Д.1 Аэродинамические коэффициенты
Д.1.1 Отдельностоящие плоские сплошные конструкции
Отдельностоящие плоские сплошные конструкции на земле (стены, заборы и т.д.)
Для различных участков конструкций (рисунок Д.1) коэффициент сх определяется по таблице Д.1;
ze = h.
Рисунок Д.1
Таблица Д.1
Участки плоских сплошных конструкций на земле (см. рисунок Д.1) |
|||
А |
В |
С |
D |
2,1 |
1,8 |
1,4 |
1,2 |
Рекламные щиты
Для рекламных щитов, поднятых над землей на высоту не менее d/4 (рисунок Д.2): сх = 2,5kl, где kl — определено в Д.1.15.
Рисунок Д.2
Равнодействующую нагрузку, направленную по нормали к плоскости щита, следует прикладывать на высоте его геометрического центра с эксцентриситетом в горизонтальном направлении е = ± 0,25b.
ze = zg + d/2.
Д.1.2 Прямоугольные в плане здания с двускатными покрытиями
Вертикальные стены прямоугольных в плане зданий
Таблица Д.2
Боковые стены |
Наветренная стена |
Подветренная стена |
||
Участки |
||||
А |
В |
С |
D |
Е |
-1,0 |
-0,8 |
-0,5 |
0,8 |
-0,5 |
Для наветренных, подветренных и различных участков боковых стен (рисунок Д.3) аэродинамические коэффициенты се приведены в таблице Д.2.
Для боковых стен с выступающими лоджиями аэродинамический коэффициент трения сf = 0,1.
Рисунок Д.3
Двускатные покрытия
Для различных участков покрытия (рисунок Д.4) коэффициент се определяется по таблицам Д.3, а и Д.3, б в зависимости от направления средней скорости ветра.
Для углов 15° £ b £ 30° при a = 0° необходимо рассмотреть два варианта распределения расчетной ветровой нагрузки.
Для протяженных гладких покрытий при a = 90° (рисунок Д.4, б) аэродинамические коэффициенты трения сf = 0,02.
Рисунок Д.4
Таблица Д.3а
- a
Уклон b |
F |
G |
Н |
I |
J |
15° |
-0,9 |
-0,8 |
-0,3 |
-0,4 |
-1,0 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|||
30° |
-0,5 |
-0,5 |
-0,2 |
-0,4 |
-0,5 |
0,7 |
0,7 |
0,4 |
|||
45° |
0,7 |
0,7 |
0,6 |
-0,2 |
-0,3 |
60° |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
-0,2 |
-0,3 |
75° |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
-0,2 |
-0,3 |
Таблица Д.3б
- a
Уклон b |
F |
С |
Н |
I |
0° |
-1,8 |
-1,3 |
-0,7 |
-0,5 |
15° |
-1,3 |
-1,3 |
-0,6 |
-0,5 |
30° |
-1,1 |
-1,4 |
-0,8 |
-0,5 |
45° |
-1,1 |
-1,4 |
-0,9 |
-0,5 |
60° |
-1,1 |
-1,2 |
-0,8 |
-0,5 |
75° |
-1,1 |
-1,2 |
-0,8 |
-0,5 |
Д.1.3 Прямоугольные в плане здания со сводчатыми и близкими к ним по очертанию покрытиями
Рисунок Д.5
Примечание — При 0,2 £ f/d £ 0,3 и hl/l ³ 0,5 необходимо учитывать два значения коэффициента се1.
Распределение аэродинамических коэффициентов по поверхности покрытия приведено на рисунке Д.5.
Аэродинамические коэффициенты для стен принимаются в соответствии с таблицей Д.2.
При определении эквивалентной высоты (11.1.5) и коэффициента v в соответствии с 11.1.1: h = h1 + 0,7f.
Д.1.4 Круглые в плане здания с купольными покрытиями
Значения коэффициентов се в точках А и С, а также в сечении ВВ приведены на рисунке Д.6. Для промежуточных сечений коэффициенты се определяются линейной интерполяцией.
При определении эквивалентной высоты (11.1.5) и коэффициента v в соответствии с 11.1.1: h = h1 + 0,7f.
Рисунок Д.6
Д.1.5 Здания с продольными фонарями
Рисунок Д.7
Для участков А и В (рисунок Д.7) коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.
Для фонарей участка С при l £ 2 сх = 0,2; при 2 £ l £ 8 для каждого фонаря сх = 0,1l; при l > 8 сх = 0,8, здесь l = a/hf.
Для остальных участков покрытия се = -0,5.
Для вертикальных поверхностей и стен зданий коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицей Д.2.
При определении эквивалентной высоты zе (11.1.5) и коэффициента v (11.1.1) h = h1.
Д.1.6 Здания с зенитными фонарями
Рисунок Д.8
Для наветренного фонаря коэффициент се следует определять в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.
Для остальных фонарей коэффициенты сх определяются так же, как и для участка С (раздел Д.1.5).
Для остальной части покрытия се = -0,5.
Для вертикальных поверхностей и стен зданий коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицей Д.2.
При определении эквивалентной высоты ze (11.1.5) и коэффициента v (11.1.1) h = h1.
Д.1.7 Здания с шедовыми покрытиями
Рисунок Д.9
Для участка А коэффициент се следует определять в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.
Для остальной части покрытия се = -0,5.
Для вертикальных поверхностей и стен зданий коэффициенты се следует определять в соответствии с таблицей Д.2.
При определении эквивалентной высоты ze (11.1.5) и коэффициента v (11.1.1) h = h1.
Д.1.8 Здания с уступами
Рисунок Д.10
Для участка С коэффициент се = 0,8.
Для участка А коэффициент се следует принимать в соответствии с таблицей Д.2.
Для участка В коэффициент се следует определять линейной интерполяцией.
Для остальных вертикальных поверхностей коэффициент се необходимо определять в соответствии с таблицей Д.2.
Для покрытия зданий коэффициенты се определяются в соответствии с таблицами Д.3, а и Д.3, б.
Д.1.9 Здания, постоянно открытые с одной стороны
Рисунок Д.11
При проницаемости ограждения m £ 5 % сi1 = ci2 = ± 0,2. Для каждой стены здания знак «плюс» или «минус» следует выбирать из условия реализации наиболее неблагоприятного варианта нагружения.
При m ≥ 30 % сi1 = -0,5; ci2 = 0,8.
Коэффициент се на внешней поверхности следует принимать в соответствии с таблицей Д.2.
Примечание — Проницаемость ограждения m следует определять как отношение суммарной площади имеющихся в нем проемов к полной площади ограждения.
Д.1.10 Навесы
Аэродинамические коэффициенты се для четырех типов навесов (рисунок Д.12) без сплошностенчатых вертикальных ограждающих конструкций определяются по таблице Д.4.
Рисунок Д.12
Таблица Д.4
Тип схемы |
a, град |
Значения коэффициентов |
|||
ce1 |
ce2 |
ce3 |
ce4 |
||
I |
10 |
0,5 |
-1,3 |
-1,1 |
0 |
20 |
1,1 |
0 |
0 |
-0,4 |
|
30 |
2,1 |
0,9 |
0,6 |
0 |
|
II |
10 |
0 |
-1,1 |
-1,5 |
0 |
20 |
1,5 |
0,5 |
0 |
0 |
|
30 |
2 |
0,8 |
0,4 |
0,4 |
|
III |
10 |
1,4 |
0,4 |
— |
— |
20 |
1,8 |
0,5 |
— |
— |
|
30 |
2,2 |
0,6 |
— |
— |
|
IV |
10 |
1,3 |
0,2 |
— |
— |
20 |
1,4 |
0,3 |
— |
— |
|
30 |
1,6 |
0,4 |
— |
— |
|
Примечания 1 Коэффициенты се1, се2, се3, се4 соответствуют суммарному давлению на верхнюю и нижнюю поверхности навесов. 2 Для отрицательных значений се1, се2, се3, се4 направление давления на схемах следует изменять на противоположное. 3 Для навесов с волнистыми покрытиями аэродинамический коэффициент трения cf = 0,04. |
Д.1.11 Сфера
Рисунок Д.13
Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления сх сферы при zg > d/2 (рисунок Д.13) приведены на рисунке Д.14 в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости d = D/d, где D, м, — шероховатость поверхности (см. Д.1.15). При zg < d/2 коэффициент сх следует увеличить в 1,6 раза.
Коэффициент подъемной силы сферы сz принимается равным:
при zg > d/2 — cz = 0;
при zg < d/2 — сz = 0,6.
Опечатка
Эквивалентная высота (11.1.5) ze = zg + d/2.
При определении коэффициента v в соответствии с 11.1.11 следует принимать
b = h = 0,7d.
Число Рейнольдса Re определяется по формуле
где d, м, — диаметр сферы;
w0, Па, — определяется в соответствии с 11.1.4;
ze, м, — эквивалентная высота;
k(ze) — определяется в соответствии с 11.1.6;
- gf
Рисунок Д.14
Д.1.12 Сооружения и конструктивные элементы с круговой цилиндрической поверхностью
Аэродинамический коэффициент се1 внешнего давления определяется по формуле
ce1 = kl1cb,
где kl1 = 1 при сb > 0; для сb < 0 — kl1 = kl, определено в Д.1.15.
Распределение коэффициентов сb по поверхности цилиндра при d = D/d < 5×10-4 (см. Д.1.16) приведено на рисунке Д.16 для различных чисел Рейнольдса Re. Значение указанных на этом рисунке углов bmin и bb, а также соответствующее им значение коэффициентов сmin и сb приведены в таблице Д.5.
Значения аэродинамических коэффициентов давления се2 и сi (рисунок Д.14) приведены в таблице Д.6. Коэффициент сi следует учитывать для опущенного покрытия («плавающая кровля»), а также при отсутствии покрытия.
Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления определяются по формуле
cX = klcx¥,
где kl — определено в Д.1 в зависимости от относительного удлинения сооружения (см. Д.1.15). Значения коэффициентов cx¥ приведены на рисунке Д.17 в зависимости от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости D = d/d (см. Д.1.16).
Рисунок Д.15
Рисунок Д.16
Таблица Д.5
Re |
bmin |
cmin |
bb |
cb |
5×105 |
85 |
-2,2 |
135 |
-0,4 |
2×106 |
80 |
-1,9 |
120 |
-0,7 |
107 |
75 |
-1,5 |
105 |
-0,8 |
Таблица Д.6
h/d |
1/6 |
1/4 |
1/2 |
1 |
2 |
³ 5 |
ce2, ci |
-0,5 |
-0,55 |
-0,7 |
-0,8 |
-0,9 |
-1,05 |
Рисунок Д.17
Для проводов и тросов (в том числе покрытых гололедом) сх = 1,2.
Аэродинамические коэффициенты наклонных элементов (рисунок Д.18) определяются по формуле
схb = cхsin2bsin2q.
где сх — определяется в соответствии с данными рисунка Д.17;
ось х параллельна скорости ветра V;
ось z направлена вертикально вверх;
- bXYи осью х;
- qz.
Рисунок Д.18
При определении коэффициента v в соответствии с 11.1.1:
b = 0,7d; h = h1 + 0,7f.
Число Рейнольдса Re определяется по формуле, приведенной в Д.1.11, где zе = 0,8h для вертикально расположенных сооружений;
ze равно расстоянию от поверхности земли до оси горизонтально расположенного сооружения.
Д.1.13 Призматические сооружения
Опечатка
Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления призматических сооружений определяются по формуле
cX = klcX¥,
где kl определено в Д.1.15 в зависимости от относительного удлинения сооружения lе.
Значения коэффициента cX¥ для прямоугольных сечений приведены на рисунке Д.19, а для n-угольных сечений и конструктивных элементов (профилей) — в таблице Д.7.
Таблица Д.7
Эскизы сечений и направлений ветра |
b, град. |
п (число сторон) |
cx¥ при Re > 4×105 |
Правильный многоугольник
|
Произвольный |
5 |
1,8 |
6 — 8 |
1,5 |
||
10 |
1,2 |
||
12 |
1,0 |
Рисунок Д.19
Д.1.14 Решетчатые конструкции
Аэродинамические коэффициенты решетчатых конструкций отнесены к площади граней пространственных ферм или площади контура плоских ферм.
Направление оси х для плоских ферм совпадает с направлением ветра и перпендикулярно плоскости конструкции; для пространственных ферм расчетные направления ветра показаны в таблице Д.8.
Аэродинамические коэффициенты сх отдельностоящих плоских решетчатых конструкций определяются по формуле
где cxi — аэродинамический коэффициент i-го элемента конструкций, определяемый в соответствии с указаниями Д.1.13 для профилей и Д.1.12, в для трубчатых элементов; при этом kl = 1;
Ai — площадь проекции i-го элемента конструкции;
Аk — площадь, ограниченная контуром конструкции.
Рисунок Д.20
Ряд плоских параллельно расположенных решетчатых конструкций
Рисунок Д.21
Для наветренной конструкции коэффициент cxl определяется так же, как и для отдельностоящей фермы.
Для второй и последующих конструкций сх2 = сх1h.
Для ферм из профилей из труб при Re < 4×105 коэффициент h определяется по таблице Д.8 в зависимости от относительного расстояния между фермами b/h (рисунок Д.19) и коэффициента проницаемости ферм
Таблица Д.8
j |
b/h |
||||
1/2 |
1 |
2 |
4 |
6 |
|
0,1 |
0,93 |
0,99 |
1 |
1 |
1 |
0,2 |
0,75 |
0,81 |
0,87 |
0,9 |
0,93 |
0,3 |
0,56 |
0,65 |
0,73 |
0,78 |
0,83 |
0,4 |
0,38 |
0,48 |
0,59 |
0,65 |
0,72 |
0,5 |
0,19 |
0,32 |
0,44 |
0,52 |
0,61 |
0,6 |
0 |
0,15 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
Для ферм из труб при Re ³ 4×105 h = 0,95.
Примечание — Число Рейнольдса Re следует определять по формуле в подразделе Д.1.11, где d — средний диаметр трубчатых элементов.
Решетчатые башни и пространственные фермы
Рисунок Д.22
Аэродинамические коэффициенты сl решетчатых башен и пространственных ферм определяются по формуле
сl = сх(1 + h)k1,
где сх — определяется так же, как и для отдельностоящей фермы;
- h
Значения коэффициента k1 приведены в таблице Д.9.
Таблица Д.9
Форма контура поперечного сечения и направление ветра |
k1 |
|
1 |
|
0,9 |
|
1,2 |
Д.1.15 Учет относительного удлинения
Значения коэффициента kl в зависимости от относительного удлинения lе элемента или сооружения приведены на рисунке Д.23. Относительное удлинение le зависит от параметра l = l/b и определяется по таблице Д.10; степень проницаемости
Рисунок Д.23
Таблица Д.10
|
||
|
|
|
Примечание — l, b — соответственно максимальный и минимальный размеры сооружения или его элемента в плоскости, перпендикулярной направлению ветра. |
Д.1.16 Учет шероховатости внешней поверхности
Значения коэффициента D, характеризующего шероховатость поверхностей конструкций, в зависимости от их обработки и материала, из которого они изготовлены, приведены в таблице Д.11.
Таблица Д.11
Тип поверхности |
Относительная шероховатость d, мм |
Тип поверхности |
Относительная шероховатость d, мм |
Стекло |
0,0015 |
Оцинкованная сталь |
0,2 |
Полированный металл |
0,002 |
Шлифованный бетон |
0,2 |
Тонкомолотая масляная краска |
0,006 |
Шероховатый бетон |
1,0 |
Распыленная краска |
0,02 |
Ржавчина |
2,0 |
Литейный чугун |
0,2 |
Каменная кладка |
3,0 |
Д.1.17 Пиковые значения аэродинамических коэффициентов для прямоугольных в плане зданий
а) Для стен прямоугольных в плане зданий пиковое положительное значение аэродинамического коэффициента ср,+ = 1,2.
б) Пиковые значения отрицательного аэродинамического коэффициента ср,— для стен и плоских покрытий (рисунок Д.24) приведены в таблице Д.12.
Таблица Д.12
Участок |
А |
В |
С |
D |
Е |
сp,- |
-2,2 |
-1,2 |
-3,4 |
-2,4 |
-1,5 |
Рисунок Д.24
Д.2 Резонансное вихревое возбуждение
Д.2.1 Для однопролетных сооружений и конструктивных элементов интенсивность воздействия F(z), действующего при резонансном вихревом возбуждении по i-й собственной форме в направлении, перпендикулярном средней скорости ветра, определяется по формуле
Н/м, (Д.2.1)
где d, м, — размер сооружения или конструктивного элемента в направлении, перпендикулярном средней скорости ветра;
Vcr,i, м/с, — см. 11.3.2;
сy,cr — аэродинамический коэффициент поперечной силы при резонансном вихревом возбуждении;
- d
- dd
z — координата, изменяющаяся вдоль оси сооружения;
ji(z) — i-я форма собственных колебаний в поперечном направлении, удовлетворяющая условию
max[j(z)] = 1. (Д.2.2)
Примечание — Воздействие при резонансном вихревом возбуждении (в первую очередь высотных зданий) рекомендуется уточнить на основе данных модельных аэродинамических испытаний.
Д.2.2 Аэродинамические коэффициенты су поперечной силы определяются следующим образом:
а) Для круглых поперечных сечений су = 0,3.
б) Для прямоугольных поперечных сечений при b/d > 0,5:
cy = 1,1 для Vcr,i/Vmax(zэк) < 0,8;
су = 0,6 для Vcr,i/Vmax(zэк) ³ 0,8,
здесь b — размер сооружения в направлении средней скорости ветра.
При b/d £ 0,5 расчет на резонансное вихревое возбуждение допускается не проводить.
Д.2.3 При расчете сооружения на резонансное вихревое возбуждение наряду с воздействием (Д.2.1) необходимо учитывать также действие ветровой нагрузки, параллельной средней скорости ветра. Средняя wm,cr и пульсационная wp,cr составляющие этого воздействия определяются по формулам:
wm,cr = (Vcr/Vmax)2wm; wp,cr = (Vcr/Vmax)2wp, (Д.2.3)
где Vmax — расчетная скорость ветра на высоте zэк, на которой происходит резонансное вихревое возбуждение, определяемое по формуле (11.13);
wm и wp — расчетные значения средней и пульсационной составляющих ветровой нагрузки, определяемые в соответствии с указаниями 11.1.
Д.2.4 Критические скорости Vcr,i могут иметь достаточно большую повторяемость в течение расчетного срока эксплуатации сооружения и, в связи с этим, резонансное вихревое возбуждение может привести к накоплению усталостных повреждений.
Для предотвращения резонансного вихревого возбуждения могут быть использованы различные конструктивные мероприятия: установка вертикальных и спиралевидных ребер, перфорация ограждения и установка соответствующим образом настроенных гасителей колебаний.
Источник: stroyinf.ru