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:
- q b — średnie ciśnienie dynamiczne odniesienia
- c s c d — współczynnik konstrukcji jako iloczyn współczynnika wielkości i współczynnika dynamicznego
- Ce — współczynnik ekspozycji dla wysokości odniesienia ze,
- Cpe — współczynnik ciśnienia zewnętrznego,
- Cpi — współczynnik ciśnienia wewnętrznego.
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):
- Warunki normalne (5.1)
S = μi * Ce * Ct * sk
- Warunki wyjątkowe — wyjątkowe opady (5.2)
S = μi * Ce * Ct * Cesl * sk
- Warunki wyjątkowe — wyjątkowe zamiecie (5.3)
S = μi * sk
Gdzie:
- μi — współczynnik kształtu obciążenia śniegiem wskazany w poniższych zależnościach
- Ce — współczynnik ekspozycji równy 1
- Ct — współczynnik termiczny równy 1
- Cesl — współczynnik wyjątkowego obciążenia śniegiem równy 2
- sk — wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem gruntu, podawana przez użytkownika albo zależna od wybranej strefy.
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. 7.3(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.