Saat merancang bangunan dan struktur, perhitungan beban angin harus sering dilakukan. Indikator ini dihitung menggunakan rumus khusus. Penting untuk memperhitungkan beban seperti itu, misalnya, ketika membuat gambar sistem rangka atap, memilih lokasi dan desain papan reklame, dll.
SNiP standar
Sebenarnya, definisi parameter ini memberikan SNiP 2.01. 07-85. Menurut dokumen ini, beban angin harus dipertimbangkan sebagai agregat:
- tekanan yang bekerja pada permukaan luar struktur suatu struktur atau elemen;
- gaya gesekan yang diarahkan secara tangensial ke permukaan struktur, mengacu pada luas proyeksi vertikal atau horizontalnya;
- tekanan normal diterapkan pada permukaan bagian dalam bangunan dengan selubung bangunan permeabel atau bukaan terbuka.
Cara menentukan
Saat menghitung beban angin, dua parameter utama diperhitungkan:
- komponen rata-rata;
- berdenyut.
Beban didefinisikan sebagai jumlah dari dua parameter ini.
Komponen rata-rata: rumus dasar
Jika beban angin tidak diperhitungkan selama desain, hal ini selanjutnya akan berdampak sangat negatif pada kinerja bangunan atau struktur. Komponen rata-ratanya dihitung dengan rumus berikut:
W=Wok.
Di sini W adalah nilai yang dihitung dari beban angin pada ketinggian z di atas permukaan bumi, Wo adalah nilai standarnya, k adalah koefisien perubahan tekanan dengan ketinggian. Semua data awal dari rumus ini ditentukan dari tabel.
Terkadang parameter c juga digunakan dalam perhitungan - koefisien aerodinamis. Rumus dalam hal ini terlihat seperti ini: W=Wokс.
Nilai normatif
Untuk mengetahui parameter ini, Anda perlu menggunakan tabel wilayah untuk beban angin Federasi Rusia. Hanya ada delapan dari mereka. Tabel beban angin (ketergantungan nilai Wo pada wilayah tertentu Rusia) disajikan di bawah ini.
Untuk daerah yang jarang dipelajari di negara ini, serta untuk daerah pegunungan, parameter SNiP ini memungkinkan Anda untuk menentukan menurut stasiun cuaca yang terdaftar secara resmi dan berdasarkan pengalaman pengoperasian bangunan dan struktur yang ada. Dalam hal ini, rumus khusus digunakan untuk menentukan nilai standar beban angin. Tampilannya seperti ini:
Wo=0.61 V2o.
Di sini V2o - kecepatan angin dalam meter per detik pada ketinggian 10 m, sesuai dengan interval rata-rata 10menit dan melebihi setiap 5 tahun.
Bagaimana koefisien k ditentukan?
Ada juga tabel khusus untuk parameter ini. Saat menentukannya, jenis area di mana konstruksi struktur atau bangunan seharusnya diperhitungkan. Ada tiga di antaranya:
- Tipe "A" - daerah datar terbuka: pantai laut, danau dan sungai, stepa, gurun, daerah tundra, hutan-stepa.
- Tipe "B" - medan yang tertutup rintangan setinggi 10 meter: daerah perkotaan, hutan, dll.
- Tipe "C" - daerah perkotaan dengan bangunan setinggi lebih dari 25 m.
Jenis area konstruksi juga ditentukan dengan mempertimbangkan persyaratan SNiP. Ini harus diperhitungkan saat mendesain. Setiap bangunan dianggap berlokasi di lokasi tipe tertentu jika yang terakhir terletak di sisi angin pada jarak 30 jam. Di sini h adalah tinggi rencana struktur sampai dengan 60 m. Dengan tinggi bangunan yang lebih tinggi, jenis medan dianggap pasti jika tetap minimal 2 km dari sisi angin.
Cara menghitung beban riak
Menurut SNiP beban angin, sebagaimana telah disebutkan, harus ditentukan sebagai jumlah dari standar rata-rata dan pulsasi. Nilai parameter terakhir tergantung pada jenis struktur itu sendiri dan fitur desainnya. Dalam hal ini, mereka membedakan:
- struktur dengan frekuensi osilasi alami melebihi nilai batas yang ditetapkan (cerobong asap,menara, tiang, peralatan tipe kolom);
- struktur atau elemen konstruksinya, yang merupakan sistem dengan satu derajat kebebasan (bingkai melintang bangunan industri satu lantai, menara air, dll.);
simetris dari segi bangunan
Rumus untuk berbagai jenis struktur
Untuk jenis bangunan pertama, dalam menentukan beban angin yang berdenyut digunakan rumus:
Wp=WGV.
Di sini W adalah beban standar yang ditentukan oleh rumus yang disajikan di atas, G adalah koefisien pulsasi tekanan pada ketinggian z, V adalah koefisien korelasi pulsasi. Dua parameter terakhir ditentukan oleh tabel.
Untuk struktur dengan frekuensi osilasi alami yang melebihi nilai batas yang ditetapkan, rumus berikut digunakan saat menentukan beban angin yang berdenyut:
Wp=WQG.
Di sini Q adalah koefisien dinamis yang ditentukan dari diagram (disajikan di bawah) tergantung pada parameter E, dihitung dengan rumus E=√RW/940f (R adalah faktor keamanan beban, f adalah frekuensi osilasi alami) dan fluktuasi penurunan logaritmik. Parameter terakhir adalah konstan dan diterima untuk:
- untuk bangunan rangka baja sebagai 0,3;
- untuk tiang, liner, dll. sebagai 0.15.
Untuk bangunan simetris, beban angin yang berdenyut dihitung dengan rumus:
-
Wp=mQNY.
Di sini Q adalah koefisien dinamisme, m adalah massa struktur pada ketinggian z, Y adalah getaran horizontal struktur pada tingkat z menurut bentuk pertama. N dalam rumus ini adalah koefisien khusus, yang dapat ditentukan dengan terlebih dahulu membagi struktur menjadi r, jumlah bagian yang di dalam batasnya beban anginnya konstan, dan menggunakan rumus khusus.
Satu cara lagi
Anda dapat menghitung beban angin menggunakan metode yang sedikit berbeda. Dalam hal ini, Anda harus terlebih dahulu menentukan tekanan angin menggunakan rumus:
(Psf)=.00256V^2.
Di sini V adalah kecepatan angin (dalam mph).
Maka Anda harus menghitung koefisien hambatan. Ini akan sama dengan:
- 1.2 - untuk struktur vertikal panjang;
- 0.8 - untuk garis vertikal pendek;
- 2.0 - untuk struktur horizontal panjang;
- 1.4 - untuk yang pendek (misalnya, fasad bangunan).
Selanjutnya, Anda perlu menggunakan rumus umum untuk beban angin pada bangunan atau struktur:
F=APCd.
Di sini A adalah luas area, P adalah tekanan angin, Cd adalah koefisien drag.
Anda juga dapat menggunakan rumus yang sedikit lebih rumit:
F=APCdKzGh.
Saat diterapkan, faktor eksposur Kz b dan sensitivitas hembusan Gh juga diperhitungkan. Yang pertama dihitung sebagai z/33]^(2/7,yang kedua - 65+60 / (j/33)^(1/7). Dalam rumus ini, z adalah tinggi dari tanah ke tengah struktur, h adalah tinggi total yang terakhir.
Rekomendasi dari pakar
Untuk menghitung beban angin, para insinyur sering menyarankan untuk menggunakan program MS Excel dan OOo Calc yang terkenal dari paket Open Office. Prosedur untuk menggunakan software ini, misalnya, dapat berupa:
- Excel diaktifkan pada lembar "Energi Angin";
- kecepatan angin dicatat di sel D3;
- waktu di D5;
- area aliran udara - di D6;
- densitas udara atau berat jenis - di D7;
- Efisiensi turbin angin - di D8.
Ada cara lain untuk menggunakan perangkat lunak ini dengan input lain. Bagaimanapun, cukup nyaman menggunakan MS Excel dan OOo Calc untuk menghitung beban angin pada bangunan dan struktur, serta strukturnya masing-masing.
