BUDOWNICTWO OGÓLNE I MATERIAŁY

BUDOWLANE

projekt

9

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM I WIATREM

Dr inż. Wojciech Słomka, Instytut Inżynierii Ochrony

Środowiska

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM

Zgodnie z normą PN-80/B-02010 wartość
obciążenia charakterystycznego dachu śniegiem S

k

przypadającą na 1 m

2

rozrzutu poziomego określa się z wzoru

S

k

= Q

k

· C [kN/m

2

]

gdzie:

Q

k

- obciążenie charakterystyczne śniegiem

gruntu,

C

- współczynnik kształtu dachu.

Wartości

charakterystycznego

obciążenia

śniegiem

gruntu Q

k

, zależne od strefy oznaczonej na mapie Polski należy

przyjmować jako równe:

- 0,7 kN/m

2

w strefie I,

- 0,9 kN/m

2

w strefie II,

- 1,1 kN/m

2

w strefie III,

- 0,003 H ≥ 0,9 - w strefie IV,
przy czym ustalenie to dotyczy wysokości n.p.m. H ≤ 1000 m;
dla terenów położonych wyżej obciążenia Q

k

należy ustalać

indywidualnie.

MAPA STREF OBCIĄŻENIA

ŚNIEGIEM

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM

.

Przy indywidualnym ustalaniu wartości Q

k

korzysta

się z zależności

Q

k

= g

k

R

gdzie: g

k

- charakterystyczna grubość pokrywy

śnieżnej na gruncie [m],
R - średni ciężar objętościowy śniegu
przyjmowany jako równy 2,45 kN/m3.

Współczynniki kształtu dachu C uwzględniają

wpływ kształtu dachu na gromadzenie się na nim
śniegu.

Wartości współczynnika C dla najczęściej

spotykanych

przypadków

dachów

jedno-

i

dwuspadowych nieosłoniętych pokazano na rysunku.
Dla innych przypadków (w tym dachów osłoniętych)
należy korzystać bezpośrednio z normy.

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM

.

OBCIĄŻENIA WIATREM

.

Prądy powietrzne w atmosferze, zwane
wiatrami, powodują powstawanie różnic w
ciśnieniu powietrza otaczającego
(zewnętrznego) i wypełniającego
(wewnętrznego) budowlę.
Różnice ciśnienia tworzą układy sił
zewnętrznych, których oddziaływanie na
budowlę określa się jako obciążenie wiatrem.
Występują dwa rodzaje obciążeń wiatrem:

- parcie wiatru spowodowane
nadciśnieniem
powietrza otaczającego,
- ssanie wiatru spowodowane
podciśnieniem
powietrza.

OBCIĄŻENIA WIATREM

.

Obciążenie wiatrem ustala się przy założeniu,
że wiatr wieje poziomo z kierunku dającego
najbardziej

niekorzystne

obciążenie

dla

budowli,

elementu

lub

przegrody,

oraz że wszystkie powierzchnie elementów lub
przegród

są

poddane

prostopadle

skierowanemu do nich parciu lub ssaniu wiatru.

W przypadku powierzchni równoległych do
kierunku działania wiatru lub odchylonych od
niego o kąt nie większy niż 15° uwzględnia się
także obciążenie styczne.

OBCIĄŻENIA WIATREM

Wartość obciążenia charakterystycznego wiatrem określa. się,
zgodnie

z

PN-77/B-02011, według wzoru

P

k

= q

k

C

e

C β

gdzie: q

k

- charakterystyczne ciśnienie prędkości wiatru,

C

e

- współczynnik ekspozycji,

C - współczynnik aerodynamiczny,
β

- współczynnik działania porywów wiatru.

Charakterystyczne ciśnienie prędkości wiatru jest wielkością
uzyskaną na podstawie średniej dziesięciominutowej prędkości
wiatru mierzonej na poziomie 10 m w terenie otwartym, której
wartość jest przekroczona nie więcej niż jeden raz w okresie 50 lat.

Wartości charakterystycznej prędkości wiatru dla poszczególnych
stref obciążenia wiatrem pokazanych na mapie Polski zawarto w
tabeli

Wartości q

k

podane w tabeli zmniejsza się o 20% dla budowli w

stadium
montażu, budowli tymczasowych o okresie użytkowania nie
przekraczającym 10 lat, budowli o wysokości poniżej 5 m oraz
budowli zlokalizowanych w III strefie w zamkniętych dolinach lub
kotlinach. Natomiast dla budowli monumentalnych wielkość q

k

należy o 20% powiększyć.

Mapa stref

obciążenia wiatrem

OBCIĄŻENIA WIATREM

.

OBCIĄŻENIA WIATREM

Współczynnik ekspozycji

Współczynnik ekspozycji uwzględnia wpływ rodzaju
terenu i położenia rozpatrywanego fragmentu
budowli nad poziomem gruntu, na ciśnienie
prędkości wiatru.
Wiadomo, że w terenie zabudowanym prędkość
wiatru
w tych samych warunkach meteorologicznych
maleje, a równocześnie jest większa na dużych
wysokościach nad poziomem terenu.

Rozróżnia się więc trzy rodzaje terenu:
A - otwarty z nielicznymi przeszkodami,
B - zabudowany budynkami o wysokości do 10 m
lub zalesiony,
C - zabudowany budynkami o wysokości powyżej 10
m.

OBCIĄŻENIA
WIATREM

Budowla jest przy tym
usytuowana w terenie B
lub C, jeżeli zabudowa
(lub

zalesienie)

w

promieniu równym co
najmniej

30

H

(H-

wysokość

budowli)

odpowiadają warunkom
terenu

B

lub

C.

Zależność
współczynnika Ce od
wysokości

nad

poziomem terenu dla
poszczególnych
rodzajów

terenu

ilustruje rysunek 2.5
oraz dane zawarte w
tabeli 2.10 (dla budowli
o H < 100 m).

OBCIĄŻENIA Wiatrem

.

Dla budowli o wysokości nie przekraczającej dwukrotnej

długości (mierzonej prostopadle do przyjętego kierunku
wiatru),

tj. przy H/L ≤2, przyjmuje się stałą wartość C

e

na

całej wysokości określoną na poziomie z = H.

Współczynnik

aerodynamiczny

C

uwzględnia

wpływ kształtu budowli

,

elementu lub przegrody

oraz kierunku

wiatru

na wielkość

q

k

.

Współczynnik ten jest określany przez
trzy wartości:
- współczynnik po stronie zewnętrznej
budowli lub przegrody

C

z

- współczynnik po stronie
wewnętrznej

C

w

-współczynnik obciążenia stycznego

C

t

.

Całkowita wielkość współczynnika
C

dla obciążeń normalnych do

powierzchni przegrody jest różnicą
algebraiczną współczynników C

z

lub C

W

po obydwóch jej stronach.

Współczynnik C

z

dla budynków i

przegród pionowych

Współczynnik C

z

dla dachów jedno- i

dwuspadowych

.

Współczynniki C

t

i C

w

.

OBCIĄŻENIA wiatrem

.

Na rysunkach pokazano wartości współczynników C

Z

, C

t

i

C

W

dla niektórych kształtów budowli i dachów. Przyjmuje

się tu, że

wymiar B jest mierzony równolegle do kierunku

wiatru

,

zaś wymiar L - prostopadle

. Należy zaznaczyć, że

współczynniki C

W

określa się dla budowli otwartych, tzn.

takich, w których stosunek powierzchni otworów otwartych
na stałe lub przygotowanych do otwierania do całkowitej
powierzchni

przegrody

(przewiewność)

jest

w

którejkolwiek z przegród zewnętrznych większy od 35%.

Na zewnętrznych powierzchniach przegród pionowych (w
sąsiedztwie

narożników)

oraz

przykrawędziowych

i

przykalenicowych fragmentach dachów może występować
wzrost obciążenia ssaniem wiatru znacznie przekraczający
wartość ssania na pozostałej części przegrody. Obciążenie
to określa się mianem

obciążenia krawędziowego

(miejscowego

). Należy je uwzględniać w obliczeniach

łączników, połączeń, pokryć itp. Przyjmuje się, że
obciążenie to działa na fragmenty przykrawędziowe o
szerokości równej:

-dla przegród pionowych 2 m ≤ 0,2 B ≤ 4 m, (przy B < L);

-dla połaci dachowych 1 m ≤ 0,1 b ≤ 2 m;

WSPÓŁCZYNNIK DZIAŁANIA PORYWÓW WIATRU

Współczynnik działania porywów wiatru

β

uwzględnia wzrost

obciążenia
spowodowany przez porywy wiatru w stosunku do średniej
dziesięciominutowej wartości obciążenia.
Wartość tego współczynnika zależy od podatności budowli na
dynamiczne działanie wiatru.

Budynki o konstrukcji murowej i żelbetowej do wysokości 40
m

(a nawet więcej) należą do budowli niepodatnych na

dynamiczne działanie wiatru, dla których

β

= 1,8.

Dla lekkich konstrukcji metalowych oraz budowli smukłych
(np. kominy, wieże) obowiązuje sprawdzenie podatności
ewentualne ustalenie wartości współczynnika

β

według

postępowania określonego w PN-77/8-02011.

Do obliczeń

elementów o małej powierzchni (okna, elementy

ścian osłonowych)

przyjmuje się

β

= 2,2 (niezależnie od

podatności budowli na dynamiczne działanie wiatru).

.

Współczynniki aerodynamiczne dla
obciążeń krawędziowych

MOŻLIWOŚCI POMINIĘCIA OBCIĄŻENIA

WIATREM

Istnieją możliwości pominięcia obciążenia wiatrem w
obliczeniach statycznych. Dotyczy to przypadków, gdy udział
obciążeń wiatrem w całości obciążeń jest niewielki, gdy
wymiary przekrojów konstrukcji są uwarunkowane względami
użytkowymi i są większe od wymiarów wynikających z warunku
zapewnienia odpowiedniej nośności konstrukcji a także, gdy są
spełnione warunki zwalniające od potrzeby uwzględniania
obciążenia wiatrem podane w innych normach dotyczących
projektowania konstrukcji.

W przypadku konstrukcji tradycyjnych (drewnianych i
murowych) obciążenie wiatrem można pominąć w obliczeniach
statycznych (z wyjątkiem dachów, ścian wypełniających, rygli
ściennych itp.) dla następujących warunków

:

a)

w obliczeniach budynków drewnianych o ścianach nośnych,

jeżeli wysokość kondygnacji nie jest większa od 4 m, zaś
osiowy rozstaw poprzecznych ścian usztywniających nie
przekracza 6 m;

MOŻLIWOŚCI POMINIĘCIA OBCIĄŻENIA

WIATREM

b)

w obliczeniach budynków murowanych, których

wysokość nie przekracza podwójnej szerokości (H <
2B), jeżeli:

- wysokość kondygnacji

nie przekracza 3,6 m,

-

ściany nośne w układzie podłużnym mają grubość

co najmniej 38 cm i nie są osłabione otworami
o powierzchni większej niż 50% ściany, zaś ściany
poprzeczne mają grubość co najmniej 25 cm i
rozstaw a < 1,5B,
-

ściany nośne

w układzie poprzecznym mają

grubość
co najmniej 25 cm, nie są osłabione otworami o
powierzchni
większej niż 30% powierzchni ściany i są
usztywnione
podłużnymi ścianami murowanymi z cegły pełnej o
grubości
co najmniej 25 cm i długości co najmniej 0,33 H
lub innymi
konstrukcjami równorzędnymi.