рассматриваемого здания. Эти коэффициенты давления в более высоких зонах могут быть в пределах 1,6 и 2,2. Можно представить, что если в одной из этих зон находится опора крыши, то действующее на конструкцию ветровое давление подвергается повышенному ветровому давлению. См. иллюстрацию на рис. 9..
TIA-222-H в качестве последней версии кода демонстрирует решение для несущих конструкций антенны на крыше, как должен определяться эффект ускорения. Подробнее см. Рисунок 10 . До внедрения в серию Еврокодов мы предлагаем принять во внимание оценку этих эффектов, когда речь идет о высотных зданиях.
Заключение
Как видите, определение ветровой нагрузки на антенны в соответствии с EN 19 является довольно длительным и сложным процессом.91-1-4. Конечно, мы можем упростить некоторые этапы, аппроксимировав собственную частоту, чтобы исключить динамический анализ, или используя коэффициент cscdcscd равный 1,0.
Но последний не совсем консервативен для тонких конструкций или конструкций, где мы ожидаем более динамичной реакции на боковой ветер. Как и в нашем случае, значение 1,0 для cscdcscd привело бы к недостаточно спроектированной структуре.
На мой взгляд, пока Еврокод будет развиваться аналогичным образом в будущем, нам, практикующим инженерам, потребуется больше инструментов для решения подобных задач.
Вы хотите избежать ручного расчета? Мы можем помочь вам автоматизировать такие процедуры. Свяжитесь с нами сегодня.
Требования к ветровой нагрузке — Хорошее жилищное строительство
В Международном жилищном кодексе (IRC) есть доля обязательных положений, таких как отопление, защита от падения и аварийный выход (и это лишь некоторые из них), которые невозможно обойти. Но большая часть того, что содержится в коде, на самом деле является подарком — множество бесплатных, предварительно разработанных и предварительно одобренных методов проектирования, основанных на обычных строительных материалах.
Один элемент, которым руководствуются эти положения, особенно в главах с 4 по 9, это природа. Прежде чем перейти к строительным материалам и методам, IRC предоставляет данные о силах природы, с которыми вам придется бороться при строительстве в Северной Америке. Эти данные необходимы для проектирования безопасного и долговечного дома.
Эти данные соответствуют обязательным положениям Главы 3 (Планирование строительства) в верхней части раздела R301, в котором на картах и в таблицах представлены климатические и географические переменные, определяющие требования к несущей способности конструкций во всех регионах. США
По сути, он сообщает вам нагрузки, которым вы должны сопротивляться. Дизайнер должен решить, какие материалы и методы они хотят использовать, а также средства, чтобы доказать, что они соответствуют нагрузкам или превышают их. Одним из таких методов является использование предписывающих положений IRC.
Эти положения не являются статичными. Требования к нагрузке в R301 иногда меняются, потому что по разным причинам климатические и географические переменные меняются со временем.
Когда эти постоянно оцениваемые силы природы меняются, нагрузки на здания меняются, а строительные нормы и правила меняются, чтобы новые конструкции могли их выдерживать. Эти изменения отражены не только в обязательных нагрузках в R301; предписывающие положения кодекса также должны быть обновлены. Это может занять некоторое время, так как требуется дополнительный анализ, проектирование и тестирование, например, чтобы выяснить, сколько гвоздей определенного размера необходимо для крепления обшивки к крышам с разной высотой, уклоном и географическим положением во время высоких нагрузок. ветровые явления. В случае с обновленными ветровыми нагрузками в IRC 2021 года на это ушло почти десятилетие.
Обязательные требования IRC к нагрузкам основаны на ASCE 7, наиболее уважаемом и авторитетном стандарте минимальной расчетной нагрузки зданий, разработанном Американским обществом инженеров-строителей . Этот стандарт периодически обновляется, хотя и с другой частотой, чем IRC.
В последних двух редакциях были внесены существенные изменения в положения о ветровой нагрузке. Новое исследование привело к лучшему пониманию того, как давление ветра действует на крыши в районах со скоростью ветра 115 миль в час и выше, а также какие области крыш наиболее подвержены ветру. В предыдущих выпусках указывалось, что зона крыши в пределах B. концов фронтонов подвергалась риску, но в версии ASCE 7 2016 года коньки, ребра и края карнизов, а также углы, где они встречаются, перечислены как более подверженные повреждениям.
Наконец, IRC 2021 включает все новые данные о расчете ветра из ASCE 7. Как упоминалось ранее, IRC пришлось обновить в двух местах, чтобы включить новые нагрузки ASCE 7. Первое изменение касается критериев проектирования в Главе 3, обязательных положений. На новых картах ветра самая низкая скорость ветра, которая охватывает большую часть западного побережья, снизилась со 110 миль в час до 90 миль в час, при этом скорость постепенно увеличивается по направлению к центру страны.
Таблица R301.2.1(1) (ранее Таблица R301.2(2)), в которой представлены данные о ветровом давлении на поверхности крыш и облицовку стен, также значительно изменена и включает столбцы с более низкими давлениями, отражающими зоны пониженной скорости ветра. Помните, что независимо от материала или метода строительства в этой таблице указано фактическое давление, действующее на обшивку и покрытие крыши при многих различных переменных. Таблица основана на 30-футовом. высота крыши в экспозиции B (городские и пригородные районы), но значения там могут быть скорректированы для других сценариев с использованием таблицы R301.2(3), в которой есть коэффициенты, полученные для различных высот крыши и воздействия ветра.
После внесения изменений в R301 методы и материалы, представленные в IRC, также необходимо было изменить. Здесь IRC использует инженерные процедуры, разработанные Американским советом по дереву (AWC) , в котором использовались нагрузки ASCE 7, чтобы найти достаточные древесные материалы и крепления для их удовлетворения.
Инженеры AWC предполагают наиболее вероятные переменные, чтобы создать упрощенные методы проектирования и таблицы, которые позволяют ограниченное жилищное строительство без профессионального проектировщика. Это позволяет IRC предоставить нам упрощенные инструкции для обычной установки.
Все это привело к одному большому изменению, которое вы, вероятно, заметите в IRC 2021, к минимальному требуемому размеру 3/8 дюйма. до 1⁄2 дюйма. обшивка крыши деревянными конструкционными панелями, указанная в таблице R602.3(1). В течение десятилетий нормой было забивать гвоздями 6-дюймовую обшивку. расстояние по краям и 12 дюймов. интервал в поле (или, как его называет кодекс, «промежуточные опоры»). Это было уменьшено до 6 дюймов. расстояние как по краям, так и в поле. Хотя такой подход может быть излишним при слабом ветре, это изменение предназначено для предоставления простого предписывающего решения для большой части страны, особенно для районов со скоростью ветра менее 140 миль в час (районов со скоростью ветра, равной или превышающей 140 миль в час).
mph не может использовать IRC для проектирования ветра, но IRC перечисляет в разделе R301.2.1.1 ряд альтернативных публикаций, которые могут дать рекомендации). Это ограничение упрощает переменные дизайна, чтобы уменьшить сложность предписывающего дизайна IRC.
Схема затяжки основана на 24-дюймовых стропилах, обычных породах дерева и скорости ветра до 140 миль в час. Сноска f в таблице с описанием креплений содержит некоторые дополнительные переменные, которые нельзя упускать из виду. На участках крыш, где давление ветра наибольшее, в некоторых случаях требуется дополнительное крепление. Однако, как и в методах предписывающего проектирования, IRC упрощает руководство, проектируя зону крыши с наибольшим давлением. Для географических регионов со скоростью ветра более 130 миль в час при воздействии B или более 110 миль в час при воздействии C (ровная местность, открытая местность и луга) гвозди в пределах 48 дюймов от краев и коньков крыш должны находиться на расстоянии не более 4 дюймов друг от друга.
кромки панелей и промежуточные опоры.
Если все это кажется слишком сложным, есть и другие варианты. Вы можете использовать Таблицу R301.2.1(1) и получить точное давление ветра на обшивку в различных зонах крыши. Как упоминалось ранее, он обеспечивает снижение скорости ветра до 90 миль в час, а также различные значения уклона крыши, площади, высоты и воздействия ветра — все переменные, которые предполагаются в нормативном проекте. Вы можете использовать это, чтобы получить точную целевую нагрузку и нанять профессионального дизайнера, чтобы он придумал решение, которое позволит вам использовать меньше гвоздей, чем требует IRC 2021 года. Это твой выбор.
Другим вариантом является использование Руководства по строительству деревянного каркаса от AWC. Это руководство является прямой ссылкой на IRC по деревянному строительству (R301.1.1) и включает в себя более подробные предписывающие (предварительно спроектированные) таблицы проектирования, чем IRC. Эту книгу можно бесплатно просмотреть в Интернете по адресу AWC.
Добавить комментарий