Ветер - климатическая кратковременная нагрузка. Основной сложностью данного вопроса является то, что ветровое воздействие должно рассматриваться как стохастический (случайный) процесс. То есть мы не можем, например, зафиксировать ветровое давление во времени и задать его равномерным в пространстве одинаково для всех зданий и сооружений. Во-первых, в разных точках объекта, на который воздействует ветер, будет разное давление. Во-вторых, спустя небольшой промежуток времени, картина может измениться и давление станет значительно больше или меньше. Поэтому для работы с данной нагрузкой используют законы и методы теории вероятности.
Ветер - климатическая кратковременная нагрузка. Основной сложностью данного вопроса является то, что ветровое воздействие должно рассматриваться как стохастический (случайный) процесс. То есть мы не можем, например, зафиксировать ветровое давление во времени и задать его равномерным в пространстве одинаково для всех зданий и сооружений. Во-первых, в разных точках объекта, на который воздействует ветер, будет разное давление. Во-вторых, спустя небольшой промежуток времени, картина может измениться и давление станет значительно больше или меньше. Поэтому для работы с данной нагрузкой используют законы и методы теории вероятностей и математической статистики.
В зависимости от значения собственных частот здания, согласно СП, допустимо задавать ветровую нагрузку квазистатической.
В зависимости от значения собственных частот здания, согласно СП, допустимо задавать ветровую нагрузку квазистатической.
Строка 10:
Строка 10:
Ветровую нагрузку принято делить на среднюю и пульсационную составляющие.
Ветровую нагрузку принято делить на среднюю и пульсационную составляющие.
Необходимость использования теории вероятностей, в частности, возникает, когда, зная спектральную плотность вынуждающей нагрузки (например, спектр Давенпорта<ref>Спектральная плотность функции характеризует распределение энергии по диапазону частот. Чем больше спектральная плотность при какой-то частоте, тем большая энергия на ней сосредоточена.</ref>), мы получаем автоспектр функций перемещений (усилий). А отсюда уже можно найти дисперсию и среднее квадратичное отклонение случайной величины. Зная дисперсию, мы можем найти такое абсолютное значение отклонения случайной величины от среднего значения, вероятность превышения которого мала. В СП данное значение задано равным 3σ, где σ - среднеквадратичное отклонение. Коэффициент, на который умножается среднеквадратичное отклонение, называется коэффициентом обеспеченности пульсационной составляющей ветровой нагрузки. На него умножаются среднеквадратичные отклонения перемещений (усилий), полученные из численного динамического расчета.
Необходимость использования теории вероятностей и математической статистики, в частности, возникает, когда, зная спектральную плотность вынуждающей нагрузки (например, спектр Давенпорта<ref>Спектральная плотность функции характеризует распределение энергии по диапазону частот. Чем больше спектральная плотность при какой-то частоте, тем большая энергия на ней сосредоточена.</ref>), мы получаем автоспектр функций перемещений (усилий). А отсюда уже можно найти дисперсию и среднее квадратичное отклонение случайной величины. Зная дисперсию, мы можем найти такое абсолютное значение отклонения случайной величины от среднего значения, вероятность превышения которого мала. В СП данное значение задано равным 3σ, где σ - среднеквадратичное отклонение. Коэффициент, на который умножается среднеквадратичное отклонение, называется коэффициентом обеспеченности пульсационной составляющей ветровой нагрузки. На него умножаются среднеквадратичные отклонения перемещений (усилий), полученные из численного динамического расчета.
<references />
<references />
Строка 43:
Строка 43:
=== Исходные данные ===
=== Исходные данные ===
<blockquote>Бетон В30.
Ветровой район 5. Тип местности А. В качестве расчетной схемы этого сооружения принят консольный стержень с переменным поперечным сечением[[Файл:5. Ветер. Башня. Исходные данные.jpg|без|мини|688x688пкс]]Модуль упругости бетона принимался равным начальному модулю упругости. Е=32500МПа.
Расчет производился с задействованием трех собственных форм.</blockquote>
Ветер - климатическая кратковременная нагрузка. Основной сложностью данного вопроса является то, что ветровое воздействие должно рассматриваться как стохастический (случайный) процесс. То есть мы не можем, например, зафиксировать ветровое давление во времени и задать его равномерным в пространстве одинаково для всех зданий и сооружений. Во-первых, в разных точках объекта, на который воздействует ветер, будет разное давление. Во-вторых, спустя небольшой промежуток времени, картина может измениться и давление станет значительно больше или меньше. Поэтому для работы с данной нагрузкой используют законы и методы теории вероятностей и математической статистики.
В зависимости от значения собственных частот здания, согласно СП, допустимо задавать ветровую нагрузку квазистатической.
Коэффициент динамичности при этом учитывает совместную реакцию сооружения по разным собственным формам колебаний.
Ветровую нагрузку принято делить на среднюю и пульсационную составляющие.
Необходимость использования теории вероятностей и математической статистики, в частности, возникает, когда, зная спектральную плотность вынуждающей нагрузки (например, спектр Давенпорта[1]), мы получаем автоспектр функций перемещений (усилий). А отсюда уже можно найти дисперсию и среднее квадратичное отклонение случайной величины. Зная дисперсию, мы можем найти такое абсолютное значение отклонения случайной величины от среднего значения, вероятность превышения которого мала. В СП данное значение задано равным 3σ, где σ - среднеквадратичное отклонение. Коэффициент, на который умножается среднеквадратичное отклонение, называется коэффициентом обеспеченности пульсационной составляющей ветровой нагрузки. На него умножаются среднеквадратичные отклонения перемещений (усилий), полученные из численного динамического расчета.
↑Спектральная плотность функции характеризует распределение энергии по диапазону частот. Чем больше спектральная плотность при какой-то частоте, тем большая энергия на ней сосредоточена.
Ветровая нагрузка зависит от:
Местности - скорость ветра (в СП - нормативное значение ветрового давления).
Местности - шероховатость поверхности (в СП - тип местности).
Положения здания в пространстве с учетом угла атаки ветра и расположенных рядом препятствий (в СП - аэродинамические коэффициенты).
Габаритов здания - высота (в СП k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze; ζ(ze) - коэффициент пульсации давления ветра).
Габаритов здания - высота, ширина (в СП υ - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления).
Динамических характеристик здания - собственные частоты колебаний (в СП от них зависит ξ - коэффициент динамичности)
Динамических характеристик здания - демпфирующие характеристики (в СП от них зависит логарифмический декремент).
Динамических характеристик здания - динамический отклик конструкции (по СП - участвует только в динамическом расчете).
Математическая модель - спектры Давенпорта, Кармана и другие (в СП зашит спектр Давенпорта, но для динамического расчета в том числе возможно использовать другие).
Способы выполнения динамического расчета:
Квазистатический метод
Данный способ заложен в частности в ЛИРА-САПР. Его также можно реализовать в Sofistik. Суть метода:
Вычисляется средняя составляющая ветровой нагрузки.
В зависимости от метода расчета вычисляется или нет коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра. В некоторых методах данный коэффициент совмещен с коэффициентом динамичности.
Вычисляются собственные частоты колебаний и соответствующие им собственные формы.
Численно вычисляются среднеквадратичные отклонения перемещений, ускорений и усилий в узлах конструкции для каждой собственной формы.
Среднеквадратичные отклонения умножается на коэффициентом обеспеченности пульсационной составляющей ветровой нагрузки (в СП при определении пульсационной составляющей заложено 3σ).
Вычисляется корень квадратный из суммы квадратов перемещений(усилий) по каждой собственной форме, тем самым получаются искомые значения перемещений, ускорений и усилий в узлах конструкции.
Прямая динамика
В данном методе на основе энергетического спектра продольной компоненты скорости ветра (например, спектр Давенпорта) генерируются серии ветровой нагрузки во времени. Они представляют собой значения ветрового давления в каждый момент времени и в каждой точке здания или сооружения. Далее выполняется динамический расчет здания в каждый момент времени и отсюда получаются значения усилий и перемещений.
Сравнительный анализ ЛИРА-САПР и Sofistik
Рассматривается железобетонная башня переменного кольцевого сечения.
Исходные данные
Бетон В30.
Ветровой район 5. Тип местности А. В качестве расчетной схемы этого сооружения принят консольный стержень с переменным поперечным сечением
Модуль упругости бетона принимался равным начальному модулю упругости. Е=32500МПа.
Расчет производился с задействованием трех собственных форм.
