Zobacz jak wyznaczyć obciążenie wiatrem według Eurokodu 1

W tym artykule pozostajemy w temacie Eurokodu 1. Tym razem jednak skupimy się na innym powszechnie występującym obciążeniu klimatycznym jakim jest wiatr. 

W ramach kampanii WDRAŻAJ EUROKODY oraz zmian w prawie budowlanym przygotowaliśmy dla Państwa cykl artykułów, szkoleń oraz pakiet niezbędnych narzędzi pozwalających szybko i sprawnie wdrożyć wymagania Eurokodów w swojej codziennej pracy bez zbędnych przestojów.  

W poniższym artykule omówione zostaną kwestie istotne z punktu widzenia projektanta wraz z odniesieniem do dotychczas stosowanych polskich norm budowlanych.

---

CZYTAJ RÓWNIEŻ:

1. Zobacz jak wyznaczyć obciążenie śniegiem według Eurokodu 1
2. Jak stworzyć kombinacje według Eurokodu 0 – poznaj bliżej EC0 | Część 1
   
3. Jak stworzyć kombinacje według Eurokodu 0 – poznaj bliżej EC0 | Część 2
   
4. Koniec Polskich Norm. Od 1 stycznia obowiązują wyłącznie Eurokody. Czy jesteś gotów na zmianę?
   

---

Obciążenie wiatrem według PN-EN 1991-1-4

Obciążenie wiatrem to obok śniegu kolejny rodzaj obciążenia klimatycznego, którego kategorycznego uwzględnienia wymagają obiekty budowlane. Obecnie podstawę do wyznaczania obciążeń wiatrem stanowić będzie Eurokod 1, a dokładniej PN-EN 1991-1-4. Podobnie jak w przypadku śniegu do normy polskiej wprowadzono poprawkę Az1, która zmieniła między innymi podział na strefy obciążenia wiatrem kraju. Podział ten jest tożsamy z podziałem według EC i wyróżnić można tutaj 3 strefy. Przeważająca większość kraju to strefa 1, zaś strefa 2 to pasmo wybrzeża, a 3 pasma górskie.

Podstawą wyznaczenia obciążeń wiatrem jest prędkość i ciśnienie prędkości wiatru. Podstawowe wartości bazowe tych wielkości znajdziemy w załączniku krajowym (na początku normy).

Proszę zwrócić uwagę, że podstawą obliczeń jest rozdział 4 normy. W rozdziale tym znajdziemy odwołania w kilku przypadkach do załącznika krajowego. Za przykład może posłużyć współczynnik chropowatości i ekspozycji. Chciałbym zwrócić jednak uwagę, że w przypadku programu Advance Design do obliczeń wykorzystywane są w pełni postanowienia rozdziału 4 i parametry te obliczane są w sposób szczegółowy. Dla użytkowników, którzy będą chcieli porównać rezultaty uzyskane w Advance Design ze swoimi ręcznymi obliczeniami, proszę aby korzystali z rodziału 4. Wartości uzyskane w sposób uproszczony z tabeli w załączniku krajowym będą się różnić, choć nieznacznie.

Generacja obciążeń wiatrem w Graitec Advance Design

W tym artykule pozwolę sobie nieco dokładniej omówić sposób wyznaczania obciążeń wiatrem bezpośrednio na przykładzie programu Advance Design z uwagi, że zagadnienie to wymaga określenia nieco większej liczby założeń niż np. obciążenie śniegiem.

Jeżeli chodzi o procedurę generacji obciążeń w programie to tok jest identyczny jak w przypadku śniegu. Obciążenia mogą być generowane w ustrojach zarówno 2D jak i 3D, a bryłę stanowić mogą elementy liniowe lub okładziny. W pierwszej kolejności potrzebujemy rzecz jasna rodziny obciążenia wiatrem, w której ustalone przez użytkownika parametry posłużą automatycznej generacji obciążeń.

Użytkownik powinien wskazać strefę klimatyczną oraz kierunki wiatru, które chce rozważyć. Wszystkie białe pola są edytowalne, zaś szare są obliczane automatycznie i użytkownik nie ma na nie wpływu. Istotna może być wysokość nad poziomiem morza – różnica będzie widoczna przy granicy 300m n.p.m. zgodnie z poniższą tabelą:

W oknie właściwości prędkość wiatru to vb.o a parcie to qb.o i wartości te są wyliczane automatycznie.

Na samym końcu wyznaczane jest szczytowe ciśnienie prędkości wiatru. Żeby poznać tę wielkość program musi najpierw określić chropowatość i intensywność turbulencji. Te właśnie parametry wyznaczane są w oparciu o rozdział 4.

Ilustrację kategorii terenu znajdziemy w załączniku A1 do Eurokodu.

Znając ciśnienie szczytowe możemy wyznaczyć rzeczywiste parcie na obiekt. W tym celu brakuje nam znajomości jedynie współczynnika ciśnienia zewnętrznego. Temu zagadnieniu poświęcony jest rozdział 7 Eurokodu. Sama idea jest analogiczna do tej stosowanej w PN-B. Znajdujemy schemat odpowiadający naszej sytuacji i odczytujemy współczynniki ciśnienia. W starej polskiej normie robiliśmy to bezpośrednio z rysunku, w Eurokodzie zaś posługujemy się dedykowaną tabelą co wynika z faktu, że stref zazwyczaj jest więcej.

Jeżeli chodzi o Advance Design to odpowiednim elementom lub okładzinom, podobnie jak przy śniegu, powinniśmy przypisać typ obiektu. Do wyboru znajdziemy Budynek (co odpowiada typowym ścianom i dachom budynku zamkniętego), okap, attykę, wiaty jedno/dwuspadowe, markizy, dachy szedowe, tablice i konstrukcje kratowe.

W przypadku generacji obciążeń wiatrem w ustrojach 2D dochodzi nam jedno dodatkowe ustawienie tj. pozycja ramy i długość budynku.

Dla ustrojów 3D taka opcja jest zbędna – obciążenie powstanie na okładzinie w strefie zgodnie ze schematem. W konstrukcji 2D strefy mogą być różne w zależności od położenia rozpatrywanej ramy. Patrząc na przykładowy schemat powyżej dla dachów dwuspadowych – rama skrajna wypadłaby w strefach F-H-I, zaś rama środkowa w strefach G-H-I. Wymiar poprzeczny czyli długość budynku będzie miał również wpływ na wielkość stref.

Advance Design pozwala na automatyczne obciążenie dość skomplikowanych ustrojów. Mimo, że Eurokod (podobnie jak stara polska norma) określa tylko podstawowe schematy i dla bardziej skomplikowanych obiektów projektant musiałby je składać to w Advance Design zastosowano dodatkowe przepisy, które uzupełniają Eurokod o nowe schematy.

Wśród nich znajdziemy między innymi budynki w kształcie L, C, dachy markizowe, wiaty. Zawsze możemy jako użytkownik zrezygnować z tych przepisów i opierać się jedynie na ogólnym Eurokodzie (opcja Przepisy CNC2M). Zaznaczam natomiast, że schematy te są prawidłowe, niezależne od lokalizacji i dużo bardziej wierne niż złożenia schematów zaproponowanych w Eurokodzie.

Mimo, że obciążenie wiatrem sprawia zazwyczaj najwięcej trudności i przez to często jest pomijane lub maksymalnie upraszczane to operacja ta w Advance Design nie sprowadza się do niczego innego jak praktycznie przygotowanie modelu konstrukcji i określenie kilku podstawowych parametrów wiatru.

 

 

———————————

Zapraszamy do wzięcia udziału w naszej Kampanii WDRAŻAJ EUROKODY
-> Kliknij tutaj i zobacz jak łatwo możesz wdrożyć eurokody w swoich projektach!

———————————-

Źródła:
[1] PN-EN 1991-1-4 Eurokod 1- Oddziaływania ogólne – Obciążenie wiatrem [1] PN-EN 1991-1-4 Eurokod 1- Oddziaływania ogólne – Obciążenie wiatrem 
[2] PN-EN 1991-1-1 Eurokod 1- Oddziaływania na konstrukcje 
[3] PN-77/B-02011 Obciążenia w obliczeniach statycznych — Obciążenie wiatrem z poprawką Az1 
[4] RECOMMANDATIONS DE LA CNC2M – Recommandations pour l’application de la NF EN 1991-1-4 aux charpentes et ossatures en acier de batiment, Juillet 2017