Высотные здания строительные нормы проектирования

Коэффициент, учитывающий тип местности C_r(z) следует определять:

при z_min  z  z_max; (А.12)

Для территорий, в пределах которых не менее 15 % площади покрыто зданиями, высота которых превышает 15 м (z₀ = 1,0 м; z_min = 10 м; z_max = 200 м), коэффициент K_r определяется по формуле:

(А.13)

при z_0II = 0,05 м.

Коэффициент c_s, учитывающий снижения эффекта от ветрового воздействия в результате неодновременного появления пиковых значений скоростного напора ветра на поверхности, определяется по формуле:

. (А.14)

Динамический коэффициент c_d определяется по формуле:

. (А.15)

Допускается определять единый конструкционный коэффициент, учитывающий эффекты от турбулентности, являющийся произведением c_sc_d:

. (А.16)

В формулах (А.14) – (А.16):

z_e – базовая высота, определяемая в соответствии с указаниями А.16.

Коэффициент B² в общем случае определяется по формуле:

, (А.17)

где b, h – ширина и высота здания (см. рис. А.2);

L(z_e) – масштаб длины турбулентности на базовой высоте z_e (см. рис. А.3), определяемый для зданий высотой до 200 м по формуле:

при z  z_min; (А.18)

Для зданий высотой до 200 м принято z_t = 200 м; базовый масштаб длины L_t = 300 м; z₀ = 1,0 м; z_min = 10,0 м.

. (А.19)

Рекомендуется использовать в расчетах безопасное значение В² = 1,0.

Значение пикового коэффициента К_р в общем случае определяется по формуле:

, но не более 3,0, (А.20)

где Т – период осреднения, Т = 600 сек;

 – частота, определяемая по формуле:

;  = 0,08 Гц, (А.21)

здесь n_1,x – собственная частота изгибных колебаний конструкции, определяемая для многоэтажных зданий высотой более 50 м по формуле:

, Гц. (А.22)

Значение коэффициента R² определяется по формуле:

, (А.23)

где  – полное значение логарифмического декремента;

S_L(z_e, n_1,x) – функция спектральной плотности силы ветра, определяемая:

, (А.24)

здесь f_L(z, n) – безразмерная частота, определяемая при n = n_1,x и средней скорости ветра v_m(z) по формуле:

; (А.25)

; (А.26)

, (А.27)

G_y, G_z – константы, зависящие от модальной формы колебаний вдоль горизонтальной и вертикальной осей соответственно. Для зданий с равномерной горизонтальной модальной формой и линейной вертикальной модальной формой

.

Для ограждающих элементов (фасадов, покрытий), у которых собственная частота колебаний превышает 5 Гц, для каркасных зданий с несущими стенами и диафрагмами жесткости, имеющих высоту менее 100 м, при отношении h/d < 4 и равномерном распределении жесткостей и масс по высоте, допускается принимать C_dC_s = 1,0.

Аэродинамические коэффициенты принимают:

(а) для отдельных поверхностей или точек здания – как коэффициенты давления, которые следует учитывать при определении ветровой нагрузки, нормальной к рассматриваемой поверхности и относящейся к единице площади этой поверхности; коэффициенты давления изменяются от точки к точке поверхности. Для простоты при определении ветровой нагрузки применяют их значения, осредненные по отдельным граням или зонам поверхности;

(б) для отдельных элементов или конструкций как коэффициенты лобового сопротивлении С_х, поперечной силы С_у, которые должны учитываться при определении составляющих общего сопротивления тела, действующих по направлению скорости потока и перпендикулярно к нему и относящихся к площади S проекции тела на плоскость, перпендикулярную потоку, и как коэффициент подъемной силы C_z при определении вертикальной составляющей общего сопротивления тела. Последняя относится к площади проекции тела на горизонтальную плоскость;

(в) при направлении ветра под углом  к наветренной стороне конструкции как коэффициенты C_n и C_t, которые должны учитываться при определении составляющих общего сопротивления тела, действующих в направлении его осей и относящихся к площади наветренной грани.

При определении компонентов ветровой нагрузки w_e, w_i, w_tr, w_x, w_y и w_z следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов:

внешнего давления C_e;

внутреннего давления C_i;

трения C_tr;

лобового сопротивления C_x;

поперечной силы C_y;

крутящего момента C_z.

Значения аэродинамических коэффициентов следует принимать по указаниям норм. Для высотных зданий простой формы (прямоугольной в плане) значения коэффициентов могут быть приняты по СНиП 2.01.07 или по табл. 2. Знак "плюс" у коэффициентов C_e и C_i соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак "минус" – от поверхности (отсос).

В случаях, не предусмотренных А.15.1 (иные формы здания, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока и составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям, необходимость учета влияния близстоящих зданий и сооружений и т.п. случаях), значения аэродинамических коэффициентов необходимо принимать по справочным данным или на основе результатов продувок моделей здания в аэродинамический трубе.

Для наветренных, подветренных и различных участков вертикальных боковых стен зданий, прямоугольных в плане (рис. А.2) аэродинамические коэффициенты С_е приведены в таблице А.2.

Таблица А.2 – Значения аэродинамических коэффициентов С_е для вертикальных стен прямоугольных в плане зданий

Боковые стены

Наветренная сторона

Подветренная сторона

Участки

А

В

С

D

Е

–0,1

–0,8

–0,5

+0,8

–0,6

Для боковых стен с выступающими лоджиями аэродинамический коэффициент трения C_tr = 0,1. Для зданий, выполненных с уступами (см. рис. А.2б), следует принимать:

для участка С коэффициент C_e = 0,8;

для участков А – в соответствии с указаниями А.15.3;

для участка В – коэффициент C_e определяется по линейной интерполяции.

Базовые (эквивалентные) высоты z_e для наветренной стороны стен прямоугольного в плане здания (зона D на рис. А.2) следует принимать в зависимости от отношения h/b. Выделяют следующие случаи (см. рис. А.3):

здание, имеющее высоту h, менее, чем b, рассматривается как состоящее из одной части (см. рис. А.3а);

в зданиях, у которых высота h больше, чем b, но меньше чем 2b, может быть рассмотрено две части: нижняя от отметки грунта до отметки ze = b, и оставшаяся – верхняя (рис. А.3б);

в зданиях, у которых высота h больше, чем 2b, к рассмотрению принимаются следующие части: нижняя – от отметки низа земли до ze = b; верхняя – от отметки z_e = h до отметки (h – b), отсчитываемой сверху; оставшаяся часть, разделяемая на отдельные полосы h_strip (см. рис. А.3в).

В пределах выделенных частей ветровое давление считается равномерно распределенным.

Для определения эквивалентной высоты при расчете давления с подветренной стороны во всех случаях рекомендуется принимать z_e = h.

а)

б)

Рисунок А.2

Рисунок А.3

Аэродинамические коэффициенты должны определяться на основе данных модельных испытаний, проводимых в специализированных аэродинамических трубах.

При проведении модельных аэродинамических испытаний необходимо моделировать турбулентную структуру погранслоя атмосферы, включая вертикальный градиент средней скорости ветра и энергетический спектр его пульсационной составляющей.

А.18 Максимальные перемещения здания по направлению ветра следует рассчитывать при действии эквивалентной статической нагрузки, определяемой по А.3–А.5.

А.19 Характеристическое значение стандартного отклонения _a,x ускорения колебаний здания в уровне каркаса на высоте z по направлению, совпадающему с направлением действия ветра, следует определять по формуле:

(А.28)

где c_f – аэродинамический коэффициент;

b – ширина здания;

I_v(z_e) – интенсивность турбулентности на высоте z = z_e;

V_m(z_e) – средняя скорость ветра на высоте z = z_e;

_1,x(z) – базовая, основная форма собственных колебаний конструкции в продольном направлении;

K_x – безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

. (А.29)

А.20 В первом приближении основная форма собственных колебаний _1,x(z) для зданий может быть определена по формуле:

, (А.30)

где  = 0,6 – для рамных каркасов без диафрагм жесткости;

 = 1,0 – для зданий с центральным ядром и периметрическими колоннами или развитыми колоннами и элементами жесткости;

 = 1,5 – для гибких консольных зданий и зданий, поддерживаемых центральными железобетонными ядрами.

А.21 Эквивалентную массу на единицу длины m_1,x базовой основной формы колебаний определяют по формуле:

, (А.31)

где m – масса единицы длины (погонная масса);

l – высота конструкции.

Для консольных конструкций с изменяющимся распределением масс эквивалентная масса может быть приближенно определена как среднее значение m на уровне 1/3 высоты от верха конструкции.

А.22 Характеристическое пиковое значение ускорения определяется умножением стандартного отклонения, рассчитанного по ф. (А.28), на пиковый коэффициент, величина которого определяется при  = h_1,x по формуле:

, но не более 3,0. (А.32)

А.23 При проектировании высотных зданий, у которых отношение h/d > 7, необходимо проводить их проверочный расчет на резонансное вихревое возбуждение (здесь h – высота здания, d – его характерный поперечных размер в направлении, перпендикулярном направлению ветра).

А.24 Критические скорости v_cr,i, при которых происходит резонансное вихревое возбуждение по i-ой собственной форме колебаний, следует определять по формуле:

, (А.33)

здесь f_i (Гц) – собственная частота колебаний по i-ой изгибной собственной форме;

d (м) – поперечный размер здания;

S_t – число Струхаля поперечного сечения, определяемое экспериментально или по справочным данным; для круглых поперечных значений S_t = 0,2; для сечений с острыми кромками (в т.ч. прямоугольных) – S_t = 12.

А.25 Резонансное вихревое возбуждение не возникает в том случае, если выполняется условие:

V_cr,i > V_max(z_e), (А.34)

где V_max(z_e) – максимальная скорость ветра на уровне z_e (для зданий допускается принимать z_e = 0,8h).

Руководитель разработки: Марковский М.Ф. (РУП «Институт БелНИИС»)

Приложение Б (обязательное)

Расчетные сочетания нагрузок и воздействий для зданий

Б.1 Переменные нагрузки определяются их нормативными значениями Q_k. Если в расчете учитывается несколько переменных нагрузок, их значения принимаются с коэффициентом сочетания y_i.

Эти значения определяются как:

y₀×Q_k — редкое значение;

y₁×Q_k — частое значение;

y₂×Q_k — практически постоянное значение.

Значения коэффициентов сочетаний y_i представлены в таблице Б.1.

Таблица Б.1- Значения коэффициентов сочетаний y_i для переменных нагрузок и воздействий

Нагрузки, воздействия

Значение коэффициента

y₀

y₁

y₂

1 Переменные нагрузки на перекрытия:

1.1 Квартиры жилых зданий; жилые помещения домов отдыха и пансионатов, общежитий и гостиниц; террасы

1.2 Служебные помещения административного, инженерно-технического, научного персонала организаций и учреждений; бытовые помещения (гардеробные, душевые, умывальные, уборные) общественных зданий и сооружений;

1.3 Кабинеты и лаборатории учреждений здравоохранения, лаборатории учреждений просвещения, науки; помещения электронно-вычислительных машин; кухни общественных зданий; технические этажи; подвальные помещения