Расчет ветровых нагрузок на конструкции навесов по норме EN 1991-1-4

Техническая статья

При расчете навесов, например кровли топливозаправочной станции, необходимо определить нагрузки с учетом требований главы 7.3 нормы EN 1991-1-4. В данной статье показан пример расчета V-образной кровли с небольшим уклоном.

Расчет коэффициентов

Для расчета нагрузки необходимо применить коэффициент силы cf и общий коэффициент давления cp,net согласно таблицам 7.6 и 7.8. В случае заполнения конструкции, например складскими материалами, находящимися под или непосредственно рядом с навесом, необходимо определить степень заполнения и ее значение в интервале от ϕ = 0 (открытый навес) до ϕ = 1 (заполненный навес), с помощью интерполяции по таблицам.

Для определения результирующего общего коэффициента давления выполняется классификация поверхностей, также, как для закрытых зданий. Однако это применимо только для расчета покрытия кровли и его крепежных элементов.

Pисунок 01 - Классификация поверхностей для определения общего коэффициента давления

Положение и форма результирующей силы ветра

Для расчета несущей конструкции необходимо приложить результирующую силу ветра на расстоянии d/4 от наветренного края. d - размер поверхности кровли в направлении ветра На рисунке 7.17 показано шесть возможных положений нагрузки в зависимости от знака коэффициента силы.

Pисунок 02 - Положение нагрузки от результирующей силы ветра

Так как ветровая нагрузка является поверхностной, а не узловой нагрузкой, и действует на покрытие кровли, а ее центр тяжести располагается в 1/4 длины кровли, нам необходимо найти такой случай нагружения, который будет это учитывать. Такое внецентренное расположение нагрузки обусловливает более сложный расчет возможных центральных опор на устойчивость. Возможным решением является расположение поверхностной нагрузки в форме квадратичной параболы, так как ее центр тяжести находится в 1/4 длины.

Пример V-образной кровли

Длина = 15 м
Ширина = 12 м
Высота разжелобка = 6 м
Уклон кровли = -5 °
Ветровая нагрузка = 0,5 кН/м²
Открытый навес → ϕ = 0
cf = +0,3 максимум всех ϕ
cf = -0,5 минимум ϕ = 0

Pисунок 03 - Пример

Результирующая сила ветра

Программы RFEM и RSTAB содержат генераторы нагрузок для закрытых зданий, прямоугольных в плане. При этом можно задать нагружение, действующее только на стены или на кровлю, а также на все здание.

С помощью генераторов нельзя автоматически рассчитать несущие конструкции навесов. Однако генератор нагрузки можно применить после расчета коэффициентов при помощи уровней.

Давление ветра:
${\mathrm F}_{\mathrm w,\max}\;=\;{\mathrm c}_\mathrm f\;\cdot\;{\mathrm q}_\mathrm h(\mathrm{ze})\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm{ref}\;=\;0,3\;\cdot\;0,5\;\cdot\;\frac{15\;\cdot\;12}{\cos\;5^\circ}\;=\;27,10\;\mathrm{кН}$

Подсос ветра:
${\mathrm F}_{\mathrm w,\min}\;=\;{\mathrm c}_\mathrm f\;\cdot\;{\mathrm q}_\mathrm h(\mathrm{ze})\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm{ref}\;=\;-0,5\;\cdot\;0,5\;\cdot\;\frac{15\;\cdot\;12}{\cos\;5^\circ}\;=\;-45,17\;\mathrm{кН}$

Силы трения не учитываются в нашем примере согласно пункту 7.5.

Наибольшие ординаты параболической нагрузки

Мы примем во внимание только положение нагрузок 2 и 5. Благодаря симметрии нет необходимости учитывать положение нагрузок 3 и 6.

$\begin{array}{l}\mathrm q(\mathrm{Pressure})\;=\;\frac{27,1}{\left({\displaystyle\frac{12}3}\right)}\;=\;6,775\;\mathrm{кН}/\mathrm м\;=\;0.45\;\mathrm{кН}/\mathrm м²\\\mathrm q(\mathrm{Suction})\;=\;\frac{-45.17}{\left({\displaystyle\frac{12}3}\right)}\;=\;-11,293\;\mathrm{кН}/\mathrm м\;=\;-0,75\;\mathrm{кН}/\mathrm м²\end{array}$

На основе данных ординат нагрузок мы можем с помощью квадратичного уравнения вычислить, например в Excel, переменные значения нагрузки в положении x, а затем экспортировать эти значения в RFEM или RSTAB.

Pисунок 04 - Ветровая нагрузка, давление ветра

Pисунок 05 - Ветровая нагрузка, подсос ветра

Ключевые слова

en 1991-1-4 навес ветровая нагрузка

Литература

[1]   EN 1991-1-4: Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами или ознакомьтесь с различными предлагаемыми решениями и полезными советами на странице часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RSTAB Основная программа
RSTAB 8.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций рам, балок и ферм, выполняющее линейные и неьинейные расчеты внутренних сил, деформаций и опорных реакций

Цена первой лицензии
2 550,00 USD