Lý thuyết tải trọng gió - EN 1991-1-4 (Eurocode 1)

Tác động gió lên một kết cấu được tính theo Eurocode 1, EN 1991-1-4bằng cách xây dựng từ vận tốc gió tại địa điểm đến áp lực lên mỗi bề mặt và cuối cùng là tổng lực. Chuỗi là: vận tốc gió cơ bản → vận tốc trung bình theo độ cao → rối → áp lực vận tốc đỉnh $q_p(z)$ → áp lực bề mặt qua các hệ số → lực. Tool này thực hiện từng bước và báo cáo áp lực theo vùng cùng các lực.

Vận tốc gió cơ bản

Điểm khởi đầu là vận tốc gió cơ bản nền $v_{b,0}$ - một trung bình 10 phút ở độ cao 10 m trên vùng đồng quê trống phẳng (địa hình II), với xác suất vượt hằng năm 0,02 (chu kỳ lặp 50 năm). Nó được điều chỉnh theo hướng gió và mùa:

Hệ số hướng $c_{dir}$ và hệ số mùa $c_{season}$ thường được lấy bằng 1,0 trừ khi Phụ lục Quốc gia cho phép giảm.

Vận tốc trung bình, địa hình và độ nhám

Vận tốc gió trung bình tại độ cao $z$ tăng từ mặt đất lên qua lớp biên khí quyển. Nó là vận tốc cơ bản nhân với một hệ số độ nhám $c_r(z)$ và một hệ số địa thế $c_o(z)$ (1,0 trên đất phẳng, cao hơn trên đồi và vách dốc):

Hệ số địa hình $k_r = 0.19\,(z_0/z_{0,II})^{0.07}$ và chiều dài độ nhám $z_0$ đến từ dạng địa hình (0 = biển, I = phẳng, II = trống, III = ngoại ô, IV = đô thị - Bảng 4.1). Địa hình nhám hơn cho vận tốc thấp hơn gần mặt đất nhưng lớp biên dày hơn.

Rối và áp lực vận tốc đỉnh

Gió giật, nên một giá trị đỉnh chứ không phải trung bình chi phối. Cường độ rối $I_v(z)$ là tỷ số độ lệch chuẩn vận tốc trên trung bình:

Áp lực vận tốc đỉnh $q_p(z)$ sau đó kết hợp áp lực động trung bình với đóng góp của gió giật. Với khối lượng riêng không khí $\rho = 1.25\ \text{kg/m}^{3}$:

trong đó $q_b = \tfrac12\rho v_b^{2}$ là áp lực vận tốc cơ bản và $c_e(z)$ là hệ số phơi lộ. $q_p(z)$ này là đại lượng gió quan trọng nhất - mọi áp lực bề mặt đều tỉ lệ với nó.

Hệ số áp lực

Áp lực lên một bề mặt là $q_p(z)$ nhân với một hệ số áp lực. Gió đẩy lên mặt đón gió và hút lên mặt khuất gió, các tường bên và hầu hết các mái:

• Hệ số ngoài $c_{pe}$ - phụ thuộc vào vùng bề mặt (A–E trên tường; F–I trên mái), tỷ lệ công trình và diện tích chịu tải. $c_{pe,10}$ dùng cho toàn kết cấu, $c_{pe,1}$ cho các phần tử nhỏ như liên kết (Bảng 7.1–7.5).
• Hệ số trong $c_{pi}$ - đặt bởi các lỗ mở: nó dao động từ khoảng −0,3 đến +0,2, và với một lỗ mở chi phối nó theo hệ số ngoài tại lỗ mở đó.

Áp lực thực lên một phần tử là hiệu của áp lực ngoài và trong, $w_{net} = w_e - w_i$ - hút trong cộng vào áp lực ngoài trên một tường đón gió, đó là lý do hệ số trong quan trọng.

Lực gió lên kết cấu

Tổng lực được tìm hoặc bằng cách cộng các áp lực bề mặt trên các diện tích quy chiếu, hoặc trực tiếp bằng một hệ số lực:

Ở đây $c_f$ là hệ số lực (cho toàn hình dạng - dùng cho biển báo, hình trụ, kết cấu lưới), $A_{ref}$ diện tích quy chiếu, $\,c_s c_d$ hệ số kết cấu (kích thước + phản ứng động, thường 1,0 cho công trình thông thường dưới 15 m), và $F_{fr}$ lực ma sát trên các bề mặt song song với gió. Với công trình, lối cộng áp lực là thông dụng; với các hình mảnh hoặc đặc biệt, lối hệ số lực được dùng.

Các vùng, mái và trường hợp đặc biệt

Các bề mặt thực không chịu tải đồng đều. EN 1991-1-4 chia tường thành các vùng A–E và mái (phẳng, một dốc, hai dốc, bốn dốc) thành các vùng với $c_{pe}$ riêng, với hút cục bộ mạnh gần mép và góc. Mái đua và tường tự do dùng các hệ số áp lực thực $c_{p,net}$ nắm bắt cả hai mặt cùng lúc. Tool này bao quát tường đứng, mái phẳng/một dốc/hai dốc, mái đua, tường tự do và lan can, biển báo và tiết diện chữ nhật/tròn, áp dụng đúng bảng cho mỗi loại.

Các giá trị như $c_{dir}$, khối lượng riêng không khí và các tham số địa hình có thể do Phụ lục Quốc gia đặt - luôn xác nhận chúng cho quốc gia của bạn trước khi phát hành thiết kế.