Как рассчитать ветровую нагрузку на опору освещения
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.
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:
w = wm + wg,
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:
wm = w0 · k(ze) · c.
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.
- 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.
Программы и формулы для расчета ветровой нагрузки
Программы для расчета ветровой нагрузки
- SCAD Office, программа ВЕСТ — позволяет вести подсчет ветровой нагрузки на здание.
- Инженерный калькулятор, Лира — платная программа, есть демо-версия
- Программа ветрового расчета
Формулы для расчета ветровой нагрузки
Источник: СНиП 2.
01.07-85 (с изм. 1 1993)
Давление ветровой нагрузки определяется по формуле:
Wm = W0kc
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.
W0 = 0,61V02
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.
| Ветровые районы СССР | Ia | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Wo,кПа(кгс/м3) |
0,17 (23) |
0,23 (23) |
0,30 (30) |
0,38 (38) |
0,48 (48) |
0,60 (60) |
0. (73) |
0,85 (85) |
Таблица 2.
| Высота z,м | коэффициент k для типов местности | ||
| A | B | C | |
| < 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,5 | 1,1 | 0,8 |
| 60 | 1,7 | 1,3 | 1 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 10 | 2 | 1,6 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,9 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,1 | 1,8 |
| 250 | 2,652 | 2,3 | 2 |
| 300 | 2,75 | 2,5 | 2,2 |
| 350 | 2,75 | 2,35 | |
| >480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
Таблица 3.
| Высота z,м | Коэффициент пульсаций давления ветра z для типов местности | ||
| A | B | C | |
| £ 5 | 0,85 | 1,22 | 1,78 |
| 10 | 0,76 | 1,06 | 1,78 |
| 20 | 0,69 | 0,92 | 1,5 |
| 40 | 0,62 | 0,8 | 1,26 |
| 60 | 0,58 | 0,74 | 1,14 |
| 80 | 0,56 | 0,7 | 1,06 |
| 100 | 0,54 | 0,67 | 1 |
| 150 | 0,51 | 0,62 | 0,9 |
| 200 | 0,49 | 0,58 | 0,84 |
| 250 | 0,47 | 0,8 | |
| 300 | 0,46 | 0,54 | 0,76 |
| 350 | 0,46 | 0,52 | 0,73 |
| ³ 480 | 0,46 | 0,5 | 0,68 |
Таблица 4.
Определение аэродинамического коэффициента для разных типов сооружений
4.1. Сфера
| b, град | 0 | 15 | 3 | 45 | 60 | 75 | 90 |
| с | 1 | 0,8 | 0,4 | -0,2 | -0,8 | -1,2 | -1,25 |
| b, град | 105 | 120 | 135 | 150 | 175 | 180 | |
| с | -1 | -0,6 | -0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,4 |
4.
2. Призматические сооружения
| l | 5 | 10 | 20 | 35 | 50 | 100 | беск. |
| k | 0,6 | 0,65 | 0,75 | 0,85 | 0,9 | 0,95 | 2 |
Пример расчета ветровой нагрузки:
Для трубы диаметром D=500 мм, высотой h=1000 мм, расположенной на высоте 10 м. Скорость ветра v0=8 м/с. Местность-город.
W = W0kc = (0,61*64)*0,65*0,75 = 19,032 (кПа)
Калькулятор ветровой нагрузки | Какую силу производит ветер?
Создано Филиппом Маусом
Отзыв Ханны Памулы, кандидата наук и Джека Боуотера
Последнее обновление: 01 октября 2022 г.
- Ветер: друг и враг
- Какова ветровая нагрузка на конструкцию?
- Как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки?
Калькулятор ветровой нагрузки позволяет вам рассчитать силу ветра на любую конструкцию . Будь то крыша, вывеска или стальная конструкция, с помощью этого калькулятора силы ветра вы можете определить создаваемое на нее ветровое давление в зависимости от скорости ветра, что поможет вам убедиться, что она достаточно прочная, чтобы выдержать даже самый сильный шторм.
Ветер: друг и враг
Всякий раз, когда люди возводят строение, бушует вечная битва против природы, чтобы оно не устояло. Эрозия постепенно разрушает наши конструкции, крыши рушатся под тяжестью снега, а наводнения и пожары могут свести на нет всю работу вашей жизни за считанные секунды.
Но одним из самых разрушительных элементов является тот, на который мы полностью полагаемся для нашего выживания: воздух.
Только в 2019 году ураганы нанесли ущерб на сумму более 40 миллиардов долларов и многочисленные отключения электроэнергии. Чрезмерная ветровая нагрузка на крыши разрушает здания и подвергает опасности жизни людей. Но не волнуйтесь, этот калькулятор силы ветра поможет вам оценить ветровую нагрузку, воздействующую на любую конструкцию, в зависимости от скорости ветра и площади поверхности конструкции. Таким образом, вы можете убедиться, что неустойчивая крыша, окно или вывеска угрожают вашим близким и вашему имуществу.
И, возможно, зная, что ветер не причинит вам вреда, вы можете использовать его и создавать устойчивую, чистую и дешевую энергию с помощью собственного ветряного двигателя (дополнительную информацию см. на калькуляторе ветряного двигателя). Или используйте его для забавных упражнений, таких как виндсерфинг или еще более сложный кайтсерфинг. Мы прикроем вашу спину с помощью нашего калькулятора для виндсерфинга и кайтбординга.
Какова ветровая нагрузка на конструкцию?
Сила удара частиц воздуха о поверхность известна как ветровая нагрузка на конкретную конструкцию.
Чтобы рассчитать точную силу, нам нужно больше информации о ветре и конструкции: 9\circ~\mathrm{F}59∘ F на уровне моря. Эти условия известны как стандартные температура и давление (STP). Если вы живете в месте с существенно отличающимися условиями, мы рекомендуем использовать калькулятор плотности воздуха, чтобы определить вашу плотность воздуха и соответствующим образом изменить значение в этом калькуляторе.
Ветровая нагрузка также зависит от
С учетом всех этих факторов калькулятор ветрового давления определяет динамическое давление и ветровую нагрузку:
Динамическое давление = 0,5 * Плотность воздуха * Скорость ветра²
Ветровая нагрузка = Динамическое давление * Эффективная поверхность = Динамическое давление * Всего поверхность * sin(угол)
Калькулятор уклона крыши
Узнайте больше об уклоне крыши из нашего специального инструмента, калькулятора уклона крыши.
Как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки?
Здесь мы покажем вам, как пользоваться калькулятором ветровой нагрузки.
Установите характеристики ветра, а именно скорость ветра и плотность воздуха. Плотность воздуха по умолчанию должна быть адекватной, если только вы не живете в очень жарком, холодном или возвышенном месте. В этом случае вы можете определить плотность воздуха с помощью инструмента, связанного с полем плотности воздуха в калькуляторе, и соответствующим образом изменить значение.
Введите важные значения вашей конструкции: общую площадь поверхности и угол. Если у вас есть проблемы с определением площади вашей конструкции, вам может помочь калькулятор площади. Угол находится между горизонтом и вашей структурой, так что это шаг для крыши.
Калькулятор силы ветра покажет ожидаемое давление ветра. Таким образом, вы можете оценить ветровую нагрузку на свою крышу и безопасно спланировать строительство без риска обрушения во время бури.
Philip Maus
Окружающая среда
Скорость ветра
Плотность воздуха
Плотность воздуха по умолчанию соответствует температуре 15°C/59°F на уровне моря. Если вам нужно изменить это значение, воспользуйтесь нашим калькулятором плотности воздуха.
Нагруженный объект
Площадь поверхности
Угол поверхности
Динамическое давление и ветровая нагрузка
Динамическое давление
Ветровая нагрузка
Посмотреть 83 похожих калькулятора классической механики ⚙️
УскорениеУгол поворота Угол наклона… 80 подробнее
Ветровая нагрузка и скорость ветра
Когда движущийся воздух — ветер — останавливается поверхностью — динамическая энергия ветра преобразуется в давление. The pressure acting the surface transforms to a force
F w = p d A
= 1/2 ρ v 2 A (1)
where
F ш = сила ветра (Н)
A = площадь поверхности (м 2 )
p d = динамическое давление (Па)
ρ890 плотности воздуха )
v = скорость ветра (м/с)
Примечание — на практике сила ветра, действующая на объект, создает более сложные силы за счет сопротивления и других эффектов.
Калькулятор ветровой нагрузки
плотность воздуха (кг/м 3 )
Скорость ветра (м/с)
Площадь (M 2 )
| Скорость ветра (M/S) | Скорость ветра (M/S) | Скорость ветра (M/S) | . (Pa) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0.6 | ||
| 2 | 2.4 | ||
| 3 | 5.4 | ||
| 4 | 9.6 | ||
| 5 | 15 | ||
| 6 | 22 | ||
| 7 | 29 | ||
| 8 | 38 | ||
| 9 | 49 | ||
| 10 | 60 | ||
| 11 | 73 | ||
| 12 | 86 | ||
| 13 | 101 | ||
| 14 | 118 | ||
| 15 | 135 | ||
| 16 | 154 | ||
| 17 | 173 | ||
| 18 | 194 | ||
| 19 | 217 | ||
| 20 | 240 | ||
| 21 | 265 | ||
| 22 | 290 | ||
| 23 | 317 | ||
| 24 | 346 | ||
| 25 | 375 | ||
| 26 | 406 | ||
| 27 | 437 | ||
| 28 | 470 | ||
| 29 | 505 | ||
| 30 | 540 | ||
| 31 | 577 | ||
| 32 | 614 | ||
| 33 | 653 | ||
| 34 | . 0209 | 778 | |
| 37 | 821 | ||
| 38 | 866 | ||
| 39 | 913 | ||
| 40 | 960 | ||
| 41 | 1009 | ||
| 42 | 1058 | ||
| 43 | 1109 | ||
| 44 | 1162 | ||
| 45 | 1215 | ||
| 46 | 1270 | ||
| 47 | 1325 | ||
| 48 | 1382 | ||
| 49 | 1441 | ||
| 50 | 1500 |
1) density of air 1.2 kg/ m 3
- 1 m/s = 3.6 km/h = 196.85 ft/min = 2.237 mph
- 1 Pa = 1 N/m 2 = 1.4504×10 -4 фунтов на квадратный дюйм (фунт/дюйм 2 )
Пример – ураганная ветровая нагрузка, действующая на поверхность стены
Ураган со скоростью ветра 35 м/с действует на стену 10 м 2 .