Фрагмент документа "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ РЕГИОНАЛЬНЫХ НОРМАТИВОВ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ "ВРЕМЕННЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И ЗДАНИЙ-КОМПЛЕКСОВ В ГОРОДЕ МОСКВЕ МГСН 4.19-2005"".
ВЕТРОВЫЕ НАГРУЗКИ
5.1.1. Расчетная ветровая нагрузка w определяется как сумма
p
средней (w ) и пульсационной (w ) составляющих:
m g
w = w + w . (5.1.1)
p m g
Расчетные значения средней составляющей w ветровой нагрузки
m
определяются по формуле:
w = w k(z ) c "гамма" , (5.1.2)
m o e f
где:
w = 230 Па - нормативное значение давления ветра;
o
z (м) - эквивалентная высота (см. п. 5.1.2);
e
k(z ) - коэффициент, учитывающий изменение средней составляющей
e
давления ветра для высоты z на местности типа В;
e
с - аэродинамические коэффициенты сил, моментов или давления;
"гамма" - коэффициент надежности по ветровой нагрузке.
f
5.1.2. Эквивалентная высота z определяется следующим образом:
e
- при z < b ---> z = b;
e
- при z < h - b ---> z = h;
e
- при b <= z <= h - b ---> z = z.
e
Здесь b - поперечный размер здания; h - его высота; z -
расстояние от поверхности земли.
Коэффициент k(z ) определяется в соответствии с указаниями СНиП
e
2.01.07-85* для местности типа В или по формуле:
z
e 0,4
k(z ) = 0,65 (--) . (5.1.3)
e 10
5.1.3. Аэродинамические коэффициенты полного давления
с определяются как алгебраическая сумма коэффициентов внешнего с и
p e
внутреннего c давлений, т.е.:
i
с = с + c . (5.1.4)
p e i
Если при эксплуатации зданий суммарная площадь "ми" открытых и
одновременно открывающихся проемов не превышает 5% от общей площади
ограждающих конструкций, то:
c = +/- 0,2, (5.1.5)
i
где:
знак "+" или "-" выбирается из условий реализации наиболее
неблагоприятного варианта нагружения.
Для других значений "ми" аэродинамические коэффициенты
внутреннего давления c должны быть определены дополнительно в
i
зависимости от площади проемов и их распределения по поверхности
зданий.
5.1.4. За исключением одиночно стоящих зданий, схемы которых
приведены в приложении 4 к СНиП 2.01.07-85*, аэродинамические
коэффициенты сил, моментов, внутреннего и внешнего давлений, а также
числа Струхаля (при оценке резонансного вихревого возбуждения, см. п.
5.1.7) должны определяться на основе данных модельных испытаний,
проводимых в специализированных аэродинамических трубах.
При проведении модельных аэродинамических испытаний необходимо
моделировать турбулентную структуру погранслоя атмосферы, включая
вертикальный градиент средней скорости ветра и энергетический спектр
его пульсационной составляющей. Как правило, подобные
экспериментальные исследования проводятся в аэродинамических трубах
метеорологического типа с длинной рабочей частью, в которых структура
потока соответствует так называемой "пристеночной" турбулентности и
формируется за счет тех же механизмов, что и в натурных условиях.
Использование при расчете зданий экспериментальных результатов,
полученных при испытаниях в гладких потоках или в потоках с другими
типами турбулентности (в частности, в потоках с "решетчатой"
турбулентностью), должно быть дополнительно обосновано.
5.1.5. Усилия и перемещения от действия пульсационной
составляющей w ветровой нагрузки, как правило, должны определяться в
g
результате численного динамического расчета зданий с использованием
соответствующих методик расчета. Кроме того, в этих целях допускается
использовать результаты соответствующим образом проведенных
аэродинамических испытаний динамически подобной модели здания.
На предварительных стадиях проектирования зданий пульсационную
составляющую ветровой нагрузки допускается определять по формуле:
w = w x "дзета" (z) x v x "кси", (5.1.6)
g m
где:
w - средняя составляющая нагрузки;
m
"дзета" (z) - коэффициент, учитывающий изменение пульсационной
составляющей давления ветра для высоты z на местности типа В (СНиП
2.01.07-85*);
"кси" и v - коэффициенты динамичности и корреляции пульсаций
давлений, определяемые в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85*.
5.1.6. При расчете элементов ограждения и их креплений к несущим
конструкциям расчетные значения ветровой нагрузки определяются
соотношениями (5.1.1) - (5.1.6). При этом:
- коэффициент корреляции v принимается по таблице 5.1.1, где А -
площадь ограждения, с которой снимается ветровая нагрузка;
- коэффициент динамичности "кси" = 1,0;
- в качестве аэродинамических коэффициентов необходимо
использовать их максимальные положительные и отрицательные значения,
которые, как правило, определяются на основе данных модельных
испытаний.
Таблица 5.1.1
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОРРЕЛЯЦИИ v
---------------------------------
|А, кв. м |< 2 | 5 | 10 |> 20 |
|---------|----|-----|----|-----|
|v |1,0 |0,95 |0,9 |0,85 |
---------------------------------
Определенная таким образом ветровая нагрузка соответствует
случаю, когда конструктивные элементы ограждения и узлы их крепления к
зданию являются достаточно жесткими и в них не возникает заметных
динамических усилий и перемещений. В противном случае значение
коэффициента "кси" необходимо уточнить на основе результатов
динамического расчета системы "элемент ограждения - несущие
конструкции ограждения - элементы их крепления".
5.1.7. При проектировании зданий, отвечающих условию h / d > 7,
необходимо проводить их поверочный расчет на резонансное вихревое
возбуждение; здесь h - высота здания, d - поперечный размер.
Критическая скорость ветра, при которой происходит резонансное
вихревое возбуждение (ветровой резонанс), определяется по формуле:
V = f x d / St, (5.1.7)
cr,i i
где:
f (Гц) - собственная частота колебаний по i-ой изгибной
i
собственной форме;
d (м) - поперечный размер здания;
St - число Струхаля его поперечного сечения, определяемое
экспериментально (см. п. 5.1.4) или по справочным данным.
Резонансное вихревое возбуждение не возникает, если:
V > 1,2 x V (z), (5.1.8)
cr,i max
где:
V (z) - максимально возможная скорость ветра в г. Москве на
max
высоте z.
5.1.8. Максимально возможная скорость ветра V (z) определяется
max
по формуле:
0,2
V (z) = 14,5 (z / 10) . (5.1.9)
max
5.1.9. Интенсивность воздействия F (z), действующего при
i
резонансном вихревом возбуждении в направлении, перпендикулярном
движению ветра, определяется по формуле:
2
F (z) = 0,5 x "пи" x "ро" x V x
i a cr,i
x c x d x "фи" (z) x "пси" / "дельта", (5.1.10)
y,cr i i
где:
"ро" = 1,25 кг/куб. м - плотность воздуха;
a
с - аэродинамический коэффициент поперечной силы при резонансном
y,cr
вихревом возбуждении;
"дельта" - логарифмический декремент колебаний, зависящий от
конструктивных особенностей здания;
z - координата, изменяющаяся вдоль оси здания;
"фи" (z) - i-ая форма собственных колебаний в поперечном
i
направлении, удовлетворяющая условию:
max ["фи" (z)] = 1; (5.1.11)
i
"фи" - коэффициент, зависящий от распределения масс и i-ой формы
i
собственных колебаний.
На начальных стадиях проектирования допускается принимать "фи" =
i
1,1 для всех форм собственных колебаний.
5.1.10. Наряду с воздействием (5.1.9) необходимо учитывать
также действие ветровой нагрузки, параллельной средней скорости
ветра. Средняя w и пульсационная w составляющие этого
m,cr g,cr
воздействия определяются по формулам:
w = k x w , w = k / W ; (5.1.12а)
m,cr cr,v m p,cr cr,v g
2
k = (V / V ) <= 1, (5.1.12б)
cr,v cr max
где:
V (z) - расчетная (максимальная, 5.1.8) скорость ветра на
max
высоте z, на которой происходит резонансное вихревое возбуждение;
w и w - расчетные значения средней и пульсационной
m g
составляющих ветровой нагрузки, определяемые в соответствии с
указаниями п. 5.1.1.
Суммарные напряжения, усилия и перемещения при резонансном
вихревом возбуждении по i-ой форме собственных колебаний определяются
по формуле:
------------------
/ 2 2
X = \/ X + (X + X ) , (5.1.13)
i cr,i m p
где:
X , X и Х - напряжения, усилия и перемещения от
cr,i m p
воздействий F , w и w соответственно.
i m,cr p,cr
5.1.11. В зависимости от повторяемости критической скорости
V резонансное вихревое возбуждение может привести к накоплению
cr
усталостных повреждений.
5.1.12. При проектировании зданий, отвечающих условию h / d > 7,
необходимо учитывать возможность появления аэродинамически
неустойчивых колебаний типа галопирования; здесь h и d -
соответственно высота и поперечный размер здания.
Аэродинамически неустойчивые колебания типа галопирования
могут возникнуть в том случае, если скорость ветра V превысит
критическое значение V <= V (z), т.е.:
cr,g max
V > V = 2 x Sc x f x d /(a x "гамма" ) <= V (z); (5.1.14)
cr,g l g cr max
2
Sc = 2 x m x "дельта" / ("ро" x d ), (5.1.15)
a
где:
Sc - число Скратона;
f (Гц) - частота колебаний по i-ой изгибной собственной форме;
l
d (м) - характерный поперечный размер здания;
m (кг/м) - эквивалентная погонная масса;
"ро" = 1,25 (кг/куб. м)- плотность воздуха;
a
"гамма" = 1,2 - коэффициент надежности;
cr
"дельта" - логарифмический декремент при поперечных колебаниях
здания;
V (z) - максимальная скорость ветра на высоте z (см. п. 5.1.8),
max
на которой происходит возбуждение неустойчивых колебаний.
5.1.13. Коэффициент a в (5.1.14) зависит от формы поперечного
g
сечения сооружения, его аэродинамических свойств и определяется по
формуле:
dc
y
a = [-------- + с ] k , (5.1.16)
g d"альфа" x s
где:
с и c - соответственно аэродинамические коэффициенты лобового
x y
сопротивления и боковой силы;
k - коэффициент, зависящий от формы колебаний.
s
5.1.14. При проектировании зданий с несимметричной формой
поперечного сечения типовых этажей, а также в тех случаях, когда центр
масс типовых этажей не совпадает с их центром жесткости, необходимо
учитывать возможность появления аэродинамически неустойчивых колебаний
типа дивергенции.
Аэродинамически неустойчивые колебания типа дивергенции могут
возникнуть в том случае, если скорость ветра V превысит
критическое значение V <= V (z), т.е.:
cr,div max
------------------------
/ 2G
/ t
V > V = \/-------------------------- <= V (z), (5.1.17)
cr,div 2 max
"ро" x d x dc / d"альфа"
a m
где:
G - жесткость здания на кручение;
t
с - аэродинамический коэффициент момента сил;
m
dc / d"альфа" - градиент измерения коэффициента с
m m
в зависимости от угла атаки "альфа";
V (z) - максимальная скорость на высоте z (см. 5.1.9), на
max
которой происходит возбуждение неустойчивых колебаний;
"ро" = 1,25 (кг/куб. м) - плотность воздуха.
a
5.1.15. При проектировании высотных зданий необходимо
обеспечивать комфортность пребывания в них жителей, посетителей,
сотрудников и обслуживающего персонала при действии пульсаций ветровой
нагрузки.
Для этого расчетного случая ускорения a перекрытий зданий
vib
при действии пульсационной составляющей ветровой нагрузки,
определяемой с коэффициентом надежности по нагрузке "гамма" = 0,7,
f
2
не должны превышать 0,08 м/с , т.е.:
2
a <= 0,08 м/с . (5.1.18)
vib
В том случае, если это требование не выполняется, необходимо
предпринимать меры по снижению уровня колебаний зданий. В этих целях,
в частности, могут быть использованы гасители колебаний.
5.1.16. При проектировании высотных зданий и комплексов
необходимо обеспечивать комфортность прилегающих пешеходных зон.
Условие их комфортности имеет вид:
T (V ) < T при всех V < V . (5.1.19)
c cr lim cr
Здесь:
V - скорость ветра в порыве;
Т - продолжительность появления скоростей ветра V, больших
c
некоторого критического значения V ;
cr
T - предельное значение Т .
lim c
Значения V и Т для трех установленных уровней комфортности
cr lim
приведены в таблице 5.1.2.
Таблица 5.1.2
КРИТИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ ВЕТРА V (М/С)
cr
И ПРЕДЕЛЬНАЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ Т (Ч/ГОД) ИХ ПОЯВЛЕНИЯ
lim
--------------------------------
|Уровень |I |II |III |
|комфортности| | | |
|------------|------|-----|----|
|V , м/с | 6 | 12 | 20 |
| cr | | | |
|------------|------|-----|----|
|T , ч/год | 1000 | 50 | 5 |
| lim | | | |
--------------------------------
5.1.17. Коэффициент надежности "гамма" по ветровой нагрузке
f
принимается равным:
- при расчете по предельным состояниям первой группы "гамма" =
f
1,4;
- при расчете по предельным состояниям второй группы "гамма" =
f
1,0;
- при оценке комфортности пребывания людей (см. п. 5.1.15)
"гамма" = 0,7.
f
Приложение 5.2
к разделу 5 временных
норм и правил
|
Фрагмент документа "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ РЕГИОНАЛЬНЫХ НОРМАТИВОВ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ "ВРЕМЕННЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И ЗДАНИЙ-КОМПЛЕКСОВ В ГОРОДЕ МОСКВЕ МГСН 4.19-2005"".