Расчет ветровой нагрузки на окна

Материал из ВикиПро: Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебеля
Перейти к: навигация, поиск
Мне нравится
9

Ветер в сочетании с изменяющейся температурой, влажностью воздуха и осадками существенно осложняет условия эксплуатации светопрозрачных конструкций. Он может создавать пылевые бури, метели; совместно с дождем вызывает увлажнение ограждающих конструкций и даже обуславливает проникновение пыли, снега и влаги через притворы оконных блоков. Ветер оказывает силовое воздействие на здания и сооружения.

В холодное время года под воздействием ветра значительно увеличиваются теплопотери здания, особенно через неплотности окон и дверей. При большой скорости ветра теплопотери в зданиях возрастают на 30-40%. Вместе с тем, ветер может способствовать улучшению аэрации территории застройки, наилучшему воздухообмену внутри здания, высушиванию строительных материалов, а при определенных параметрах- и смягчению отрицательного воздействия высоких температур и влажности.

Ветровой режим в строительной климатологии оценивают повторяемостью направлений ветра и средней скорости ветра по румбам. Повторяемость направления ветра рассчитывают в процентах от общего числа случаев направления ветра без учета штилей. Среднюю скорость ветра по румбам м/с, рассчитывают делением суммы скоростей на сумму случаев с ветром каждого румба.

В архитектурно-строительном проектировании принято характеризовать направления ветра по 8 румбам.

В соответствии со сторонами света, различают:

  1. северный
  2. северо-восточный
  3. восточный
  4. юго-восточный
  5. южный
  6. юго-западный
  7. западный
  8. северо-западный румбы.

Значения повторяемости направлений и скорости ветра в январе и июле для населенных пунктов России представлены в СНиП 23-01-99.

Сила ветра-величина переменная, как в вертикальной, так и горизонтальной проекции; она зависит от направления и скорости ветрового потока. Ветер при встрече препятствия в виде здания формирует с наветренной стороны давление (+), а с подветренной-откос (-) Величина ветрового давления увеличивается при высоте.

Рисунок 1 Эпюры ветрового давления на вертикальные преграды:

Ris1 8.jpgгде, 1-направление ветра; 2-воздушные потоки внутри здания.


Районирование территории России но скорости ветра и ветровому давлению установлено в СНиП 2.01.07-85  «Нагрузки и воздействия».

Ветровой напор является доминирующим силовым воздействием либо на отдельно стоящие здания, либо во фронте ветрозащитной постройки. В этом случае возможно существенное охлаждение помещений с наветренной стороны фасадов. На светопрозрачные ограждения действует также так называемое гравитационное давление, возникающее из-за разности плотностей холодного наружного и тёплого внутреннего воздуха. Это давление изменяется по высоте. Максимальный его уровень проявляется в нижней части здания: вверху оно меняет свой знак, переходя через ноль. Уровень нейтральной зоны повышается с увеличением этажности здания.

Рисунок 2 Уровень нулевой зоны гравитационного давления в зданиях различной этажности

Ris1 9.jpg

Внутри застройки ветер трансформируется по направлению и силе. Кроме того, движение воздушных масс имеет пульсирующий характер и не зависит от наружной температуры. Поэтому внутри застройки доминирующим является гравитационное давление на наружные стены зданий и оконные конструкции. Ниже на рисунке показана зависимость величины гравитационного давления на ограждающие конструкции здания при разных температурах наружного воздуха. Расчёты показали, что величина гравитационного давления при расчётных температурах наружного воздуха на уровне первого этажа девятиэтажного здания составляет в Красноярске - 800 Па, а в Москве - 500 Па.

Рисунок 3 График гравитационного давления на стены здания

Ris1 10.jpg

Гравитационное и ветровое давление в общем случае действуют совместно. Формирование избыточного давления на внешних поверхностях здания под влиянием естественных гравитационных сил и ветра показано на рисунке:

Рисунок 4 Построение эпюр избыточных давлений.

Ris1 11.jpg

При отсутствии ветра на поверхностях наружных стен будет действовать разной величины гравитационное давление. По закону сохранения энергии среднее давление по высоте внутри и снаружи будет одинаково. Относительно среднего уровня в нижней части здания давление столба тёплого воздуха будет меньше, чем давление столба холодного наружного воздуха с внешней поверхности стены. Эпюра этого избыточного ( относительно давления внутри здания) гравитационного давления показана на рис. a. На противоположных стенах здания эпюры одинаковы. В нижней части здания внешнее давление больше внутреннего, и величина избыточного давления имеет знак плюс. Вверху здания внутреннее давление больше внешнего, поэтому избыточное давление имеет знак минус. На некоторой высоте избыточное гравитационное давление будет равно нулю. Плоскость нулевого избыточного давления называется нейтральной плоскостью здания. Величина Рt= ± hg (ph-pb),<span style="font-family: Courier New;" /> где g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения, рb и рh - соответственно плотности воздуха внутри и снаружи здания.

Если здание обдувается ветром, а температуры внутри здания и снаружи его равны (т. с. гравитационного давления нет), то на внешних поверхностях ограждений будет создаваться повышенное статистическое давление или разрежение. Внутри здания давление будет равно среднему между повышенным с наветренной и пониженным с подветренной сторон, если проницаемости ограждающих конструкций одинаковы. Эпюры давлений но высоте здания на рис. б показаны одинаковыми в предположении постоянства скорости ветра и аэродинамического режима обтекания по высоте. На практике, как известно, скорость ветра, а, следовательно, и ветровое давление увеличиваются с высотой. В СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" в табл. 6 приводятся значения коэффициента К, учитывающего изменение ветрового давления по высоте, в зависимости от типа местности. [1]

Таблица 1 Изменение ветрового давления по высоте

            

Высота Z, м                    
 Коэффициент K для типов местности                                                               
А
 В
 С
5
 0,75
 0,5
 0,4
10
 1,0
 0,65
 0,4
20
 1,25
 0,85
 0,55
40
 1,5
 1,1
 0,8
60
 1,7
 1,3
 1,0
80
 1,85
 1,45
 1,15
100
 2,0
 1,6
 1,25
150
 2,25
 1,9
 1,55
200
 2,45
 2,1
 1,8
250
 2,65
 2,3
 2,0
300
 2,75
 2,5
 2,2
350
 2,75
 2,75
 2,35
480
 2,75
 2,75
 2,75

Примечание
При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.

Принимаются следующие типы местности:

  • А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
  • В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
  • С - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

В соответствии со СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" ветровую нагрузку, действующую на окна, необходимо рассчитывать по формуле:

Wm=Wo·k·Cгде

  • Wm- нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли;
  • С - аэродинамический коэффициент, учитывающий геометрию здания (+0,8-для наветреннго фасада, -0,6- для подветреннго фасада)
  • Wo - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района по таблице:

Таблица 2. Нормативное значение ветрового давления

Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения 5 СНиП 2.01.07-85)                          
 Ia       
 I        
 II       
 III     
 IV      
 V       
 VI     
 VII      
Wo кПА
 0.17
 0.23
 0.30
 0.38
 0.48
 0.60
 0.73
 0.85
Wo кгс/м2
 17
 23
 30
 38
 48
 60
 73
 85


Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки Wp на высоте Z находится в зависимости от коэффициента пульсации давления ветра £ на уровне Z:

Таблица 3 Коэффициент пульсации давления ветра

            

Высота              Z, м
 Коэффициент K для типов местности                                                               
А
 В
 С
5
 0,85 1,22 1,78
10
 0,76 1,06 1,78
20
 0,69 0,92 1,50
40
 0,62 0,80 1,26
60
 0,58 0,74 1,14
80
 0,56 0,70 1,06
100
 0,54 0,67 1,00
150
 0,51 0,62 0,90
200
 0,49 0,58 0,84
250
 0,47 0,56 0,80
300
 0,46 0,54 0,76
350
 0,46 0,52 0,73
480
 0,46 0,50 0,68

Wp=1.4 ξWph·Z/H

где Wph - нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте Н верха дома. По ветровой нагрузке коэффициент надёжности γf принимается равным 1,4, т. е. расчётное значение ветровой нагрузки:

Wp=1.4 (Wm+Wp)

При совместном действии гравитационных сил и ветра применим принцип независимости действия сил. Поэтому величина избыточного давления определяется простым сложением частных результатов, см. рис. 4в. Эпюры избыточного давления на ограждающую конструкцию используются в дальнейшем для выбора конструктивного исполнения окна с точки зрения его воздухопроницаемости и сопротивления ветровой нагрузке и позволяют сделать вывод о дифференцированном подходе к остеклению многоэтажных зданий: на различных этажах и различно ориентированных по отношению к розе ветров фасадах здания должны устанавливаться различные по классам типы оконных конструкций.

Осадки в виде дождя и снега также должны учитываться при выборе конструкции остекления, т. к. светопрозрачные ограждения не являются абсолютно водонепроницаемыми, а снежный покров, ложащийся на горизонтальные или наклонные поверхности светопрозрачных элементов фонарей, зимних садов, оказывает силовое воздействие в виде весовой нагрузки.

Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию ограждения S определяется по формуле:

S=Soδ где

So- - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли; принимается в соответствии с картой снегового районирования территории России по СНиП 2.01.07-85* и табл. 3

Таблица 4 Нормативное значение веса снегового покрова

Снеговые районы (принимаются по карте 1 приложения 5)                                                             
 I
 II
 III
 IV
 V
 VI
So, кПА (кгс/м2)
 0.5(50)
 0.7(70)
 1.0(100)
 1.5(150)
 2.0(200)
 2.5(250)

Коэффициент и перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке зависит от схем распределения снеговой нагрузки, значений скорости ветра за три наиболее холодных месяца и углов наклона покрытий. Например, для односкатных зданий - зимних садов, коэффициент перехода

µ = 1 при a < 25°
µ = 0 при а < 60°,

при этом промежуточные значения µ определяются линейной интерполяцией.[2]

Примечание

  1. ↑ А.Ю. Безруков,В.Л.Миков "Справочник замерщика" Методическое пособие по проведению замеров оконных и дверных блоков"
  2. ↑ Интерполяция - способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений.



Вклад участника:

Смирнова Дана

Обратная связь Автору
Источник — «https://www.wikipro.ru/index.php?title=Расчет_ветровой_нагрузки_на_окна&oldid=124939»