Особенности определения расчетных параметров ветровой нагрузки на высотные здания и комплексы
Специалисты компании ООО «Алютерра СК» и ПКБ «Эпсилон» (научное сопровождение проектов) накопили большой практический опыт проектирования и возведения фасадных навесных систем. В этой статье описываются особенности определения расчетных параметров ветровой нагрузки на высотные здания и комплексы.
Общие положения
При проектировании, строительстве и эксплуатации высотных зданий и комплексов часто приходится сталкиваться с тем, что действующие строительные нормы и правила (СНиПы) не содержат рекомендаций по назначению аэродинамических коэффициентов для оригинальных по форме и крупногабаритных сооружений, в том числе, и для большинства высотных зданий. Отметим, что отечественные нормы 40-х годов прошлого века устанавливали единую ветровую нагрузку на всей территории СССР, равную 40 кг/м2 (за исключением прибрежных и горных районов).
Ныне действующая методика определения ветровой нагрузки была разработана в начале 70-х годов в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, основу которой положили работы Давенпорта (1962–1967), и реализована в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». В 1978 году выпущено «Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра» подготовленное М. Ф. Барштейном. В 1984 году издан справочник «Динамический расчет зданий и сооружений» под общей редакцией Б. Г. Коренева. При выпуске СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» выражения, описывающие динамическую реакцию сооружений при действии ветра, были приведены к системе коэффициентов, что сильно упростило определение реального взаимодействия здания с ветровым потоком.
В новой редакции СП 20.13330.2011 методика расчета ветровых нагрузок существенных изменений не претерпела. Несмотря на включение в него ряда схем и положений Eurocode, принципиальных отличий от «старого» СНиП документ не содержит. Необходимо отметить, что новые строительные нормы Украины переработаны коренным образом, что привело к заметному увеличению расчетных нагрузок.
Помимо приближенности применяемых динамических подходов, нужно отметить, что ни СНиП, ни региональные нормативные документы не рассматривают варианты расположения высотного здания в застройке и его интерференцию. Увеличение скорости ветра за счет влияния соседних зданий и рельефа местности не учитывается. (А вот нормы ASCE 7-05, действующие в США, учитывают этот фактор повышающими коэффициентами 1,8 – 2,0).
Требует уточнения и само распределение аэродинамических нагрузок, определяемое по СНиП (СП). Аэродинамический коэффициент на наветренной поверхности отдельно стоящего высотного сооружения определяется как постоянная по высоте величина, не зависящая от жесткостных характеристик здания. Спектр давлений, предложенный Давенпортом, хорошо описывает только нагружение для наветренной стороны здания.
Турбулентность ветрового потока по высоте, наблюдаемая практически при всех натурных замерах, не учитывается. Особенности нагружения крыш и покрытий с парапетами и козырьками не определяются. Также требуется уточнение положения и размеров зон с повышенными местными давлениями ветра. Сложившиеся подходы были пригодны для зданий малой и средней высоты в разреженной застройке.
Для высотных сооружений (а, тем более, их сравнительно компактных комплексов в относительно плотной застройке) необходимы более точные методики. В приземном слое на отметках выше 200 м были обнаружены слои воздуха толщиной 100 – 300 м, которые могут располагаться на различной высоте от поверхности земли и иметь повышенную скорость. К сожалению, исследование подобных метеорологических явлений не носит регулярного характера и не располагает необходимой для практического применения статистикой.
В СНиП (СП) отсутствует (или приведена не в полном объеме) методика нормирования пиковых (максимальных по интенсивности) значений ветровых нагрузок, которые необходимо учитывать при проектировании ограждающих конструкций и элементов их креплений.
Полную версию статьи Вы можете скачать здесь
Текст ВИКТОР РАЗУВАЕВ, руководитель ПКБ ООО «Алютерра СК»,
АНТОН СУТЯГИН, технический директор ПКБ «Эпсилон»