Siły tarcia wywołane oddziaływaniem wiatru

Artykuł o tematyce technicznej

Wiatr przebiegający równolegle do powierzchni konstrukcji może generować siły poprzez tarcie działające na te powierzchnie. Efekt ten ma znacznie zwłaszcza w przypadku dużych konstrukcji.

Norma opisuje wpływy tarcia wynikające z działania wiatru na: ścianę wolnostojącą, zadaszenie wolnostojące oraz długi, zamknięty budynek [1] .

Procentowy udział siły tarcia wynikającej z działania wiatru w stosunku do ogólnej wartości siły wiatru określany jest zgodnie ze wzorem:

${\mathrm F}_{\mathrm{fr},\mathrm j}\;=\;{\mathrm c}_{\mathrm{fr},\mathrm j}\;\cdot\;{\mathrm q}_{\mathrm p(\mathrm{ze})\mathrm j}\;\cdot\;{\mathrm A}_{\mathrm{fr},\mathrm j}$ [1] (5.7)

gdzie
c fr = współczynnik tarcia
q p (ze) = wartość szczytowa ciśnienia prędkości na wysokości odniesienia ze
A fr = pole zewnętrznej powierzchni równoległej do kierunku działania wiatru

Proporcja spowodowana tarciem powinna zostać wyznaczona przez dodawanie wektorowe z innymi siłami wiatru Fw,e (zewnętrzne ciśnienie wiatru) i Fw,i (wewnętrzne ciśnienie wiatru).  Powstałe siły tarcia oddziałują wyłącznie w kierunku sił wiatru - równolegle do powierzchni zewnętrznych.

Wpływy tarcia na powierzchnię mogą zostać pominięte w przypadku, gdy całkowity obszar wszystkich powierzchni równoległych do działania wiatru (lub powierzchni o małym) jest równy lub mniejszy niż 4-krotność wszystkich powierzchni prostopadłych do kierunku oddziaływania wiatru (nawietrzne i zawietrzne) [1] 5.3 (4).

  • W przypadku gładkich powierzchni, takich jak stal lub gładki beton, współczynnik tarcia cfr wynosi 0,01.
  • W przypadku szorstkich powierzchni, takich jak szorstki beton lub papa, współczynnik tarcia cfr wynosi 0,02.
  • W przypadku powierzchni bardzo szorstkich (pofałdowania, żebra, zagięcia), współczynnik tarcia cfr wynosi 0,04.

Wysokość odniesienia ze jest wysokością h górnej krawędzi ściany lub wysokością dachu w przypadku wiat wolnostojących.

Przykład ściany o pofalowanej powierzchni

Strefa wiatru 2
Kategoria terenu 2

cfr = 0,04
Długość d = 20 m
Wysokość odniesienia ze = 2,5 m

$\begin{array}{l}{\mathrm A}_{\mathrm{fr}}\;=\;2\;\cdot\;2.5\;\mathrm m\;\cdot\;20\;\mathrm m\;=\;100\;\mathrm m²\\{\mathrm q}_{\mathrm p(\mathrm{ze})}\;=\;1.7\;\cdot\;\mathrm{qb}\;=\;1.7\;\cdot\;0.39\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\;=\;0.663\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\\{\mathrm F}_{\mathrm{fr}}\;=\;0.04\;\cdot\;0.663\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\;\cdot\;100\;\mathrm m²\;=\;2.65\;\mathrm{kN}\end{array}$

Przykład wiaty wolnostojącej z żebrowaną powierzchnią

Strefa wiatru 2
Kategoria terenu 2

cfr = 0,04
Długość d = 7 m
Szerokość b = 4 m
Głębokość odniesienia ze = 3 m

$\begin{array}{l}{\mathrm A}_{\mathrm{fr}}\;=\;2\;\cdot\;4\;\mathrm m\;\cdot\;7\;\mathrm m\;=\;56\;\mathrm m²\\{\mathrm q}_{\mathrm p(\mathrm{ze})}\;=\;1.7\;\cdot\;\mathrm{qb}\;=\;1.7\;\cdot\;0.39\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\;=\;0.663\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\\{\mathrm F}_{\mathrm{fr}}\;=\;0.04\;\cdot\;0.663\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\;\cdot\;56\;\mathrm m²\;=\;1.49\;\mathrm{kN}\end{array}$

Przykład hali z żebrowaną powierzchnią

Strefa wiatru 2
Kategoria terenu 2

cfr = 0,04
Długość d = 30 m
Szerokość b = 10 m
Wysokość odniesienia ze = 5,5 m
Obszar wszystkich powierzchni ustawionych równolegle do oddziaływania wiatru Atotal = 2 ⋅ 30 m ⋅ 4 m + 2 ⋅ 30 m ⋅ 5,22 m = 553,2 m2

Jako odległość y od nawietrznej krawędzi, należy zastosować mniejszą wartość: 2 ⋅ b lub 4 ⋅ h.

$\begin{array}{l}\mathrm y\;=\;2\;\cdot\;10\;=\;20\;\mathrm m\\{\mathrm A}_{\mathrm{fr}}\;=\;2\;\cdot\;(30\;\mathrm m\;–\;20\;\mathrm m)\;\cdot\;4\;\mathrm m\;+\;2\;\cdot\;(30\;\mathrm m\;–\;20\;\mathrm m)\;\cdot\;5.22\;\mathrm m\;=\;184.4\;\mathrm m²\\{\mathrm q}_{\mathrm p(\mathrm{ze})}\;=\;2.1\;\cdot\;{\mathrm q}_{\mathrm b}\;\cdot\;\left(\frac{\mathrm z}{10}\right)^{0.24}\;=\;2.1\;\cdot\;0.39\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\;\cdot\;\left(\frac{5.5\;\mathrm m}{10}\right)^{0.24}\;=\;0.711\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\\{\mathrm F}_{\mathrm{fr}}\;=\;0.04\;\cdot\;0.711\mathrm{kN}/\mathrm m²\;\cdot\;184.4\;\mathrm m²\;=\;5.245\;\mathrm{kN}\end{array}$

Słowa kluczowe

Obciążenie wiatrem Tarcie

Literatura

[1]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions; German version EN 1991-1-4:2005 + A1:2010 + AC:2010
[2]   National Annex - Nationally determined parameters - Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions; EN 1991-1-4/NA:2010-12

Do pobrania

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD
RSTAB Program główny
RSTAB 8.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczania konstrukcji ramowych, belkowych i szkieletowych, wykonujące obliczenia liniowe i nieliniowe sił wewnętrznych, odkształceń i reakcji podporowych

Cena pierwszej licencji
2 550,00 USD