О расчете ветровой нагрузки
Калькулятор вычисляет ветровую нагрузку по зонам для прямоугольного здания, двускатной крыши и свободностоящей стены или забора. Расчёт построен на подходах EN 1991-1-4 (ветровые воздействия) и использует общий принцип сочетаний и коэффициентов надёжности по EN 1990.
Результаты выдаются в виде коэффициентов и итогового давления по зонам. Давление показывается в кН/м² и может иметь положительный или отрицательный знак в зависимости от направления действия на элемент оболочки.
Ориентиры и рекомендации
Исходная скорость ветра задаётся как v_b,0 в м/с. Это базовая скорость из Национального приложения к EN 1991-1-4. Она используется как отправная точка для расчёта давления с учётом высоты и типа местности.
Базовое давление на уровне скорости вычисляется из кинетической энергии потока воздуха. В калькуляторе применяется плотность воздуха ρ = 1.25 kg/m³ и формула q0 = 0.5 · ρ · v_b,0² / 1000, где деление на 1000 переводит результат в кН/м².
Учет местности и высоты выполняется через коэффициент экспозиции k(z), который зависит от категории местности и расчётной высоты z. Высоты вводятся в мм и автоматически переводятся в метры: z = z_mm / 1000. Для устойчивости расчёта высота ограничивается снизу и сверху: z ≥ z_min и z ≤ 200 m, где z_min зависит от категории местности.
Коэффициент экспозиции вычисляется по логарифмической зависимости шероховатости. В калькуляторе используется последовательность ln = ln(z / z0), c_r = k_r · ln, I_v = 1 / ln и итоговая формула k(z) = (1 + 7·I_v) · c_r², где z0 и k_r выбираются по категории местности.
Пиковое давление по высоте для каждой зоны считается как q_p(z) = q0 · k(z). Далее оно умножается на аэродинамический коэффициент зоны и на коэффициент надёжности по нагрузке.
Аэродинамический коэффициент в таблице выводится как итоговый коэффициент зоны c. Для здания и крыши он может включать внутреннее давление. Если выбран учёт внутреннего давления по EN, используется худший по модулю случай из c_pi = +0.2 и c_pi = -0.3, и применяется разность c = c_pe - c_pi.
Расчётное давление по зоне вычисляется по формуле w = q_p(z) · c · γ, где γ - коэффициент надёжности по нагрузке. В расчёте используется γ = 1.5 как типичное значение для ведущего переменного воздействия по EN 1990, а конкретные значения и правила сочетаний уточняют в Национальном приложении.
Разбиение на зоны для здания зависит от соотношения высоты h и глубины обдуваемой стороны. Для направления ветра выбирается глубина как один из габаритов плана, после чего назначаются расчётные высоты z_e для нескольких уровней. Эти уровни используются для вычисления k(z) и, соответственно, для давления в разных зонах оболочки.
Коэффициенты для крыши определяются по углу наклона. Угол рассчитывается геометрически: α = arctan((h - h1) / (d/2)) в градусах. Значения коэффициентов для зон крыши берутся из табличной зависимости от угла и интерполируются по ближайшим значениям. Для устойчивости расчёта угол ограничивается диапазоном, принятом в таблице интерполяции.
Свободностоящая стена или забор рассчитывается как отдельная конструкция без замкнутого внутреннего объёма. Поэтому внутреннее давление c_pi для этого режима не применяется, а коэффициенты зоны задаются напрямую и используются в формуле w = q_p(z) · c · γ.
- Единицы ввода: габариты в мм, скорость
v_b,0в м/с. - Единицы результата: давление в
кН/м². - Знак результата отражает направление действия относительно поверхности. Отрицательные значения обычно соответствуют отсосу.
- Нормативная база: EN 1991-1-4 (ветер), EN 1990 (принципы и коэффициенты надёжности, сочетания).
FAQs
Почему коэффициенты и давление могут быть отрицательными
Знак показывает направление действия на поверхность. Отрицательные значения обычно соответствуют отсосу, когда поток создаёт разрежение у поверхности и «тянет» элемент наружу. Для подбора креплений и обшивки знак важен так же, как и модуль значения.
Что меняется при переключении направления ветра A и B
Меняется обдуваемая сторона, а значит меняется глубина потока, геометрические соотношения и распределение зон. Для крыши при смене направления выбирается соответствующий набор табличных коэффициентов по EN 1991-1-4 для обдува вдоль конька или поперёк него.
Зачем нужна категория местности и почему она так влияет на результат
Категория местности определяет шероховатость и профиль скорости по высоте. Через неё рассчитывается k(z), который увеличивает или уменьшает давление на разных уровнях. Открытая местность и плотная городская застройка могут давать заметно разные значения при одинаковом v_b,0.
Что даёт учёт внутреннего давления cpi
Внутреннее давление учитывает воздействие ветра на оболочку через перепад давления снаружи и внутри здания. В EN рассматривают оба знака c_pi, потому что направление внутреннего давления зависит от схемы проёмов и режима обдува. В калькуляторе выбирается неблагоприятный по модулю случай из стандартных значений EN.
Почему в расчёте используется коэффициент γ и можно ли его менять
Коэффициент γ переводит характеристическую нагрузку в расчётную для предельных состояний. В большинстве практических задач для ведущего переменного воздействия принимают γ = 1.5 по EN 1990, а уточнения зависят от Национального приложения и выбранного сочетания. Если требуется характеристическое значение, используют ту же формулу без умножения на γ.