Вітрові навантаження

9.1 Вимоги розділу 9 поширюються на будівлі і споруди простої геометричної форми, висота яких не перевищує 200 метрів.

При визначенні вітрового навантаження для будівель і споруд складної конструктивної чи геометричної форми (що включають вантові та висячі покриття, оболонки, антенні полотна), сталевих ґратчастих щогл та башт тощо, а також для будівель і споруд заввишки понад 200 метрів слід виконувати спеціальні динамічні розрахунки для визначення впливу пульсаційної складової навантаження, а в необхідних випадках – обдування моделей в аеродинамічній трубі.

9.2 Вітрове навантаження є змінним навантаженням, для якого встановлені два розрахункові значення:

- граничне розрахункове значення;

- експлуатаційне розрахункове значення.

9.3 Вітрове навантаження на споруду слід розглядати як сукупність:

а) нормального тиску, прикладеного до зовнішньої поверхні споруди або елемента;

б) сил тертя, спрямованих по дотичній до зовнішньої поверхні і віднесених до площі її горизонтальної (для шедових або хвилястих покрівель, покрівель з ліхтарями) або вертикальної (для стін із лоджіями і подібних конструкцій) проекції;

в) нормального тиску, прикладеного до внутрішніх поверхонь будівель з повітропроникними огородженнями, з прорізами, що відчиняються або постійно відкриті.

Сукупність зазначених сил може бути подана у формі нормального тиску, зумовленого загальним опором споруди у напрямку осей x і у та умовно прикладеного до проекції споруди на площину, перпендикулярну до відповідної осі.

9.4 Граничне розрахункове значення вітрового навантаження визначається за формулою

, (9.1)

де – коефіцієнт надійності за граничним розрахунковим значенням вітрового навантаження, визначений за 9.14;

W₀ – характеристичне значення вітрового тиску за 9.6;

С – коефіцієнт, визначений за 9.7.

9.5 Експлуатаційне розрахункове значення вітрового навантаження визначається за формулою

, (9.2)

де – коефіцієнт надійності за експлуатаційним розрахунковим значенням вітрового навантаження, визначений за 9.15.

9.6 Характеристичне значення вітрового тиску W₀ дорівнює середній (статичній) складовій тиску вітру на висоті 10 м над поверхнею землі, який може бути перевищений у середньому один раз за 50 років.

Характеристичне значення вітрового тиску W₀ визначається залежно від вітрового району по карті (рис. 9.1) або за додатком Е.

В необхідних випадках W₀ допускається визначати шляхом статистичного оброблення результатів строкових вимірювань швидкості вітру.

9.7 Коефіцієнт С визначається за формулою

С ⁼ С_aer C_h C_alt C_rel C_dir C_d, (9.3)

де С_aer - аеродинамічний коефіцієнт, що визначається за 9.8;

C_h - коефіцієнт висоти споруди, що визначається за 9.9;

C_alt - коефіцієнт географічної висоти, що визначається за 9.10;

C_rel - коефіцієнт рельєфу, що визначається за 9.11;

C_dir - коефіцієнт напрямку, що визначається за 9.12;

C_d - коефіцієнт динамічності, що визначається за 9.13.

Рисунок 9.1. Карта районування території України за характеристичними значеннями вітрового тиску

9.8 Аеродинамічні коефіцієнти С_аеr визначаються за додатком І залежно від форми споруди або конструктивного елемента і можуть мати вигляд:

- коефіцієнтів С_е, які слід враховувати при визначенні вітрового тиску, прикладеного нормально до зовнішніх поверхонь споруди або елемента і віднесеного до одиниці площі цієї поверхні;

- коефіцієнтів тертя C_f, які слід враховувати при визначенні сил тертя, спрямованих по дотичній до зовнішньої поверхні споруди або будівлі і віднесених до площі її горизонтальної або вертикальної проекції;

- коефіцієнтів С_i які слід враховувати при визначенні вітрового тиску, прикладеного нормально до внутрішніх поверхонь будівель з проникними огородженнями, з прорізами, що відчиняються або постійно відкриті;

- коефіцієнтів лобового опору С_x, які слід враховувати для окремих елементів і конструкцій при визначенні тієї складової загального опору тіла, яка діє в напрямку вітрового потоку і віднесена до площі проекції тіла на площину, перпендикулярну до потоку;

- коефіцієнтів поперечної сили С_у, які слід враховувати для окремих елементів і конструкцій при визначенні тієї складової загального опору тіла, яка діє перпендикулярно до вітрового потоку і віднесена до площини проекції тіла на площину потоку.

Аеродинамічні коефіцієнти С_аеr наведені в додатку І, де стрілками позначений напрямок вітру. Знак «плюс» біля коефіцієнта відповідає напрямку тиску вітру на поверхню, знак «мінус» – від поверхні. Проміжні значення коефіцієнтів слід визначати лінійною інтерполяцією.

У випадках, не передбачених додатком І (інші форми споруд, врахування при належному обґрунтуванні інших напрямків вітрового потоку або складових загального опору тіла в інших напрямках тощо), аеродинамічні коефіцієнти допускається приймати за довідковими та експериментальними даними або на основі результатів продувань моделей конструкцій в аеродинамічних трубах.

9.9 Коефіцієнт висоти споруди C_h враховує збільшення вітрового навантаження залежно від висоти споруди або її частини, що розглядається, над поверхнею землі (Z), типу навколишньої місцевості і визначається за рис. 9.2.

Рисунок 9.2. Коефіцієнт висоти споруди С_h,

Типи місцевості, що оточує будівлю чи споруду, визначаються для кожного розрахункового напрямку вітру окремо:

I - відкриті поверхні морів, озер, а також плоскі рівнини без перешкод, що піддаються дії вітру на ділянці довжиною не менш як 3 км;

II - сільська місцевість з огорожами (парканами), невеликими спорудами, будинками і деревами;

III – приміські і промислові зони, протяжні лісові масиви;

IV – міські території, на яких принаймні 15% поверхні зайняті будівлями, що мають середню висоту понад 15 м.

При визначенні типу місцевості споруда вважається розташованою на місцевості даного типу для певного розрахункового напрямку вітру, якщо у цьому напрямку така місцевість є на відстані 30Z при повній висоті споруди Z< 60 м або 2 км – при більшій висоті.

У випадку, якщо споруда розташована на межі місцевостей різних типів або є сумніви відносно вибору типу місцевості, слід приймати тип місцевості, що має більше значення коефіцієнта С_h.

9.10 Коефіцієнт географічної висоти С_аlt враховує висоту H (в кілометрах) розміщення будівельного об'єкта над рівнем моря і обчислюється за формулою

C_alt = 4 H – 1 (H > 0, 5 km); C_alt = 1 (H < 0, 5 км). (9.4)

Формула (9.4) використовується для об'єктів, розташованих у гірській місцевості, і дає орієнтовне значення в запас надійності. При наявності результатів метеорологічних спостережень за вітром, проведених у зоні будівельного майданчика, характеристичне значення вітрового навантаження обчислюється шляхом статистичного оброблення результатів строкових замірів швидкостей вітру і при цьому приймається C_alt= 1.

9.11 Коефіцієнт рельєфу С_rеl враховує мікрорельєф місцевості поблизу площадки розташування будівельного об'єкта і приймається таким, що дорівнює одиниці, за винятком випадків, коли об'єкт будівництва розташований на пагорбі або схилі.

Коефіцієнт рельєфу слід враховувати в тому випадку, коли споруда розташована на пагорбі або схилі на відстані від початку схилу не меншій, ніж половина довжини схилу або півтори висоти пагорба.

Коефіцієнт рельєфу С_rel визначається за формулами

;

;

. (9.5)

У формулах (9.5) позначено:

– ухил з підвітряного боку;

S – коефіцієнт, що визначається за рис. 9.3 для схилів і за рис. 9.4 для пагорбів.

Рисунок 9.3. Коефіцієнт S для схилів

Рисунок 9.4. Коефіцієнт S для пагорбів

На рис. 9.3 і 9.4 позначено:

– ухил H/L з підвітряного боку;

L_u - проекція довжини підвітряного схилу на горизонталь;

L_d - проекція довжини завітряного схилу на горизонталь;

H - висота пагорба або схилу;

X - відстань по горизонталі від споруди до вершини;

Z - відстань по вертикалі від поверхні землі до споруди;

L_e - ефективна довжина підвітряного схилу (L_e=L при 0, 05< < 0, 3; L_e= 3, 3 H при > 0, 3).

9.12 Коефіцієнт напрямку C_dir враховує нерівномірність вітрового навантаження за напрямками вітру і, як правило, приймається таким, що дорівнює одиниці. Значення C_dir, що відрізняється від одиниці, допускається враховувати при спеціальному обґрунтуванні тільки для відкритої рівнинної місцевості та при наявності достатніх статистичних даних.

9.13 Коефіцієнт динамічності C_d враховує вплив пульсаційної складової вітрового навантаження і просторову кореляцію вітрового тиску на споруду.

Для основних типів будівель і споруд значення C_d визначаються за графіками на рис. 9.5-9.10. Наведені на рисунках ширина і діаметр прийняті в перерізі, перпендикулярному до вітрового потоку. Значення C_d слід приймати за лівою кривою відповідного графіка.

Рисунок 9.5. Коефіцієнт Q для кам'яних будівель і будівель із залізобетонним каркасом

Рисунок 9.6. Коефіцієнт Cd для будівель із сталевим каркасом

Рисунок 9.7. Коефіцієнт Сd для будівель із сталебетонним каркасом

Рисунок 9.8. Коефіцієнт Cd для сталевих труб і апаратів колонного типу без футерівки

Рисунок 9.9. Коефіцієнт Cd для сталевих труб і апаратів колонного типу з футерівкою

Рисунок 9.10. Коефіцієнт Cd для залізобетонних труб

У випадках, коли C_d > 1, 2, необхідно виконувати спеціальний динамічний розрахунок, за допомогою якого визначається вплив пульсаційної складової вітрового навантаження.

Значення C_d< 1, 0 враховують малу імовірність одночасного зростання пульсаційного тиску у всіх точках споруди.

Для перевірки міцності огороджувальних конструкцій, які зазнають безпосередньої дії вітру і мають площу менш як 36 м², слід приймати C_d 1, 0.

9.14 Коефіцієнт надійності за граничним розрахунковим значенням вітрового навантаження визначається залежно від заданого середнього періоду повторюваності Т за табл. 9.1.

Таблиця 9.1

Т, років	5
	0, 55	0, 69	0, 77	0, 87	0, 96	1, 00	1, 07	1, 14	1, 22	1, 28	1, 35	1, 45

Проміжні значення коефіцієнта слід визначати лінійною інтерполяцією.

Для об'єктів масового будівництва допускається середній період повторюваності Т приймати таким, що дорівнює встановленому терміну експлуатації конструкції T_ef.

Для об'єктів, що мають підвищений рівень відповідальності, для яких технічним завданням встановлена імовірність Р неперевищення (забезпеченість) граничного розрахункового значення вітрового навантаження протягом встановленого терміну служби, середній період повторюваності граничного розрахункового значення вітрового навантаження обчислюється за формулою

T = T_efK_p, (9.6)

де К_р – коефіцієнт, визначений за табл. 9.2 залежно від імовірності Р.

Таблиця 9.2

Проміжні значення коефіцієнта К_р слід визначати лінійною інтерполяцією.

9.15 Коефіцієнт надійності за експлуатаційним розрахунковим значенням вітрового навантаження визначається за табл. 9.3 залежно від частки часу , протягом якої можуть порушуватися умови другого граничного стану.

Таблиця 9.3

	0, 002	0, 005	0, 01	0, 02	0, 03	0, 04	0, 05	0, 1
	0, 42	0, 33	0, 27	0, 21	0, 18	0, 16	0, 14	0, 09

Проміжні значення коефіцієнта слід визначати лінійною інтерполяцією.

Значення приймається за нормами проектування конструкцій або встановлюється завданням на проектування залежно від їхнього призначення, відповідальності та наслідків виходу за граничний стан. Для об'єктів масового будівництва допускається приймати
= 0, 02.

9.16 При розрахунку кріплень елементів огороджень до несучих конструкцій у кутах споруди і по зовнішньому контуру покриття слід враховувати місцевий від'ємний тиск вітру з аеродинамічним коефіцієнтом С_аеr = –2, розподілений вздовж поверхонь на ширині 1, 5 м. (рис. 9.11).

Рисунок 9.11. Ділянки з підвищеним від'ємним тиском вітру

9.17 При проектуванні високих споруд, відносні розміри яких задовольняють умову
h/d > 7, необхідно додатково виконувати перевірочний розрахунок на вихрове збудження (вітровий резонанс); тут h – висота споруди, d – мінімальний розмір поперечного перерізу, розташованого на рівні 2/3 h.