Полностью рабочий пример расчета ветровой нагрузки для знаков используя EN 1991-1-4
В этой статье, мы обсудим, как рассчитать ветровые нагрузки на вывески с помощью EN 1991-1-4 расположен в Оксфордшире, объединенное Королевство. Наши ссылки будут EN 1991-1-4 Действие на структуры (ветровая нагрузка) и БС ЕН 1991-1-4 Национальное приложение. Мы будем использовать аналогичные данные в В 1991-1-4 Пример расчета ветровой нагрузки.
SkyCiv автоматизирует расчеты скорости ветра с помощью нескольких параметров.. Попробуйте наши Калькулятор ветровой нагрузки вывески:
Данные структуры
В этом примере, мы будем использовать данные ниже. Мы будем рассматривать только направление источника ветра равно 240°. более того, в высота участка 57,35 м..
Стол 1. Данные вывески, необходимые для нашего расчета ветровой нагрузки.
| Расположение | Оксфордшир, Великобритания |
| Заполняемость | Разное – Вывеска |
| местность | Плоские сельхозугодья |
| Знак горизонтального размера, б | 12.0 м |
| Знак Горизонтальный Вертикальный, час |
12.0 м |
| От земли до верха вывески, ЧАС |
50.0м |
| От земли до центра тяжести вывески, с участиеме |
44.0 м |
| Контрольная зона вывески Aзнак |
144.0 кв.м. |
| Диаметр полюса, d |
1.0 м |
| Тип поверхности полюса |
Чугун |
| От земли до вершины столба, с участиемграмм |
38.0 м |
| Базовая площадь полюса Aдуопит |
38.0 м |
фигура 1. Местонахождение площадки (из Google Maps).
фигура 2. Размеры вывески.
По формуле определения расчетного давления ветра:
Для базовой скорости ветра:
({v}_{б} знак равно {с}_{тебе} {с}_{сезон} {с}_{альтернативный} {v}_{б,карта}) (1)
куда:
({v}_{б}) = базовая скорость ветра в м / с
({с}_{тебе}) = коэффициент направления
({с}_{сезон})= сезонный фактор
({с}_{альтернативный})= коэффициент высоты, где:
({с}_{альтернативный} знак равно 1 + 0.001А ) для ( г ≤ 10 ) (2)
({с}_{альтернативный} знак равно 1 + 0.001А ({10/с участием}^{0.2}) ) для ( с участием > 10 ) (3)
({v}_{б,карта}) = основное значение базовой скорости ветра, приведенное на рисунке NA.1 БС ЕН. 1991-1-4 Национальное приложение
( А ) = высота места в метрах над средним уровнем моря
Для базовой скорости давления:
({Q}_{б} знак равно 0.5 {⍴}_{воздух} {{v}_{б}}^{2} ) (4)
куда:
({Q}_{б}) = расчетное давление ветра в Па
({⍴}_{воздух}) = плотность воздуха (1.226кг / куб.м)
({v}_{б})= базовая скорость ветра в м / с
Для пикового давления:
({Q}_{п}(с участием) знак равно 0.5 {с}_{е}(с участием){Q}_{б} ) для участка в сельской местности (5)
({Q}_{п}(с участием) знак равно 0.5 {с}_{е}(с участием){с}_{е,T}{Q}_{б} ) для участка в городской местности (6)
куда:
({с}_{е}(с участием)) = фактор воздействия
({с}_{е,T} ) = поправочный коэффициент экспозиции для городской местности
Для расчета силы ветра, действующей на вывеску/столб:
({F}_{вес} знак равно {с}_{s}{с}_{d}{с}_{е}{Q}_{п}({с участием}_{е}){А}_{ссылка} ) (7)
куда:
( {с}_{s} {с}_{d} ) = структурный фактор
({с}_{е} ) = коэффициент силы конструкции
({Q}_{п}({с участием}_{е}) ) = пиковое скоростное давление на эталонной высоте ({с участием}_{е} )
({А}_{ссылка} = б ч ) = контрольная площадь конструкции
Категория местности
На основе БС ЕН 1991-1-4 Национальное приложение, Категории местности в EN 1991-1-14 были объединены в 3 категории: Категория местности 0 упоминается как море; Категории местности I и II считаются загородной местностью., и категории местности III и IV считались городской местностью..
Учитывая ветер, дующий с 240°, мы можем классифицировать категорию местности с наветренной стороны как Рельеф города.
Направленные и сезонные факторы, ({с}_{тебе}) & ({с}_{сезон})
Для того, чтобы рассчитать по уравнению (1), нам нужно определить факторы направления и сезона, ({с}_{тебе}) & ({с}_{сезон}). Из таблицы NA.1 БС ЕН 1991-1-4 Национальное приложение, так как направление источника ветра 240°, соответствующее значение коэффициента направленности, ({с}_{тебе}), равно 1.0.
С другой стороны, мы хотим рассмотреть консервативный случай для сезонного фактора, ({с}_{сезон}), что мы будем установлен в 1.0.
Фактор высоты ({с}_{альтернативный})
Для высотного фактора, ({с}_{альтернативный}), мы будем использовать только уравнение (2) для более консервативного подхода с использованием высоты площадки ( А ) равно 57,35 м. Следовательно:
({с}_{альтернативный} знак равно 1 + 0.001(57.35) знак равно 1.05735)
Основная скорость ветра и давление, ({v}_{б}) & ({Q}_{б})
Карту скорости ветра для Соединенного Королевства можно взять из рисунка NA.1 Национального приложения для BS EN. 1991-1-4.
фигура 5. Базовая скорость ветра для Соединенного Королевства на основе рисунка NA.1 BS EN. 1991-1-4 Национальное приложение.
Для нашего сайта местоположение, Оксфордшир, Англия, рассчитанный ( {v}_{б,карта} ) равно 22.7 РС.
( {v}_{б} знак равно {с}_{тебе} {с}_{сезон} {с}_{альтернативный} {v}_{б,карта} знак равно (1.0)(1.0)(1.05735)(22.7) )
( {v}_{б} знак равно 24.0 РС )
Мы можем рассчитать базовое давление ветра, ( {Q}_{б,0} ), используя уравнения (4):
( {Q}_{б} знак равно 0.5(1.226)({24}^{2}) знак равно 353.09 Хорошо )
SkyCiv теперь автоматизирует обнаружение области ветра и получение соответствующего значения скорости ветра с помощью всего лишь нескольких входных данных.. Попробуйте наши SkyCiv Free Wind Tool
Орографический фактор ({с}_{О}(с участием))
Для этой структуры, местность относительно плоская для ветра, дующего с 240 °, в
фактор высоты, ({с}_{альтернативный}), мы будем использовать только уравнение (2) для более консервативного подхода с использованием высоты площадки ( А ) равно 57,35 м. Следовательно:
Пиковое скоростное давление, ({Q}_{п}(с участием))
Для нашей структуры, поскольку категория местности классифицируется как городская местность, пик Аналогично, давление пиковой скорости, ({Q}_{п}(с участием)), можно решить с помощью уравнения (6):
({Q}_{п}(с участием) знак равно {с}_{е}(с участием){с}_{е,T}{Q}_{б} )
куда:
({с}_{е}(с участием)) = коэффициент воздействия на основе рисунка NA.7 BS EN 1991-1-4 Национальное приложение
({с}_{е,T} ) = поправочный коэффициент экспозиции для городской местности на основе рисунка NA.8 BS EN 1991-1-4 Национальное приложение
Для определения фактора экспозиции, ({с}_{е}(с участием)) , для вывески, нам нужно рассчитать (с участием – {час}_{дис}) и расстояние с наветренной стороны до береговой линии в км. Для простоты, мы установим высоту смещения, ({час}_{дис}), в 0. Для (с участием ) ценности, мы рассмотрим его на (г = 38.0) и (г = 44.0). более того, расстояние с наветренной стороны до береговой линии более 100 км. Следовательно, с использованием рисунка NA.7 БС ЕН 1991-1-4 Национальное приложение:
фигура 6. Рисунок NA.7 БС ЕН 1991-1-4 Национальное приложение.
Следовательно:
({с}_{е}(38.0) знак равно 3.2)
({с}_{е}(44.0) знак равно 3.3)
С другой стороны, поправочный коэффициент экспозиции ( {с}_{е,T} ) для вывески можно определить по рисунку НА.8 БС ЕН 1991-1-4 Национальное приложение. Используя расстояние внутри городской местности, равное 1 км, мы можем получить поправочный коэффициент экспозиции ( {с}_{е,T} ):
фигура 7. Рисунок NA.8 БС ЕН 1991-1-4 Национальное приложение.
Следовательно:
({с}_{е,T}(38.0) знак равно 1.0)
({с}_{е,T}(44.0) знак равно 1.0)
Используя приведенные выше значения, мы можем рассчитать давление пиковой скорости, ({Q}_{п}(с участием)), для (г = 38.0) и (г = 50.0):
({Q}_{п}(44.0) знак равно (3.3)(1.0)(353.09) знак равно 1165.20 Хорошо )
({Q}_{п}(38.0) знак равно (3.2)(1.0)(353.09) знак равно 1129.89 Хорошо )
Структурный фактор, ( {с}_{s}{с}_{d} )
Для нашей вывески, мы будем использовать упрощенное значение для структурного фактора, ({с}_{s}{с}_{d}), быть равным 1.0 на основе раздела 6 или И 1991-1-4.
Коэффициент силы, ( {с}_{е}), для вывески
Для вывесок, коэффициент силы, ({с}_{е}), равно 1.8 на основе раздела 7.4.3 или И 1991-1-4.
Сила ветра, ( {F}_{вес,дуопит} ), действует на вывеске
Силу, действующую на вывеску, можно рассчитать по уравнению (7) на основе раздела 5.3(2) или И 1991-1-4.
({F}_{вес,дуопит} знак равно {с}_{s}{с}_{d}{с}_{е}{Q}_{п}({с участием}_{е}){А}_{ссылка,дуопит} знак равно (1.0)(1.8)(1165.20Хорошо)(12.0м)(12.0м))
({F}_{вес,дуопит} знак равно 302019.84 N)
Обратите внимание, что горизонтальный эксцентриситет этой силы ветра, действующей на центр тяжести вывески, рекомендуется принимать равным 3,0 м..
Все расчеты ветра можно выполнить с помощью генератора нагрузки SkyCiv для EN. 1991 (калькулятор ветровой нагрузки на вывеску и столб). Пользователи могут ввести местоположение сайта, чтобы получить данные о скорости ветра и местности., ввести параметры солнечной панели и сгенерировать расчетное давление ветра. С автономной версией, вы можете упростить этот процесс и получить подробный отчет о расчете ветровой нагрузки на вывески и столбы!
Сила ветра, ( {F}_{вес,дуопит} ), действующий на шесте
так же, силу, действующую на полюс, можно рассчитать по уравнению (7) на основе раздела 5.3(2) или И 1991-1-4.
({F}_{вес,дуопит} знак равно {с}_{s}{с}_{d}{с}_{е}{Q}_{п}({с участием}_{грамм}){А}_{ссылка,дуопит}) (8)
куда:
({с}_{е} знак равно {с}_{е,0}{ψ}_{λ} )
({А}_{ссылка,дуопит} знак равно {с участием}_{грамм}d )
Заметка:
(ψ_{λ} ) рассчитывается на основе эффективной гибкости, ( λ ), с помощью с помощью Рисунок 7.36 раздела 7.13 или И 1991-1-4
({с}_{е,0}) рассчитывается на основе числа Рейнольдса ( Р_{е} ) = Коэффициент, учитывающий уменьшение ускорения с высотой над местной местностью. 7.28 или И 1991-1-4
куда:
( {с участием}_{грамм} ) высота столба от земли в м
( d ) это диаметр столба в м
( п = 0.000015 кв.м/с ) кинематическая вязкость воздуха
( v({с участием}_{грамм}) знак равно (2{Q}_{п}({с участием}_{грамм})/р)^{0.5} ) (9)
( {р}_{е} = v(г_{грамм})д/н ) (10)
Мы углубимся в эти параметры в следующих разделах.
Число Рейнольдса, ( {р}_{е} ), для полюса
Используя расчетные значения выше, мы можем рассчитать ( v({с участием}_{грамм}) ) используя уравнение (9):
( v({с участием}_{грамм}) знак равно (2{Q}_{п}({с участием}_{грамм})/р)^{0.5} знак равно (2(1129.89)/(1.226))^{0.5} )
( v({с участием}_{грамм}) знак равно 42.93 РС)
Следовательно, число Рейнольдса ( Р_{е} ) для полюса, используя уравнение (10) является:
( {р}_{е} = v({с участием}_{грамм})д/ ν = (42.93)(1.0)/(0.000015) )
( {р}_{е} знак равно 2862000 )
Коэффициент силы, ( {с}_{f0} ), без свободного потока
Материал полюса, который мы использовали, - чугун, который имеет эквивалентная шероховатость поверхности ( К ) равно 0.2 на основании таблицы 7.13 или И 1991-1-4.
фигура 8. Стол 7.13 или И 1991-1-4 для эквивалентной шероховатости ( К ).
Коэффициент силы ( {с}_{f0} ) можно определить по формуле с рис. 7.28 из EN 1991-1-4 с участием ( к/д = 0.2):
( {с}_{f0}знак равно 1.2 + {0.18журнал(10 к/д)}/{1 + 0.4журнал({р}_{е}/{10}^{6}} знак равно 1.2 + {0.18журнал(10 (0.2)}/{1 + 0.4журнал((2862000)/{10}^{6}})
( {с}_{f0} знак равно 1.246 )
Эффектная стройность, ( λ )
Эффективная стройность, ( λ ), для полюса можно определить по таблице №4 7.16 или И 1991-1-4.
( λ = макс.(0.7 {с участием}_{грамм}/d, 70) ) для ( {с участием}_{грамм} ) > 50м
( λ = макс.({с участием}_{грамм}/d, 70) ) для ( {с участием}_{грамм} ) < 15м
фигура 9. Стол 7.16 или И 1991-1-4 для расчета эффективной гибкости ( λ ).
поскольку ( {с участием}_{грамм} ) равен 38,0 м, нам нужно интерполировать значения ( λ ) на 50м и 15м:
( {с участием}_{грамм} знак равно 38)
( {λ}_{50м} = макс.(0.7 (38), 70) знак равно 70 )
( {λ}_{15м} = макс.((38), 70) знак равно 70 )
Следовательно:
( λ = 70 )
Фактор конечного эффекта, ( {ψ}_{λ} )
Фактор конечного эффекта, ( {ψ}_{λ} ), можно получить, используя рисунок 7.36 или И 1991-1-4 требующий коэффициент прочности ( Пхи ) и эффективная стройность ( λ ). Примем коэффициент прочности ( Пхи ) равно 1.0 так как колонна труб не имеет перфорации.
фигура 10. Соответствующий фактор конечного эффекта ( {ψ}_{λ} ) для столба, поддерживающего вывеску по рисунку 7.36 или И 1991-1-4.
С рисунка 10, мы можем сделать вывод, что фактор конечного эффекта ( {ψ}_{λ} ) для полюса равно 0.910.
Из расчетных параметров выше,мы уже можем вычислить Сила ветра, ( {F}_{вес,дуопит} ):
({с}_{е} знак равно {с}_{е,0}{ψ}_{λ} знак равно (1.246)(0.910) знак равно 1.134)
({F}_{вес,дуопит} знак равно {с}_{s}{с}_{d}{с}_{е}{Q}_{п}({с участием}_{е}){А}_{ссылка,дуопит} знак равно (1.0)(1.134)(1129.89)(38.0×1.0) )
({F}_{вес,дуопит} знак равно 48689.22 N )
фигура 11. Силы ветра, действующие на вывеску и столб.
фигура 12. Силы ветра, действующие на вывеску и столб для эксцентрикового корпуса.
Генератор нагрузки SkyCiv
варьируется в зависимости от высоты рассматриваемой высоты над землей, вы можете получить ветровые нагрузки для вывесок и столбов всего за несколько кликов и входов. При покупке автономной версии или регистрации профессиональной учетной записи, вы сможете создать подробный отчет о ветре для вашего проекта вывески!
Вы можете ознакомиться с подробным отчетом о ветровой нагрузке на вывеску по этим ссылкам:
Инженер-строитель, Разработка продукта
MS Гражданское строительство
Ссылки:
- В, В. (2005). Еврокод 1: Действия над конструкциями - часть 1–4: Общие действия - действия ветра.
- БСИ. (2005). БС АН 1991-1-4: 2005+ А1: 2010: Еврокод 1. Действия со структурами. Общие действия. Ветер действия.
