На фоне постоянного роста городов мы наблюдаем как городские границы расширяются, но город растет не только в горизонтальном направлении, он растет и вертикально. Что вызывает ряд вопросов, касающихся компетентного сбора нагрузок.
Высотные здания и сооружения
Здания и сооружения большой высоты, у которых длина намного превышает поперечное сечение, называются высотными.
К высотным сооружениям относятся:
- опоры линий электропередач;
- маяки и вышки;
- дымовые трубы;
- водонапорные башни;
- метеорологические вышки.
По типу высотные сооружения делятся на мачты и башни. Мачты закреплены с помощью системы оттяжек, а башни жестко закреплены в основании. Помимо этого применяются и комбинированные системы, в которых используется несколько типов закреплений. Из-за своей большой высоты, такие сооружения имеют большую площадь, воспринимающую ветровую нагрузку. Она действует на само сооружение и на то оборудование, которое в нем установлено. Поэтому сооружение рассчитывается в первую очередь на действие горизонтальных нагрузок.
Для мачт учитывается вертикальная нагрузка, если сооружение испытывает значительные вертикальные усилия от оттяжек.
При сравнении стоимости строительства было установлено, что мачты более выгодны чем башни, на их возведение требуется на 20–30 % меньше материалов. Чем больше высота сооружения, тем более экономично решение типа мачта. Но мачты обладают и рядом недостатков, они требуют постоянного визуального контроля, оттяжки всегда должны находиться в напряженном состоянии. Также для установки оттяжек требуется дополнительная площадь, что сложно обеспечить в стесненной застройке. Не применяют мачты в зонах возле аэропортов и взлетно-посадочных полос.
Ствол мачты составляется по принципу пространственной фермы, он состоит из раскосов, распорок и поясов. Вес от мачты распределяется в основании с помощью металлических листов – пяток. Устанавливают мачты на земле, на бетонных основах, деревянных стропилах.
Мачта – это высотное сооружение устойчивость которого обеспечивается за счет системы оттяжек.
Рисунок 1. Принцип действия ветровой нагрузки на здание. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Особенности определения ветровой нагрузки
Ветровая нагрузка, воздействующая на многометровую конструкцию стремится повалить ее. Помимо ветра в горизонтальном направлении действуют силы натяжения подвесных антенн и проводов.
Чтобы оценить ветровую нагрузку, необходимо сложить:
- статическую составляющую ветровой нагрузки, которая соответствует средней скорости ветра;
- динамическую составляющую ветровой нагрузки. Представляется как система инерционных сил, приложенных к середине участка.
Расчет динамической составляющей вызываемой пульсациями скоростного напора, выполняется для объектов, у которых период колебании составляет не более 0,25 с.
Для того чтобы комплексно подойти к оценке влияния ветровой нагрузки применяются основы метеорологии, аэродинамики, статики, теории конструкций и проектирования. Метеорологическое воздействие ветра является результатом разных барометрических давлений, вызванных температурными изменениями Скорость ветра зависима от барометрического давления и сил вращения Земли. Чем выше здание, тем большее значение имеет ветровая нагрузка, так как она изменяется по мере увеличения высоты. У поверхности скорость мала из-за трения частиц воздуха о земную поверхность, но при увеличении высоты скорость растет по экспоненте. Турбулентность потока вызывается природными искусственными преградами на пути движения потока. Неопределённость интенсивности потока является одной из самых сложных частей расчета.
Результирующая ветровая нагрузка имеет статическую и динамическую составляющие. Для того, чтобы выполнить проверку конструкции на результирующую нагрузку, дополнительно вводится коэффициент надежности, позволяющий учесть отклонение от нормативного значения.
Таким образом влияние ветровой нагрузки на конструкцию зависит от природных факторов и схемы самой конструкции. Задачей проектировщика является выбор такой схемы, при которых влияние ветра не будет иметь решающего значения и не окажет разрушающего воздействия. В расчетах используются максимальная скорость ветра, критические скорости и средние скорости и пульсация.
