Bei der Planung von Gebäuden und Bauwerken muss die Berechnung der Windlast ziemlich oft durchgeführt werden. Dieser Indikator wird mit speziellen Formeln berechnet. Es ist wichtig, eine solche Belastung zu berücksichtigen, z. B. bei der Erstellung der Zeichnungen von Dachstuhlsystemen, der Auswahl des Standorts und der Gest altung von Werbetafeln usw.
SNiP-Standards
Eigentlich ergibt die Definition dieses Parameters SNiP 2.01. 07-85. Gemäß diesem Dokument ist die Windlast als Summe zu betrachten:
- Druck, der auf die Außenflächen von Strukturen einer Struktur oder eines Elements wirkt;
- tangential zur Oberfläche der Struktur gerichtete Reibungskraft, bezogen auf den Bereich ihrer vertikalen oder horizontalen Projektion;
- normaler Druck auf die Innenfläche eines Gebäudes mit durchlässigen Gebäudehüllen oder offenen Öffnungen.
So bestimmen Sie
Bei der Berechnung der Windlast werden zwei Hauptparameter berücksichtigt:
- durchschnittliche Komponente;
- pulsierend.
Die Belastung ist definiert als die Summe dieser beiden Parameter.
Durchschnittskomponente: Grundformel
Wenn die Windlast bei der Planung nicht berücksichtigt wird, wirkt sich dies nachträglich äußerst negativ auf die Leistung des Gebäudes oder der Struktur aus. Seine durchschnittliche Komponente wird nach folgender Formel berechnet:
W=Wok.
Hierbei ist W der berechnete Wert der Windlast in einer Höhe z über der Erdoberfläche, Wo ist ihr Standardwert, k ist der Koeffizient der Druckänderung mit der Höhe. Alle Anfangsdaten dieser Formel werden aus Tabellen ermittelt.
Manchmal wird in Berechnungen auch der Parameter c verwendet - der aerodynamische Beiwert. Die Formel sieht in diesem Fall so aus: W=Wokс.
Normwert
Um herauszufinden, was dieser Parameter ist, müssen Sie die Tabelle der Regionen für die Windlast der Russischen Föderation verwenden. Es gibt nur acht von ihnen. Die Tabelle der Windlasten (die Abhängigkeit der Wo-Werte von einer bestimmten Region Russlands) ist unten dargestellt.
Für wenig untersuchte Gebiete des Landes sowie für Bergregionen können Sie mit diesem SNiP-Parameter gemäß offiziell registrierten Wetterstationen und basierend auf der Betriebserfahrung bestehender Gebäude und Strukturen bestimmen. In diesem Fall wird eine spezielle Formel verwendet, um den Richtwert der Windlast zu ermitteln. Das sieht so aus:
Wo=0.61 V2o.
Hier V2o - Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde auf einer Höhe von 10 m, entsprechend einem Mittelungsintervall von 10Minuten und alle 5 Jahre überschritten.
Wie wird der Koeffizient k bestimmt?
Auch für diesen Parameter gibt es eine spezielle Tabelle. Bei der Bestimmung ist die Art des Gebiets zu berücksichtigen, in dem der Bau des Bauwerks oder Gebäudes vorgesehen ist. Es gibt drei davon:
- Typ "A" - offene flache Gebiete: Küsten von Meeren, Seen und Flüssen, Steppen, Wüsten, Tundragebiete, Waldsteppen.
- Typ "B" - Gelände mit bis zu 10 Meter hohen Hindernissen: Stadtgebiet, Wälder usw.
- Typ "C" - städtische Gebiete mit Gebäuden über 25 m Höhe.
Die Art des Baugebiets wird auch unter Berücksichtigung der Anforderungen von SNiP bestimmt. Dies muss bei der Gest altung berücksichtigt werden. Jedes Gebäude gilt als in einer Örtlichkeit eines bestimmten Typs gelegen, wenn sich diese in einer Entfernung von 30 h auf der Luvseite davon befindet. Dabei ist h die Entwurfshöhe des Bauwerks bis 60 m. Bei größerer Gebäudehöhe gilt die Geländeart als sicher, wenn sie mindestens 2 km von der Luvseite entfernt bleibt.
So berechnen Sie die Welligkeitslast
Laut SNiP sollte die Windlast, wie bereits erwähnt, als Summe aus mittlerer Norm und Pulsation ermittelt werden. Der Wert des letzten Parameters hängt von der Art der Struktur selbst und den Merkmalen ihres Designs ab. Dabei unterscheiden sie:
- Bauwerke mit einer den festgelegten Grenzwert überschreitenden Eigenschwingungsfrequenz (Schornsteine,Türme, Masten, säulenartige Apparate);
- Strukturen oder Elemente ihrer Konstruktion, die ein System mit einem Freiheitsgrad darstellen (Querrahmen von einstöckigen Industriegebäuden, Wassertürmen usw.);
baulich symmetrisch
Formeln für verschiedene Arten von Strukturen
Für die erste Art von Strukturen wird bei der Bestimmung der pulsierenden Windlast die Formel verwendet:
Wp=WGV.
Hierbei ist W die Standardlast, die durch die oben dargestellte Formel bestimmt wird, G ist der Druckpulsationskoeffizient in der Höhe z, V ist der Pulsationskorrelationskoeffizient. Die letzten beiden Parameter werden durch die Tabellen bestimmt.
Bei Bauwerken mit einer den festgelegten Grenzwert überschreitenden Eigenschwingungsfrequenz wird bei der Bestimmung der schwellenden Windlast folgende Formel verwendet:
Wp=WQG.
Hier ist Q der dynamische Koeffizient, der aus dem Diagramm (siehe unten) in Abhängigkeit vom Parameter E bestimmt wird, berechnet nach der Formel E=√RW/940f (R ist der Sicherheitsfaktor der Last, f ist die Frequenz der Eigenschwingungen) und die logarithmischen Dekrementschwankungen. Der letzte Parameter ist konstant und wird akzeptiert für:
- für Stahlskelettbauten als 0,3;
- für Masten, Liner etc. wie 0,15.
Für symmetrische Gebäude errechnet sich die pulsierende Windlast nach der Formel:
-
Wp=mQNY.
Hierbei ist Q der Dynamikkoeffizient, m die Masse der Struktur auf der Höhe z, Y die horizontalen Schwingungen der Struktur auf der Ebene z gemäß der ersten Form. N in dieser Formel ist ein spezieller Koeffizient, der bestimmt werden kann, indem zuerst die Struktur in r, die Anzahl der Abschnitte, in deren Grenzen die Windlast konstant ist, unterteilt und spezielle Formeln verwendet werden.
Noch ein Weg
Du kannst die Windlast mit einer etwas anderen Methode berechnen. In diesem Fall müssen Sie zunächst den Winddruck nach folgender Formel ermitteln:
(Psf)=.00256V^2.
Hier ist V die Windgeschwindigkeit (in mph).
Dann solltest du den Luftwiderstandsbeiwert berechnen. Es ist gleich:
- 1.2 - für lange vertikale Strukturen;
- 0.8 - für kurze vertikale Linien;
- 2.0 - für lange horizontale Strukturen;
- 1.4 - für kurze (z. B. die Fassade eines Gebäudes).
Als nächstes müssen Sie die allgemeine Formel für die Windlast auf ein Gebäude oder eine Struktur verwenden:
F=APCd.
Hier ist A die Fläche, P der Winddruck, Cd der Luftwiderstandsbeiwert.
Du kannst auch eine etwas kompliziertere Formel verwenden:
F=APCdKzGh.
Bei Anwendung werden zusätzlich Expositionsfaktoren Kz b und Böenempfindlichkeit Gh berücksichtigt. Die erste wird berechnet als z/33]^(2/7,die zweite - 65+60 / (h/33)^(1/7). In diesen Formeln ist z die Höhe vom Boden bis zur Mitte des Bauwerks, h die Gesamthöhe des letzteren.
Empfehlungen von Experten
Ingenieure raten zur Berechnung der Windlast oft zu den bekannten Programmen MS Excel und OOo Calc aus dem Open Office Paket. Die Vorgehensweise zur Nutzung dieser Software könnte beispielsweise so aussehen:
- Excel ist auf dem Blatt "Windenergie" aktiviert;
- Windgeschwindigkeit wird in Zelle D3 aufgezeichnet;
- Zeit ist in D5;
- Luftstrombereich - in D6;
- Luftdichte oder spezifisches Gewicht - in D7;
- Windturbineneffizienz - in D8.
Es gibt andere Möglichkeiten, diese Software mit anderen Eingaben zu verwenden. In jedem Fall ist es sehr bequem, MS Excel und OOo Calc zu verwenden, um die Windlast auf Gebäude und Strukturen sowie deren einzelne Strukturen zu berechnen.
