Методика расчета ветровой нагрузки на рекламную конструкцию

Надежность наружной вывески зависит от ее способности противостоять погоде, и в частности ветру. Создание чрезмерно прочной конструкции с большим запасом прочности ведет к неоправданному удорожанию проекта. Однако и экономия на материалах чревата проблемами — первый же сильный порыв ветра может сорвать и повредить ненадежную конструкцию. А значит, задача проектировщиков заключена в поиске баланса между прочностью и ценой. Достичь этого баланса позволяет точный расчет ветровой нагрузки на рекламную конструкцию.

Что надо знать для расчета ветровой нагрузки на рекламную конструкцию?

Расчет ветровой нагрузки на рекламную конструкцию требует внимания к ряду параметров. Этот расчет влияет на безопасность и долговечность конструкции. Основной документ при расчете – СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Перед расчётом надо собрать следующие исходные данные:

Географическое положение. Вы должны точно знать, в каком регионе России планируют установить вывеску. Это определяет нормативные значения ветрового давления для климатической зоны.
Габариты и высота размещения. Четко определите размеры рекламного поля (щита) и высоту его нижней кромки над поверхностью земли. Помните, что ветровая нагрузка на уровне земли и на крыше высотного здания сильно различается.
Тип и расположение конструкции. Установите, будет ли это отдельно стоящая вывеска (например, на собственных опорах) или элемент, который крепят на фасаде здания, кровле или другой конструкции.

При проведении расчетов учитывайте три составляющие ветрового воздействия:

Давление ветра на единицу площади внешней поверхности конструкции.
Силу трения, которая возникает от обтекания ветром поверхности конструкции и ее основания.
Давление на внутренние поверхности объемных или перфорированных вывесок.

На итоговую величину нагрузки также влияют:

Климатические особенности местности (роза ветров, средняя скорость ветра).
Тип местности (открытая территория, городская застройка, лесной массив).
Плотность окружающей застройки.
Аэродинамическая форма конструкции (плоская, криволинейная, объемная).

Какая формула нужна для расчета ветровой нагрузки на рекламную конструкцию?

По СНиП 2.01.07-85 (п. 6.2), основная формула для расчета ветровой нагрузки (W) суммирует две главные составляющие:

W = W_m + W_p

Где:

W — это полная расчетная ветровая нагрузка, которую мы и хотим найти.

W_m — средняя составляющая ветровой нагрузки.

Это постоянное, усредненное давление ветра. Можно представить себе устойчивый, ровный поток воздуха, который постоянно давит на рекламный щит с одной и той же силой. Именно эту силу в первую очередь должны выдерживать опоры и крепления вывески.

W_p — пульсационная составляющая ветровой нагрузки.

Это сила порывов ветра, его «толчки» и «удары». Ветер постоянно колеблется, усиливается и ослабевает. Эти резкие, динамичные порывы и создают пульсационную составляющую. Она отвечает за вибрацию, раскачивание и нагрузки в материале конструкции.

Как найти параметр W_m?

Чтобы рассчитать W_m, используйте формулу:

W_m = w₀ × k × c

Эта формула перемножает три параметра, которые определяют силу ветра в вашем конкретном случае. Разберем каждый из них.

w₀ – Нормативное ветровое давление

Это базовая сила ветра, которую устанавливают для разных географических районов России. Карта страны разделена на районы — от I до VII. Каждому району присвоено свое значение w₀.

Чтобы определить w₀:

Определите, в каком районе вы находитесь. Например, Москва расположена в I ветровом районе.

Примите значение w0 из таблицы ниже.

Ветровой район	I	II	III	IV	V	VI	VII
w₀, кПа	0.23	0.30	0.38	0.48	0.60	0.73	0.85

k – Коэффициент высоты

Этот коэффициент учитывает, что ветер усиливается с высотой. У земли его сила меньше, так как здания и деревья тормозят поток. А на крыше небоскрёба ветер уже может срывать шляпы.

Чтобы его найти:

Определите высоту z, на которой вы планируете установить вашу вывеску (например, 15 метров от земли).

Определите тип местности:

А: Открытые пространства (степи, побережья, тундра). Ветру почти ничто не мешает.
В: Городские территории или леса с препятствиями высотой до 10 метров. Это самый частый вариант для большинства вывесок.
С: Плотная городская застройка с зданиями выше 25 метров (центры крупных городов).

По таблице ниже найдите коэффициент k для вашей высоты (z) и типа местности.

Высота z, м	Коэффициент k для типов местности
	A	B	C
≤ 5	0.75	0.50	0.40
10	1.00	0.65	0.40
20	1.25	0.85	0.55
40	1.50	1.10	0.80
60	1.70	1.30	1.00
80	1.85	1.45	1.15
100	2.00	1.60	1.25
150	2.25	1.90	1.55
200	2.45	2.10	1.80
250	2.65	2.30	2.00
300	2.75	2.50	2.20
350	2.75	2.75	2.35
≥ 480	2.75	2.75	2.75

Если нужной высоты нет в таблице, найдите значение методом интерполяции между двумя соседними значениями. Например, для высоты 15 м в городе (тип В) нужно взять значение между 0.65 (для 10м) и 0.85 (для 20м). Расчет: 0.65 + (0.85 – 0.65) * (15 – 10) / (20 – 10) = 0.75.

c – Аэродинамический коэффициент

Этот коэффициент учитывает, как именно ветер обтекает вашу вывеску. Он зависит от ее формы и того, куда ветер давит — на лицевую сторону, тыльную или сбоку.

Как найти:

Оцените форму вашей конструкции:

Плоский щит (большинство вывесок).
Объёмная конструкция.
Круглая или угловатая.

Определите, с какой стороны ветер создает наибольшую нагрузку (обычно это наветренная сторона).

Выберите значение коэффициента c из таблиц в п. 6.6 СНиП. Для стандартной плоской вывески, это значение часто принимают равным +0.8. Если поток воздуха огибает вывеску и создаёт разрежение с обратной стороны, коэффициент может быть отрицательным.

Описание конструкции	Аэродинамический коэффициент (c)
Плоская сплошная стенка (наветренная сторона)	+0.8
Плоская сплошная стенка (подветренная сторона)	-0.6
Угловое здание (наветренный фасад)	+0.8
Круглое сечение (труба, колонна)	~0.6 – 1.2
Горизонтальное покрытие	От -2.0 до +0.4

Рассчитаем нагрузку для плоской вывески в Москве, которую вешают на высоте 15 метров в городском районе (тип местности В). Форма плоская (c = 0.8).

w₀: Москва — I район → 0,23 кПа

k: Высота 15 м, тип местности В → метод интерполяции дает ~0.75

c: Плоская вывеска → 0.8

Подставляем значения в формулу:
W_m = 0,23 × 0,75 × 0,8 = 0,138 кПа

Как рассчитать параметр W_p?

Расчет зависит от гибкости конструкции.

Для жёстких конструкций (f1 ≥ 2.9 Гц)

Например, низкие прочные вывески.

Формула:
W_p = W_m · ζ · ν

ζ (дзета) — коэффициент пульсации. Учитывает силу порывов на высоте. Зависит от типа местности.

Высота z, м	A	B	C
≤ 5	1.10	0.85	0.65
10	1.05	0.80	0.62
20	0.95	0.72	0.58
40	0.85	0.65	0.54
60	0.78	0.60	0.50
80	0.73	0.57	0.48
100	0.68	0.54	0.46

ν (ню) — коэффициент пространственной корреляции. Учитывает неравномерность давления ветра на большую площадь. Чем больше вывеска — тем меньше ν.

Наибольший горизонтальный размер конструкции в плане р, м	Коэффициент ν при высоте сооружения, м
	5	10	20	40	80	160	350
0,1	0,95	0,92	0,88	0,83	0,76	0,67	0,56
5	0,89	0,87	0,84	0,80	0,73	0,65	0,54
10	0,85	0,84	0,81	0,77	0,71	0,64	0,53
20	0,80	0,78	0,76	0,73	0,68	0,61	0,51
40	0,72	0,72	0,70	0,67	0,63	0,57	0,48
80	0,63	0,63	0,61	0,59	0,56	0,51	0,44
160	0,53	0,53	0,52	0,50	0,47	0,44	0,38

Для гибких установок (f1 < 2.9 Гц)

Например, высокие стелы, мачты, тонкие башни.

Формула:
W_p = W_m · ξ · ζ · ν

ξ (кси) — коэффициент динамичности. Учитывает резонанс и раскачивание конструкции от ветра, что может многократно увеличить нагрузку.

Коэффициент динамичности ξ определяется по рисунку 11.1 СНиП 2.01.07-85* в зависимости от логарифмического декремента колебаний δ.

Заключение

Расчет ветровой нагрузки на рекламную конструкцию — это сложная инженерная задача, требующая знаний нормативной базы, учета переменных и применения специализированного программного обеспечения. Ошибки в расчетах приводят к разрушению конструкции, угрозе безопасности людей и значительным финансовым потерям.

Вернуться назад