Al diseñar edificios y estructuras, el cálculo de la carga del viento debe realizarse con bastante frecuencia. Este indicador se calcula utilizando fórmulas especiales. Es importante tener en cuenta dicha carga, por ejemplo, al elaborar los dibujos de los sistemas de vigas de techo, elegir la ubicación y el diseño de las vallas publicitarias, etc.
Estándares SNiP
En realidad, la definición misma de este parámetro da SNiP 2.01. 07-85. De acuerdo con este documento, la carga de viento debe considerarse como un agregado:
- presión que actúa sobre las superficies exteriores de las estructuras de una estructura o elemento;
- fuerza de fricción dirigida tangencialmente a la superficie de la estructura, referida al área de su proyección vertical u horizontal;
- presión normal aplicada a la superficie interior de un edificio con envolventes de edificios permeables o aberturas abiertas.
Cómo determinar
Al calcular la carga de viento, se tienen en cuenta dos parámetros principales:
- componente promedio;
- pulsante.
La carga se define como la suma de estos dos parámetros.
Componente promedio: fórmula básica
Si no se tiene en cuenta la carga del viento durante el diseño, esto tendrá un impacto extremadamente negativo en el rendimiento del edificio o estructura. Su componente promedio se calcula mediante la siguiente fórmula:
W=Wok.
Aquí W es el valor calculado de la carga del viento a una altura z sobre la superficie terrestre, Wo es su valor estándar, k es el coeficiente de cambio de presión con la altura. Todos los datos iniciales de esta fórmula se determinan a partir de tablas.
A veces, el parámetro c también se usa en los cálculos: el coeficiente aerodinámico. La fórmula en este caso se ve así: W=Wokс.
Valor normativo
Para averiguar cuál es este parámetro, debe usar la tabla de regiones para la carga de viento de la Federación Rusa. Sólo hay ocho de ellos. La tabla de cargas de viento (la dependencia de los valores de Wo en una región particular de Rusia) se presenta a continuación.
Para áreas poco estudiadas del país, así como para regiones montañosas, este parámetro SNiP le permite determinar de acuerdo con las estaciones meteorológicas registradas oficialmente y en función de la experiencia operativa de los edificios y estructuras existentes. En este caso, se usa una fórmula especial para determinar el valor estándar de la carga de viento. Tiene este aspecto:
Wo=0.61 V2o.
Aquí V2o - velocidad del viento en metros por segundo a un nivel de 10 m, correspondiente a un intervalo promedio de 10minutos y superado cada 5 años.
¿Cómo se determina el coeficiente k?
También hay una tabla especial para este parámetro. Al determinarlo, se debe tener en cuenta el tipo de área donde se supone la construcción de la estructura o edificio. Hay tres de ellos:
- Tipo "A" - áreas planas abiertas: costas de mares, lagos y ríos, estepas, desiertos, regiones de tundra, bosques-estepas.
- Tipo "B" - terreno cubierto de obstáculos de hasta 10 metros de altura: área urbana, bosques, etc.
- Tipo "C" - áreas urbanas con edificios de más de 25 m de altura.
El tipo de área de construcción también se determina teniendo en cuenta los requisitos de SNiP. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar. Se considera que cualquier edificación está situada en una localidad de un determinado tipo si ésta se sitúa en el lado de barlovento de la misma a una distancia de 30h. Aquí h es la altura de diseño de la estructura hasta 60 m. Con una altura de construcción superior, el tipo de terreno se considera cierto si permanece al menos a 2 km del lado de barlovento.
Cómo calcular la carga de ondulación
Según SNiP, la carga de viento, como ya se mencionó, debe determinarse como la suma del estándar promedio y la pulsación. El valor del último parámetro depende del tipo de estructura en sí y de las características de su diseño. Al respecto, distinguen:
- estructuras con una frecuencia natural de oscilación superior al valor límite establecido (chimeneas,torres, mástiles, aparatos tipo columna);
- estructuras o elementos de su construcción, que son un sistema con un grado de libertad (pórticos transversales de edificios industriales de un piso, torres de agua, etc.);
simétrico en cuanto al edificio
Fórmulas para diferentes tipos de estructuras
Para el primer tipo de estructuras, al determinar la carga de viento pulsante, se utiliza la fórmula:
Wp=WGV.
Aquí W es la carga estándar determinada por la fórmula presentada anteriormente, G es el coeficiente de pulsación de presión a la altura z, V es el coeficiente de correlación de pulsación. Los dos últimos parámetros están determinados por las tablas.
Para estructuras con una frecuencia de oscilación natural superior al valor límite establecido, se utiliza la siguiente fórmula para determinar la carga de viento pulsante:
Wp=WQG.
Aquí Q es el coeficiente dinámico determinado a partir del diagrama (presentado a continuación) en función del parámetro E, calculado mediante la fórmula E=√RW/940f (R es el factor de seguridad de la carga, f es la frecuencia de las oscilaciones naturales) y las fluctuaciones del decremento logarítmico. El último parámetro es constante y se acepta para:
- para estructuras de acero como 0.3;
- para mástiles, revestimientos, etc. como 0,15.
Para edificios simétricos, la carga de viento pulsante se calcula mediante la fórmula:
-
Wp=mQNY.
Aquí Q es el coeficiente de dinamismo, m es la masa de la estructura a la altura z, Y son las vibraciones horizontales de la estructura al nivel z según la primera forma. N en esta fórmula es un coeficiente especial, que se puede determinar dividiendo primero la estructura en r, el número de secciones dentro de cuyos límites la carga del viento es constante, y usando fórmulas especiales.
Una forma más
Puedes calcular la carga del viento usando un método ligeramente diferente. En este caso, primero debe determinar la presión del viento usando la fórmula:
(Psf)=.00256V^2.
Aquí V es la velocidad del viento (en mph).
Entonces debes calcular el coeficiente de arrastre. Será igual a:
- 1.2 - para estructuras verticales largas;
- 0.8 - para líneas verticales cortas;
- 2.0 - para estructuras horizontales largas;
- 1.4 - para los cortos (por ejemplo, la fachada de un edificio).
A continuación, debe usar la fórmula general para la carga de viento en un edificio o estructura:
F=APCd.
Aquí A es el área del área, P es la presión del viento, Cd es el coeficiente de arrastre.
También puedes usar una fórmula un poco más complicada:
F=APCdKzGh.
Cuando se aplican, los factores de exposición Kz b y la sensibilidad a las ráfagas Gh se tienen en cuenta adicionalmente. El primero se calcula como z/33]^(2/7,el segundo - 65+60 / (h/33)^(1/7). En estas fórmulas, z es la altura desde el suelo hasta la mitad de la estructura, h es la altura total de esta última.
Recomendaciones de expertos
Para calcular la carga de viento, los ingenieros suelen recomendar el uso de los conocidos programas MS Excel y OOo Calc del paquete Open Office. El procedimiento para utilizar este software, por ejemplo, podría ser:
- Excel está habilitado en la hoja "Energía eólica";
- la velocidad del viento se registra en la celda D3;
- el tiempo está en D5;
- área de flujo de aire - en D6;
- densidad del aire o gravedad específica - en D7;
- Eficiencia de aerogeneradores - en D8.
Hay otras formas de usar este software con otras entradas. En cualquier caso, es bastante conveniente usar MS Excel y OOo Calc para calcular la carga de viento en edificios y estructuras, así como sus estructuras individuales.
