Расчёт ветровой нагрузки по СП 20.13330: w0, k(ze), пульсация, пример расчёта

Ветровая нагрузка по СП 20.13330.2016: ветровой район и w0, коэффициент высоты и тип местности, аэродинамический коэффициент, пульсационная составляющая, пример с погонной нагрузкой на колонну.

Основную ветровую нагрузку на здание считают по разделу 11 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» с изменениями № 1-6. Нормативное значение — сумма средней и пульсационной составляющих (форм. (11.1)): w = wm + wg. Расчётное получают умножением на коэффициент надёжности по нагрузке γf = 1,4 (п. 11.4). Пульсационную составляющую отбрасывать нельзя: в примере ниже без неё расчётная нагрузка на стену здания высотой 20 м вышла бы на 44 % меньше.

Нормативное ветровое давление w0

По п. 11.1.4 w0 принимается по ветровому району с карты 2 приложения Е по таблице 11.1. Районов восемь, считая район Iа:

Перечня «город — ветровой район» в своде правил нет, район задаётся только картой; по координате площадки его показывает раздел «Ветровой район по координатам». Уточнять w0 по данным местных метеостанций допускается по формуле (11.3): w0 = 0,43 · v50².

Средняя составляющая

wm = w0 · k(ze) · c (форм. (11.2)).

• Эквивалентная высота ze — по п. 11.1.5: для зданий она зависит от высоты h и поперечного размера d.
• Коэффициент k(ze) — по формуле (11.4) k = k10 · (ze/10)2α при ze от 10 м, ниже 10 м — по таблице 11.2 с линейной интерполяцией. Параметры по типу местности (табл. 11.3): А — k10 = 1,0, α = 0,15; В — 0,65 и 0,20; С — 0,4 и 0,25.
• Тип местности — по п. 11.1.6: А — открытые побережья, степи, тундра, сельская местность с постройками ниже 10 м; В — городские территории и лесные массивы с препятствиями выше 10 м; С — городские районы с плотной застройкой выше 25 м. Тип должен сохраняться с наветренной стороны на расстоянии 30h при h < 60 м и 2 км при h > 60 м и может быть разным для разных направлений ветра.
• Аэродинамический коэффициент c — по приложению В.1: знак «плюс» — давление на поверхность, «минус» — отсос.

Пульсационная составляющая

Для сооружений, у которых первая частота собственных колебаний выше предельной (табл. 11.5), wg = wm · ζ(ze) · ν (форм. (11.5)). Коэффициент пульсаций ζ(ze) = ζ10 · (ze/10)−α по формуле (11.6) с ζ10 = 0,76; 1,06; 1,78 для местности А, В, С; ν — коэффициент пространственной корреляции пульсаций по таблицам 11.6 и 11.7. Если частота ниже предельной, нужен динамический расчёт по п. 11.1.8 с коэффициентом динамичности.

Пример: наветренная стена в III районе

Здание в городской застройке (тип местности В), ze = 20 м, c = 0,8, ν = 0,85, шаг колонн 6 м.

1. w0 = 0,38 кПа (III район).
2. k(ze) = 0,65 · (20/10)0,40 = 0,8577.
3. wm = 0,38 · 0,8577 · 0,8 = 0,2607 кПа.
4. ζ(ze) = 1,06 · (20/10)−0,20 = 0,9228.
5. wg = 0,2607 · 0,9228 · 0,85 = 0,2045 кПа.
6. w = 0,2607 + 0,2045 = 0,4652 кПа.
7. wрасч = 1,4 · 0,4652 = 0,6513 кПа; на колонну 0,6513 · 6 = 3,91 кН/м.

Итог: расчётная нагрузка 0,65 кПа (около 66 кгс/м²), нормативная 0,47 кПа. Средняя составляющая без пульсации дала бы 1,4 · 0,2607 = 0,36 кПа — на 44 % меньше. Тот же пример с ходом расчёта открыт на странице калькулятора ветровой нагрузки.

Чего этот расчёт не заменяет

• Аэродинамические коэффициенты зон у углов и края кровли, других форм сооружений — по приложению В; для сооружений повышенного уровня ответственности и форм, не предусмотренных В.1, — по результатам модельных испытаний (п. 11.1.7).
• Пиковую ветровую нагрузку на элементы ограждения (п. 11.2), резонансное вихревое возбуждение и экстремальные ветровые воздействия (п. 11.5) считают отдельно.
• При ze больше 300 м коэффициенты k и ζ норма относит к рекомендациям научно-технического сопровождения.

Частые ошибки

• Берут только среднюю составляющую и умножают её на 1,4.
• Назначают тип местности «по адресу», не проверив застройку с наветренной стороны на расстоянии 30h.
• Забывают район Iа или путают районы снега и ветра: это разные карты приложения Е.

Окончательные значения принимаются в составе проектной документации — с учётом задания, местных условий и решений смежных разделов.

Все статьи блога · Инженерные калькуляторы · Нормативная база · Обсудить на форуме