Страница 14: ТКП 45-3.02. Высотные здания строительные нормы проектирования (32582)

в) сил трения wfr, направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее горизонтальной (для шедовых и волнистых покрытий) или вертикальных проекций (для стен с лоджиями и подобных конструкций).

Во втором случае нагрузка w рассматривается как совокупность:

а) проекций wx и wy внешних сил в направлении осей Х и Y, обусловленных общим сопротивлением сооружения;

б) крутящего момента wz относительно оси Z.

1. Ветровое давление, приложенное к внешним поверхностям конструкций высотных зданий we, следует определять по формуле:

,(А.1)

гдеqp(ze)–пиковое значение скоростного напора ветра для базовой высоты ze, определяемое по А.6;

Сpe–пиковое значение аэродинамического коэффициента давления по А.15;

ze–базовая (эквивалентная) высота, принимаемая при расчете ветрового давления по А.16.

1. Ветровое давление, приложенное к внутренним поверхностям конструкций здания wi, следует определять по формуле:

(А.2)

гдеqp(zi)–пиковое значение скоростного напора ветра для внутренних поверхностей;

Cpi–аэродинамический коэффициент при расчете внутреннего давления;

zi–базовая высота, принимаемая при расчете внутреннего давления.

1. Ветровая нагрузка Fw, действующая на конструкцию или на конструктивный элемент, может быть определена векторным суммированием сил Fw,e, Fw,i и Ffr, рассчитываемых по формулам:

• силы, действующие на внешнюю поверхность здания

;(А.3)

• силы, действующие на внутреннюю поверхность здания

;(А.4)

• сила трения

.(А.5)

В формулах (А.3) – (А.4):

cs–коэффициент, учитывающий снижение эффекта от ветрового воздействия в результате неодновременного появления пиковых значений скоростного напора ветра на всей анализируемой поверхности, определяемый в соответствии с указаниями А.11;

cd–динамический коэффициент, определяемый по А.12;

we–внешнее ветровое давление на отдельную поверхность на высоте ze, определяемое по ф. (А.1);

wi–внутреннее ветровое давление на отдельную поверхность на высоте zi, определяемое по ф. (А.2);

Aref–базовая площадь конструкции или конструктивного элемента, к которой приложено ветровое давление;

сfr–коэффициент трения, определяемый по таблице А.1;

Afr–площадь наружной поверхности, параллельной направлению действия ветра.

Таблица А.1 – Значения коэффициент трения cfr для стен, парапетов, крыш

1. Пиковое значение скоростного напора ветра qp(z) в Па на высоте z следует определять по формуле:

(А.6)

либо

(А.7)

где??–плотность воздуха, определяемая в зависимости от высотной отметки местности, температуры и барометрического давления в соответствующем регионе при штормовом ветре (рекомендуемое значение ?? = 1,25 кг/м3);

vm(z)–средняя скорость ветра на высоте z, определяемая по А.9;

qb–базовое значение скоростного напора ветра (Па), определяемое по формуле:

,(А.8)

здесьvb–базовое значение скорости ветра, определяемое в соответствии с указаниями А.8;

Ce(z)–коэффициент экспозиции, учитывающий изменение скорости напора по высоте, который допускается определять по графику на рисунке А.1;

Iv(z)–интенсивность турбулентности на высоте z, определяемая по формуле:

при zmin ?? z ?? zmax; (А.9)

здесьC0(z)–орографический коэффициент, зависящий от рельефа местности и принимаемый по А.9.

Рисунок А.1

1. Среднюю скорость ветра vm(z) (м/с) на высоте z в зависимости от типа местности и орографии следует определять по формуле:

,(А.10)

гдеСr(z)–коэффициент, учитывающий тип местности (показатели шероховатости), определяемый по А.10;

C0(z)–орографический коэффициент, значение которого допускается принимать C0(z) = 1,0. В случае, если строительство выполняется в местностях с ярко выраженными холмами и обрывами, коэффициент может корректироваться.

1. Базовое значение скорости ветра vb определяется по формуле:

,(А.11)

гдеCdir–коэффициент, учитывающий направление ветра, рекомендуемое значение которого Cdir = 1,0;

Cseas–сезонный коэффициент, значение которого рекомендуется принимать Cseas = 1,0. При выполнении расчетов на стадии возведения может быть принято другое значение сезонного коэффициента по данным для конкретных условий строительства.

1. Основное значение базовой скорости ветра vb,0 численно равно характеристической скорости ветра (м/с) на уровне над поверхностью земли для открытого типа местности с низкой растительностью (например, как трава) и изолированными отдельно стоящими преградами, расстояние между которыми составляет как минимум 20 их высот (тип местности А по СНиП 2.01.07), соответствующей 10-минутному интервалу осреднения независимо от времени года и направления ветра и превышаемой в среднем один раз в 50 лет (период повторяемости 50 лет, вероятность превышения 0,02). Характеристическую скорость ветра (м/с) для местности, в которой осуществляется возведение высотного здания, следует определять по результатам статистической обработкой данных Белгидрометеоцентра. При отсутствии более точных данных для г.Минска допускается принимать vb,0 = 22 м/с.
2. Коэффициент, учитывающий тип местности Cr(z) следует определять:

при zmin ?? z ?? zmax; (А.12)

Для территорий, в пределах которых не менее 15 % площади покрыто зданиями, высота которых превышает (z0 = ; zmin = ; zmax = ), коэффициент Kr определяется по формуле:

(А.13)

при z0II = .

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

.(А.14)

1. Динамический коэффициент cd определяется по формуле:

.(А.15)

1. Допускается определять единый конструкционный коэффициент, учитывающий эффекты от турбулентности, являющийся произведением cs??cd:

.(А.16)

В формулах (А.14) – (А.16):

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

Коэффициент B2 в общем случае определяется по формуле:

,(А.17)

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

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

при z ?? zmin; (А.18)

Для зданий высотой до принято zt = ; базовый масштаб длины Lt = ; z0 = ; zmin = .

.(А.19)

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

Значение пикового коэффициента Кр в общем случае определяется по формуле:

, но не более 3,0, (А.20)

гдеТ–период осреднения, Т = 600 сек;

??–частота, определяемая по формуле:

; ?? = 0,08 Гц, (А.21)

здесьn1,x–собственная частота изгибных колебаний конструкции, определяемая для многоэтажных зданий высотой более по формуле:

, Гц. (А.22)

Значение коэффициента R2 определяется по формуле:

,(А.23)

где??–полное значение логарифмического декремента;

SL(ze, n1,x)–функция спектральной плотности силы ветра, определяемая:

,(А.24)

здесьfL(z, n)–безразмерная частота, определяемая при n = n1,x и средней скорости ветра vm(z) по формуле:

;(А.25)

;(А.26)

,(А.27)

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

.

1. 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 , при отношении h/d < 4 и равномерном распределении жесткостей и масс по высоте, допускается принимать Cd??Cs = 1,0.
2. 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 Сх, поперечной силы Су, 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 Cz 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 Cn и Ct, которые должны учитываться при определении составляющих общего сопротивления тела, действующих в направлении его осей и относящихся к площади наветренной грани.

1. При определении компонентов ветровой нагрузки we, wi, wtr, wx, wy и wz следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов:

• внешнего давления Ce;
• внутреннего давления Ci;
• трения Ctr;
• лобового сопротивления Cx;
• поперечной силы Cy;
• крутящего момента Cz.

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 Ce и Ci соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак "минус" – от поверхности (отсос).

1. 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.
2. Для наветренных, подветренных и различных участков вертикальных боковых стен зданий, прямоугольных в плане (рис. А.2) аэродинамические коэффициенты Се приведены в таблице А.2.

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

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

• для участка С коэффициент Ce = 0,8;
• для участков А – в соответствии с указаниями А.15.3;
• для участка В – коэффициент Ce определяется по линейной интерполяции.

1. Базовые (эквивалентные) высоты ze 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 ze = h до отметки (h – b), отсчитываемой сверху; оставшаяся часть, разделяемая на отдельные полосы hstrip (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 ze = h.

а)

б)

Рисунок А.2

Рисунок А.3

1. 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)

гдеcf–аэродинамический коэффициент;

b–ширина здания;

Iv(ze)–интенсивность турбулентности на высоте z = ze;

Vm(ze)–средняя скорость ветра на высоте z = ze;

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

Kx–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;