Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки как определить

Программы и формулы для расчета ветровой нагрузки

где Wo- нормативное значение давления (см. таб.1)
k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таб.2 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

• А — открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, лесостепи, тундра;
• В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой не более 10 м;
• С — городские районы с застройкой зданниями высотой более 25 м.

с — аэродинамический коэффициент.

где V₀ -численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответствующей 10-минутному интервалу осреднения и превышаемой в среднем раз в 5 лет (если техническими условиями, утверждёнными в установленном порядке, не регламентированы другие периоды повторяемости скоростей ветра).

Таблица 1.

Расчет ветровой нагрузки — онлайн-калькулятор

Калькулятор ветровой нагрузки поможет рассчитать устойчивость здания/крыши/забора — расчет ветровой нагрузки по СП 20.13330.2016 онлайн с примерами.

Все калькуляторы
Также можно рассчитать

• Расчёт
• Сохранить
• Справка
• Партнерские скидки
• Виджет на сайт
• Комментарии

Калькулятор загружается.
Выберите способ сохранения

Скачать PDF
Скачать расчёт с выбранными параметрами в формате PDF — чертежи + данные.

Поделиться
Поделиться ссылкой на расчёт в Facebook, ВКонтакте, Google+ и т.д.

Сканировать QR-код
Получить ссылку на расчет с параметрами через сканирование QR-кода
Разместите калькулятор у себя на сайте БЕСПЛАТНО

Ветровая нагрузка — это совокупность сил переменных воздушных потоков, которые приводят к возникновению направленного и касательного давления по отношению к поверхности ограждающей конструкции. Аэродинамическая нагрузка напрямую зависит от географического положения и климатических особенностей местности. В районах, где наблюдаются значительные перепады атмосферного давления, сила ветра будет максимальна.

С помощью калькулятора ветровой нагрузки можно найти расчетное значение ветрового давления в кг/м 2 для выбранной конструкции (двускатной кровли, забора) или прямоугольного здания. Вычисления выполняются с учетом коэффициента влияния высоты на давления ветра, аэродинамического коэффициента, ветрового района и типа местности, без учета пульсационной нагрузки. Теоретическое обоснование из СП 20.13330.2016 представлено ниже.

Как рассчитать ветровую нагрузку?

1. Выберите тип конструкции (крыша, прямоугольная «коробка», забор).
2. Введите размеры конструкции.
3. Выберите направление ветра (опционально).
4. Выберите ветровой район (узнать ветровой район).
5. Укажите тип местности (открытая, городская лесная/пригородная, городская плотная).
6. Нажмите кнопку «Рассчитать».

Расчетная ветровая нагрузка

Согласно СП 20.13330.2016 расчетная ветровая нагрузка представляет собой сумму средней (нормативная нагрузка и аэродинамические коэффициенты) и пульсационной (частота колебаний отдельных элементов сооружения) составляющих. Математическое обоснование расчета представлено в формулах ниже или в соответствующих в СП (11.1, 11.2 и 11.5). Все значения вложенных коэффициентов также можно найти в приложениях указанного свода правил.

• w_m — средняя ветровая нагрузка;
• w_g — пульсационная ветровая нагрузка;
• w₀ — нормативная ветровая нагрузка;
• k(z_e) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e;
• c — аэродинамический коэффициент;
• ζ(z_e) — коэффициент пульсации давления ветра для высоты z_e;
• v — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.

Пример расчета ветровой нагрузки

Наш калькулятор выполняет упрощенный расчет и рассчитывает только среднюю ветровую нагрузку (w_m), которая составляет большую часть воздействий потоков воздуха. Чтобы полностью не пренебрегать величиной пульсационной нагрузки (w_g), на основании аннотаций главы 11 (Воздействия ветра), применяется коэффициент надежности по нагрузке для основной и пиковой ветровых нагрузок равный 1.4.

В примере ниже представлен развернутый расчет на основании следующих условий:

• Сбор нагрузки: на забор
• Высота ограды: 6000 мм
• Ветровой район: II
• Местность: открытая

Для наглядности перенесем всю исходную информацию из СП 20.13330.2016.

Аэродинамический коэффициент, с (Приложение В.1.1. Отдельно стоящие плоские сплошные конструкции)

*для данного случая z_e = h
**длина участков конструкции определяется автоматически относительно высоты
***таблица показывает коэффициенты для ОТДЕЛЬНЫХ участков определенной ширины (т.е. вся картинка это не сплошная конструкция)

Коэффициент, k (Таблица 11.2)

*промежуточные значения определяются линейной интерполяцией
**для высот от 10 до 300 м включительно, расчет производится по формуле 11.4

• 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.

Нормативная ветровая нагрузка, ветровые районы (Таблица 11.1)

*1 кПа ≈ 100 кг/м 2
**определить ветровой район для города
Таким образом, конечная формула будет выглядеть так:

w_m = w₀ (0.3 кПа) × k (0.80) × c (2.1) × (1.4) = 0.7056 кПа ≈ 70.56 кг/м 2

Смежные нормативные документы:

• СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»
• СП 17.13330.2017 «Кровли»
• ГОСТ Р 56728-2015 «Здания и сооружения. Методика определения ветровых нагрузок на ограждающие конструкции»

Как рассчитать ветровую нагрузку на опору освещения

Расчет и виды ветровой нагрузки на осветительные конструкции

Ветром называют поток воздушных масс, движущихся около поверхности земли из мест с высоким давлением в места с низким. В современных расчетах используются максимальная скорость ветра и его скорость при минимальной температуре и гололеде, что касается силовых опор с воздушной прокладкой кабеля. Ранее ветровые нагрузки определяли по СНиП 2.01.07-85*. Сегодня документ заменен новой редакцией – СП 20.13330.2016, где можно найти все данные и значения для выполнения расчета.

Как рассчитать ветровую нагрузку на опору

Расчет ветровой нагрузки w ведется по СП 20.13330.2016. Согласно п. 5.5, это разновидность кратковременных горизонтальных нагрузок. Подробное описание и особенности расчета приведены в главе 11 указанного документа под названием «Воздействия ветра». Под ветровой нагрузкой подразумевают разные виды воздействия ветра:

• основную ветровую нагрузку;
• пиковые значения ветровой нагрузки на конструктивные элементы и ограждения;
• резонансное вихревое возбуждение;
• аэродинамические неустойчивые колебания.

Последние два типа нагрузки свойственны сооружениям, имеющим прямолинейную центральную ось и неизменное или плавно изменяющееся поперечное сечение.

При расчете ветровой нагрузки применяют коэффициент надежности, равный 1,4. Он учитывает возможность отклонения нагрузки от нормативных значений. Согласно 11.1.2 СП 20.13330.2016, нормативная основная ветровая нагрузка определяется как сумма:

где wm – средняя ветровая нагрузка, wg – пульсационная ветровая нагрузка, определяемая по 11.1.8 СП 20.13330.2016. Простыми словами, это статическая и динамическая составляющие ветровой нагрузки.

Пульсация должна учитываться, поскольку скорость ветра не может быть постоянной, а это вызывает дополнительную динамическую нагрузку на опоры. Ветер дует порывами в виде непродолжительных толчков длительностью 0,5-2 с. Причем он часто меняет скорость и направление. Поэтому при расчетах учитывают не только среднюю скорость ветра, но и колебания, при которых в отдельные моменты скорость может превышать среднюю.

Формула для вычисления средней ветровой нагрузки:

В представленной формуле:

• Значение w0 – нормативная ветровая нагрузка (давление). Определяется в зависимости от ветрового района (от I до VII). Принимается по карте 2 ветровых нагрузок в Приложении Е СП 20.13330.2016.

Ветровой район	Iа	I	II	III	IV	V	VI	VII
Нормативное значения w0, кПа	0,17	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85

• Коэффициент k(ze) – коэффициент изменения ветрового давления по высоте. Согласно 11.1.5, эквивалентная высота башенных сооружений (мачт и опор) определяется как ze = z. По п. 11.1.6 коэффициент k(ze) для ze ≤ 300 м определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016. В таблице приведены типы местности: A – открытое побережье и сельские местности, пустыни, лесостепи, B – лесные массивы, территория города с препятствиями высотой от 10 м, C – городская местность с плотной застройкой и зданиями высотой от 25 м.

• Коэффициент c – аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки. Принимается по Приложению B.1, где стрелки указывают на направление ветра. Для цилиндрических неплоских опор коэффициент обычно принимается равным 0,7.

Получившуюся после сложения средней и пульсационной нагрузку используют при последующих расчетах опор на сочетание нагрузок: от собственного веса, массы оборудования и проводов. Еще этот расчет может быть необходим при определении гололедных нагрузок. Это касается силовых опор, которые дополнительно служат для воздушной прокладки проводов, которые в зимнее время подвергаются оледенению.

Услуги по аэродинамическому расчету зданий

Это аналог продувки моделей в аэродинамической трубе, целью которой является получение распределения скоростей и вредных примесей на местности, давлений на здания и пр., а также определение ветровых нагрузок на сооружения и их аэродинамические коэффициенты

Расчет ветровых нагрузок, определение аэродинамических коэффициентов

При строительстве новых зданий и сооружений необходим расчет на ветровые нагрузки. При этом если высота здания превышает 75 м, то для определения ветровых нагрузок требуется аэродинамическая продувка зданий. Такая продувка может быть выполнена либо с помощью физического эксперимента в аэродинамической трубе, либо с помощью математического моделирования.

Расчет ветровых нагрузок с помощью математического моделирования в последнее время приобретает все большую популярность.

Работы по аэродинамическому расчету здания включают:

1. Моделирование обтекания здания/сооружения по 24 направлениям ветра с шагом 15° методами математического моделирования (CFD расчеты).

2. Определение аэродинамических коэффициентов здания/сооружения.

3. Определение ветровых нагрузок на здание/сооружение.

4. Определение пиковых давлений на фасадные конструкции.

Результаты моделирования обтекания здания представляются в виде:

— Полей скорости, формирующихся при обтекании здания/сооружения ветровым потоком.
— Распределения давления по поверхности здания/сооружения, включая «мелкие» элементы.
— Значения сил и аэродинамических коэффициентов.

Аэродинамический расчет здания/сооружения выполняется с учетом рельефа местности и окружающей застройки.

Результаты расчета ветровых нагрузок представляются в виде, удобном для дальнейшего переноса в программы расчета на прочность.

Математическое моделирование скорости в пешеходных зонах и оценка ветрового комфорта

Ветровой комфорт пешеходных зон – важный показатель для общественных территорий на открытом воздухе. Особенно непростая ситуация может складываться в пешеходной зоне вблизи высотных зданий. Выполнение математического моделирования обтекания здания ветровым потоком в условиях городской застройки позволяет подробно проанализировать аэродинамическую обстановку и комфорт в пешеходной зоне.

Полученную информацию следует использовать:

— При планировке и обустройстве прилегающей территории, в том числе выборе мест расположения детских площадок, площадок сбора мусора, пешеходных дорожек и пр.

— При строительстве комплекса зданий для определения такого их взаимного расположения, которое предотвратит образование в пешеходной зоне сильных порывов воздуха.

Работы по моделированию скорости в пешеходных зонах включают:

1. Моделирование обтекания здания и окружающей застройки по 8 направлениям ветра с шагом 45° методами математического моделирования (CFD расчеты).

2. Анализ полей скорости в пешеходных зонах. Определение местоположения и причины появления локальных зон с повышенными скоростями.