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 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, с открывающимися или постоянно открытыми проемами.
Во втором случае нагрузка w рассматривается как совокупность:
а) проекций wx и wy, внешних сил в направлении осей х и у, обусловленных общим сопротивлением сооружения;
б) крутящего момента wz 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 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 ветровой нагрузки wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по формуле
wm = w0 k(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);
с - 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 определять в установленном порядке на основе данных метеостанций Росгидромета (см. 4.4). В этом случае w0, 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 |
| w0, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
11.1.5 Эквивалентная высота ze определяется следующим образом.
1. Для башенных сооружений, мачт, труб и т.п. сооружений
ze = z.
2. Для зданий:
а) при h £ d ® ze = h;
б) при h £ 2d:
для z ³ h - d ® ze = h;
для 0 < z < h – d ® ze= d;
в) при h > 2d:
для z ³ 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) 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 30h - 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(ze) = k10(ze/10)2a. (11.4)
Значения параметров k10 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 |
| k10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| z10 | 0,76 | 1,06 | 1,78 |
11.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки we, wf, wi, wx, wy и wz следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления се, трения сf, внутреннего давления сi и лобового сопротивления сx, поперечной силы су, крутящего момента сz, принимаемых по приложению Д.1, где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов се или сi 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 сe или лобового сопротивления сх.
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 сх, сy и сm 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 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 f1(см. 11.1.10), - по формуле
wp = wm z(ze)v, (11.5)
где wm - определяется в соответствии с 11.1.3;
z(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
| 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(ze) = z10(ze/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 f1 < fl < f2, - по формуле
wp = wmxz(ze)v, (11.7)
где f2 - 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 w0 (Па) - нормативное значение давления ветра (11.1.4);
k(zэк) - коэффициент, учитывающий изменение давления ветра для высоты zэк (11.1.6);
gf - коэффициент надежности по нагрузке (11.1.12).
Для конструктивных элементов zэк - высота z, на которой они расположены; для зданий и сооружений zэк = 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
fs < fl < 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).
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;
Xs - усилия или перемещения по 5-й форме колебаний.
11.1.10 Предельное значение частоты собственных колебаний fl, 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 | 0,4а | 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+(-) = w0k(ze)[1 + z(ze)] ср,+(-) v+(-), (1.10)
где w0 - расчетное значение давления ветра (11.1.4);
ze -эквивалентная высота (11.1.5);
k(ze) и z(ze) - коэффициенты, учитывающие, соответственно, изменение давления и пульсаций давления ветра на высоте ze (11.1.6 и 11.1.8);
ср,+(-) - 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 ср,+ и ср,-, 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.