центральный научно-исследовательский институт

СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИМЕНИ В. А. КУЧЕРЕНКО ГОССТРОЯ СССР

УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОЛОННОГО ТИПА И ОТКРЫТЫХ ЭТАЖЕРОК

МОСКВА-1965

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИМЕНИ В. А. КУЧЕРЕНКО ГОССТРОЯ СССР

УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОЛОННОГО ТИПА И ОТКРЫТЫХ ЭТАЖЕРОК

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ Москва — 196 5

Продолжение табл. 1

Аэродинамический коэффициент

Аэродинамический коэффициент для каждого из цилиндров определяется по формуле <?0—eife* где с — по пп. 16, 17 табл. И СНиП П-А.11-62; т|3 определяется по следующей таблице

Для случая, когда для л-го цилиндра принимается как большее значение из двух, определенных в зависимости от ап—1 dCp . Щ а ^ср 1,2 2 4 и более Цг 1.2 и 1 где dCp — средний диаметр двух соседних цилиндров ^ср “ср

---

Продолжение табл. 1

Схема сооружения Аэродинамический коэффициент Примечание Г) Для 0 <а<30° азродинами- X & ческие коэффициенты cQ определяются по п. «б». Для 75°<а <90° аэродина мические коэффициенты cq оп 1 ^ ределяются по п. «в». Для 30° <ее<75° аэродина I .< Jy Напрабпемие бшра мические коэффициенты Со определяются как для одиночных цилиндров

Примечание. Аэродинамические коэффициенты для одиночных цилиндров и трубопроводов определяются в соответствии с пп. 16 и 17 табл. 11 СНиП II-A.11-62,

Mj — масса /-го участка сооружения в т-сек^г/м, определяемая без учета коэффициента перегрузки.

Для аппарата колонного типа Mj — масса участка аппарата в рабочем состоянии.

gi — коэффициент динамичности, зависящий от периода Ть соответствующего первой форме свободных колебаний, и от логарифмического декремента затухания, определяемый по графикам на рисунке;

ai(xft) и ai{Xj) —относительные ординаты первой формы свободных колебаний сооружения в рассматриваемой точке k\ и во всех точках /, где сосредоточены массы

Му,

rrij — коэффициент пульсации скоростного напора ветра в точке /, определяемый по табл. 12 СНиП П*А.11-62.

Для закрытой части полуоткрытой этажерки коэффициент nij принимается постоянным и равным 0,2; для открытой части — по упомянутой выше табл. 12 СНиП.

2.2. Для сооружения с массой и ветровой нагрузкой, приведенными к его вершине (одноэтажные открытые площадки с расположенным на них технологическим оборудованием и т. п. сооружения), расчетная ветровая нагрузка в т, действующая на этом уровне,

P-qS Р,

где    р    =    1    +    |т.

2.3.    Ветровая нагрузка на открытую этажерку, примыкающую к зданию, но не связанную с ним, определяется по формуле (1) как для отдельно стоящей этажерки.

Для связанной со зданием этажерки, высота которой меньше или равна высоте здания, ветровая нагрузка определяется по формуле (1), при этом коэффициент динамичности £ принимается равным единице, а коэффициент формы

Г

х_к £ rrij qj Sj X/

Л»* =-V-.    (5)

S М,х\

/=i

где x_k и X) — расстояния от основания сооружения до рассматриваемой точки k и до каждой точки /, в которых сосредоточены массы Mj.

Расчетная схема для этажерки, высота которой больше высоты здания, устанавливается в зависимости от высоты и конструктивной схемы зданйя.

Если Лет» Аздан. то ветровая нагрузка определяется так же, как для отдельно стоящей этажерки.

2.4.    Действующее на уровне k-ro перекрытия открытой этажерки давление ветра q_K определяется путем суммирования давления на ее несущие элементы (стойки, ригели, второстепенные балки и ребра настила) и на технологическое оборудование (аппараты и связанные с ними трубопроводы), установленное на перекрытие этажерки.

Примечание. Давление ветра на трубопроводы учитывается умножением давления ветра на оборудование на коэффициент 1,1.

2.5.    Давление ветра на ограждения площадок и лестниц определяется в соответствии с указаниями п. 13 табл. 11 СНиП II-A.11-62, при этом коэффициент заполнения <р принимается равным 0,3.

3. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ АППАРАТОВ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ НА РЕЗОНАНС

3.1. Критическая скорость ветра, вызывающая резонансные колебания, определяется по формуле

^ = 7-'.    (6)

13

где Т — период свободных колебаний для загруженного аппарата в сек; d — наружный диаметр аппарата с учетом изоля-ции.

Примечание. Проверка на резонанс не производится, если критическая скорость ветра, определяемая по формуле (6), менее 2/7о или более 25 м/сек;

q₀ — нормативный скоростной напор для высоты над поверхностью земли 10 м.

3.2. Интенсивность аэродинамической силы F(x_y t), действующей на аппарат, определяется по формуле

4

F (х, t) = — F₀ (ij (х) sin (о t = F-l (я) sin a> t,    (7)

Я

где Fo = —---амплитуда силы F(x, t) в кг/м у свобод

сооружения; h — высота сооружения; t — время в сек.

3.3. Интенсивность инерционной силы, резонансная амплитуда колебаний и динамический изгибающий момент в рассматриваемом сечении упруго защемленного в фундамент консольного цилиндрического сооружения определяются по формулам:

Рш(х)= о,8-5-Л(*);	(8)
У а (^) ™ 0,8 ^ уст (х);	(9)
Мл(*) = 0,8Мст(х),	(10)

где Уси(х), Мст(я) —статический прогиб и изгибающий момент в рассматриваемом сече-

нии сооружения под действием нагрузки F\{x)\ б — логарифмический декремент затухания, принимаемый для стальных аппаратов колонного типа на железобетонных фундаментах 6= = 0,10; для стальных аппаратов на железобетонных постаментах 6 = 0,20; для железобетонных сооружений 6=0,30;

0,8 — коэффициент, учитывающий малую вероятность возникновения плоско-параллельного потока ветра по всей высоте аппарата.

3.4. Расчетные ветровая нагрузка и динамический изгибающий момент в рассматриваемом сечении аппарата определяются по формулам:

Q_K(x)^0,08-^^a_s(x),

где — погонная масса аппарата в т • сек²/м².

Значения относительных ординат формы свободных колебаний аДх), ординат эпюры изгибающих моментов с*2(х) и ординат эпюры поперечных сил аз(х) для сооружений, упруго заделанных в грунт, приведены в табл. 5; 6; 7 приложения 1.

3.6. Для аппарата переменного сечения расчетные диаметр и высота принимаются по табл. 2.

Таблица 2

3.7. Групповые аппараты, связанные между собой в горизонтальном направлении, и аппараты, примыкающие к зданию или открытой этажерке и имеющие с ними одинаковую высоту, на резонанс не проверяются.

Если аппараты выше здания или открытой этажерки, то при проверке на резонанс аэродинамические силы следует принимать действующими только до отметки верха здания или этажерки.

16

ПРИЛОЖЕНИЕ I.

Определение периодов и форм свободных горизонтальных колебаний сооружений

1. Период основного тона свободных колебаний этажерки в рассматриваемом направлении можно определять приближенно по формуле

где V — потенциальная энергия деформаций этажерки при колебаниях в данном направлении с данной амплитудой;

U — кинетическая энергия этажерки при колебаниях в том же направлении, с той же амплитудой для единичной круговой частоты.

2. Величины потенциальной и кинетической энергии для горизонтальных колебаний вычисляются соответственно по формулам

г

Г

(18)

где Qj — приложенная в плоскости /-го перекрытия горизонтальная сила в г, равная весу /-го перекрытия, включая все полезные нагрузки на перекрытие и полусумму веса всех стоек /-го и (/-Ы)-го этажей;

Уз — горизонтальное перемещение /-го перекрытия в рассматриваемом направлении под действием сил Qu Q2» •.Qr, приложенных соответственно к перекрытиям над 1, 2,..., r-м этажами (г — число этажей).

3. Горизонтальные перемещения у$ могут быть определены методами строительной механики. Если погонная жесткость ригелей рам этажерки в 3 раза превосходит погонную жесткость стоек, то ригели могут считаться недеформируемыми и жестко связанными с вертикальными стойками.

В этом случае горизонтальные перемещения рамы у$ определяются по формуле

У\ “    1    +    (0/    +    Qk+    >•*■»+    Qr) >    (19

Vj

12Е_С /_с

гдег,=я-— —суммарная изгибная жесткость стоек /-го этажа

¹

в заданном направлении силой, приложенной в плоскости /-го перекрытия, в т/м; п — общее количество стоек на одном этаже;

17

ё_с — модуль упругости материала стойки этажерки в г/ж²;

/с — момент инерции поперечного сечения одной стойки /-го этажа в ж⁴; hj — высота у-го этажа в ж.

Перемещения вычисленные по формуле (19), могут быть приняты в качестве ординат первой формы свободных колебаний этажерки.

4. Период основного тона горизонтальных колебаний аппарата постоянного сечения по высоте, установленного на железобетонном фундаменте или на перекрытии открытой этажерки, определяется по формуле

_ 2л № _а f ц

X* У Е_а /_а ’

где \i —<- погонная масса аппарата, включая его изоляцию, в т • сек²/м²;

h — высота аппарата, отсчитываемая от верха фундаментной плиты, в ж,

£_а — модуль упругости материала оболочки аппарата в т/ж²; /а — момент инерции поперечного сечения аппарата без изоляции в ж⁴;

К — коэффициент частоты; для аппарата, жестко заделанного в грунт, Х= 1,875.

В случае упругой заделки аппарата в грунт коэффициент частоты К определяется по графику на рис. 1 в зависимости от относительного коэффициента жесткости

^ф ^ф р t

где ««Су /ф—коэффициент жесткости при упругом повороте подошвы фундамента относительно горизонтальной оси в т • ж;

С_ф — коэффициент упругого неравномерного сжатия грунта С^2С_г.

Таблица 3

Нормативное давление на основание в кГ.сМ1 Коэффициент упругого равномерного сжатия С2 в т м* 1 2000 2 4000 3 5000 4 6000 5 7000

Примечание. Промежуточные значения Сг определяются интерполяцией.

Расчетные значения коэффициентов упругого равномерного сжатия С_г для естественных оснований принимаются по табл. 3 в зависимости от величины нормативного давления, вычисленного по действующим нормам проектирования естественных оснований промышленных зданий и сооружений, которое соответствует ширине условного фундамента 6 — 1 м и глубине заложения его /ц—2 ж, Iф — момент инерции площади подошвы фундамента относительно его оси вращения.

Для свободно стоящего аппарата, установленного на перекрытии, угол поворота опорного сечения аппарата —д— от единичного

^яср

момента определяется в зависимости от схемы расположения балок перекрытия в местах опирания на них аппарата.

Приведенная погонная масса ц для случая, когда на аппарате имеются площадки, определяется по формуле

г

И = 1*0 + ~Г Ц b_sM_s,    (22)

fla

1

где \х — равномерно распределенная погонная масса аппарата, включая его изоляцию;

М₈ — сосредоточенная масса площадки; г — количество площадок;

k_a — коэффициент приведения сосредоточенной массы М₈ к равномерно распределенной.

Значения k_s в зависимости от относительной абсциссы а* —

приведены в табл. 4.

5.    Относительные ординаты формы свободных колебаний а,(х), ординаты эпюр изгибающих моментов и поперечных сил аг(х) и а₃(х) аппарата постоянного сечения, установленного на фундаменте или на перекрытии, определяются по табл. 5, 6 и 7 в зависимости от коэффициента частоты X.

6.    Период основного тона свободных колебаний для ряда вертикальных аппаратов постоянного сечения, связанных по высоте горизонтальными площадками и установленных на общем или на от-

19

УДК 624.042.4

Указания содержат рекомендации по расчету на ветровую нагрузку технологического оборудования колонного типа и открытых этажерок.

Указания рассчитаны на инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских институтов.

Указания разработаны в лаборатории динамики (руководитель д-р техн. наук, проф. Коренев Б. Г,) и в лаборатории нагрузок и унификации методов расчета (руководитель канд. техн. наук Писчи-ков В. Г.) ЦНИИ строительных конструкций имени В. Л. Кучеренко канд. техн. наук, ст. научн. сотр. Барштейном М. Ф. и младшими научными сотрудниками Кедровой Г. Л., Коренберг Л. Н. и Шкля-ревским Я. К. Примеры расчета выполнены инженерами Госхим-проекта Богодом Б. Я,, Бурлаковым Я. С. и Новиковым Ю, В.

Таблица 4

Схема сооружения Значения 0 0,05 ОД 0,15 0,2 | Э,25 0,3 0,35 0,4 0,4l| 0,5 | 0,55 0,6 0,65 0.7 0,7б|о,8 0,85 0,9 0,175 1 { i 0 0 0 0,01 0,02 0,04 0,08 0,13 0,21 0,32 0,46 0,64 0,85 1Д 1,38 1,73 2,1 2,52 2,97 3,47 4

Таблица 5 Относительные ординаты формы свободных колебаний ai(x)

X h 0 ОД 0,2 О.з 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 i 0 0,093 0,188 0,285 0,385 0,486 0,588 0,691 0,794 0,89 1 i,i 0 0,089 0,182 0,279 0,378 0,479 0,582 0,686 0,79 0,895 1 1.2 0 0,085 0,175 0,266 0,369 0,471- 0,575 0,68 0,787 0,893 1 1,3 0 0,079 0,166 0,259 0,358 0,46 0,566 0,673 0,782 0,891 1 1,4 0 0,073 0,155 0,246 0,344 0,447 0,554 0,665 0,776 0,888 1 1,5 0 0,063 0,145 0,229 0,326 0,43 0,54 0,653 0,768 0,884 1 1.6 0 0,054 0,124 0,209 0,306 0,411 0,523 0,64 0,759 0,879 1 1,7 0 0,042 0,105 0,186 0,281 0,388 0,513 0,624 0,748 0,874 1 1.8 0 0,028 0,082 0,158 0,254 0,362 0,481 0,606 0,736 0,868 1 1,875 Жесткая заделка 0 0,017 0,066 0,137 0,239 о;з4 0,461 0,587 0,725 0,862 1

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Указания составлены в развитие раздела 6 «Ветровые нагрузки» главы СНиП П-А.11-62 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» и состоят из трех разделов и двух приложений.

В первом разделе даны общие рекомендации по выбору расчетных схем и по расчету рассматриваемых сооружений на ветровую нагрузку. Приведенные во втором разделе рекомендации по определению расчетной ветровой нагрузки основаны на изменениях к главе СНиП II-A.11-62 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования», утвержденных Госстроем 13 января 1965 г.

В этом разделе даны рекомендации по определению аэродинамических коэффициентов для конструктивных элементов открытых этажерок и для ряда горизонтальных и вертикальных цилиндрических аппаратов.

В третьем разделе Указаний развиты рекомендации СНиП по проверке сооружений цилиндрической формы на резонанс.

В прил. 1 и 2 приведены приближенные формулы для определения периодов основного тона и форм свободных колебаний для открытых этажерок и аппаратов и примеры расчета таких сооружений на ветровую нагрузку.

Дирекция ЦНИИ строительных конструкций имени В. А. Кучеренко

2-1929

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1.    Указания распространяются на высокие аппараты колонного типа, устанавливаемые на отдельные фундаменты, постаменты или этажерки; на группы однорядно расположенных аппаратов, имеющих общий фундамент; на группы однорядно и многорядно расположенных аппаратов, связанных друг с другом площадками и трубопроводами и устанавливаемых на общий или.на отдельные фундаменты.

Указания распространяются также на открытые и полуоткрытые этажерки, насыщенные трубопроводами, вертикальными и горизонтальными аппаратами и дру'¹ гим оборудованием.

1.2.    Ветровая нагрузка для рассматриваемых сооружений с периодом свободных колебаний более 0,25 сек должна определяться с учетом динамического воздействия пульсаций скоростного напора, вызываемых порывами ветра.

Динамическая добавка к статической ветровой нагрузке определяется инерционными силами, возникающими при горизонтальных колебаниях сооружения, и зависит от интенсивности и спектрального состава пульсаций скоростного напора и от периодов и форм свободных колебаний сооружения.

1.3.    Для аппаратов цилиндрической формы кроме расчета на скоростной напор ветра с учетом его порывов необходим также поверочный расчет на резонанс.

1.4.    При расчете аппаратов колонного типа и этажерок допускается учитывать только колебания сооружения по основному тону.

1.5.    Ветровая нагрузка на открытые и полуоткрытые (с закрытыми нижними этажами) этажерки с расположенным на них технологическим оборудованием определяется для двух направлений ветра: перпендикуляр-

4

ного продольной оси этажерки и совпадающего с ее продольной осью. При определении ветровой нагрузки на этажерку косое направление ветра не рассматривается.

Ветровая нагрузка на аппараты колонного типа опре* деляется для наиболее неблагоприятного направления ветра,

1.6.    Для аппаратов колонного типа, устанавливаемых на отдельные фундаменты или постаменты, в качестве расчетной схемы сооружения принимается консольный стержень постоянного или переменного сечения, нагруженный кроме статической нагрузки возмущающими силами, соответствующими равнодействующим пульсаций скоростного напора ветра на участках сооружения. Масса участка аппарата и смонтированных на нем металлоконструкций сосредоточивается в центре участка.

1.7.    Для открытых этажерок в качестве расчетной схемы принимается плоская стержневая система (рамная, решетчатая или комбинированная), жесткость которой равна суммарной жесткости плоских систем, составляющих этажерку. Масса Mj_t сосредоточенная в узле /-го яруса системы, равна массе /-го перекрытия, включая в нее массы всех расположенных на перекрытии нагрузок, а также полусумму масс стоек /-го и (/+1) этажей.

1.8.    Расчет аппаратов колонного типа производится на следующие комбинации нагрузок.

I    комбинация (основное сочетание):

собственный вес аппарата и площадок;

заполнение в рабочем состоянии;

расчетная ветровая нагрузка.

II    комбинация (основное сочетание);

собственный вес аппарата и площадок:

заполнение в рабочем состоянии;

ветровая нагрузка, действующая на аппарат при резонансе.

Примечание. Проверка основания и фундаментной пли-ты на резонанс не производится.

III комбинация (дополнительное сочетание):

собственный вес аппарата и площадок;

заполнение при гидроиспытаниях;

60% расчетной ветровой нагрузкц.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ

2.1. Расчетная ветровая нагрузка (в г), действующая на k-й участок сооружения (сооружение условно разбивается по высоте на г участков с текущим номером /' = = 1, 2,..k,..., г; масса участка сооружения и действующая на него ветровая нагрузка сосредоточиваются в середине участка), определяется по формуле

= q_KS_K + м_к T)_lKii;    (1)

Г

М*к) Е а_х (xj) qjSjmj т]_1к =-■ ............._у ^/=1-.    (2)

S ctj ( Xj) Mj

1=i

Первый член правой части формулы (1) учитывает статическое действие расчетного скоростного напора, второй—динамическое воздействие порывов ветра.

тр_к—коэффициент, зависящий от вида первой формы свободных колебаний сооружения и от места расположения массы; qj = q₀kjCjti — расчетное давление ветра (в т/м²) для участка / (/= 1, 2,..., k,..., г); qo нормативный скоростной напор ветра для высоты над поверхностью земли до 10 м, принимаемый по табл. 9 п. 6.1 СНиП II-A.11-62;

kj — поправочный коэффициент на возрастание скоростного напора для середины данного участка, принимаемый по табл. 10 упомянутого выше раздела СНиП;

Cj — аэродинамический коэффициент для участка /, принимаемый по табл. 1; п — коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,3 для аппаратов колонного типа, для этажерок— 1,2;

Sj — площадь проекции участка / на плоскость, перпендикулярную направлению ветра.

Для сооружений цилиндрической формы

Sj = hj dj,

где hj — высота участка;

dj—диаметр сооружения на этом участке с учетом изоляции.

Продолжение табл. 1

Схема сооружения Аэродинамический коэффициент Ряд параллельных балок, ригелей, ребер плит и пр. Аэродинамический коэффициент для первой балки с—1,4, для второй и последующих балок Съ~сЦ\, где T|i—коэффициент, определяемый по следующей таблице: - а 10 и h <4 6 8 более 0,4 ] 0,5 0,8 1

Примечание 1.    Если высота впереди расположенной балки меньше высоты следующей за ней балки, то снижение аэродинамического коэффициента для защищенной балки распространяется лишь на часть высоты ее, равной передней балке. Для выступающей части балки С=1,4 2.    Для промежуточных а значений — коэффициент tji п определяется линейной интерполяцией

---

Оборудование цилиндрической формы:

а)

Направление ветра

Продолжение табл, 1

Аэродинамический коэффициент Примечание Аэродинамический коэффициент для первого цилиндра определяется по пп. 16 и 17 табл. 11 СНиП lb А. 11-62, для второго и последующих — по формуле где с — аэродинамический коэффициент для первого цилиндра; т)2 — коэффициент, определяемый по следующей таблице 1.    Для случая, когда dfi—1 < dn < dn—2, tj2 для n-го цилиндра принимается как меньшее значение из двух, определенных в зависимости от апг-1 ап——1 &Т1—1 2.    Для промежуточных „ dn- 1 ап~ 1 значении , и -- щ «л—1 определяется линейной интерполяцией —X an—i!^n—1 dn 1,2 2 4 6 и более 0,5 и менее — 1 1 1 0,75 — 0,8 0,95 1 10 я более 0,5 0,7 j 0,9 1