Lors de la conception de bâtiments et de structures, le calcul de la charge de vent doit être fait assez souvent. Cet indicateur est calculé à l'aide de formules spéciales. Il est important de prendre en compte une telle charge, par exemple, lors de l'élaboration des dessins des systèmes de fermes de toit, du choix de l'emplacement et de la conception des panneaux d'affichage, etc.
Normes SNiP
En fait, la définition même de ce paramètre donne SNiP 2.01. 07-85. Selon ce document, la charge de vent doit être considérée comme un agrégat:
- pression agissant sur les surfaces extérieures des structures d'une structure ou d'un élément;
- force de frottement dirigée tangentiellement à la surface de la structure, rapportée à l'aire de sa projection verticale ou horizontale;
- pression normale appliquée à la surface intérieure d'un bâtiment avec des enveloppes de bâtiment perméables ou des ouvertures ouvertes.
Comment déterminer
Lors du calcul de la charge de vent, deux paramètres principaux sont pris en compte:
- composante moyenne;
- pulsant.
La charge est définie comme la somme de ces deux paramètres.
Composante moyenne: formule de base
Si la charge de vent n'est pas prise en compte lors de la conception, cela aura par la suite un impact extrêmement négatif sur les performances du bâtiment ou de la structure. Sa composante moyenne est calculée par la formule suivante:
W=Wok.
Ici W est la valeur calculée de la charge de vent à une hauteur z au-dessus de la surface de la terre, Wo est sa valeur standard, k est le coefficient de changement de pression avec la hauteur. Toutes les données initiales de cette formule sont déterminées à partir de tables.
Parfois, le paramètre c est également utilisé dans les calculs - le coefficient aérodynamique. La formule dans ce cas ressemble à ceci: W=Wokс.
Valeur normative
Pour savoir ce qu'est ce paramètre, vous devez utiliser le tableau des régions pour la charge de vent de la Fédération de Russie. Il n'y en a que huit. Le tableau des charges de vent (la dépendance des valeurs Wo sur une région particulière de la Russie) est présenté ci-dessous.
Pour les régions peu étudiées du pays, ainsi que pour les régions montagneuses, ce paramètre SNiP vous permet de déterminer en fonction des stations météorologiques officiellement enregistrées et sur la base de l'expérience d'exploitation des bâtiments et structures existants. Dans ce cas, une formule spéciale est utilisée pour déterminer la valeur standard de la charge de vent. Il ressemble à ceci:
Wo=0.61 V2o.
Ici V2o - vitesse du vent en mètres par seconde à une altitude de 10 m, correspondant à un intervalle moyen de 10minutes et dépassé tous les 5 ans.
Comment le coefficient k est-il déterminé ?
Il existe également une table spéciale pour ce paramètre. Lors de sa détermination, le type de zone où la construction de la structure ou du bâtiment est censée être prise en compte. Il y en a trois:
- Type "A" - zones plates ouvertes: côtes des mers, lacs et rivières, steppes, déserts, régions de toundra, steppes forestières.
- Type "B" - terrain couvert d'obstacles jusqu'à 10 mètres de haut: zone urbaine, forêts, etc.
- Type "C" - zones urbaines avec des bâtiments de plus de 25 m de haut.
Le type de zone de construction est également déterminé en tenant compte des exigences du SNiP. Ceci doit être pris en compte lors de la conception. Tout bâtiment est considéré comme situé dans une localité d'un certain type si celle-ci est située du côté au vent de celle-ci à une distance de 30h. Ici, h est la hauteur de conception de la structure jusqu'à 60 m. Avec une hauteur de construction supérieure, le type de terrain est considéré comme certain s'il reste à au moins 2 km du côté au vent.
Comment calculer la charge d'ondulation
Selon SNiP, la charge de vent, comme déjà mentionné, doit être déterminée comme la somme de la norme moyenne et de la pulsation. La valeur du dernier paramètre dépend du type de structure lui-même et des caractéristiques de sa conception. À cet égard, ils distinguent:
- structures dont la fréquence propre d'oscillation dépasse la valeur limite établie (cheminées,tours, mâts, appareils à colonnes);
- structures ou éléments de leur construction, qui constituent un système à un degré de liberté (ossatures transversales de bâtiments industriels à un étage, châteaux d'eau, etc.);
symétrique par rapport au bâtiment
Formules pour différents types de structures
Pour le premier type de structures, lors de la détermination de la charge de vent pulsatoire, la formule est utilisée:
Wp=WGV.
Ici W est la charge standard déterminée par la formule présentée ci-dessus, G est le coefficient de pulsation de pression à la hauteur z, V est le coefficient de corrélation de pulsation. Les deux derniers paramètres sont déterminés par les tables.
Pour les structures dont la fréquence d'oscillation naturelle dépasse la valeur limite établie, la formule suivante est utilisée pour déterminer la charge de vent pulsatoire:
Wp=WQG.
Ici Q est le coefficient dynamique déterminé à partir du diagramme (présenté ci-dessous) en fonction du paramètre E, calculé par la formule E=√RW/940f (R est le facteur de sécurité de charge, f est la fréquence des oscillations propres) et les fluctuations de décrément logarithmique. Le dernier paramètre est constant et accepté pour:
- pour les bâtiments à ossature d'acier comme 0,3;
- pour mâts, doublures, etc. comme 0.15.
Pour les bâtiments symétriques, la charge de vent pulsatoire est calculée par la formule:
-
Wp=mQNY.
Ici Q est le coefficient de dynamisme, m est la masse de la structure à la hauteur z, Y est les vibrations horizontales de la structure au niveau z selon la première forme. N dans cette formule est un coefficient spécial, qui peut être déterminé en divisant d'abord la structure en r, le nombre de sections dans les limites desquelles la charge de vent est constante, et en utilisant des formules spéciales.
Encore un chemin
Vous pouvez calculer la charge de vent en utilisant une méthode légèrement différente. Dans ce cas, vous devez d'abord déterminer la pression du vent à l'aide de la formule:
(Psf)=.00256V^2.
Ici V est la vitesse du vent (en mph).
Ensuite, vous devez calculer le coefficient de traînée. Il sera égal à:
- 1.2 - pour les longues structures verticales;
- 0.8 - pour les lignes verticales courtes;
- 2.0 - pour les longues structures horizontales;
- 1.4 - pour les courts (par exemple, la façade d'un immeuble).
Ensuite, vous devez utiliser la formule générale pour la charge de vent sur un bâtiment ou une structure:
F=APCd.
Ici A est la surface, P est la pression du vent, Cd est le coefficient de traînée.
Vous pouvez également utiliser une formule un peu plus compliquée:
F=APCdKzGh.
Lorsqu'ils sont appliqués, les facteurs d'exposition Kz b et la sensibilité aux rafales Gh sont également pris en compte. Le premier est calculé comme z/33]^(2/7,la seconde - 65+60 / (h/33)^(1/7). Dans ces formules, z est la hauteur du sol au milieu de la structure, h est la hauteur totale de cette dernière.
Recommandations d'experts
Pour calculer la charge de vent, les ingénieurs conseillent souvent d'utiliser les programmes bien connus MS Excel et OOo Calc du package Open Office. La procédure d'utilisation de ce logiciel, par exemple, pourrait être:
- Excel est activé sur la feuille "Énergie éolienne";
- la vitesse du vent est enregistrée dans la cellule D3;
- l'heure est en D5;
- zone de circulation d'air - en D6;
- densité de l'air ou gravité spécifique - en D7;
- Efficacité des éoliennes - en D8.
Il existe d'autres façons d'utiliser ce logiciel avec d'autres entrées. Dans tous les cas, il est très pratique d'utiliser MS Excel et OOo Calc pour calculer la charge de vent sur les bâtiments et les structures, ainsi que leurs structures individuelles.
