11.1. Основная ветровая нагрузка

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

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

б) сил трения wf, 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 wi, приложенного к внутренним поверхностям сооружений с проницаемыми ограждениями, открывающимися или постоянно открытыми проемами.

Во втором случае нагрузка w рассматривается как совокупность:

а) проекций wx и wy, внешних сил, обусловленных общим сопротивлением сооружения в направлении осей x и y;

б) крутящего момента wMz относительно оси z.

11.1.2 Во всех случаях нормативное значение основной ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней wm и пульсационной wp составляющих

w = wm + wp . (11.1)

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

11.1.3 Нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по формуле

wm = w0k(ze)c , (11.2)

где w0 — нормативное значение ветрового давления (см. 11.1.4);

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

c — аэродинамический коэффициент (см. 11.1.7).

11.1.4 Нормативное значение ветрового давления w0 принимается в зависимости от ветрового района по таблице 11.1. Нормативное значение ветрового давления допускается уточнять в установленном порядке на основе данных местных метеостанций (см. 4.4). В этом случае w0, Па, следует определять по формуле

 , (11.3)

где v50 — скорость ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа A (11.1.6), определяемая с 10-минутным интервалом осреднения и с периодом повторяемости 50 лет, т.е. превышаемая в среднем один раз в 50 лет.

Таблица 11.1

11.1.5 Эквивалентная высота ze определяется следующим образом.

1 Для башенных сооружений, мачт, труб, решетчатых конструкций и т.п. сооружений ze = z.

2 Для зданий:

а) при h ≤ d → ze = h;

б) при d < h ≤ 2d:

• для z ≥ h — d → ze = h;
• для 0 < z < h — d → ze = d;

в) при h > 2d:

• для z ≥ h — d → ze = h;
• для d < z < h — d → ze = z;
• для 0 < z ≤ d → ze = 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(ze) для высот ze ≤ 300 м определяется по таблице 11.2 или по формуле (11.4), в которых принимаются следующие типы местности:

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

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

C — 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.

Примечания:

1. Для высот ze > 300 м коэффициент k(ze), а также коэффициент ζ(ze) пульсации давления ветра (см. 11.1.8) определяются в рекомендациях, разработанных в рамках научно-технического сопровождения.
2. Типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Таблица 11.2

 . (11.4)

Значения параметров k10 и α для различных типов местностей приведены в таблице 11.3.

Таблица 11.3

11.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки we, wf, wi, wx, wy и wMz следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления ce, трения cf, внутреннего давления ci и лобового сопротивления cx, поперечной силы cy, крутящего момента cMz, принимаемых по приложению В.1, где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов ce или ci 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 ce или лобового сопротивления cx.

Для сооружений повышенного уровня ответственности, которые указаны в [1, статья 48.1, часть 2] или примечании 2, а также во всех случаях, не предусмотренных В.1 приложения В (иные формы сооружений, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока или составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям, необходимость учета влияния близстоящих зданий и сооружений и аналогичные случаи), аэродинамические коэффициенты необходимо устанавливать в рекомендациях, разработанных на основе результатов модельных испытаний в аэродинамических трубах, или с учетом данных, опубликованных в технической литературе.

Примечания:

1. При назначении коэффициентов cx, cy и cz необходимо указать размеры сооружения, к которым они отнесены.
2. Для градирен, наружных кабельных эстакад, эстакад под технологические трубопроводы, наружных этажерок с оборудованием или с защитными экранами, козырьков с вылетом более 7 м, групп сооружений с круговой цилиндрической поверхностью, расстояние между которыми менее 3d, а также горизонтальных цилиндрических сооружений, расположенных вблизи плоской поверхности на высоте менее 1,5d, аэродинамические коэффициенты необходимо устанавливать в специальных рекомендациях (здесь d максимальный диаметр цилиндрических сооружений).
3. Значения аэродинамических коэффициентов, указанных в В.1 приложения В, допускается уточнять на основе данных модельных аэродинамических испытаний сооружений.

11.1.8 Нормативное значение пульсационной составляющей основной ветровой нагрузки wp на эквивалентной высоте ze следует определять следующим образом:

а) для сооружений (и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний f1, Гц, больше предельного значения собственной частоты flim (см. 11.1.10), — по формуле

 , (11.5)

где wm — определяется в соответствии с 11.1.3;

ζ(ze) — коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 или формуле (11.6) для эквивалентной высоты ze (см. 11.1.5);

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

Таблица 11.4

. (11.6)

Значение параметров ζ10 и α для различных типов местностей приведены в таблице 11.3;

б) для всех сооружений (и их конструктивных элементов), у которых f1 < flim < f2 — по формуле

 , (11.7)

где f2 — вторая собственная частота;

ξ — коэффициент динамичности, определяемый по рисунку 11.1 в зависимости от логарифмического декремента колебаний δ (см. 11.1.10) и параметра ε1, который определяется по формуле (11.8) для первой собственной частоты f1;

. (11.8)

Здесь w0 (Па) — нормативное значение давления ветра (см. 11.1.4);

k(zэк) — коэффициент, учитывающий изменение давления ветра для высоты zэк (11.1.6);

γf — коэффициент надежности по нагрузке (см. 11.1.12).

Для конструктивных элементов zэк — высота z, на которой они расположены; для зданий и сооружений zэк = 0,8h, где h — высота сооружений;

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 fs < flim < fs+1;

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

Примечания:

1. При расчете многоэтажных железобетонных зданий высотой до 40 м и одноэтажных железобетонных производственных зданий высотой до 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5, размещаемых в местностях типа A и B (см. 11.1.6), пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается определять по формуле (11.5).
2. Собственные частоты допускается определять при действии нормативных значений нагрузок (постоянных, длительных, кратковременных), учитываемых для рассматриваемой расчетной ситуации.

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

 , (11.9)

где X — суммарные усилия или перемещения;

Xs — усилия или перемещения по s-й форме колебаний.

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

Таблица 11.5

Значение логарифмического декремента колебаний δ следует принимать:

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

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

11.1.11 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления v следует определять для расчетной поверхности 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.

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 ρ и χ, принимаемых по таблице 11.7.

Таблица 11.6

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

Таблица 11.7