СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*

11 Воздействия ветра

Для зданий и сооружений необходимо учитывать следующие воздействия ветра:

а) основной тип ветровой нагрузки (в дальнейшем - "ветровая нагрузка");

б) пиковые значения ветровой нагрузки, действующие на конструктивные элементы ограждения и элементы их крепления;

в) резонансное вихревое возбуждение;

г) аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера (см. также раздел 14).

Резонансное вихревое возбуждение и аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования необходимо учитывать для зданий и сплошностенчатых сооружений, у которых 10, где - высота, - характерный поперечный размер.

11.1 Расчетная ветровая нагрузка

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

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

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

Во втором случае нагрузка рассматривается как совокупность:

а) проекций и , внешних сил в направлении осей и , обусловленных общим сопротивлением сооружения;

б) крутящего момента относительно оси .

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 следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих

. (11.1)

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

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

, (11.2)

где - нормативное значение ветрового давления (см. 11.1.4);

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

- аэродинамический коэффициент (см. 11.1.7).

11.1.4 Нормативное значение ветрового давления 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 , 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

11.1.5 Эквивалентная высота определяется следующим образом.

1. Для башенных сооружений, мачт, труб и т.п. сооружений

.

2. Для зданий:

а) при ;

б) при :

для ;

для ;

в) при:

для ;

для ;

для .

Здесь - высота от поверхности земли;

- размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра (поперечный размер);

- высота здания.

11.1.6 Коэффициент 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 - при высоте сооружения до 60 м и на расстоянии 2 км - при 60 м.

Примечание - Типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Таблица 11.2

. (11.4)

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

Таблица 11.3

11.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки , , , , и следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления , трения , внутреннего давления и лобового сопротивления , поперечной силы , крутящего момента , принимаемых по приложению Д.1, где стрелками показано направление ветра. Знак "плюс" у коэффициентов или 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 или лобового сопротивления .

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 на основе результатов продувок моделей сооружений в аэродинамических трубах или по рекомендациям, разработанным специализированными организациями.

Примечания

1 При назначении коэффициентов , и 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 на эквивалентной высоте следует определять следующим образом:

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

, (11.5)

где - определяется в соответствии с 11.1.3;

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

- коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11);

Таблица 11.4

. (11.6)

Значения параметров и для различных типов местностей приведены в таблице 11.4;

б) для всех сооружений (и их конструктивных элементов), у которых , - по формуле

, (11.7)

где - вторая собственная частота;

- коэффициент динамичности, определяемый по рисунку 11.1 в зависимости от параметра логарифмического декремента колебаний (см. 11.1.1) и параметра , который определяется по формуле (11.8) для первой собственной частоты ;

. (11.8)

Рисунок 11.1 - Коэффициенты динамичности

Рисунок 11.1 - Коэффициенты динамичности

Здесь (Па) - нормативное значение давления ветра (11.1.4);

- коэффициент, учитывающий изменение давления ветра для высоты (11.1.6);

- коэффициент надежности по нагрузке (11.1.12).

Для конструктивных элементов - высота , на которой они расположены; для зданий и сооружений , где - высота сооружений;

в) для сооружений, у которых вторая собственная частота меньше предельной, необходимо производить динамический расчет с учетом первых форм собственных колебаний. Число следует определять из условия

;

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 собственным формам определяются по формуле

, (11.9)

где - суммарные усилия или перемещения;

- усилия или перемещения по -й форме колебаний.

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

Таблица 11.5

Значение логарифмического декремента колебаний следует принимать:

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

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

11.1.11 Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления 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 следует определять по таблице 11.6 в зависимости от параметров и , принимаемых по таблице 11.7.

Рисунок 11.2 - Основная система координат при определении коэффициента корреляции

Рисунок 11.2 - Основная система координат при определении коэффициента корреляции

Таблица 11.6

Таблица 11.7

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.

11.1.12 Коэффициент надежности по ветровой нагрузке следует принимать равным 1,4.

11.2 Пиковая ветровая нагрузка

Для элементов ограждения и узлов их крепления необходимо учитывать пиковые положительные и отрицательные воздействия ветровой нагрузки, нормативные значения которых определяются по формуле

, (11.10)

где - нормативное значение давления ветра (11.1.4);

- эквивалентная высота (11.1.5);

и - коэффициенты, учитывающие, соответственно, изменение давления и пульсаций давления ветра на высоте (11.1.6 и 11.1.8);

- пиковые значения аэродинамических коэффициентов положительного давления (+) или отсоса (-);

- коэффициенты корреляции ветровой нагрузки, соответствующие положительному давлению (+) и отсосу (-); значения этих коэффициентов приведены в таблице 11.8 в зависимости от площади ограждения , с которой собирается ветровая нагрузка.

Таблица 11.8

Аэродинамические коэффициенты и , 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 являются 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.

11.3 Резонансное вихревое возбуждение

11.3.1 Для зданий и сооружений, удовлетворяющих условию 10, необходимо проводить их поверочный расчет на резонансное вихревое возбуждение; здесь - высота сооружения, - его характерный поперечный размер в направлении, перпендикулярном средней скорости ветра.

11.3.2 Критические скорости ветра , при которых происходит резонансное вихревое возбуждение по -й собственной форме колебаний, определяются по формуле

, м/с, (11.11)

где , Гц, - собственная частота колебаний по -й изгибной собственной форме;

, м, - поперечный размер сооружения;

- число Струхаля поперечного сечения, определяемое экспериментально или по справочным данным; для круглых поперечных сечений 0,2; для сечений с острыми кромками (в т.ч. и прямоугольных) - 0,11.

11.3.3 Резонансное вихревое возбуждение не возникает в том случае, если

, (11.12)

где - максимальная скорость ветра на уровне , определяемая по формуле

, (11.13)

где , Па, и определяются в соответствии с указаниями 11.1.4 и 11.1.6.

Для зданий и башенных сооружений с плавно изменяющейся формой поперечного сечения, а также труб и мачт без оттяжек .

11.3.4 Ветровые нагрузки, возникающие при резонансном вихревом возбуждении, допускается определять в соответствии с указаниями Д.2 приложения Д.

11.4 Динамическая комфортность

При оценке комфортности пребывания людей в зданиях (динамическая комфортность) расчетные значения ветровой нагрузки принимаются равными

, (11.14)

где - нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки (11.1.8).

При этом максимальное ускорение этажа здания не должно превышать величины

м/с. (11.15)