Oddziaływanie wiatru, podobnie jak obciążenie śniegiem, należy do podstawowych obciążeń zmiennych, jakie należy uwzględnić podczas projektowania konstrukcji. Sposób oddziaływania wiatru zależy od rodzaju obiektu budowlanego, najczęściej jednak występuje w postaci obciążenia poziomego.
Czynniki wpływające na oddziaływanie wiatru
Wielkość oddziaływania wiatru zależy od wielu czynników, do których zalicza się: region klimatyczny, rozmiar budynku i jego kształt, ukształtowanie terenu, prędkość i poryw wiatru, ekspozycja budynku, a także właściwości dynamiczne. W wyniku oddziaływania wiatru powstaje ciśnienie oddziałujące zarówno na zewnętrzną, jak i wewnętrzną powierzchnię ścian tworząc siły prostopadłe do powierzchni budowli. Procedurę postępowania związaną z określeniem oddziaływania wiatru na konstrukcję przedstawia norma PN-EN 1991-1-4:2008/A1:2010 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje – Część 1-4: Oddziaływania ogólne – Oddziaływania wiatru.
W załączniku krajowym normy można odnaleźć mapę naszego kraju z podziałem na tzw. strefy obciążenia wiatrem, zgodnie z którą wyróżnia się trzy strefy obciążenia wiatrem:
Obciążenie charakterystyczne wiatrem określa się na podstawie bazowych prędkości vb,0 lub ciśnienia wiatru qb,0. W poniższej tabeli przedstawiono wartości bazowej prędkości i ciśnienia wiatru w zależności od strefy wiatrowej:
Tabela 1. Wartości bazowej prędkości i ciśnienia wiatru według normy [1]:
Bazową prędkość wiatru oblicza się z następującego wzoru:
\[v_{b} = C_{dir} \cdot C_{season} \cdot v_{b,0}
\]
gdzie:
- cdir – współczynnik kierunkowy – zalecana wartość cdir = 1,0 ,
- cseason – współczynnik sezonowy – zalecana wartość cseason = 1,0,
- vb,0 – wartość podstawowa bazowej prędkości wiatru.
Poza strefami wiatrowymi zależność prędkości wiatru od rodzaju terenu oraz wysokości nad nim uzależniona jest od kategorii terenu, na którym usytuowany jest budynek [1]:
Tabela 2. Kategorie i parametry terenu według normy [1]:
Ciśnienie wiatru
Szczytowe ciśnienie prędkości qp(z) wyznaczamy według wzoru:
\[q_{p}(z) = C_{e}(z) \cdot q_b
\]
gdzie:
- qb – bazowe ciśnienie prędkości wiatru,
- Ce(z) – współczynnik ekspozycji według tabeli 3:
Tabela 3. Współczynnik chropowatości i współczynnik ekspozycji według normy [1]:
Ciśnienie wiatru działające na powierzchnie zewnętrzne konstrukcji we oraz na powierzchnie wewnętrzne wi konstrukcji należy wyznaczyć według wzoru:
\[w_{e} = q_{p}(z_{e}) \cdot c_{pe}
\] \[
w_{i} = q_{p}(z_{i}) \cdot c_{pi}
\]
gdzie:
- qp(ze), qp(zi) – wartość szczytowa ciśnienia prędkości,
- ze, zi – wysokość odniesienia do ciśnienia zewnętrznego, wewnętrznego,
- cpe, cpi – współczynnik ciśnienia zewnętrznego, wewnętrznego.
Ciśnienie sumaryczne (netto) działające na ścianę, dach bądź element stanowi różnicę algebraiczną wartości po obu stronach przegrody. Parcie skierowane do powierzchni przyjmuje się jako dodatnie, natomiast ssanie skierowane od powierzchni przyjmuje się jako ujemne.
Rozkład ciśnienia prędkości w przypadku budynków o różnych wysokościach i szerokościach
Zgodnie z normą [1] rozkład ciśnienia prędkości w przypadku budynku o różnej wysokości i szerokości przedstawia poniższy rysunek:
Zalecane wartości współczynników ciśnienia zewnętrznego w przypadku ścian pionowych budynków na rzucie prostokąta wynoszą [1]:
Współczynniki ciśnienia dla dachów dwuspadowych
Tabela 4. Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachów dwuspadowych według normy [1]:
Tabela 5. Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachów dwuspadowych według normy [1]:
Współczynniki ciśnienia dla dachów jednospadowych
Tabela 6. Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachów jednospadowych według normy [1]:
Tabela 7. Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachów płaskich według normy [1]:
Współczynniki ciśnienia dla dachów płaskich
Tabela 8. Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachów płaskich według normy [1]:
Literatura:
[1] PN-EN 1991-1-4:2008/A1:2010 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje – Część 1-4: Oddziaływania ogólne – Oddziaływania wiatru.
[2] Rys. 1 – Niewiadomski P. – Podstawy projektowania i oddziaływania na konstrukcję, Politechnika Wrocławska.
Zobacz też:
Obliczenie obciążenia śniegiem
Rysunek główny artykułu: Niewiadomski P. – Podstawy projektowania i oddziaływania na konstrukcję, Politechnika Wrocławska.
