Расчетная ветровая нагрузка

11.1.1 Нормативное значение ветровой нагрузки w следует задавать в одном из двух вариантов. В первом случае нагрузка w представляет собой совокупность:

а) нормального давления w_e, приложенного к внешней поверхности сооружения или элемента;

б) сил трения w_f, направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее горизонтальной (для шедовых или волнистых покрытий, покрытий с фонарями) или вертикальной проекции (для стен с лоджиями и подобных конструкций);

в) нормального давления w_i, приложенного к внутренним поверхностям сооружений с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами.

Во втором случае нагрузка w рассматривается как совокупность:

а) проекций w_x и w_y, внешних сил в направлении осей х и у, обусловленных общим сопротивлением сооружения;

б) крутящего момента w_z относительно оси z.

При разработке архитектурно-планировочных решений городских кварталов, а также при планировании возведения зданий внутри существующих городских кварталов рекомендуется провести оценку комфортности пешеходных зон в соответствии с требованиями норм или технических условий.

11.1.2 Нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней w_m и пульсационной w_p составляющих

w = w_m + w_p. (11.1)

При определении внутреннего давления w_i пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.

11.1.3 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m в зависимости от эквивалентной высоты z_e над поверхностью земли следует определять по формуле

w_m = w ₀ k(z_e)c, (11.2)

где w ₀ - нормативное, значение ветрового давления (см. 11.1.4);

k(z_e) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e (см. 11.1.5 и 11.1.6);

с - аэродинамический коэффициент (см. 11.1.7).

11.1.4 Нормативное значение ветрового давления w ₀ принимается в зависимости от ветрового района по таблице 11.1. Нормативное значение ветрового давления допускается определять в установленном порядке на основе данных метеостанций Росгидромета (см. 4.4). В этом случае w ₀, Па, следует определять по формуле

(11.3)

где - давление ветра, соответствующее скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А (11.1.6), определяемой с 10-минутным интервалом осреднения и превышаемой в среднем один раз в 50 лет.

Таблица 11.1

Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения Ж)	Iа	I	II	III	IV	V	VI	VII
w 0, кПа	0,17	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85

11.1.5 Эквивалентная высота z_e определяется следующим образом.

1. Для башенных сооружений, мачт, труб и т.п. сооружений

z _e = z.

2. Для зданий:

а) при h £ d ® z _e = h;

б) при h £ 2 d:

для z ³ h - d ® z _e = h;

для 0 < z < h – d ® z _e= d;

в) при h > 2 d:

для z ³ h – d ® z _e = h;

для d < z < h - d ® z _e = z;

для 0 < z £ d ® z _e = d.

Здесь z - высота от поверхности земли;

d - размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра (поперечный размер);

h - высота здания.

11.1.6 Коэффициент k (z_e) определяется по таблице 11.2 или по формуле (11.4), в которых принимаются следующие типы местности:

А - открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С - 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 30 h - при высоте сооружения h до 60 м и на расстоянии 2 км - при h > 60 м.

Примечание - Типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Таблица 11.2

Высота ze, м	Коэффициент k для типов местности
А	В	С
£ 5	0,75	0,5	0,4
	1,0	0,65	0,4
	1,25	0,85	0,55
	1,5	1,1	0,8
	1,7	1,3	1,0
	1,85	1,45	1,15
	2,0	1,6	1,25
	2,25	1,9	1,55
	2,45	2,1	1,8
	2,65	2,3	2,0
	2,75	2,5	2,2
	2,75	2,75	2,35
³ 480	2,75	2,75	2,75

k (z _e) = k ₁₀(z _e/10)^2a. (11.4)

Значения параметров k ₁₀ и a для различных типов местностей приведены в таблице 11.3.

Таблица 11.3

Параметр	Тип местности
А	В	С
a	0,15	0,20	0,25
k 10	1,0	0,65	0,4
z10	0,76	1,06	1,78

11.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки w_e, w_f, w_i, w_x, w_y и w_z следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления с_е, трения с_f, внутреннего давления с _i и лобового сопротивления с _x, поперечной силы с_у, крутящего момента с_z, принимаемых по приложению Д.1, где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов с_е или с_i соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» - от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

При определении ветровой нагрузки на поверхности внутренних стен и перегородок при отсутствии наружного ограждения (на стадии монтажа) следует использовать аэродинамические коэффициенты внешнего давления с_e или лобового сопротивления с_х.

Для сооружений повышенного уровня ответственности, а также во всех случаях, не предусмотренных Д.1 приложения Д (иные формы сооружений, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока или составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям, необходимость учета влияния рядом стоящих зданий и сооружений и т.п. случаях), аэродинамические коэффициенты необходимо принимать по справочным данным или на основе результатов продувок моделей сооружений в аэродинамических трубах.

Примечания

1 При назначении коэффициентов с_х, с_y и с_m необходимо указать размеры сооружения, к которым они отнесены.

2 Значения аэродинамических коэффициентов, указанных в приложении Д.1, допускается уточнять на основе данных модельных аэродинамических испытаний сооружений.

11.1.8 Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки w_p на эквивалентной высоте z_e следует определять следующим образом:

а) для сооружений (и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний f ₁, Гц, больше предельного значения собственной частоты f ₁(см. 11.1.10), - по формуле

w _p = w_m z(z_e) v, (11.5)

где w_m - определяется в соответствии с 11.1.3;

z(z_e) - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 или формуле (11.6) для эквивалентной высоты z_e (см. 11.1.5);

v - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11);

Таблица 11.4

Высота ze, м	Коэффициент пульсаций давления ветра z для типов местности
А	В	С
£5	0,85	1,22	1,78
	0,76	1,06	1,78
	0,69	0,92	1,50
	0,62	0,80	1,26
	0,58	0,74	1,14
	0,56	0,70	1,06
	0,54	0,67	1,00
	0,51	0,62	0,90
	0,49	0,58	0,84
	0,47	0,56	0,80
	0,46	0,54	0,76
	0,46	0,52	0,73
³480	0,46	0,50	0,68

z(z_e) = z₁₀(z_e /10)^-a. (11.6)

Значения параметров z₁₀ и a для различных типов местностей приведены в таблице 11.4;

б) для всех сооружений (и их конструктивных элементов), у которых f ₁ < f_l < f ₂, - по формуле

w _p = w _mxz(z _e) v, (11.7)

где f ₂ - вторая собственная частота;

x - коэффициент динамичности, определяемый по рисунку 11.1 в зависимости от параметра логарифмического декремента колебаний d (см. 11.1.1) и параметра e₁, который определяется по формуле (11.8) для первой собственной частоты f₁;

(11.8)

Здесь w ₀ (Па) - нормативное значение давления ветра (11.1.4);

k (z _эк) - коэффициент, учитывающий изменение давления ветра для высоты z _эк (11.1.6);

g _f - коэффициент надежности по нагрузке (11.1.12).

Для конструктивных элементов z _эк - высота z, на которой они расположены; для зданий и сооружений z _эк = 0,7/г, где h - высота сооружений;

Рисунок 11.1 - Коэффициенты динамичности

в) для сооружений, у которых вторая собственная частота меньше предельной, необходимо производить динамический расчет с учетом s первых форм собственных колебаний. Число s следует определять из условия

f _s < f_l < f _s+1;

г) при расчете зданий допускается учитывать динамическую реакцию по трем низшим собственным формам колебаний (двум изгибных и одной крутильной или смешанным крутильно-изгибным).

Примечание - При расчете многоэтажных зданий высотой до 40 м и одноэтажных производственных зданий высотой до 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5. размещаемых в местностях типа А и В (см. 11.1.6), пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается определять по формуле (11.5).

11.1.9 Усилия и перемещения при учете динамической реакции по s собственным формам определяются по формуле

(11.9)

где Х - суммарные усилия или перемещения;

X_s - усилия или перемещения по 5-й форме колебаний.

11.1.10 Предельное значение частоты собственных колебаний f_l, Гц, следует определять по таблице 11.5.

Таблица 11.5

Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения Ж)	fl, Гц
d = 0,3	d = 0,15
Iа	0,85	2,6
I	0,95	2.9
II	1,1	3,4
III	1,2	3,8
IV	1,4	4,3
V	1,6	5,0
VI	1,7	5,6
VII	1,9	5,9

Значение логарифмического декремента колебаний d следует принимать:

а) для железобетонных и каменных сооружений, а также для зданий со стальным каркасом при наличии ограждающих конструкций d = 0,3;

б) для стальных сооружений футерованных дымовых труб, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах d = 0,15.

11.1.11 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления v следует определять для расчетной поверхности коэффициента сооружения или отдельной конструкции, для которой учитывается корреляция пульсаций.

Расчетная поверхность включает в себя те части наветренных и подветренных поверхностей, боковых стен, кровли и подобных конструкций, с которых давление ветра передается на рассчитываемый элемент сооружения.

Рисунок 11.2 - Основная система координат при определении корреляции v

Если расчетная поверхность близка к прямоугольнику, ориентированному так, что его стороны параллельны основным осям (рисунок 11.2), то коэффициент v следует определять по таблице 11.6 в зависимости от параметров r и c, принимаемых по таблице 11.7.

Таблица 11.6

r, м	Коэффициент v при c, м, равном
0,1	0,95	0,92	0,88	0,83	0,76	0,67	0,56
	0,89	0,87	0,84	0,80	0,73	0,65	0,54
	0,85	0,84	0,81	0,77	0,71	0,64	0,53
	0,80	0,78	0,76	0,73	0,68	0,61	0,51
	0,72	0,72	0,70	0,67	0,63	0,57	0,48
	0,63	0,63	0,61	0,59	0,56	0,51	0,44
	0,53	0,53	0,52	0,50	0,47	0,44	0,38

При расчете сооружения в целом размеры расчетной поверхности следует определять с учетом указаний Д.1 приложения Д, при этом для решетчатых сооружений в качестве расчетной поверхности необходимо принимать размеры расчетной поверхности по его внешнему контуру.

Таблица 11.7

Основная координатная плоскость, параллельно которой расположена расчетная поверхность	r	c
zoy	b	h
zox	0,4 а	h
хоу	b	а

11.1.12 Коэффициент надежности по ветровой нагрузке следует принимать равным 1,4.

Пиковая ветровая нагрузка

Для элементов ограждения и узлов их крепления необходимо учитывать пиковые положительные w₊ и отрицательные w _- воздействия ветровой нагрузки, нормативные значения которых определяются по формуле

w _+(-) = w ₀ k (z _e)[1 + z(z_e)] с _р,+(-) v _+(-), (1.10)

где w ₀ - расчетное значение давления ветра (11.1.4);

z_e -эквивалентная высота (11.1.5);

k (z_e) и z(z_e) - коэффициенты, учитывающие, соответственно, изменение давления и пульсаций давления ветра на высоте z _e (11.1.6 и 11.1.8);

с _р,+(-) - пиковые значения аэродинамических коэффициентов положительного давления (+) или отсоса (-);

v _+(-) - коэффициенты корреляции ветровой нагрузки, соответствующие положительному давлению (+) и отсосу (-); значения этих коэффициентов приведены в таблице 11.8 в зависимости от площади ограждения А, с которой собирается ветровая нагрузка.

Таблица 11.8

А, м	< 2			> 20
v +	1,0	0,9	0,8	0,75
v -	1,0	0,85	0,75	0,65

Аэродинамические коэффициенты с_{р ,+} и с_{р ,-}, как правило, определяются на основе результатов модельных испытаний сооружений в аэродинамических трубах. Для отдельно стоящих прямоугольных в плане зданий значения этих коэффициентов приведены на схеме Д.1.17 приложения Д.1.

Примечание - При определении пиковой ветровой нагрузки (формула (11.10)) принято, что конструктивные элементы ограждения и узлы их крепления к зданию является достаточно жесткими и в них не возникает заметных динамических усилий и перемещений. В случае если собственные частоты системы «элементы ограждения - их несущие конструкции - элементы их крепления» менее 1,5 Гц, расчетные значения пиковой ветровой нагрузки должны быть уточнены на основе результатов динамического расчета указанной системы конструктивных элементов.