Obciążenie wiatrem – Rodzaje oddziaływań na konstrukcje według Eurokodu PN-EN
Oddziaływanie wiatru jest ujęte w normie PNEN 1991-1-4, gdzie zostały sformułowane zasady ustalania wartości oraz układów obciążeń dla tego oddziałania klimatycznego.
Prędkości wiatru zarówno przeciętne jak i chwilowe mają bezpośredni wpływ na wartości obciążeń jakim musi sprostać konstrukcja jako całość, ale także jej poszczególne elementy. Stąd obszar Polski podzielono na strefy o jednolitej podstawowej wartości bazowej prędkości vb,0. Schematycznie przedstawia to rysunek.
Warto zwrócić uwagę, że w obszarze przybrzeżnym nie ustanowiono dodatkowego podziału, choć wydawałby się może intuicyjny. Różnicowanie prędkości (zresztą nie tylko na tym obszarze) następuje poprzez ustalenie odpowiedniej kategorii chropowatości terenu od 0 do IV. Opis przedstawiono w tablicy.
Wpływ terenu (kategoria chropowatości) | |
Kategoria terenu | Opis |
0 | Morze, obszar brzegowy otwarty na morze |
I | Jeziora albo obszary z pomijalną niewielką roślinnością i bez przeszkód |
II | Obszary z niską roślinnością, taką jak trawa, oraz pojedyńczymi przeszkodami (drzewa, budynki) oddalonymi od siebie o co najmniej 20 ich wysokości |
III | Obszary regularnie pokryte roślinnością albo budynkami lub z pojedynczymi przeszkodami oddalonymi od siebie na odległość nie większą niż 20 ich wysokości (wsie, tereny podmiejskie, stałe lasy) |
IV | Obszary, na których przynajmniej 15% pokrywają budynki |
Określenie kategorii terenu pociąga za sobą głównie odpowiednie wartości współczynnika ekspozycji i chropowatości terenu.
Należy w tym miejscu nadmienić, że zależnie od geometrii budynku, może zaistnieć konieczność różnicowania wartości współczynnika ekspozycji ce na wysokości obiektu. Dla budynków zdefiniowano cp,i i cp,e, odpowiednio współczynnik ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego. Wartości ich zależą od geometrii obiektu i dodatkowo dzielą się na lokalne oraz globalne. Współczynniki lokalne są przeznaczone do obliczeń elementów i łączników o powierzchni A < 1 m2 10 m2. Gdy wartość A leży pomiędzy 1 i 10 m2 stosuje się odpowiednią interpolację.
Zależnie od rozpatrywanego typu konstrukcji, do obliczeń, należy stosować odpowiednie współczynniki, albo cp,e i cp,i , albo cp,net , albo cf.
Do obliczeń wiat, ścian wolnostojących, attyk i ogrodzeń należy stosować współczynniki ciśnienia netto oznaczone przez cp,net zależne od współczynnika wypełnienia ϕ. Określone zostały także współczynniki tarcia cfr, które uwzględnia się jedynie dla ścian i powierzchni o odpowiednich rozmiarach. Ostatnią grupą współczynników aerodynamicznych, są współczynniki siły cf.
Znajdują one zastosowanie przy obliczeniach takich obiektów jak np. tablice czy flagi. W porównaniu do poprzedniej normy wiatrowej zwiększenie nakładu pracy może być spowodowane znacznym różnicowaniem obciążenia na obszarze rozpatrywanej części obiektu (np. połaci dachowej). Za takim rozwiązaniem przemawiają badania modelowe w tunelach aerodynamicznych, które to wykazały znaczne różnice oddziaływań w zależności od rozpatrywanego obszaru elementu.
Nie idzie to jednak w parze z możliwie uproszczonym podejściem inżynierskim. Do obliczeń pomocny jest program z wbudowanym modułem do obliczeń zgodnie z normą PN-EN Obciążenie wiatrem w programie tym można między innymi ustawić:
- Strefy geograficzną, w której położony jest obiekt
- Kategorię terenu
- Współczynniki sezonowe i kierunkowe oraz układ obciążenia
- oraz określić geometrię dachu i kierunek wiatru