Теоретические и нормативные основы определения ветровых нагрузок на здания в Российской Федерации

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические основы формирования ветровых воздействий в строительной физике

1.1. Физико-механическая природа ветра и аэродинамические параметры обтекания строительных объектов

1.2. Эволюция нормативно-методического обеспечения расчетов на ветровые нагрузки в отечественной практике

1.3. Классификация ветровых районов РФ и принципы статистической обработки метеоданных

Глава 2. Нормативно-техническое регулирование и методики инженерного расчета ветровых нагрузок

2.1. Алгоритм определения средней и пульсационной составляющих расчетного давления по СП 20.13330

2.2. Специфика учета аэродинамических коэффициентов для зданий сложной конфигурации

2.3. Требования к расчету ветрового резонанса и комфортности пешеходных зон в условиях плотной городской застройки

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Теоретические и нормативные основы определения ветровых нагрузок на здания в Российской Федерации

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы курсовой работы обусловлена возрастающей интенсивностью высотного строительства в крупных городах Российской Федерации и необходимостью обеспечения надежности зданий и сооружений при воздействии ветровых нагрузок. Современные тенденции архитектурного проектирования предполагают создание объектов сложной геометрической формы, что существенно усложняет характер аэродинамического обтекания и требует углубленного анализа ветровых воздействий. Согласно статистике аварийных ситуаций в строительной отрасли, недоучет ветровых нагрузок является одной из причин повреждения ограждающих конструкций, разрушения кровельных покрытий и нарушения эксплуатационной надежности зданий.

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований в области строительной аэродинамики, выполненных специалистами ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, МГСУ, НИЦ «Строительство». Вопросы нормирования ветровых нагрузок освещены в работах ведущих ученых – Г.Л. Вайнберга, А.В. Перельмутера, Н.В. Никитина, однако динамика климатических изменений и появление новых конструктивных решений требуют постоянной актуализации методик расчета. Современная нормативная база Российской Федерации, представленная СП 20.13330.2016, базируется на обширном статистическом анализе метеорологических данных и вероятностных подходах к определению расчетных значений ветрового давления.

Целью курсовой работы является систематизация теоретических положений и нормативно-технических требований к определению ветровых нагрузок на здания в условиях Российской Федерации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить физико-механическую природу ветра и аэродинамические параметры обтекания строительных объектов;
• проанализировать эволюцию нормативно-методического обеспечения расчетов на ветровые нагрузки в отечественной практике;
• рассмотреть классификацию ветровых районов РФ и принципы статистической обработки метеоданных;
• исследовать алгоритм определения средней и пульсационной составляющих расчетного давления по СП 20.13330;
• изучить специфику учета аэродинамических коэффициентов для зданий сложной конфигурации.

Объектом исследования выступают здания и сооружения, эксплуатируемые на территории Российской Федерации и подверженные ветровым воздействиям.

Предметом исследования являются теоретические положения и нормативно-технические методики определения ветровых нагрузок на строительные конструкции.

Методологическая база курсовой работы включает теоретическую основу – положения строительной механики, аэродинамики и математической статистики; расчетные методы – вероятностный анализ экстремальных значений, численное моделирование ветровых потоков; нормативно-техническую базу – СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия», ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований», СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные».

Научная новизна работы заключается в обобщении современных подходов к нормированию ветровых нагрузок с учетом региональных климатических особенностей и конструктивных решений зданий повышенной этажности.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации методологических основ расчета ветровых воздействий. Практическая значимость определяется возможностью применения изложенных положений при проектировании несущих и ограждающих конструкций зданий различного функционального назначения.

Структура курсовой работы включает введение, две главы, заключение и список использованной литературы. Первая глава посвящена теоретическим основам формирования ветровых воздействий в строительной физике, вторая глава раскрывает нормативно-техническое регулирование и методики инженерного расчета ветровых нагрузок.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКЕ

1.1. Физико-механическая природа ветра и аэродинамические параметры обтекания строительных объектов

Ветер представляет собой горизонтальное перемещение воздушных масс относительно земной поверхности, обусловленное неравномерным распределением атмосферного давления. Физическая природа ветрового воздействия на здания определяется комплексом факторов – скоростью и направлением воздушного потока, турбулентностью атмосферы, характером подстилающей поверхности и геометрией обтекаемого объекта. В строительной аэродинамике ветер рассматривается как динамическая нагрузка, создающая силовое воздействие на наружные поверхности конструкций и способная вызвать статические и динамические эффекты в несущих элементах здания [1, c. 15].

Атмосферный пограничный слой, в котором располагаются строительные объекты, характеризуется вертикальным градиентом скорости ветра. Профиль скорости описывается логарифмическим или степенным законом распределения, отражающим влияние шероховатости подстилающей поверхности. Высота пограничного слоя в условиях плотной городской застройки достигает 300-500 метров, а в открытой местности составляет 200-300 метров. Турбулентная структура воздушного потока определяется пульсациями скорости и давления, частотный спектр которых охватывает диапазон от нескольких секунд до десятков минут. Низкочастотные пульсации обусловлены крупномасштабными вихревыми структурами атмосферы, высокочастотные – локальными возмущениями в зоне обтекания здания [3, c. 42].

Аэродинамическое взаимодействие воздушного потока с поверхностью здания сопровождается формированием зон повышенного и пониженного давления. На наветренной стороне возникает положительное давление вследствие торможения потока, на подветренной стороне и боковых гранях образуются области разрежения за счет отрыва потока и формирования вихревых структур. Величина давления в каждой точке поверхности определяется аэродинамическим коэффициентом, зависящим от формы здания, направления ветра и параметров набегающего потока.

…