Khi thiết kế các tòa nhà và công trình, việc tính toán tải trọng gió phải được thực hiện khá thường xuyên. Chỉ số này được tính bằng các công thức đặc biệt. Điều quan trọng là phải tính đến tải trọng đó, ví dụ khi lên bản vẽ hệ thống giàn mái, chọn vị trí và thiết kế biển quảng cáo, v.v.
tiêu chuẩn SNiP
Trên thực tế, chính định nghĩa của tham số này cho SNiP 2.01. 07-85. Theo tài liệu này, tải trọng gió nên được coi là tổng hợp:
- áp lực tác động lên bề mặt ngoài của các cấu trúc của kết cấu hoặc phần tử;
- lực ma sát hướng theo phương tiếp tuyến với bề mặt của kết cấu, quy về diện tích hình chiếu thẳng đứng hoặc nằm ngang của nó;
- áp suất thông thường tác dụng lên bề mặt bên trong của tòa nhà với các lớp bao bọc tòa nhà có thể thấm nước hoặc các lỗ hở.
Cách xác định
Khi tính toán tải trọng gió, hai thông số chính được tính đến:
- thành phần trung bình;
- rung động.
Tải trọng được định nghĩa là tổng của hai tham số này.
Thành phần trung bình: công thức cơ bản
Nếu tải trọng gió không được tính đến trong quá trình thiết kế, điều này sau đó sẽ có tác động cực kỳ tiêu cực đến hiệu suất của tòa nhà hoặc cấu trúc. Thành phần trung bình của nó được tính theo công thức sau:
W=Wok.
Ở đây W là giá trị tính toán của tải trọng gió ở độ cao z so với bề mặt trái đất, Wo là giá trị tiêu chuẩn của nó, k là hệ số thay đổi áp suất theo độ cao. Tất cả dữ liệu ban đầu từ công thức này được xác định từ các bảng.
Đôi khi tham số c cũng được sử dụng trong tính toán - hệ số khí động học. Công thức trong trường hợp này trông giống như sau: W=Wokс.
Giá trị định mức
Để biết thông số này là gì, bạn cần sử dụng bảng các vùng chịu tải trọng gió của Liên bang Nga. Chỉ có tám người trong số họ. Bảng tải trọng gió (sự phụ thuộc của giá trị Wo vào một vùng cụ thể của Nga) được trình bày dưới đây.
Đối với các khu vực ít được nghiên cứu trong nước, cũng như các khu vực miền núi, thông số SNiP này cho phép bạn xác định theo các trạm thời tiết đã đăng ký chính thức và dựa trên kinh nghiệm vận hành của các tòa nhà và công trình hiện có. Trong trường hợp này, một công thức đặc biệt được sử dụng để xác định giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió. Nó trông như thế này:
Wo=0,61 V2o.
Đây V2o - tốc độ gió tính bằng mét trên giây ở cấp độ 10 m, tương ứng với khoảng thời gian trung bình là 10phút và vượt quá 5 năm một lần.
Hệ số k được xác định như thế nào?
Ngoài ra còn có một bảng đặc biệt cho thông số này. Khi xác định nó, loại khu vực mà việc xây dựng cấu trúc hoặc tòa nhà được cho là sẽ được tính đến. Có ba trong số chúng:
- Loại "A" - các khu vực bằng phẳng mở: bờ biển, hồ và sông, thảo nguyên, sa mạc, vùng lãnh nguyên, thảo nguyên rừng.
- Loại "B" - địa hình có chướng ngại vật cao tới 10 mét: khu vực đô thị, rừng, v.v.
- Loại "C" - khu đô thị với các tòa nhà cao trên 25 m.
Loại khu vực xây dựng cũng được xác định có tính đến các yêu cầu của SNiP. Điều này phải được tính đến khi thiết kế. Bất kỳ tòa nhà nào cũng được coi là tọa lạc tại một địa phương thuộc một loại hình nhất định nếu tòa nhà đó nằm ở phía hướng gió của nó ở khoảng cách 30 giờ. Ở đây h là chiều cao thiết kế của cấu trúc lên đến 60 m. Với chiều cao của tòa nhà cao hơn, loại địa hình được coi là chắc chắn nếu nó vẫn cách mặt hướng gió ít nhất 2 km.
Cách tính tải gợn sóng
Theo tải trọng gió SNiP, như đã đề cập, nên được xác định là tổng của tiêu chuẩn trung bình và xung. Giá trị của tham số cuối cùng phụ thuộc vào loại cấu trúc và các tính năng của thiết kế. Về vấn đề này, họ phân biệt:
- cấu trúc có tần số dao động tự nhiên vượt quá giá trị giới hạn đã thiết lập (ống khói,tháp, cột buồm, thiết bị kiểu cột);
- cấu trúc hoặc phần tử của công trình xây dựng của chúng, là hệ thống có một bậc tự do (khung ngang của các tòa nhà một tầng công nghiệp, tháp nước, v.v.);
đối xứng về mặt tòa nhà
Công thức cho các loại cấu trúc khác nhau
Đối với loại kết cấu đầu tiên, khi xác định tải trọng gió dao động, công thức được sử dụng:
Wp=WGV.
Ở đây W là tải trọng tiêu chuẩn được xác định theo công thức trình bày ở trên, G là hệ số xung áp tại độ cao z, V là hệ số tương quan xung. Hai tham số cuối cùng được xác định bởi các bảng.
Đối với kết cấu có tần số dao động tự nhiên vượt quá giá trị giới hạn đã thiết lập, công thức sau được sử dụng khi xác định tải trọng gió dao động:
Wp=WQG.
Ở đây Q là hệ số động được xác định từ sơ đồ (trình bày bên dưới) phụ thuộc vào tham số E, được tính theo công thức E=√RW / 940f (R là hệ số an toàn của tải, f là tần số dao động tự nhiên) và các dao động giảm dần theo lôgarit. Tham số cuối cùng là không đổi và được chấp nhận cho:
- cho nhà khung thép là 0,3;
- cho cột buồm, tấm lót, v.v. là 0,15.
Đối với các tòa nhà đối xứng, tải trọng gió dao động được tính theo công thức:
-
Wp=mQNY.
Ở đây Q là hệ số động, m là khối lượng của kết cấu ở độ cao z, Y là dao động ngang của kết cấu ở cấp z theo dạng đầu. N trong công thức này là một hệ số đặc biệt, có thể được xác định bằng cách đầu tiên chia kết cấu thành r, số phần trong ranh giới của nó mà tải trọng gió là không đổi và sử dụng các công thức đặc biệt.
Một cách nữa
Bạn có thể tính toán tải trọng gió bằng một phương pháp hơi khác. Trong trường hợp này, trước tiên bạn cần xác định áp suất gió bằng công thức:
(Psf)=.00256V ^ 2.
Ở đây V là tốc độ gió (tính bằng mph).
Sau đó, bạn nên tính hệ số cản. Nó sẽ bằng:
- 1.2 - dành cho cấu trúc dọc dài;
- 0.8 - cho các đường thẳng đứng ngắn;
- 2.0 - dành cho cấu trúc dài theo chiều ngang;
- 1.4 - gọi tắt (ví dụ: mặt tiền của một tòa nhà).
Tiếp theo, bạn cần sử dụng công thức chung cho tải trọng gió lên một tòa nhà hoặc cấu trúc:
F=APCd.
Ở đây A là diện tích khu vực, P là áp suất gió, Cd là hệ số cản.
Bạn cũng có thể sử dụng công thức phức tạp hơn một chút:
F=APCdKzGh.
Khi áp dụng, các yếu tố phơi sáng Kzb và độ nhạy gió giật Ghcũng được tính đến. Đầu tiên được tính là z / 33] ^ (2/7,thứ hai - 65 + 60 / (h / 33) ^ (1/7). Trong các công thức này, z là chiều cao từ mặt đất đến giữa cấu trúc, h là tổng chiều cao của cấu trúc sau.
Khuyến nghị từ các chuyên gia
Để tính toán tải trọng gió, các kỹ sư thường khuyên sử dụng các chương trình MS Excel và OOo Calc nổi tiếng từ gói Open Office. Ví dụ, quy trình sử dụng phần mềm này có thể là:
- Excel được bật trên trang tính "Năng lượng gió";
- tốc độ gió được ghi trong ô D3;
- thời gian ở D5;
- khu vực luồng không khí - ở D6;
- mật độ không khí hoặc trọng lượng riêng - trong D7;
- Hiệu suất tuabin gió - trong D8.
Có nhiều cách khác để sử dụng phần mềm này với các đầu vào khác. Trong mọi trường hợp, việc sử dụng MS Excel và OOo Calc để tính toán tải trọng gió lên các tòa nhà và công trình cũng như các cấu trúc riêng lẻ của chúng sẽ rất tiện lợi.
