แรงลม: กฎการคำนวณ คำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญ

2024 ผู้เขียน: Aaron Duncan | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-15 04:32

เมื่อออกแบบอาคารและโครงสร้าง การคำนวณภาระลมจะต้องทำค่อนข้างบ่อย ตัวบ่งชี้นี้คำนวณโดยใช้สูตรพิเศษ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงภาระดังกล่าว เช่น เมื่อเขียนแบบระบบโครงหลังคา การเลือกตำแหน่งและการออกแบบป้ายโฆษณา เป็นต้น

มาตรฐาน SNiP

จริง ๆ แล้ว คำจำกัดความของพารามิเตอร์นี้ให้ SNiP 2.01 07-85. ตามเอกสารนี้ แรงลมควรพิจารณาโดยรวม:

• แรงกดที่กระทำต่อพื้นผิวด้านนอกของโครงสร้างของโครงสร้างหรือองค์ประกอบ
• แรงเสียดทานพุ่งตรงไปยังพื้นผิวของโครงสร้าง หมายถึงพื้นที่ของการฉายภาพในแนวตั้งหรือแนวนอน
• แรงกดปกติที่พื้นผิวด้านในของอาคารที่มีซองอาคารที่ซึมเข้าไปได้หรือช่องเปิด

วิธีตรวจสอบ

เมื่อคำนวณแรงลม จะพิจารณาสองพารามิเตอร์หลัก:

• ส่วนประกอบโดยเฉลี่ย
• เร้าใจ

โหลดถูกกำหนดเป็นผลรวมของพารามิเตอร์สองตัวนี้

ส่วนประกอบโดยเฉลี่ย: สูตรพื้นฐาน

หากไม่คำนึงถึงแรงลมระหว่างการออกแบบ จะส่งผลเสียอย่างมากต่อประสิทธิภาพของอาคารหรือโครงสร้างในภายหลัง องค์ประกอบเฉลี่ยคำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:

W=Wok.

ที่นี่ W คือค่าที่คำนวณได้ของแรงลมที่ความสูง z เหนือพื้นผิวโลก Wo คือค่ามาตรฐาน k คือค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงความดันตามความสูง ข้อมูลเริ่มต้นทั้งหมดจากสูตรนี้พิจารณาจากตาราง

บางครั้งพารามิเตอร์ c ก็ถูกใช้ในการคำนวณเช่นกัน - ค่าสัมประสิทธิ์แอโรไดนามิก สูตรในกรณีนี้มีลักษณะดังนี้: W=Wokс.

ค่าปกติ

หากต้องการทราบว่าพารามิเตอร์นี้คืออะไร คุณต้องใช้ตารางภูมิภาคสำหรับโหลดลมของสหพันธรัฐรัสเซีย มีเพียงแปดคนเท่านั้น ตารางโหลดลม (การพึ่งพาค่า Wo ในภูมิภาคเฉพาะของรัสเซีย) แสดงไว้ด้านล่าง

สำหรับพื้นที่ที่มีการศึกษาน้อยของประเทศ เช่นเดียวกับพื้นที่ภูเขา พารามิเตอร์ SNiP นี้ช่วยให้คุณกำหนดตามสถานีตรวจอากาศที่จดทะเบียนอย่างเป็นทางการ และขึ้นอยู่กับประสบการณ์การดำเนินงานของอาคารและโครงสร้างที่มีอยู่ ในกรณีนี้จะใช้สูตรพิเศษในการกำหนดค่ามาตรฐานของแรงลม หน้าตาเป็นแบบนี้

Wo=0.61 V2o.

ที่นี่ V2o - ความเร็วลมเป็นเมตรต่อวินาทีที่ระดับ 10 ม. ซึ่งสอดคล้องกับช่วงเวลาเฉลี่ย 10นาทีและเกินทุกๆ 5 ปี

สัมประสิทธิ์ k ถูกกำหนดอย่างไร

นอกจากนี้ยังมีตารางพิเศษสำหรับพารามิเตอร์นี้ เมื่อพิจารณาถึงประเภทของพื้นที่ที่ควรคำนึงถึงการก่อสร้างโครงสร้างหรืออาคาร มีสามคน:

1. ประเภท "A" - พื้นที่เปิดโล่ง: ชายฝั่งทะเล ทะเลสาบและแม่น้ำ สเตปป์ ทะเลทราย ทุ่งทุนดรา ป่าสเตปป์
2. ประเภท "B" - ภูมิประเทศที่ปกคลุมด้วยสิ่งกีดขวางสูงถึง 10 เมตร: พื้นที่ในเมือง ป่าไม้ ฯลฯ
3. ประเภท "C" - พื้นที่ในเมืองที่มีอาคารสูงกว่า 25 เมตร

ประเภทของพื้นที่ก่อสร้างถูกกำหนดโดยคำนึงถึงข้อกำหนดของ SNiP ด้วย สิ่งนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบ อาคารใดๆ ให้ถือว่าตั้งอยู่ในท้องที่ประเภทใดประเภทหนึ่ง ถ้าหลังนั้นตั้งอยู่ทางด้านลมของอาคารในระยะทาง 30 ชม. h คือความสูงของการออกแบบของโครงสร้างสูงสุด 60 ม. ด้วยความสูงของอาคารที่สูงขึ้น ประเภทของภูมิประเทศจะถือว่าแน่นอนหากอยู่ห่างจากด้านลมอย่างน้อย 2 กม.

วิธีคำนวณโหลดกระเพื่อม

ตามปริมาณลม SNiP ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ควรพิจารณาเป็นผลรวมของมาตรฐานเฉลี่ยและจังหวะ ค่าของพารามิเตอร์สุดท้ายขึ้นอยู่กับประเภทของโครงสร้างและคุณสมบัติของการออกแบบ ในเรื่องนี้พวกเขาแยกแยะ:

• โครงสร้างที่มีความถี่การสั่นตามธรรมชาติเกินค่าจำกัดที่ตั้งไว้ (ปล่องไฟหอคอย, เสากระโดง, อุปกรณ์ประเภทเสา);
• โครงสร้างหรือองค์ประกอบของการก่อสร้าง ซึ่งเป็นระบบที่มีอิสระระดับหนึ่ง (กรอบขวางของอาคารอุตสาหกรรมชั้นเดียวในแนวขวาง หอเก็บน้ำ ฯลฯ);

สมมาตรในแง่ของอาคาร

สูตรสำหรับโครงสร้างประเภทต่างๆ

สำหรับโครงสร้างประเภทแรก เมื่อกำหนดภาระลมเป็นจังหวะ จะใช้สูตร:

W_p=WGV.

ที่นี่ W คือภาระมาตรฐานที่กำหนดโดยสูตรที่แสดงด้านบน G คือสัมประสิทธิ์การเต้นของแรงดันที่ความสูง z, V คือสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์การเต้น พารามิเตอร์สองตัวสุดท้ายถูกกำหนดโดยตาราง

สำหรับโครงสร้างที่มีความถี่การแกว่งตามธรรมชาติเกินค่าจำกัดที่กำหนดไว้ จะใช้สูตรต่อไปนี้ในการพิจารณาภาระลมที่เต้นเป็นจังหวะ:

W_p=WQG.

ที่นี่ Q คือสัมประสิทธิ์ไดนามิกที่กำหนดจากแผนภาพ (แสดงด้านล่าง) ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ E ซึ่งคำนวณโดยสูตร E=√RW/940f (R คือปัจจัยความปลอดภัยของโหลด f คือความถี่ของการแกว่งตามธรรมชาติ) และความผันผวนของการลดลอการิทึม พารามิเตอร์สุดท้ายเป็นค่าคงที่และยอมรับสำหรับ:

• สำหรับอาคารโครงเหล็กเป็น 0.3;
• สำหรับเสากระโดง ไลเนอร์ ฯลฯ เป็น 0.15.

สำหรับอาคารสมมาตร แรงลมที่เต้นเป็นจังหวะคำนวณโดยสูตร:

• W_p=mQNY.

ที่นี่ Q คือสัมประสิทธิ์ไดนามิก m คือมวลของโครงสร้างที่ความสูง z Y คือการสั่นสะเทือนในแนวนอนของโครงสร้างที่ระดับ z ตามรูปแบบแรก N ในสูตรนี้เป็นสัมประสิทธิ์พิเศษ ซึ่งสามารถกำหนดได้โดยการแบ่งโครงสร้างออกเป็น r ก่อน จำนวนส่วนภายในขอบเขตที่มีแรงลมคงที่ และใช้สูตรพิเศษ

อีกทาง

คุณสามารถคำนวณภาระลมโดยใช้วิธีการที่แตกต่างกันเล็กน้อย ในกรณีนี้ คุณต้องกำหนดแรงดันลมก่อนโดยใช้สูตร:

(Psf)=.00256V^2.

นี่คือความเร็วลม (เป็น mph)

จากนั้นคุณควรคำนวณสัมประสิทธิ์การลาก จะเท่ากับ:

• 1.2 - สำหรับโครงสร้างแนวตั้งยาว
• 0.8 - สำหรับเส้นแนวตั้งสั้นๆ;
• 2.0 - สำหรับโครงสร้างแนวนอนยาว
• 1.4 - สำหรับตัวสั้น (เช่น ส่วนหน้าของอาคาร)

ต่อไป คุณต้องใช้สูตรทั่วไปสำหรับแรงลมบนอาคารหรือโครงสร้าง:

F=APCd.

ที่นี่ A คือพื้นที่ P คือความดันลม Cd คือค่าสัมประสิทธิ์การลาก

คุณสามารถใช้สูตรที่ซับซ้อนกว่านี้เล็กน้อย:

F=APCdKzGh.

เมื่อใช้ ปัจจัยการเปิดเผย K_z b และความไวของลมกระโชกแรง G_{h จะถูกนำมาพิจารณาเพิ่มเติมด้วย อันแรกคำนวณเป็น z/33]^(2/7,วินาที - 65+60 / (h/33)^ (1/7) ในสูตรเหล่านี้ z คือความสูงจากพื้นถึงกึ่งกลางของโครงสร้าง h คือความสูงทั้งหมดของส่วนหลัง}

คำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญ

ในการคำนวณภาระลม วิศวกรมักแนะนำให้ใช้โปรแกรม MS Excel และ OOo Calc ที่รู้จักกันดีจากแพ็คเกจ Open Office ขั้นตอนการใช้ซอฟต์แวร์นี้ เช่น

• Excel ถูกเปิดใช้งานในชีต "พลังงานลม"
• ความเร็วลมถูกบันทึกในเซลล์ D3;
• เวลาอยู่ใน D5;
• พื้นที่การไหลของอากาศ - ใน D6;
• ความหนาแน่นของอากาศหรือความถ่วงจำเพาะ - ใน D7;
• ประสิทธิภาพกังหันลม - ใน D8

มีวิธีอื่นๆ ในการใช้ซอฟต์แวร์นี้กับอินพุตอื่นๆ ไม่ว่าในกรณีใด การใช้ MS Excel และ OOo Calc ในการคำนวณภาระลมของอาคารและโครงสร้างตลอดจนโครงสร้างส่วนบุคคลจะสะดวกมาก