Розрахунок вітрового навантаження

Методика розрахунку вітрового навантаження

Цей калькулятор визначає вітровий тиск за зонами для прямокутної будівлі, двосхилого даху та окремо стоячої стіни або огорожі. Розрахунок базується на EN 1991-1-4 (вітрові дії) і використовує загальний підхід коефіцієнтів надійності за EN 1990.

Результати подаються як коефіцієнти зон і підсумковий розрахунковий тиск для кожної зони. Тиск наведено в kN/m² і він може бути додатним або від’ємним залежно від напряму дії на елемент огороджувальної конструкції.

Орієнтири та рекомендації

Базова швидкість вітру задається як v_b,0 у м/с. Це регіональне базове значення з Національного додатка до EN 1991-1-4. Воно використовується як вихідна величина для визначення тиску з урахуванням місцевості та висоти.

Базовий тиск визначається з кінетичної енергії повітряного потоку. Калькулятор використовує густину повітря ρ = 1.25 kg/m³ і формулу q0 = 0.5 · ρ · v_b,0² / 1000. Ділення на 1000 переводить значення в kN/m².

Вплив місцевості та висоти враховується через коефіцієнт експозиції k(z) як функцію категорії місцевості та розрахункової висоти z. Висоти вводяться в мм і переводяться в метри за формулою z = z_mm / 1000. Для числової стабільності висота обмежується: z ≥ z_min та z ≤ 200 m, де z_min залежить від категорії місцевості.

Коефіцієнт експозиції обчислюється за логарифмічним профілем шорсткості. Використовується послідовність ln = ln(z / z0), c_r = k_r · ln, I_v = 1 / ln і k(z) = (1 + 7·I_v) · c_r², де z0 та k_r визначаються категорією місцевості.

Піковий тиск на висоті z для кожної зони обчислюється як q_p(z) = q0 · k(z). Далі застосовуються аеродинамічний коефіцієнт зони та коефіцієнт надійності за навантаженням.

Аеродинамічний коефіцієнт у таблиці подано як підсумковий коефіцієнт зони c. Для будівлі та даху він може враховувати внутрішній тиск. Якщо увімкнено внутрішній тиск, калькулятор бере найбільш несприятливий за модулем випадок із c_pi = +0.2 та c_pi = -0.3 і застосовує різницю c = c_pe - c_pi.

Розрахунковий тиск для зони визначається за формулою w = q_p(z) · c · γ, де γ - коефіцієнт надійності для дій. У калькуляторі використано γ = 1.5 як типове значення для провідної змінної дії в ULS за EN 1990. Остаточні значення та правила комбінацій задає Національний додаток.

Розподіл будівлі на зони залежить від відношення висоти h до глибини навітряної грані. Для вибраного напряму вітру глибина береться з планових розмірів, а для кількох рівнів призначаються розрахункові висоти z_e. Ці рівні визначають k(z) і, відповідно, тиск у різних зонах.

Коефіцієнти для даху визначаються за кутом нахилу. Кут обчислюється геометрично як α = arctan((h - h1) / (d/2)) у градусах. Коефіцієнти зон беруться з табличних значень залежно від кута і інтерполюються між сусідніми точками. Кут обмежується табличним діапазоном, використаним для інтерполяції.

Окремо стояча стіна або огорожа розглядається як окрема конструкція без замкненого внутрішнього об’єму. Тому в цьому режимі внутрішній тиск c_pi не застосовується, а коефіцієнти зон використовуються безпосередньо у w = q_p(z) · c · γ.

• Одиниці введення: геометрія в мм, v_b,0 у м/с.
• Одиниці результату: тиск у kN/m².
• Знак показує напрям дії відносно поверхні. Від’ємні значення часто відповідають відсмоктуванню.
• Норми: EN 1991-1-4 (вітер), EN 1990 (принципи, коефіцієнти, комбінації).

FAQs

Чому коефіцієнти та тиск можуть бути від’ємними

Знак відображає напрям дії на поверхню. Від’ємні значення часто означають відсмоктування, коли потік створює зниження тиску і «тягне» елемент назовні. Для облицювання та кріплень знак може бути таким самим важливим, як і модуль значення.

Що змінюється при перемиканні напряму вітру A та B

Змінюється навітряна сторона. Через це змінюються глибина, геометричні співвідношення та зонування. Для даху перемикання обирає відповідний набір табличних коефіцієнтів у EN 1991-1-4 для вітру вздовж коника або поперек коника.

Чому категорія місцевості так сильно впливає на результат

Категорія місцевості визначає шорсткість і вертикальний профіль швидкості вітру. Вона входить у розрахунок через k(z), який масштабує тиск із висотою. Відкрита місцевість і щільна міська забудова можуть давати помітно різні тиски за однакового v_b,0.

Що змінює внутрішній тиск cpi

Внутрішній тиск враховує різницю тиску між зовнішньою та внутрішньою сторонами огороджувальної конструкції. EN розглядає обидва знаки c_pi, оскільки напрям залежить від отворів і умов обдування. Калькулятор обирає найбільш несприятливий за модулем випадок, використовуючи стандартні значення EN.

Навіщо використовується коефіцієнт γ і чи можна його змінювати

Коефіцієнт γ переводить характеристичну вітрову дію в розрахункову для перевірок граничних станів. У багатьох перевірках ULS застосовують γ = 1.5 для провідної змінної дії за EN 1990, а Національний додаток задає остаточні правила. Якщо потрібне характеристичне значення, використовують ту саму формулу без множення на γ.