Ao projetar edifícios e estruturas, o cálculo da carga de vento deve ser feito com bastante frequência. Este indicador é calculado usando fórmulas especiais. É importante levar em consideração essa carga, por exemplo, ao elaborar os desenhos dos sistemas de treliças do telhado, escolher a localização e o design dos outdoors, etc.
Padrões SNiP
Na verdade, a própria definição deste parâmetro dá SNiP 2.01. 07-85. De acordo com este documento, a carga de vento deve ser considerada como um agregado:
- pressão atuando nas superfícies externas das estruturas de uma estrutura ou elemento;
- força de atrito direcionada tangencialmente à superfície da estrutura, referida à área de sua projeção vertical ou horizontal;
- pressão normal aplicada à superfície interna de um edifício com envelopes permeáveis ou aberturas abertas.
Como determinar
Ao calcular a carga de vento, dois parâmetros principais são levados em consideração:
- componente médio;
- pulsante.
A carga é definida como a soma desses dois parâmetros.
Componente médio: fórmula básica
Se a carga do vento não for levada em consideração durante o projeto, isso posteriormente terá um impacto extremamente negativo no desempenho do edifício ou estrutura. Seu componente médio é calculado pela seguinte fórmula:
W=Wok.
Aqui W é o valor calculado da carga de vento a uma altura z acima da superfície da terra, Wo é seu valor padrão, k é o coeficiente de variação de pressão com a altura. Todos os dados iniciais desta fórmula são determinados a partir de tabelas.
Às vezes o parâmetro c também é usado nos cálculos - o coeficiente aerodinâmico. A fórmula neste caso é assim: W=Wokс.
Valor normativo
Para descobrir qual é esse parâmetro, você precisa usar a tabela de regiões para a carga de vento da Federação Russa. Existem apenas oito deles. A tabela de cargas de vento (a dependência dos valores de Wo em uma determinada região da Rússia) é apresentada abaixo.
Para áreas pouco estudadas do país, bem como para regiões montanhosas, este parâmetro SNiP permite determinar de acordo com estações meteorológicas oficialmente registradas e com base na experiência operacional de edifícios e estruturas existentes. Nesse caso, uma fórmula especial é usada para determinar o valor padrão da carga de vento. Fica assim:
Wo=0,61 V2o.
Aqui V2o - velocidade do vento em metros por segundo a um nível de 10 m, correspondendo a um intervalo médio de 10minutos e excedido a cada 5 anos.
Como o coeficiente k é determinado?
Há também uma tabela especial para este parâmetro. Ao determiná-lo, o tipo de área onde a construção da estrutura ou edifício deve ser levado em consideração. São três:
- Tipo "A" - áreas planas abertas: costas de mares, lagos e rios, estepes, desertos, regiões de tundra, estepes florestais.
- Tipo "B" - terreno coberto com obstáculos de até 10 metros de altura: área urbana, florestas, etc.
- Tipo "C" - áreas urbanas com prédios com mais de 25 m de altura.
O tipo de área de construção também é determinado levando em consideração os requisitos do SNiP. Isso deve ser levado em consideração ao projetar. Considera-se que qualquer edifício está situado numa localidade de um determinado tipo se este se situar a barlavento do mesmo a uma distância de 30h. Aqui h é a altura de projeto da estrutura até 60 m. Com uma altura de construção mais alta, o tipo de terreno é considerado certo se ele permanecer pelo menos 2 km do lado de barlavento.
Como calcular a carga de ondulação
De acordo com o SNiP a carga de vento, conforme já mencionado, deve ser determinada como a soma do padrão médio e da pulsação. O valor do último parâmetro depende do tipo de estrutura em si e das características de seu design. A este respeito, eles distinguem:
- estruturas com frequência natural de oscilação superior ao valor limite estabelecido (chaminés,torres, mastros, aparelhos tipo coluna);
- estruturas ou elementos de sua construção, que são um sistema com um grau de liberdade (quadros transversais de edifícios industriais térreos, caixas d'água, etc.);
simétrico em termos de construção
Fórmulas para diferentes tipos de estruturas
Para o primeiro tipo de estruturas, ao determinar a carga de vento pulsante, utiliza-se a fórmula:
Wp=WGV.
Aqui W é a carga padrão determinada pela fórmula apresentada acima, G é o coeficiente de pulsação de pressão na altura z, V é o coeficiente de correlação de pulsação. Os dois últimos parâmetros são determinados pelas tabelas.
Para estruturas com frequência de oscilação natural superior ao valor limite estabelecido, a seguinte fórmula é usada para determinar a carga de vento pulsante:
Wp=WQG.
Aqui Q é o coeficiente dinâmico determinado a partir do diagrama (apresentado abaixo) dependendo do parâmetro E, calculado pela fórmula E=√RW/940f (R é o fator de segurança da carga, f é a frequência das oscilações naturais) e as flutuações de decremento logarítmico. O último parâmetro é constante e aceito para:
- para edifícios com estrutura de aço como 0,3;
- para mastros, forros, etc. como 0,15.
Para edifícios simétricos, a carga de vento pulsante é calculada pela fórmula:
-
Wp=mQNY.
Aqui Q é o coeficiente de dinamismo, m é a massa da estrutura na altura z, Y são as vibrações horizontais da estrutura no nível z de acordo com a primeira forma. N nesta fórmula é um coeficiente especial, que pode ser determinado primeiro dividindo a estrutura em r, o número de seções dentro dos quais a carga do vento é constante, e usando fórmulas especiais.
Mais uma maneira
Você pode calcular a carga do vento usando um método ligeiramente diferente. Nesse caso, primeiro você precisa determinar a pressão do vento usando a fórmula:
(Psf)=.00256V^2.
Aqui V é a velocidade do vento (em mph).
Então você deve calcular o coeficiente de arrasto. Será igual a:
- 1.2 - para estruturas verticais longas;
- 0.8 - para linhas verticais curtas;
- 2.0 - para estruturas horizontais longas;
- 1.4 - para os curtos (por exemplo, a fachada de um prédio).
Em seguida, você precisa usar a fórmula geral para a carga do vento em um edifício ou estrutura:
F=APCd.
Aqui A é a área da área, P é a pressão do vento, Cd é o coeficiente de arrasto.
Você também pode usar uma fórmula um pouco mais complicada:
F=APCdKzGh.
Quando aplicados, os fatores de exposição Kz b e a sensibilidade à rajada Gh são adicionalmente levados em consideração. O primeiro é calculado como z/33]^(2/7,o segundo - 65+60 / (h/33)^(1/7). Nestas fórmulas, z é a altura do solo até o meio da estrutura, h é a altura total desta última.
Recomendações de especialistas
Para calcular a carga do vento, os engenheiros costumam aconselhar o uso dos conhecidos programas MS Excel e OOo Calc do pacote Open Office. O procedimento para usar este software, por exemplo, poderia ser:
- Excel está habilitado na planilha "Energia Eólica";
- velocidade do vento é registrada na célula D3;
- tempo está em D5;
- área de fluxo de ar - em D6;
- densidade do ar ou gravidade específica - em D7;
- Eficiência da turbina eólica - em D8.
Existem outras maneiras de usar este software com outras entradas. De qualquer forma, é bastante conveniente usar o MS Excel e OOo Calc para calcular a carga do vento em edifícios e estruturas, bem como suas estruturas individuais.
