Hoonete ja rajatiste projekteerimisel tuleb tuulekoormuse arvestust teha päris tihti. See näitaja arvutatakse spetsiaalsete valemite abil. Sellise koormusega on oluline arvestada näiteks katusesõrestike süsteemide jooniste koostamisel, stendide asukoha ja kujunduse valikul jne.
SNiP-standardid
Tegelikult annab selle parameetri definitsioon SNiP 2.01. 07-85. Selle dokumendi kohaselt tuleks tuulekoormust käsitleda koondnäitajana:
- konstruktsiooni või elemendi konstruktsioonide välispindadele mõjuv rõhk;
- konstruktsiooni pinnale tangentsiaalselt suunatud hõõrdejõud, mis viitab selle vertikaal- või horisontaalprojektsiooni alale;
- Tavaline rõhk, mida rakendatakse läbilaskvate hoonepiirete või avatud avadega hoone sisepinnale.
Kuidas kindlaks teha
Tuulekoormuse arvutamisel võetakse arvesse kahte peamist parameetrit:
- keskmine komponent;
- pulseeriv.
Koormus on määratletud nende kahe parameetri summana.
Keskmine komponent: põhivalem
Kui tuulekoormust ei võeta projekteerimisel arvesse, avaldab see hiljem äärmiselt negatiivset mõju hoone või rajatise toimimisele. Selle keskmine komponent arvutatakse järgmise valemiga:
W=Wok.
Siin W on tuulekoormuse arvutatud väärtus kõrgusel z maapinnast, Wo on selle standardväärtus, k on rõhu muutumise koefitsient kõrgusega. Kõik selle valemi algandmed määratakse tabelitest.
Mõnikord kasutatakse arvutustes ka parameetrit c – aerodünaamilist koefitsienti. Sel juhul näeb valem välja selline: W=Wokс.
Normatiivne väärtus
Selle parameetri väljaselgitamiseks peate kasutama Vene Föderatsiooni tuulekoormuse piirkondade tabelit. Neid on ainult kaheksa. Tuulekoormuste tabel (Wo väärtuste sõltuvus konkreetsest Venemaa piirkonnast) on esitatud allpool.
Riigi väheuuritud piirkondade ja mägipiirkondade puhul võimaldab see SNiP-parameeter määrata kindlaks ametlikult registreeritud ilmajaamade ning olemasolevate hoonete ja rajatiste kasutuskogemuse põhjal. Sel juhul kasutatakse tuulekoormuse standardväärtuse määramiseks spetsiaalset valemit. See näeb välja selline:
Wo=0,61 V2o.
Siin V2o - tuule kiirus meetrites sekundis 10 m tasemel, mis vastab keskmisele intervallile 10minutit ja ületatakse iga 5 aasta järel.
Kuidas määratakse koefitsient k?
Selle parameetri jaoks on ka spetsiaalne tabel. Selle määramisel võetakse arvesse selle ala tüüpi, kus ehitise või ehitise ehitamine peaks toimuma. Neid on kolm:
- Tüüp "A" – avatud tasased alad: merede, järvede ja jõgede rannik, stepid, kõrbed, tundrapiirkonnad, metsastepid.
- Tüüp "B" – kuni 10 meetri kõrguste takistustega kaetud maastik: linnaala, metsad jne.
- Tüüp "C" – linnapiirkonnad, kus hooned on üle 25 m kõrged.
Samuti määratakse ehitusala tüüp, võttes arvesse SNiP nõudeid. Seda tuleb projekteerimisel arvestada. Teatud tüüpi paikkonnas asuvaks loetakse iga hoone, mis asub selle tuulepoolsel küljel 30h kaugusel. Siin h on ehitise projektkõrgus kuni 60 m. Suurema hoonekõrguse korral loetakse maastikutüüp kindlaks, kui see jääb tuulepoolsest küljest vähem alt 2 km kaugusele.
Kuidas arvutada pulsatsioonikoormust
Vastav alt SNiP-le tuleks tuulekoormus, nagu juba mainitud, määrata keskmise standardi ja pulsatsiooni summana. Viimase parameetri väärtus sõltub konstruktsiooni enda tüübist ja selle disaini omadustest. Sellega seoses eristavad nad:
- konstruktsioonid, mille loomulik võnkesagedus ületab kehtestatud piirväärtust (korstnad,tornid, mastid, kolonni tüüpi seadmed);
- konstruktsioonid või nende konstruktsioonielemendid, mis on ühe vabadusastmega süsteem (tööstuslike ühekorruseliste hoonete põikkarkassid, veetornid jne);
hoone poolest sümmeetriline
Valemid erinevat tüüpi struktuuride jaoks
Esimest tüüpi konstruktsioonide puhul kasutatakse pulseeriva tuulekoormuse määramisel valemit:
Wp=WGV.
Siin W on standardkoormus, mis on määratud ül altoodud valemiga, G on rõhu pulsatsioonitegur kõrgusel z, V on pulsatsiooni korrelatsioonitegur. Kaks viimast parameetrit määratakse tabelitega.
Konstruktsioonide puhul, mille loomulik võnkesagedus ületab kehtestatud piirväärtust, kasutatakse pulseeriva tuulekoormuse määramisel järgmist valemit:
Wp=WQG.
Siin Q on dünaamiline koefitsient, mis on määratud diagrammilt (esitatud allpool) sõltuv alt parameetrist E, mis arvutatakse valemiga E=√RW/940f (R on koormuse ohutustegur, f on omavõnkumiste sagedus) ja logaritmilise kahanemise kõikumised. Viimane parameeter on konstantne ja aktsepteeritud:
- teraskarkasshoonetele kui 0,3;
- mastide, vooderdiste jms jaoks nagu 0,15.
Sümmeetriliste hoonete puhul arvutatakse pulseeriv tuulekoormus järgmise valemiga:
-
Wp=mQNY.
Siin Q on dünaamilisuse koefitsient, m on ehitise mass kõrgusel z, Y on konstruktsiooni horisontaalvõnked tasemel z vastav alt esimesele vormile. N selles valemis on spetsiaalne koefitsient, mille saab määrata, jagades konstruktsiooni esm alt r-ks, nende osade arvuga, mille piirides on tuulekoormus konstantne, ja kasutades spetsiaalseid valemeid.
Veel üks viis
Tuulekoormuse saate arvutada veidi erineva meetodi abil. Sel juhul peate esm alt määrama tuule rõhu järgmise valemi abil:
(Psf)=0,00256V^2.
Siin V on tuule kiirus (miili tunnis).
Siis peaksite arvutama õhutakistusteguri. See on võrdne:
- 1.2 - pikkade vertikaalsete struktuuride jaoks;
- 0,8 – lühikeste vertikaalsete joonte jaoks;
- 2.0 - pikkade horisontaalsete struktuuride jaoks;
- 1.4 - lühikestele (näiteks hoone fassaad).
Järgmisena peate kasutama hoone või rajatise tuulekoormuse üldist valemit:
F=APCd.
Siin A on pindala, P on tuule rõhk, Cd on õhutakistustegur.
Võid kasutada ka veidi keerulisemat valemit:
F=APCdKzGh.
Rakendamisel võetakse täiendav alt arvesse kokkupuutetegureid Kz b ja tuuleiilide tundlikkust Gh. Esimene arvutatakse kui z/33]^(2/7,teine - 65+60 / (h/33)^(1/7). Nendes valemites on z kõrgus maapinnast konstruktsiooni keskkohani, h on viimase kogukõrgus.
Ekspertide soovitused
Tuulekoormuse arvutamiseks soovitavad insenerid sageli kasutada Open Office'i paketist tuntud MS Exceli ja OOo Calc programme. Selle tarkvara kasutamise protseduur võib näiteks olla järgmine:
- Excel on lehel "Tuuleenergia" lubatud;
- tuule kiirus salvestatakse lahtrisse D3;
- aeg on D5-s;
- õhuvoolu piirkond – D6-s;
- õhu tihedus või erikaal – D7-s;
- Tuuleturbiini efektiivsus – D8.
Selle tarkvara kasutamiseks koos teiste sisenditega on ka teisi võimalusi. Igal juhul on üsna mugav kasutada MS Excelit ja OOo Calcit hoonete ja rajatiste, aga ka nende üksikute konstruktsioonide tuulekoormuse arvutamiseks.
