rozdział v - Antoni Taranowicz

ROZDZIAŁ V
OBLICZEIE OBCIĄŻEŃ KLIMATYCZYCH ODDZIAŁUJĄCYCH
A BUDYEK
V.1. Obciążenie śniegiem dachu
Pawilon wystawienniczy
Lokalizacja: Bielsko-Biała
A – 375 m n.p.m.
III – strefa obciążeniem śniegiem
P-E 1991-1-3 B.1
Rzut poziomy dachu
Przekrój A-A
Rys. 1. Rzut poziomy i przekrój pionowy budynku
33
V.1.1. Obciążenie śniegiem gruntu
Wartość charakterystyczna sk obciążenia śniegiem gruntu [4]:
P-E
s k =0,006 A0,6 [kN / m ]
1991-1-3
s k =0,006⋅3750,6=1,65 kN /m2
Tab. B.1
2
V.1.2. Obciążenie śniegiem dachu
Obciążenia działają pionowo i odnoszą się do rzutu poziomego
E 1991-1-3
powierzchni dachu.
§5.2(1)
Trwałe (warunki normalnego użytkowania)/przejściowe (tymczasowe
warunki użytkowania) sytuacje obliczeniowe:
s=µ C e C t sk
E 1991-1-3
§ 5.2(3) a)
gdzie:
E 1991-1-3
µi – jest współczynnikiem kształtu dachu
§5.3.4(3)
Ce – jest współczynnikiem ekspozycji, Ce = 1,0
§ 5.2(7)
Ct – jest współczynnikiem termicznym, Ct = 1,0
§ 5.2(8)
Sk – jest wartością charakterystyczną obciążenia śniegiem gruntu
Rys. 2. Współczynnik kształtu dachu – E 1991-1-3, Rysunek 5.1
34
Rys. 3. Współczynnik kształtu dachu dla dachów wielopołaciowych – E 1991-1-3, Rysunek 5.4
– Dach wielopołaciowy
– Kąt nachylenia dachu 2o:
0 ≤ α ≤ 30°
– Trwałe/przejściowe sytuacje obliczeniowe
E 1991-1-3
– Przypadek (1): rozkład obciążenia śniegiem nienaniesionym
§ 5.3.4
µ1 ( α=2o )=0,8
Rysunek 5.4
s 1=µ1 Ce Ct s k [kN / m2]
§ 5.3.2
s 1=0,8⋅1⋅1⋅1,65=1,32 kN /m
Rys. 5.1
2
– Przypadek (2): rozkład obciążenia śniegiem naniesionym
α=
2+2 o
=2
2
µ 2(α)=0,9
s 2=0,9⋅1⋅1⋅1,65=1,49 kN /m 2
35
Tab. 5.2
Rys. 4. Równomierne obciążenie dachu śniegiem
Rys. 5. Nierównomierne obciążenie dachu śniegiem
V.2. Oddziaływanie wiatru na budynek
Budynek wystawienniczy
Lokalizacja: Bielsko-Biała
A – 375 m n.p.m.
III – strefa obciążeniem oddziaływania wiatrem
36
P-E 1991-1-4 A.1
Rys. 6. Rzut aksonometryczny budynku
V.2.1. Określenie szczytowego ciśnienia prędkości wiatru
– Wartość podstawowa bazowej prędkości wiatru [4]:
P-E
V b ,0 =22[1+0.0006 ( A300)] [m/ s ]
1991-1-4
V b ,0 =22[1+ 0.0006(375300)]=22,99≈23 m/ s
Tab. A.1
– Bazowa prędkość wiatru dla III strefy
Dla współczynników cdir i cseason zalecane są następujące wartości:
P-E
1991-1-4
cdir = 1,0
– współczynnik kierunkowy
cseason = 1,0
– współczynnik pory roku
V b=C dr⋅C season⋅V b ,0 [m/ s ]
Tab. A.2
E 1991-1-4
§ 4.2(2)
V b=1,0⋅1,0⋅23=23 m/ s
– Bazowe ciśnienie prędkości wiatru dla III strefy
q b ,0=0,30⋅[ 1+0,0006( A300)]2⋅[
20000A
] [kN / m2 ]
20000+ A
P-E
1991-1-4
Tab. A.1
20000375
q b ,0=0,30⋅[ 1+0,0006(375300)] ⋅[
]=0,315 kN /m 2
20000+375
2
– Wysokość odniesienia
h=7m < b =18,57 (lub 24,37m) → ze =7 m
P-E
– Współczynnik ekspozycji
z 0,26
c e ( z)=1,9⋅( )
10
1991-1-4
– teren III kategorii
37
Tab. A.3
c e ( z)=1,9⋅(
7 0,26
) =1,732
10
E 1991-1-4
– Szczytowe ciśnienie prędkości wiatru
§ 4.5(1)
2
q p ( z)=c ez⋅q b [kN /m ]
q p ( z)=1,732⋅0,315=0,546 kN /m
2
V.2.2. Podział budynku na strefy i wyznaczenie wartości współczynników
ciśnienia zewnętrznego Cpe10
– Dla ścian
– Napór wiatru na ścianę – krótszy bok
E 1991-1-4
h=7m
b = 18,57
7.2.2 (1)
– wymiar poprzeczny do kierunku wiatru
Rysunek 7.4
h < b, więc ze = wysokość odniesienia = h = 7 m
E 1991-1-4
d = 24,37 m
7.2.2 (2)
h/d = 7/24,37 = 0,29 (h/d >0,25)
Tabela 7.1
2h = 14 m
E 1991-1-4
e = 14 m
§ 7.2.2 (1)
e<d
Rysunek 7.5
e/5 = 2,8 m
4/5 e = 11,2 m
d – e = 10,37 m
E 1991-1-4
§ 7.2.2(2)
Tabela 7.1
E 1991-1-4
§ 7.2.2 (1)
Rys. 7. Współczynniki cp10 dla stref A, B, C, oraz D przy naporze wiatru na
ścianę, krótszy bok
38
Rysunek 7.5
– Napór wiatru na ścianę – dłuższy bok
h=7m
b = 24,37 m
– wymiar poprzeczny do kierunku wiatru
h < b, więc ze = wysokość odniesienia = h = 7m
E 1991-1-4
d = 18,57 m
7.2.2 (1)
h/d = 7/18,57 = 0,38 (h/d >0,25)
Rysunek 7.4
2h = 14 m
E 1991-1-4
e = 14 m
§ 7.2.2(2)
e<d
Tabela 7.1
e/5 = 2,8 m
4/5 e = 11,2 m
E 1991-1-4
d – e = 4,57 m
§ 7.2.2(1)
Rysunek 7.5
Rys. 8. Współczynniki cp10 dla stref A, B, C, oraz D przy naporze wiatru na
ścianę, dłuższy bok
39
– Dla dachu
– Napór wiatru na dach, krótszy bok
h=7m
b = 18,57
E 1991-1-4
– wymiar poprzeczny do kierunku wiatru
h < b, więc ze = wysokość odniesienia = h = 7 m
§ 7.2.3(1)
Rysunek 7.6
d = 24,37 m
2h = 14 m
e = 14 m
e/4 = 3,5 m
e/10 = 1,4 m
e/2 = 7 m
E 1991-1-4
§ 7.2.3(1)
Tab. 7.2
Rys. 9. Współczynniki cp10 dla stref F, G, H, oraz I przy naporze wiatru na dach,
krótszy bok
40
1. Napór wiatru na dach – dłuższy bok
h=7m
b = 24,37
– wymiar poprzeczny do kierunku wiatru
E 1991-1-4
h < b, więc ze = wysokość odniesienia = h = 7 m
§ 7.2.3(1)
d = 18,57 m
Rysunek 7.6
2h = 14 m
e = 14 m
e/4 = 3,5 m
e/10 = 1,4 m
e/2 = 7 m
E 1991-1-4
§ 7.2.3(1)
Tab. 7.2
Rys. 10. Współczynniki cp10 dla stref F, G, H, oraz I przy naporze wiatru na dach,
dłuższy bok
V.2.3. Wyznaczenie wartości współczynników ciśnienia wewnętrznego cpi
– Trwała lub przejściowa sytuacja obliczeniowa
Drzwi nie są dominujące w ścianie.
E 1991-1-4
Zakłada się, że podczas silnych wichur drzwi będą zamknięte:
§ 7.2.9(6)
cpi = + 0,2
oraz cpi = -0,3
§ 7.2.9(7)
Z wysokością odniesienia dla ciśnienia wewnętrznego: zi = ze = h = 7 m
41
V.2.4. Wyznaczenie sił tarcia
– Napór wiatru na ścianę – krótszy bok
– Pole powierzchni zewnętrznych równoległych do kierunku wiatru:
24,37⋅7,00⋅2+ 24,37⋅18,57=793,73 m
2
– Pole powierzchni zewnętrznych prostopadłych do kierunku wiatru
wynosi:
18,57⋅7⋅2=259,98 m
2
4⋅259,98=1039,92 m2
793,73 m2 <1039,92 m 2
E 1991-1-4
– Pole powierzchni zewnętrznych równoległych do kierunku wiatru jest
mniejsze niż 4 × pole powierzchni zewnętrznych prostopadłych do
kierunku wiatru:
– nie należy uwzględniać sił tarcia
– Napór wiatru na ścianę północno-wschodnią – dłuższy bok
– Pole powierzchni zewnętrznych równoległych do kierunku wiatru jest
obliczane następująco:
18,57⋅7,00⋅2+ 24,37⋅18,57=712,53 m
2
– Pole powierzchni zewnętrznych prostopadłych do kierunku wiatru
wynosi:
24,37⋅7⋅2=341,18 m2
4⋅341,18=1364,72m2
712,53 m 2<1364,72 m 2
– Pole powierzchni zewnętrznych równoległych do kierunku wiatru jest
mniejsze niż 4 × pole powierzchni zewnętrznych prostopadłych do
kierunku wiatru:
– nie należy uwzględniać sił tarcia
42
§ 5.3(4)
V.2.5. Wyznaczenie sił wiatru wywieranych na powierzchnie budynku
F / A ref =c s⋅c d⋅q p (z e )⋅c pe – q p ( z i)⋅c pi
E 1991-1-4
cs cd = 1
§ 5.3(3)
– wysokość < 15 m
E 1991-1-4
qp(ze) = qp(zi) = 0,55kN/m2
– Na poniższych rysunkach przedstawiono siły wiatru wywierane
na powierzchnie jednostkowe:
2
F / A ref =0,55(c pe – c pi ) [ w kN / m ]
Rys. 11. Napór wiatru na ścianę i dach – krótszy bok cpi = +0,2 [kN/m2]
Rys. 12. Napór wiatru na ścianę i dach – krótszy bok cpi = -0,3 [kN/m2]
Rys. 13. Napór wiatru na ścianę i dach – dłuższy bok cpi = +0,2 [kN/m2]
43
§ 6.2(1)b
Rys. 14. Napór wiatru na ścianę i dach – dłuższy bok cpi = -0,3 [kN/m2]
V.2.6. Zestawienie obciążeń klimatycznych oddziałujących na budynek
Tabela 2. Obciążenie śniegiem dachu
Lp. Obciążenie śniegiem dachu
Obciążenie
Współczynnik
charakterystyczne bezpieczeństwa
Obciążenie
obliczeniowe
[kN/m2]
γf
[kN/m2]
1
Równomierne s1
1,32
1,5
1,98
2
Nierównomierne s2
1,49
1,5
2,24
Współczynnik
Obciążenie
Tabela 3. Napór wiatru na ścianę i dach cpi = +0,2
Lp. Obciążenie wiatrem ścian
i dachu w strefie:
Obciążenie
charakterystyczne bezpieczeństwa
obliczeniowe
[kN/m2]
γf
[kN/m2]
1
A
-0,77
1,5
-1,16
2
B
-0,55
1,5
-0,83
2
C
-0,39
1,5
-0,59
3
D
0,33
1,5
0,5
4
E
-0,39
1,5
-0,59
5
F
-1,1
1,5
-1,65
6
G
-0,77
1,5
-1,16
7
H
-0,50
1,5
-0,75
8
I
0,00
1,5
0
9
I
-0,22
1,5
-0,33
44
Tabela 4. Napór wiatru na ścianę i dach cpi = - 0,3
Lp. Obciążenie wiatrem ścian
i dachu w strefie:
Obciążenie
Współczynnik
charakterystyczne bezpieczeństwa
Obciążenie
obliczeniowe
[kN/m2]
γf
[kN/m2]
1
A
-0,5
1,5
-0,75
2
B
-0,28
1,5
-0,42
2
C
-0,11
1,5
-0,17
3
D
0,61
1,5
0,92
4
E
-0,11
1,5
-0,17
5
F
-0,83
1,5
-1,25
6
G
-0,50
1,5
-0,75
7
H
-0,22
1,5
-0,33
8
I
0,28
1,5
0,42
9
I
0,06
1,5
0,09
45