---

, (В.14)

де k_h - коефіцієнт, який враховує шорсткість на поверхні місцевості, де будується споруда;

с_е (z) - коефіцієнт, що враховує зміну швидкості вітру в примежевому шарі над поверхнею місцевості. Коефіцієнт с_е (z) розраховується за співвідношенням

, якщо

, якщо , (В.15)

де z висота над рівнем землі, для якої розраховується коефіцієнт висоти споруди;

z₀ - параметр шорсткості, що визначає умовну висоту над поверхнею землі, де швидкість вітру ще дорівнює 0 м/с;

z_min- умовна висота, яка визначається типом місцевості.

Типи місцевості, що оточують споруду, визначаються для кожного розрахункового напряму вітру окремо, їх детальна класифікація наведена в розділі 9.9 ДБН В.1.2-2. Значення параметрів, що входять у модель (В.14), в залежності від типу місцевості наведені в таблиці В.1.

Таблиця В.1 - Типи місцевості та параметри

Проводиться корекція значення c_h(z_max) на рівномірний розподіл швидкості вітру по висоті будинку (споруди). Для цього використовуються співвідношення (В.15) та розраховуються значення цього коефіцієнта в залежності від висоти будинку (споруди) від z₀ до z_max з кроком 1 м. Використовуючи метод трапеції, знаходять площину фігури, яку описує залежність с_e (z):

. (В.16)

Виконується корекція коефіцієнта висоти споруди за алгоритмом

. (В.17)

У залежності від висоти розташування місцевості над рівнем моря згідно з 9.10 ДБН В.1.2-2 розраховується коефіцієнт географічної висоти С_alt.

Якщо місцевість, де ведеться будівництво, має пагорби або схили, то необхідно враховувати мікрорельєф місцевості. Для цього використовується коефіцієнт рельєфу C_rel, який розраховується згідно з 9.11 ДБН В.1.2-2.

Якщо споруда будується на відкритій місцевості, то потрібно враховувати нерівномірність вітрового навантаження за напрямками вітру. Для цього використовуються статистичні дані з метеорології місцевості, де ведеться будівництво. В інших випадках коефіцієнт напрямку приймають таким, що дорівнює одиниці C_dir= 1 (див. 9.12 ДБН В.1.2-2).

Вплив пульсаційної складової вітрового навантаження та просторову кореляцію вітрового тиску на споруду враховують за допомогою коефіцієнта динамічності C_d який визначається за графічними залежностями, наведеними в 9.13 ДБН В.1.2-2.

Отримані значення відповідних коефіцієнтів дозволяють розраховувати коефіцієнт С при значенні коефіцієнта С_аеr= 1 за формулою:

. (В.18)

У залежності від вітрового району, де розташована споруда, визначається характеристичне значення вітрового тиску W₀, як це було зазначено вище при використанні (В.12).

Коефіцієнт надійності за граничним розрахунковим значенням вітрового навантаження , визначається у залежності від середнього періоду повторюваності Т. Порядок його розрахунку наведено в 9.14 ДБН В.1.2-2.

Коефіцієнт надійності за експлуатаційним розрахунковим значенням вітрового навантаження визначається у залежності від проміжку часу , протягом якого можуть порушуватися умови іншого граничного стану. Порядок його розрахунку наведено в 9.15 ДБН В.1.2-2.

Використовується співвідношення (В.12) для визначення граничного та експлуатаційного розрахункового вітрового навантаження W_m, W_е.

Використовуються співвідношення (В.11) для розрахунків граничного та експлуатаційного значень відповідних сил та моментів, які діють на основу будинку (споруди).

В 2 Методика проведення дренажного експерименту для визначення навантажень на поверхню будинку (споруди)

В.2.1 У результаті аеродинамічного експерименту повинні бути отримані масиви безрозмірних коефіцієнтів тиску на поверхні моделі в залежності від азимуту натікання вітру .

Експеримент планується та виконується у такій послідовності.

Планується кількість перерізів для дренажу моделі споруди по її висоті. Як правило, це визначається замовником роботи (рекомендована відстань між перерізами в моделі відповідає розміру натурного об'єкта в діапазоні 15~25 м). Рекомендується контрольні перерізи розташовувати також у місцях зміни геометричної форми перерізу споруди.

Кількість дренажних отворів у перерізі визначається замовником і залежить від складності геометричної форми перерізу та кутових виступів. Рекомендується обов'язкове розташування дренажних отворів у місцях різкої зміни геометрії споруди (кутів кромок споруди, виступів тощо), оскільки в цих місцях виникають значні амплітудні коливання тиску.

Розраховується масштаб моделі споруди. При цьому необхідно враховувати, що максимальна площина модельного комплексу не повинна перевищувати 15 % площі поперечного перезрізу робочої частини аеродинамічної труби. Отримані розміри моделі споруди повинні гарантувати автомодельність отриманих аеродинамічних характеристик споруди. Відомо, що для споруд складної геометричної форми в плані автомодельність реалізується при числах Re, більших за Re ~ 2х10⁵.

Виходячи з цього значення числа Re, коригується масштаб моделі споруди при заданій швидкості потоку або, навпаки, при заданому масштабі моделі розраховується робоча швидкість потоку в аеродинамічній трубі.

Для моделі будівлі чи споруди, виготовленої у відповідному масштабі, визначається швидкість потоку, за якої настає автомодельність процесу.

У процесі проведення дренажного експерименту профіль вітру за висотою моделі будівлі задається постійним.

При заданій швидкості потоку в аеродинамічній трубі виконуються заміри та накопичення значень тиску у відповідних дренажних точках р_i(t) при дискретній зміні кута натікання повітряного потоку.

В 2.2 Опрацювання результатів дренажних випробувань

У процесі проведення експерименту визначаються масиви миттєвих значень тиску р_i (t) для N дренажних отворів. Отримані значення перераховуються в безрозмірні коефіцієнти тиску

, (В.19)

де і - визначає номер точки на моделі споруди;

t - час накопичення значень тиску при вимірюванні;

p_i (t) - тиск в i-тому дренажному отворі;

- швидкість та тиск незбуреного потоку;

- густина повітря.

Накопичення масиву зміни безрозмірного коефіцієнта тиску c_pi(t) в конкретній точці і дає можливість розрахувати його середнє значення та пульсаційну складову.

За значеннями масивів параметрів (В.19) розраховуються середні значення

(В.20)

та максимальне значення амплітуди коефіціенту тиску

(В.21)

Для кожної дренажної точки і на поверхні моделі визначається максимальне та мінімальне значення коефіціентів тиску при зміні кута потоку від до

. (В.22)

Визначається значення найбільшої амплітуди коефіцієнта тиску в і-й дренажній точці при зміні кута потоку від 0° до 360°

(В.23)

Отримані дані дозволяють виявити критичні точки на фасаді споруди, де виникають максимальні вітрові навантаження, та розрахувати ці навантаження.

В 2.З Використання результатів дренажних випробувань

При визначенні вітрового навантаження на поверхню будинку (споруди) необхідно отримати його граничне та експлуатаційне розрахункове значення.

Розрахунок граничного та експлуатаційного значення як для вагового, так і для дренажного експерименту ведеться з використанням гібридної методики, де аеродинамічний коефіцієнт С_аег визначається за результатами аеродинамічного експерименту, а значення коефіцієнтів C_h, С_alt, С_геl, С_dir, C_d розраховуються згідно з ДБН В.1.2-2.

Визначення коефіцієнтів W₀ також здійснюється згідно з ДБН В.1.2-2.

Послідовність розрахунку:

- за результатами аеродинамічного експерименту визначається поверхня споруди, на якій коефіцієнт тиску має мінімальне від'ємне значення , та поверхня, на якій коефіцієнт тиску має максимальне позитивне значення . Ці значення присвоюються коефіцієнту C_aer, який буде використано в наступних розрахунках;

- у залежності від типу місцевості, де будуватиметься споруда, та висоти поверхні будинку (споруди) над рівнем землі z, де коефіцієнти тиску досягають значень та , розраховується значення коефіцієнта висоти споруди C_h. Для розрахунку можна використовувати рисунок 9.2 (розділ 9.9 ДБН В.1.2-2) та співвідношення (В.14), (В.15);

• розрахунок коефіцієнтів _Calt, C_rel, C_dir, C_d проводиться за методикою, наведеною в ДБН В.1.2-2 аналогічно, як і для вагового експерименту;

• розраховується коефіцієнт С за формулою (В.18);

• по карті (рисунок 9.1) ДБН В.1.2-2 або з допомогою таблиць додатка Е ДБН В. 1.2-2 визначається характеристичне значення вітрового тиску W₀ . Як і для вагового експерименту, дозволяється визначення W₀ шляхом статистичного опрацювання замірів метеорологічних станцій;

• виходячи з середнього періоду повторюваності Т та частки часу розраховуються значення коефіцієнтів та ;

• за співвідношенням (В.12) визначається граничне розрахункове значення W_m та експлуатаційне розрахункове значення W_e вітрового навантаження;

• отримані значення параметрів W_m , W_e використовуються для визначення місцевих вітрових навантажень, які необхідні для міцнісних розрахунків елементів огорожі будинку чи споруди, елементів навісних фасадів, вітражів, підбору скла віконних прорізів тощо.

В.3 Резонансне вихрове збудження та аеропружна нестійкість

В.3.1 Вихрове збудження

Вихрове збудження відбувається, коли вихорі почергово сходять із протилежних боків будинку. Це явище створює змінні навантаження, перпендикулярні до напрямку вітру. Резонансне вихрове збудження виникає, коли швидкість вітру дорівнює критичній швидкості V_кр.,i. Частота виникнення і тривалість умов критичної швидкості визначають кількість циклів навантажень, яка впливає на утомну міцність конструкції.

Ефект вихрового збудження підлягає дослідженню, коли відношення найбільшого до найменшого розмірів перерізу будинку h/b площиною, перпендикулярною до напрямку вітру, перевищує 7 і при цьому не виконується умова (В.24)

(В.24)

де V_кр.,i. - критична швидкість вітру для збудження згинальних коливань за i-ю формою визначається як найменша швидкість вітру, за якої частота генерації вихрів дорівнює власній частоті коливань будинку або його елемента, і розраховується за формулою (В.25);

V_max(z) - максимальне значення середньої швидкості вітру (осереднення на 10 хвилинному інтервалі) з урахуванням типу оточуючої місцевості і нахилу рельєфу на висоті z, де відбувається схід вихорів, яке визначається за формулою (В.27)

(В.25)

де b поперечний (відносно напрямку вітру) розмір горизонтального перерізу будинку, на якому має місце вихрове резонансне збудження, м;

- власна частота згинальних коливань за i-ю формою, Гц. Основна частота згинальних коливань f₁ для багатоповерхових будинків заввишки понад 50 м приблизно може бути оцінена за формулою

(В.26)

де h - висота будинку, м;

- число Страхуля поперечного перерізу;

- частота сходу вихорів при швидкості повітряного потоку V.

(В.27)

де - базова швидкість вітру, яка визначається характеристичним значенням вітрового тиску W_о для потрібного вітрового району;

с_rel - коефіцієнт рельєфу згідно з 9.11 ДБН В.1.2-2;

= 1,25 кг/м³ - густина повітря в стандартних умовах.

Число Струхаля визначається експериментально або за довідковими даними. Для поперечних перерізів прямокутної форми із співвідношенням розмірів 0,5d/b 10 число St визначається за даними таблиці В.2

Таблиця В.2 - Значення числа St для перерізів прямокутної pформи

В.3.2 Галопування

Аеропружна нестійкість типу галопування можлива на ділянках азимуту вітру, де виконується умова аеропружної нестійкості (В.28). При цьому конструкція будинку здійснює самочинні поперечні відносно швидкості повітряного потоку аеропружні згинальні коливання на одній із власних частот. Причиною коливань є змінна аеродинамічна сила, обумовлена зміною ефективного кута натікання повітряного потоку при коливаннях будинку, яка змінює знак сумарного демпфірування і сприяє коливанням конструкції.

(B.28)

де с_ха - аеродинамічний коефіцієнт поздовжньої сили;

- похідна аеродинамічного коефіцієнта поперечної сили за азимутом.

Для уникнення явища галопування повинно бути гарантовано виконання умови

(В.29)

де - критична швидкість галопування;

- число Скратона, що характеризує схильність тіла до коливань, яка залежить від демпфірувальних властивостей конструкції і співвідношення маси конструкції і повітряної маси;

- логарифмічний декремент затухання коливань, що характеризує демпфірувальні якості конструкції;

m - еквівалентна погонна маса конструкції (маса конструкції на одиницю довжини).

Значення параметра a_g визначається за результатами аеродинамічного експерименту або за довідковими даними. Для тіл із поперечним перерізом прямокутної форми можна використовувати дані, наведені в таблиці В.3. За відсутності даних використовується значення = 10.