{"id":6229,"date":"2024-11-18T12:24:18","date_gmt":"2024-11-18T12:24:18","guid":{"rendered":"https:\/\/timglobaleng.com\/?p=6229"},"modified":"2024-11-19T13:28:26","modified_gmt":"2024-11-19T13:28:26","slug":"opterecenje-vetrom-kljucni-faktori-u-projektovanju","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/timglobaleng.com\/sr\/blog\/opterecenje-vetrom-kljucni-faktori-u-projektovanju\/","title":{"rendered":"Optere\u0107enje Vetrom: Klju\u010dni faktori u projektovanju"},"content":{"rendered":"

Optere\u0107enje vetrom je jedna od klju\u010dnih sila koje uti\u010du na nosivost i stabilnost gra\u0111evinskih konstrukcija, bilo da je u pitanju zgrada<\/a>, most<\/a>, toranj<\/a> ili bilo koja druga konstrukcija koja se nalazi u otvorenom prostoru, odnosno bilo koja konstrukcija koja je izlo\u017eena klimatskim i atmosferskim uticajima. Naravno, ve\u0107ina konstrukcija zadovoljava ovaj uslov. Izuzetak su, na primer, industrijske platforme koje se nalaze unutar zatvorene zgrade ili hale, pa su samim tim za\u0161ti\u0107ene od dejstva vetra. Vetar stvara dejstva upravna na povr\u0161ine objekata (i paralelno u slu\u010daju trenja vetrom), \u0161to naj\u010de\u0161\u0107e izaziva globalne horizontalne i odi\u017eu\u0107e sile koje mogu dovesti\u00a0 <\/span>do gubitka globalne ravnote\u017ee objekta (preturanje, klizanje ili odizanje objekata), pove\u0107anja unutra\u0161njih sila u elementima i spojevima, ili \u010dak o\u0161te\u0107enja elemenata ili obloge, ako konstrukcija nije pravilno projektovana.<\/p>\n

Dejstvo vetra na konstrukcije je po svojoj prirodi dinami\u010dko dejstvo, ali se u analizi gra\u0111evinskih konstrukcija posmatra kao stati\u010dko dejstvo. Intenzitet sile vetra zavisi od lokacije objekata (brzine vetra, gustine vazduha, topografije i hrapavosti terena) i oblika i geometrije samog objekta. Pravila koja in\u017eenjeri koriste za odre\u0111ivanje ovog optere\u0107enja su data u raznim standardima, kao \u0161to su Evrokod 1 (EN 1991-1-4), ASCE7 ili AS\/NZS 1170.2. Razumevanje efekata koje vetar izaziva na i unutar konstrukcije poma\u017ee u obezbe\u0111ivanju sigurnosti objekata i njihove trajnosti, naro\u010dito u uslovima sve \u010de\u0161\u0107ih klimatskih ekstrema. Zbog toga \u0107emo u ovom tekstu navesti razli\u010dite tipove konstrukcija, specifi\u010dnosti i efekte koje vetar izaziva kod njih, kao i stvari na koje posebno treba obratiti pa\u017enju.<\/p>\n

Zgrade<\/h2>\n

Po\u010de\u0107emo, naravno, sa zgradama. Bilo da je u pitanju stambeni ili poslovni objekat ili industrijska hala<\/a>, sama forma ovog tipa konstrukcije diktira prirodu optere\u0107enja vetrom. Ovaj tip objekta se, u smislu optere\u0107enja vetrom, defini\u0161e kao konstrukcija sa krovom, zatvorena sa svih strana zidovima ili fasadnom oblogom, sa malim procentom otvora u oblozi (sama ograni\u010denja u procentu u\u010de\u0161\u0107a otvora su definisana u standardima). Vetar u najve\u0107em broju slu\u010dajeva nije merodavno horizontalno dejstvo za betonske i spregnute konstrukcije u seizmi\u010dkim zonama, gde su rezultuju\u0107i seizmi\u010dki uticaji dosta ve\u0107i od uticaja usled vetra, usled ve\u0107e mase objekta. Naravno, i ovde ima izuzetaka, a to su vrlo visoke zgrade (neboderi), gde se moraju proveriti dinami\u010dki efekti vetra na konstrukciju, odnosno mogu\u0107nost pojave rezonancije.<\/p>\n

\u010celi\u010dne konstrukcije u zgradarstvu, posebno hale, su dosta osetljivije na dejstvo vetra (u stati\u010dkom smislu) u odnosu na seizmi\u010dka dejstva, upravo zbog manje mase objekta u pore\u0111enju sa betonskom konstrukcijom istih gabarita. Vetar deluje na zidove i krov objekta pritiskuju\u0107im ili si\u0161u\u0107im silama. Sam udarni pritisak vetra se odre\u0111uje prema izrazima datima u standardu, a u funkciji je visine objekta. Vetar deluje na spolja\u0161nju povr\u0161inu objekta, ali deluje i na unutra\u0161nju, zbog postojanja otvora u oblozi ili zbog propustljivosti i poroznosti same obloge. Ovi efekti su uzeti u obzir preko koeficijenata spolja\u0161njeg i unutra\u0161njeg pritiska (u Evrokodu ozna\u010deni kao cpe<\/sub> i cpi<\/sub>). Vrednosti ovih koeficijenata su date za zidove i za krovove, a u funkciji su geometrije i dimenzije ovih konstruktivnih celina, odnosno oblika i dimenzija osnove objekta i oblika krova (ravni, jednovodni, dvovodni krovovi, itd.) i nagiba i dimenzija krovne ravni.<\/p>\n

Evrokod daje vrednosti koeficijenata pritiska za vertikalne zidove samo za zgrade kvadratne ili pravougaone osnove, dok u praksi \u010desto imamo situacije da je osnova nepravilnog oblika. U ovom slu\u010daju mo\u017eemo raditi aproksimacije i deliti osnovu na odre\u0111ene celine, te na taj na\u010din primenjivati pravila data u Evrokodu ili eventualno potra\u017eiti neki drugi referentni standard u kome mo\u017eemo prona\u0107i koeficijente pritiska za \u017eeljeni slu\u010daj. Na primer, povu\u010deni britanski standard BS 6399-2 (nasledio ga je upravo Evrokod, ali ne sadr\u017ei odredbe navedene u daljem tekstu) daje uputstva za odre\u0111ivanje vrednosti koeficijenata pritiska i dimenzija zona delovanja za odre\u0111ene tipove zgrada sa unutra\u0161njim uglovima\u00a0 <\/span>i upu\u0161tenim delovima, kao i za zgrade sa nejednakim visinskim segmentima.<\/p>\n

Sli\u010dna je situacija i sa koeficijentima pritiska za krovove. Ukoliko ne mo\u017eemo prona\u0107i odgovaraju\u0107i slu\u010daj u zvani\u010dnom standardu, moramo na\u0107i neki drugi na\u010din za odre\u0111ivanje ovih vrednosti. Jedan takav slu\u010daj smo imali na projektu hale sa re\u0161etkastim lu\u010dnim krovom koji se izvodi na teritoriji SAD. U ovom slu\u010daju se analiza optere\u0107enja vetrom vr\u0161i prema ASCE7. Me\u0111utim, ovaj standard ne sadr\u017ei koeficijente za lu\u010dnu geometriju krova te smo, uz odobrenje odgovornog sertifikovanog in\u017eenjera iz SAD, vrednosti i raspodelu ovog optere\u0107enja odredili prema kanadskom standardu NBC, koji sadr\u017ei koeficijente za ovaj oblik krova.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Izuzetno je bitno napomenuti da upotreba standarda koji nisu zvani\u010dni u odre\u0111enoj zemlji, kao \u0161to je upotreba NBC standarda u SAD, ili standarda koji nisu vi\u0161e validni, kao \u0161to je pomenuti BS standard, mora biti posebno nagla\u0161ena u izve\u0161taju prora\u010duna konstrukcije i upotreba istog mora biti odobrena od strane nadzora, tehni\u010dke kontrole ili bilo koje druge vrste nadle\u017enog lica. Naravno, pre svega toga, opravdanost kori\u0161\u0107enja ovih standarda prvo mora sam projektant da utvrdi, a u tome mu najbolje mo\u017ee pomo\u0107i razumevanje pona\u0161anja i interakcije vetra i razmatrane konstrukcije.<\/p>\n

Nadstre\u0161nice<\/h2>\n

U smislu analize optere\u0107enja vetrom, krov nadstre\u0161nice<\/a> se defini\u0161e kao krov konstrukcije koja nema stalne zidove. Ovo je bitno, jer se samo strujanje vazduha razlikuju u odnosu na zgradu sa zidovima. Jo\u0161 jedna stvar koja je vrlo bitna za strujanje vazduha je postojanje prepreke za slobodno strujanje vazduha ispod nadstre\u0161nice. Evrokod ovo naziva stepenom zatvorenosti i u zavisnosti od ovoga koeficijenta varira i intezitet sile, jer su dati razli\u010diti koeficijenti sile pritiska u zavisnosti od vrednosti stepena zatvorenosti \u2013 \u0161to je ve\u0107i stepen, ve\u0107e je i dejstvo pritiska vetra koje deluje na donju stranu krova. Vrlo je bitno razgrani\u010diti koeficijent globalne sile (cf) i koeficijente neto pritiska\u00a0 <\/span>(cp,net<\/sub>) koji su dati u tabelama u Evrokodu.<\/p>\n

Ukupni koeficijent sile se koristi za dobijanje rezultuju\u0107e sile koja deluje na krov, dok se neto koeficijenti pritiska koriste za dobijanje lokalnih pritisaka, koji su najve\u0107i na ivicama krova i koji se koriste pri prora\u010dunu krovnog pokriva\u010da i njegovih veznih elemenata za konstrukciju. Kada se pogleda tabela sa vrednostima koeficijenata, mo\u017ee se videti da neto koeficijenti pritiska imaju ve\u0107e vrednosti od ukupnog koeficijenta pritiska, pa vrlo lako mo\u017ee nastati zabuna da je ovaj slu\u010daj nepovoljniji i da bi ga trebalo koristiti pri prora\u010dunu konstrukcije. Me\u0111utim, ako se pogleda slika u tabeli 7.6 i 7.7 u Evrokodu, mo\u017ee se videti da su zone na kojima deluju pritisci dobijeni preko neto koeficijenta pritiska simetri\u010dno raspore\u0111ene po konturi krova, a da zone sa najve\u0107im vrednostima koeficijenta zauzimaju relativno malu povr\u0161inu du\u017e ivica krova. S druge strane, ako pogledamo slike 7.16 i 7.17 u Evrokodu, vidimo da rezultuju\u0107a sila dobijena putem ukupnog koeficijenta pritiska deluje na rastojanju od navetrene strane koje je jednako jednoj \u010detvrtini du\u017eine krova paralelne sa pravcem duvanja vetra.<\/p>\n

\"Optere\u0107enje<\/p>\n

\u0160ta ovo zapravo zna\u010di? Zamislimo da imamo nadstre\u0161nicu sa ravnim kvadratnim krovom koji je u sva \u010detiri \u0107o\u0161ka oslonjen na stubove. Ukoliko je optere\u0107enje simetri\u010dno, dobi\u0107emo jednu rezultantnu silu koja deluje u te\u017ei\u0161tu krova, odnosno u sredini, na rastojanju d\/2 od stubova. Ova sila \u0107e se podjednako raspodeliti na stubove objekta kao zate\u017eu\u0107a sila u njima, koja se dalje prenosi na temelje preko ankera (naravno, pretpostavili smo da je u pitanju \u010deli\u010dna nadstre\u0161nica, ali poenta je ista za bilo koji tip materijala). Me\u0111utim, iz najosnovnijeg poznavanja statike mo\u017eemo zaklju\u010diti da, ako je sila bli\u017ea osloncu (u ovom slu\u010daju stubu), kao \u0161to je sila dobijena preko cf<\/sub>, samim tim je i reakcija bli\u017eeg oslonca ve\u0107a, a u ovom slu\u010daju je to zate\u017eu\u0107a sila u stubu i dalje, u ankerima.<\/p>\n

Tako se mo\u017ee desiti situacija da \u010dak i ako je rezultanta simetri\u010dnog optere\u0107enja od cp,net <\/sub>ve\u0107a od ukupne sile, relevantna reakcija oslonca mo\u017ee biti ve\u0107a u slu\u010daju sile cf<\/sub>. \u010celi\u010dni stub verovatno ne\u0107e imati problem sa pove\u0107anom silom zatezanja (ali pove\u0107anje sile svakako treba uzeti u obzir), ali se dovode u pitanje ankeri, beton koji ih okru\u017euje i samo pove\u0107anje odi\u017eu\u0107e sile koja naru\u0161ava globalnu stabilnost, odnosno odizanje temelja. Ovo vrlo lako mo\u017ee da se desi u slu\u010daju da je temelj prora\u010dunat na osnovu kriterijuma nosivosti betona, gde se mo\u017ee desiti situacija da je usvojeni temelj malih dimenzija, odnosno male te\u017eine, koja se ne mo\u017ee suprotstaviti ovoj odi\u017eu\u0107oj sili. Naravno, kad smo kod globalne stabilnosti, ovo nije jedini efekat koji mo\u017ee biti pogre\u0161no analiziran kori\u0161\u0107enjem simetri\u010dnih optere\u0107enja. U slu\u010daju krova pod nagibom, budu\u0107i da rezultuju\u0107a sila deluje na jednoj \u010detvrtini du\u017eine, dobijamo ve\u0107i momenat preturanja, kojim se opet naru\u0161ava globalna stabilnost konstrukcije, a i de\u0161ava se druga\u010dija raspodela sila u osloncima. Ovaj efekat se pove\u0107ava sa pove\u0107anjem nagiba krova, a na slikama ispod predstavili smo jednu analizu koju smo uradili, kako bismo bolje do\u010darali ovu situaciju.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Prva slika pokazuje efekte koji se de\u0161avaju kada je krov ravan. Kao \u0161to je ve\u0107 re\u010deno, intuitivno se da zaklju\u010diti da je reakcija oslonca ve\u0107a kada je sila bli\u017ea osloncu.<\/p>\n

Druga slika pokazuje efekte nagiba krova. Mo\u017ee se videti da usled dodatnih uticaja momenta preturanja koji deluje na celu konstrukciju, ne samo da je reakcija oslonca bli\u017ea rezultantoj sili vetra (levi oslonac) ve\u0107a u odnosu na slu\u010daj kada sila deluje u sredini raspona, nego reakcija oslonca dalja od sile (desni oslonac) mo\u017ee da ima druga\u010diji znak! Intenzitet i znak reakcije, naravno, zavise od geometrije konstrukcije i vrednosti sile vetra, ali je ovo samo slikovit primer kako pogre\u0161nim usvajanjem koeficijenata mo\u017eemo da potcenimo vrednost sile u stubu i vezi za temelj.<\/p>\n

Ova situacija sa koeficijentima sile pritiska vrlo je sli\u010dna situaciji i u ASCE7 standardu, mada se ovde mo\u017eda te\u017ee mo\u017ee napraviti zabuna (li\u010dno mi\u0161ljenje), jer su koeficijenti sila jasno razdvojeni po poglavljima. Koeficijenti sile za glavnu konstrukciju (u standardu nazvani \u201emain wind force resisting system\u201c<\/i>, odnosno skra\u0107eno \u201eMWFRS\u201c) dati su u zasebnim poglavljima (dve razli\u010dite procedure), dok su koeficijenti pritiska za obloge dati u drugom poglavlju. Ako pogledamo raspodelu pritiska na krov za spomenute \u201eMWFRS\u201c, jasno se vidi da su ve\u0107e vrednosti sile bli\u017ee navetrenoj strani, dok je situacija za prora\u010dun obloge vrlo sli\u010dna onoj u Evrokodu \u2013 lokalni pritisci su najve\u0107i uz ivice krova i opadaju ka sredini.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\u0160ta ako postoji zid?<\/h2>\n

Vratimo se sada malo na stepen blokade. U Evrokodu je blokada zami\u0161ljena kao neka prepreka strujanju vazduha, kao npr. vozila ili uskladi\u0161tena roba (barem sude\u0107i prema skicama datim u poglavlju za krovove nadstre\u0161nica). Ali naravno, ova prepreka mo\u017ee biti i zid. S druge strane, re\u010deno je da je nadstre\u0161nica konstrukcija bez stalnih zidova. Bez obzira na ovu definiciju, mi mo\u017eemo ovaj krov posmatrati kao krov nadstre\u0161nice, jer je, na kraju krajeva, bitno kakva je priroda strujanja vazduha ispod krova, a ne definicija nadstre\u0161nice u standardu. Me\u0111utim, ovo pominjemo iz drugog razloga: kako analizirati ovaj zid na uticaje vetra? I \u0161ta ako ima vi\u0161e od jednog zida? Evrokod, na\u017ealost, uop\u0161te ne prepoznaje ovu situaciju.<\/p>\n

Naravno, ako postoji jedan zid, mo\u017eemo taj slu\u010daj analizirati prema pravilima za zidove i parapete datim u odgovaraju\u0107em poglavlju. Ali, ako imamo vi\u0161e od jednog zida, situacija postaje malo komplikovanija. Mo\u017eemo svakako i dalje upotrebljavati prethodno pomenuta pravila i raditi odre\u0111ene aproksimacije, ali da li \u0107emo tako predstaviti realno strujanje vazduha i pritiske vetra i da li \u0107emo analizirati sve potrebne pravce? Naravno, ovi slu\u010dajevi se mogu kategorizovati kao otvorene zgrade, ali ih ipak pominjemo u delu vezanim za nadstre\u0161nice. U ovom slu\u010daju se isto mo\u017eemo obratiti za pomo\u0107 starim standardima kao \u0161to su nema\u010dki DIN 1055-4 ili ve\u0107 pomenuti BS 6399-2. Ovi standardi prepoznaju ovu situaciju i daju koeficijente unutra\u0161njeg pritiska za zgrade otvorene sa jedne, dve ili tri strane, kao i relevantne pravce duvanja vetra koje treba analizirati. ASCE 7 tako\u0111e klasifikuje zgrade prema stepenu otvorenosti u oblozi i u skladu sa tim daje koeficijente unutra\u0161njeg pritiska.<\/p>\n

CFD Analiza<\/h2>\n

Za slu\u010dajeve koji nisu pokriveni standardima mogu se upotrebiti i napredne analize koriste\u0107i neke od CFD<\/i> (\u201eComputional Fluid Dynamics\u201c<\/i>) softverskih alata dostupnih na tr\u017ei\u0161tu. Mi smo za potrebe projekta nadstre\u0161nice za parking mesta koja je zatvorena sa tri strane (ili po nekim definicijama, zgrade otvorene sa jedne strane) koristili probnu verziju softvera RWIND<\/i>, kako bismo stekli bolji utisak o strujanju vazduha oko i unutar nadstre\u0161nice i kako bismo mogli da poredimo ove rezultate sa rezultatima iz odgovaraju\u0107ih standarda koje smo gore naveli. Iako nismo eksperti u CFD<\/i> analizi (barem ne jo\u0161), postigli smo rezultate koji nam deluju realno i koji su uporedivi sa informacijama iz standarda.<\/p>\n