Zasady generacji obciążenia śniegiem i wiatrem na podstawie normy EC1

Opcja automatycznego generowania obciążeń wiatrem i śniegiem 2D/3D według normy Eurocode 1 znajdująca się w programie Robot opiera się na normie europejskiej: EN 1991-1-3:2003 — wiatr oraz EN 1991-1-4:2005 — śnieg. Opcja umożliwia wygenerowanie obciążeń wiatrem i śniegiem według ogólnych zasad normy Eurocode 1, jak również na podstawie Dokumentów Aplikacji Narodowych (NAD) dla wielu krajów europejskich.

Obciążenie wiatrem

Obciążenie wiatrem jest generowane dla typowych konstrukcji halowych o powtarzalnych ramach po długości konstrukcji. Obciążenia wiatrem generowane są jako obciążenia ciągłe jednorodne lub trapezowe prętów w kierunku lokalnym Z w odniesieniu do długości pręta. Znak obciążenia zależy od kierunku działania wiatru na elemencie.

Dla konstrukcji płaskiej obciążenie liniowe na pręt jest obliczane jako iloczyn ciśnienia wiatru q i odległości pomiędzy ramami - rozstawu e. Dla ramy skrajnej brana jest pod uwagę połowa rozstawu. Obciążenie wiatrem według normy EC1 jest generowane osobno dla każdej z powtarzalnych ram, ponieważ norma wyznacza kolejne strefy (A, …, J) o różnym ciśnieniu wiatru. Jeżeli dana rama wraz z jej rozstawem należy do więcej niż jednej strefy, wtedy wartość ciśnienia q jest obliczana proporcjonalnie do części znajdującej się w każdej ze stref (jak pokazano na poniższym rysunku).

Ciśnienie działające na daną powierzchnię konstrukcji obliczane jest jako różnica ciśnienia zewnętrznego i wewnętrznego według wzoru:

q = q b * c s c d * Ce (ze) * (Cpe - Cpi),

gdzie:

Poniżej przedstawiono, w jaki sposób obliczane są kolejne składniki powyższego wzoru.

qb

Wartość charakterystyczna średniego ciśnienia prędkości wiatru może być określona bezpośrednio przez użytkownika lub obliczona z wartości prędkości wiatru na podstawie wzoru (4.10):

qb = (1.25/2) * Vb * Vb

Dla niektórych norm (EC1-PL i EC1-FR) wartość ciśnienia jest domyślnie zadana przez wybrany region.

Wartość referencyjna prędkości wiatru w powyższym wzorze określana jest ze wzoru (4.1):

Vb= Cdir * Cseason * Vb,0

gdzie:

  • Cdir — współczynnik kierunkowy określany przez użytkownika globalnie dla wszystkich kierunków wiatru (wyjątkiem jest norma EC1-PL, w której wartość Cdir zależy od kierunku wiatru).
  • Cseason — współczynnik przejściowy (sezonowy) określany przez użytkownika globalnie dla wszystkich kierunków wiatru.
  • Vb,0 — wartość podstawowa prędkości wiatru według załączników narodowych.

Wartość podstawowa prędkości wiatru jest najczęściej określana jako prędkość mająca roczne prawdopodobieństwo przekroczenia p = 0,02, czyli o średnim okresie powrotu 50 lat. Gdy trzeba przyjąć inny okres powrotu, prędkość wiatru jest obliczana na podstawie wzoru (Cprob — 4.2):

Vb,0 = Vb * Cprob (K, p, n)

gdzie:

  • K — parametr kształtu (wartość domyślna K = 0,2) określany przez użytkownika
  • p — roczne prawdopodobieństwo przekroczenia (wartość domyślna p = 0,02) określana przez użytkownika bezpośrednio lub jako odwrotność żywotności konstrukcji w latach
  • n — przyjęto wartość reprezentatywną n = 0,5.

CsCd

Wartość współczynnika konstrukcyjnego jest zadana wprost przez użytkownika. Domyślnie przyjęta została wartość 1.

Ce (ze)

Współczynnik ekspozycji uwzględnia wpływ chropowatości terenu Cr i topografii Co na średnią prędkość wiatru w zależności od wysokości nad poziomem gruntu z. Współczynnik chropowatości terenu określony jest za pomocą wzoru 4.4 EN 1991-1-4. Zmienne występujące w tej formule określane są przez wybór typu terenu z listy rozwijanej utworzonej na podstawie tabeli 4.1 EN 1991-1-4.

Współczynnik topografii terenu uwzględnia wzrost prędkości wiatru nad pojedynczymi wzniesieniami lub skarpami. Zakłada się, że jest to stała określona przez użytkownika. Jego wartość jest stosowana zgodnie z załącznikiem do normy EN 1991-1-4.

Cpe

Współczynnik ciśnienia zewnętrznego jest przyjmowany automatycznie na podstawie rozpoznanego kształtu dachu. Rozpoznawane są następujące typy powierzchni i przyjmowane odpowiednie współczynniki ciśnienia zgodnie z EN 1991-1-4:

  • ściany pionowe budynków, Cpe wg tabeli 7.1 (rys. 7.5)
  • dachy płaskie, Cpe wg tabeli 7.2 (rys. 7.6)
  • dachy jednopołaciowe, Cpe wg tabeli 7.3a i 7.3b (rys. 7.7)
  • dachy dwupołaciowe, Cpe wg tabeli 7.4a i 7.4b (rys. 7.8)
  • dachy wielopołaciowe, Cpe wg rysunku 7.10

Dachy łukowe i kopuły nie są obsługiwane w ogólnym algorytmie generacji obciążeń EC1. Są one dostępne w programie Robot dla normy EC1-SERRES.

Cpi

Współczynnik ciśnienia wewnętrznego jest przyjmowany domyślnie według punktu 7.2.9 (6) jako wartości skrajne (rys. 7.13):

  • Cpi = 0,8 przypadek nadciśnienia (+),
  • Cpi =-0,5 przypadek podciśnienia (-).

Jeżeli włączona jest opcja Budynek szczelny, przyjmuje się wartość współczynnika Cpi = 0,0.

Obciążenie śniegiem

Obciążenia śniegiem są generowane jako jednorodne lub trapezowe na prętach w globalnym kierunku pionowym Z- z odniesieniem do długości rzutowanej w kierunku poziomym X. Obciążenia są stosowane do elementów, które nie położone pionowo (tzn. nierównolegle do osi Z). Dla konstrukcji płaskiej obciążenie liniowe na pręt jest obliczane jako iloczyn ciśnienia śniegu S i rozstawu pomiędzy ramami - rozstawu e.

Wartość obciążenia śniegiem obliczana jest ze wzoru (w zależności od warunków):

gdzie:

Uwzględniono następujące schematy obciążeń według punktu 5.3:

Dachy płaskie nachylone - jednopołaciowe

Wartość współczynnika μi według tabeli 5.2

Schematy obciążeniowe: schemat obciążenia jednorodnego μ 1 (α) (rys. 5.2).

Dachy płaskie nachylone - dwupołaciowe

Wartość współczynnika μi według tabeli 5.2

Schematy obciążeniowe:

  • schemat obciążenia jednorodnego μ 1 (α 1 ) i μ 1 ( 2 ), α (rys. 5.3(i))
  • schemat obciążenia odpowiadającego połowie wartości intensywności obciążenia 0,5*μ 1 (α 1 ) działającego na jedną połać dachu oraz schemat obciążenia niejednorodnego równego μ 1 (α 2 ), działającego na drugą połać (rys. 7.3 (ii))
  • schemat obciążenia niejednorodnego równego μ 1 (α 1 ), działającego na jedną połać dachu i schemat obciążenia odpowiadającego połowie wartości intensywności obciążenia 0,5*μ 1 (α 2 ), działającego na drugą połać (rys. 5.3(iii)).

Dachy płaskie nachylone - wielopołaciowe

Wartość współczynnika μi według tabeli 5.2

Schematy obciążeniowe:

  • schemat obciążenia jednorodnego, jak powyżej (rys. 5.4(i))
  • dla przypadków niespełniających warunków wskazane na rys. B1 — schemat obciążenia niejednorodnego, μ 1 (α i ) na skrajnych połaciach dachu, schemat obciążenia zmiennego liniowo z ekstremum μ 2 , (α m , gdzie α m = (α 1 + α 2 ) /2 na wewnętrznych połaciach dachu (rys. 5.4(ii))
  • dla przypadków spełniających warunki wskazane na rys. B1 — obciążenie niejednorodne śniegiem naniesionym przez wiatr, współczynnik μ 1 (rys. B.1), gdzie wartość μ 1 jest wyznaczana na podstawie parametru B2(2).

Dachy walcowe

Dachy tego typu nie są obsługiwane w ogólnym algorytmie generacji obciążeń EC1. Są one dostępne w programie Robot dla normy EC1-SERRES.

Dachy o skokowo zmiennych wysokościach

Obciążenie śniegiem naniesionym przez wiatr nie jest poprawnie obsługiwane.

Temat nadrzędny: Obciążenia klimatyczne - norma Eurocode1