BUDOWNICTWO OGÓLNE I MATERIAA
Y
BUDOWLANE
projekt 9
OBCI
ŻENIA ŚNIEGIEM I WIATREM
Dr inż. Wojciech Słomka, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska
OBCI
ŻENIA ŚNIEGIEM
Zgodnie z normą PN-80/B-02010 wartość
obciążenia charakterystycznego dachu śniegiem Sk
przypadającą na 1 m2 rozrzutu poziomego określa się z wzoru
Sk = Qk · C [kN/m2]
gdzie: Qk - obciążenie charakterystyczne śniegiem gruntu,
C - współczynnik kształtu dachu.
Wartości charakterystycznego obciążenia śniegiem gruntu Qk,
zależne od strefy oznaczonej na mapie Polski należy przyjmować jako
równe:
- 0,7 kN/m2 w strefie I,
- 0,9 kN/m2 w strefie II,
- 1,1 kN/m2 w strefie III,
- 0,003 H e" 0,9 - w strefie IV,
przy czym ustalenie to dotyczy wysokości n.p.m. H d" 1000 m;
dla terenów położonych wyżej obciążenia Qk należy ustalać
indywidualnie.
MAPA STREF OBCI
ŻENIA ŚNIEGIEM
OBCI
ŻENIA ŚNIEGIEM
Przy indywidualnym ustalaniu wartości Qk korzysta się z
zależności
Qk = gk R
gdzie: gk - 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.
.
OBCI
ŻENIA ŚNIEGIEM
.
OBCI
ŻENIA WIATREM
PrÄ…dy 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 otaczajÄ…cego,
- ssanie wiatru spowodowane podciśnieniem
powietrza.
.
OBCI
ŻENIA WIATREM
Obciążenie wiatrem ustala się przy założeniu, że wiatr
wieje poziomo z kierunku dajÄ…cego najbardziej
niekorzystne obciążenie dla budowli, elementu lub
przegrody,
oraz że wszystkie powierzchnie elementów lub przegród
sÄ… poddane prostopadle skierowanemu do nich parciu lub
ssaniu wiatru.
W przypadku powierzchni równoległych do kierunku
działania wiatru lub odchylonych od niego o kąt nie
wiÄ™kszy niż 15° uwzglÄ™dnia siÄ™ także obciążenie
styczne.
.
OBCI
ŻENIA WIATREM
Wartość obciążenia charakterystycznego wiatrem określa. się, zgodnie z
PN-77/B-02011, wedÅ‚ug wzoru Pk = qk Ce C ²
gdzie: qk - charakterystyczne ciśnienie prędkości wiatru,
Ce - współczynnik ekspozycji,
C - współczynnik aerodynamiczny,
² - współczynnik dziaÅ‚ania 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 qk 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 qk należy o 20% powiększyć.
Mapa stref obciążenia wiatrem
OBCI
ŻENIA WIATREM
.
OBCI
ŻENIA 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.
OBCI
ŻENIA 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)
odpowiadajÄ… 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).
OBCI
ŻENIA Wiatrem
Dla budowli o wysokości nie przekraczającej dwukrotnej długości
(mierzonej prostopadle do przyjętego kierunku wiatru), tj. przy H/L
d"2, przyjmuje się stałą wartość Ce na całej wysokości określoną na
poziomie z = H.
.
Współczynnik
aerodynamiczny C
uwzględnia wpływ kształtu budowli,
elementu lub przegrody oraz kierunku
wiatru na wielkość qk.
Współczynnik ten jest określany przez trzy
wartości:
- współczynnik po stronie zewnętrznej
budowli lub przegrody Cz
- współczynnik po stronie
wewnętrznej Cw
-współczynnik obciążenia stycznego Ct.
Całkowita wielkość współczynnika C dla
obciążeń normalnych do powierzchni
przegrody jest różnicą algebraiczną
współczynników Cz lub CW po obydwóch
Współczynnik Cz dla budynków i
jej stronach.
przegród pionowych
Współczynnik Cz dla dachów jedno- i dwuspadowych
.
Współczynniki Ct i Cw
.
OBCI
ŻENIA wiatrem
Na rysunkach pokazano wartości współczynników CZ, Ct i CW 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 CW 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 d" 0,2 B d" 4 m, (przy B < L);
-dla połaci dachowych 1 m d" 0,1 b d" 2 m;
.
WSPÓA
CZYNNIK DZIAA
ANIA PORYWÓW WIATRU
Współczynnik dziaÅ‚ania porywów wiatru ² uwzglÄ™dnia 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 ² = 1,8.
Dla lekkich konstrukcji metalowych oraz budowli smukłych (np. kominy,
wieże) obowiązuje sprawdzenie podatności ewentualne ustalenie wartości
współczynnika ² wedÅ‚ug postÄ™powania okreÅ›lonego w PN-77/8-02011.
Do obliczeń elementów o małej powierzchni (okna, elementy ścian
osÅ‚onowych) przyjmuje siÄ™ ² = 2,2 (niezależnie od podatnoÅ›ci budowli na
dynamiczne działanie wiatru).
Współczynniki aerodynamiczne dla obciążeń
krawędziowych
.
MOŻLIWOŚCI POMINI
CIA OBCI
ŻENIA 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 POMINI
CIA OBCI
ŻENIA 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.