Особенности расчета многосекционных зданий на ветровую нагрузку (часть 2)
Формирование статической ветровой нагрузки в САПФИР
Как известно, в САПФИР существует возможность формировать загружения со средней (статической) составляющей ветровой нагрузки https://rflira.ru/kb/117/1032/
Величина средней составляющей ветровой нагрузки зависит от нормативного значения ветрового давления w0, коэффициента, учитывающего изменение ветрового давления по высоте, k(ze) и аэродинамического коэффициента c.
Величина k(ze) зависит от эквивалентной высоты ze, которая, в свою очередь зависит от размеров здания и его высоты.
а) при h ≤ d → ze = h
б) при d < h ≤ 2d
для z ≥ h - d → ze = h
для 0 < z < h - d → ze = d
в) при h > 2d
для z ≥ h - d → ze = h
для d < z < h - d → ze = z
для 0 < z ≤ d → ze = d
Здесь z — высота от поверхности земли;
d — размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра (поперечный размер);
h — высота здания.
САПФИР имеет древовидную структуру проекта: Файл/Модель → Здания →Этажи → Элементы:
Средняя составляющая ветровой нагрузки формируется для каждого Здания проекта в отдельности. При определении размера d Здание вписывается в габаритный бокс, размеры которого определяются крайними точками этого Здания. Таким образом, секции многосекционного здания должны быть «разобраны» на отдельные Здания в структуре проекта. В таком случае коэффициент k(ze) для каждой секции-здания будет определен в зависимости от габарита d этой секции.
В случае если несколько секций созданы в одном Здании, величина средней составляющей ветровой нагрузки будет определена неверно, т.к. не правильно определен размер здания в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра. Рисунок ниже демонстрирует это.
Также возникнут проблемы с приложением ветровой нагрузки к разным секциям. Эта проблема продемонстрирована на следующем рисунке:
Если пользователь всё же принял решение создавать все секции в одном Здании, то он должен сам определить среднюю составляющую ветровой нагрузки и приложить ее к каждой секции «вручную».
Определение пульсационной составляющей ветровой нагрузки в ЛИРА-САПР
При расчете многосекционных зданий на пульсационную составляющую ветровой нагрузки нужно брать в учет особенности нормативного документа, регламентирующего подход к определению этой нагрузки, а также особенности реализации в программном комплексе.
Некоторые моменты, связанные с задание параметров ветровой пульсации при расчете многосекционных зданий, описаны в следующей статье: https://rflira.ru/kb/117/721/
Ниже раскрываются еще ряд особенностей, связанных с определением динамических характеристик (частот колебаний) и их связи с пульсационной составляющей ветровой нагрузки.
В соответствии с СП 20.13330.2016 пульсационная составляющая ветровой нагрузки определяется по 3 случаям (а, б и в) в зависимости от того, как между собой соотносятся собственные частоты колебаний системы fi и предельная частота flim
Предположим, к примеру, что в расчетной модели представлены 2 секции: одна 20 этажей, вторая 7. Если ветровые нагрузки для обеих секций заданны в одних и тех же загружениях, то это приведет к ряду ошибок: не верно будет определена величина предельной частоты flim (она зависит от высоты конкретной секции), а так же непосредственно величина пульсационной составляющей ветровой нагрузки (она зависит от частотных характеристики отдельной секции). Остановимся на последнем подробнее.
Допустим, что собственные частоты системы распределены так: f1-3 – формы колебаний секции высотой в 20 этажей, f4-6 – формы колебаний секции высотой в 7 этажей. Причем частотные характеристики такие, что f1-3 < flim < f4-6
Согласно пункту 11.18 СП 20.13330.2016 в этом случае должен производится динамический расчет (случай в), при котором учитываются все формы fs < flim Т.к. программа оперирует только цифрами (ординаты форм колебаний, частотные характеристики по формам), то пульсационная составляющая будет определена для первых трех форм колебаний, т.к. для них выполняется условие fs1-3 < flim, т.е. только для секции высотой в 20 этажей. Пульсационная составляющая ветровой нагрузки для семиэтажной секции определена не будет потому, что частоты колебаний этой секции выше предельной: flim < f4-6
Значит ли это, что для семиэтажного здания не нужно определять пульсационную составляющую ветровой нагрузки? Нет, не значит. Для этой секции пульсационная составляющая ветровой нагрузки должна быть определена по случаю а) пункта 11.18 СП 20.13330.2016.
Реализовать в ЛИРА-САПР это можно 2-мя способами: раздельным расчетом секций в разных моделях или разделением ветрового воздействия (с разделением форм колебаний) в рамках одной задачи.
Для реализации 2го подхода необходимо:
- ветровую нагрузку (среднюю и пульсационную) разбить по разным загружениям для каждой секции;
- сформировать фиктивные загружения (вид Неактивное) которые будут использованы для сбора весов масс. Количество таких загружений равно количеству секций. Для каждой секции в соответствующее загружение копируются все гравитационные нагрузки, приложенные только к этой секции (функция Копировать загружение);
- при заполнении таблицы «Формирование динамических загружений из статических» связываются друг с другом пульсационное загружение для отдельной секции и соответствующее фиктивное статическое.
См также Особенности расчета многосекционных зданий на ветровую нагрузку (часть 1)