Гук Ярослав Семенович. Нормування кліматичних навантажень на будівельні конструкції для території Українських Карпат

Краткое описание

Гук Ярослав Семенович. Нормування кліматичних навантажень на будівельні конструкції для території Українських Карпат.- Дисертація канд. техн. наук: 05.23.01, Нац. ун-т "Львів. політехніка". - Л., 2013.- 210 с.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

На правах рукопису

ГУК ЯРОСЛАВ СЕМЕНОВИЧ

УДК 69:551.56

НОРМУВАННЯ КЛІМАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА БУДІВЕЛЬНІ КОНСТРУКЦІЇ ДЛЯ ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ

05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди

Дисертація
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Науковий керівник
доктор технічних наук, професор
Кінаш Роман Іванович

Львів – 2013
ЗМІСТ
ВСТУП ........................................................................................................................ 8
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ДОСЛІДЖЕНЬ КЛІМАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ
ТА ВПЛИВІВ ДЛЯ ГІРСЬКИХ РАЙОНІВ УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ.............. 14
1.1. Короткий історичний огляд снігового навантаження.................................... 14
1.2. Норми проектування США ………………………………………….............. 15
1.3. Єврокод. Норми гірських країн Євросоюзу.................................................... 15
1.4. Короткий історичний огляд вітрового навантаження, температурних
впливів та глибини промерзання ґрунту......................................................... 18
1.5. Аналіз публікацій про кліматичні навантаження і впливи у гірських
районах Українських Карпат і Криму.............................................................. 19
1.6. Хронологія кліматологічних досліджень території України та
перспективи їх розвитку .................................................................................. 20
1.7. Регіональне нормування снігових навантажень у Росії і його порівняння з країнами Європи, США і Канади.................................................................... 22
1.8 Висновки з розділу 1……………………………………………….................. 26
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ
КЛІМАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І ВПЛИВІВ ДЛЯ ОБ’ЄКТІВ
БУДІВНИЦТВА У ГІРСЬКИХ РАЙОНАХ УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ ............ 28
2.1 Коротка характеристика досліджуваної території …………………............. 28
2.2 Вхідні дані для дослідження кліматичних параметрів …………….............. 29
2.3 Вибір напрямків для обчислення кліматичних навантажень у
гірських районах Українських Карпат ............................................................ 30
2.4 Характеристика метеостанцій Закарпатської області …................................ 32
2.5 Використання кліматологічної інформації та її опрацювання. Методика обчислення метеорологічних величин............................................................. 33
2.5.1. Методика статистичних досліджень обчислення кліматологічних
характеристик різної повторювальності й імовірності................................... 34
2.5.2. Дослідження вітру.................................................................................... 36
2.5.3. Дослідження температури зовнішнього повітря................................... 37
2.5.4. Дослідження снігового покриву............................................................. 43
2.6. Методика дослідження та визначення кліматичних навантажень і
впливів у гірських районах Українських Карпат........................................... 46
2.6.1. Загальні залежності для обчислення снігових, вітрових та температурних параметрів .............................................................................. 46
2.6.2. Визначення вітрових, снігових та температурних параметрів ......... 47
2.7 Методика визначення середньої складової вітрового тиску.......................... 47
2.8. Методика визначення середньої складової вітрового тиску у географічно-широтних напрямках........................................................................................ 48
2.9 Методика визначення середньої складової вітрового тиску у географічно- довготних напрямках ...................................................................................... 49
2.10 Методика статистичного розрахунку швидкості вітру з врахуванням особливостей рельєфу на метеостанціях Закарпатської області ................ 49
2.11 Методика дослідження та визначення снігових навантажень у гірських районах Українських Карпат .......................................................................... 52
2.12 Методика визначення впливу вітру на додаткове снігове
навантаження у гірських районах Українських Карпат............................... 53
2.13. Методика визначення снігових навантажень для п’яти географічно-широтних напрямків у гірських районах Закарпатської області................. 55
2.14. Методика визначення снігових навантажень для восьми географічно-довготних напрямків у гірських районах Закарпатської області................. 55
2.15 Методика обчислень снігового навантаження на дах за даними
спостережень на дев’яти метеостанціях Закарпатської області
у 1955–2005 рр.................................................................................................. 56
2.16 Методика визначення температурних параметрів за коефіцієнтами
барометричного нівелювання......................................................................... 58
2.17. Методика обчислення максимальної глибини промерзання ґрунту у гірських районах Українських Карпат........................................................... 61
2.18. Методика районування території Українських Карпат............................... 64
2.18.1. Кліматичне районування території колишнього СРСР.................... 64
2.18.2. Характеристика кліматичних районів України для вітру
згідно з ГОСТ 16350-80................................................................................... 67
2.18.3. Районування території України і Закарпатської області
за ДБН В.1.2-2:2006.......................................................................................... 68
2.18.4. Районування території Закарпатської області за обчисленими сніговими, вітровими, температурними параметрами і максимальною глибиною промерзання ґрунту........................................................................ 70
2.19. Висновки з розділу 2 .........……………...………………..........………….... 71
РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ОБЧИСЛЕНЬ ВІТРОВИХ, СНІГОВИХ, ТЕМПЕРАТУРНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І ВПЛИВІВ, МАКСИМАЛЬНОЇ ГЛИБИНИ ПРОМЕРЗАННЯ ҐРУНТУ У ГІРСЬКИХ РАЙОНАХ
УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ………………............................................................... 72
3.1 Результати обчислення вітрових параметрів................................................... 72
3.2. Результати обчислення снігових навантажень............................................... 85
3.2.1. Результати обчислення снігових навантажень для п’яти географічно-широтних напрямків у гірських районах Закарпатської області................. 95
3.2.2. Результати обчислення снігових навантажень для восьми географічно-довготних напрямків у гірських районах Закарпатської області................................................................................................................ 98
3.3. Результати обчислень додаткових снігових навантажень від впливу вітру
на метеостанціях і перехідних станціях Закарпатської області................. 102
3.4. Результати обчислення температурних параметрів для гірських
районів Закарпатської області....................................................................... 104
3.5. Результати обчислення максимальної глибини промерзання ґрунту
для гірських районів Українських Карпат................................................... 110
3.6. Висновки з розділу 3…......................…………..………………................... 111
РОЗДІЛ 4. ПОРІВНЯННЯ КЛІМАТИЧНИХ ПАРМЕТРІВ ОБЧИСЛЕНИХ
ЗА 23 НАПРЯМКАМИ, ВИСОТНИМИ І ВИСОТНО-ЛОГАРИФМІЧНИМИ КОЕФІЦІЄНТАМИ З ЧИННИМИ НОРМАМИ ДЛЯ ТЕРИТОРІЇ
ЗАКАРПАТСЬКОЇ ОБЛАСТІ .............................................................................. 114
4.1. Порівняння параметрів вітру обчислених за 23 напрямками,
висотними і висотно-логарифмічними коефіцієнтами з нормами
СНиП 2.01.07.85 і ДБН В.1.2-2:2006............................................................ 114
4.2. Порівняння снігових параметрів обчислених за 23 напрямками, висотними
і висотно-логарифмічними коефіцієнтами з нормами
СНиП 2.01.07.85 і ДБН В.1.2-2:2006............................................................ 119
4.3. Порівняння температурних параметрів обчислених за 23 напрямками, висотними і висотно-логарифмічними коефіцієнтами для території
Українських Карпат....................................................................................... 123
4.4. Аналіз результатів обчислення максимальної глибини промерзання ґрунту визначених за 4 напрямками, висотними і висотно-логарифмічними коефіцієнтами................................................................................................. 129
4.5. Порівняння ДБН В.1.2-2:2006 із СНиП 2.01.07.85....................................... 130
4.5.1. Загальні відомості................................................................................. 130
4.5.2. Снігові навантаження........................................................................... 133
4.5.3. Вітрові навантаження........................................................................... 135
4.5.4. Температурні впливи........................................................................... 135
4.6. Порівняння нормативних температурних параметрів на метеостанції Пожежевська Івано-Франківської області з визначеними за 4 напрямками, висотними і висотно-логарифмічними коефіцієнтами між метеостанціями Закарпатської області..................................................................................... 136
4.7. Порівняння результатів обчисленого нормативного вітрового тиску
за спостереженнями 1955-2005 рр. з нормами СНиП 2.01.07.85 і
ДБН В.1.22:2006............................................................................................. 136
4.8. Порівняння результатів обчисленого снігового навантаження
на горизонтальну площину з нормами ДБН В.1.2-2:2006.......................... 139
4.9. Висновки з розділу 4....................................................................................... 140
РОЗДІЛ 5. РОЗРАХУНОК СПОРУД БАШТОВОГО ТИПУ НА
ВІТРОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ ............................................................................. 142
5.1. Аналіз впливу географічної висоти на вітрове навантаження у
розрахунку башти мобільного зв’язку ........................................................ 142
5.2. Результати аналізу спостережень вітру на метеостанціях
Закарпатської області .................................................................................... 144
5.3. Розрахунок фактичних значень коефіцієнта Calt на
метеостанціях Закарпатської області........................................................... 147
5.4. Модельний розрахунок башти на дію вітрових навантажень .....................149
5.4.1. Конструкція башти .............................................................................. 149
5.5. Результати розрахунків .................................................................................. 151
5.6. Висновки з розділу 5 .......…………………………………….............…...... 154
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ........................................................................................ 155
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ………………….................................. 157
ДОДАТОК А. ПЕРЕЛІК 23-х НАПРЯМКІВ МІЖ МЕТЕОСТАНЦІЯМИ (ПЕРЕХІДНИМИ СТАНЦІЯМИ) І ПРИКРІПЛЕНИХ ДО НИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ ЗАКАРПАТСЬКОЇ ОБЛАСТІ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ
КЛІМАТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ............................................................................... 176

ДОДАТОК Б. РЕКОМЕНДОВАНІ РОЗРАХУНКОВІ СНІГОВІ І
ВІТРОВІ ПАРАМЕТРИ ДЛЯ ОКРЕМИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ,
ВЕРШИН І ПЕРЕВАЛІВ ЗАКАРПАТСЬКОЇ ОБЛАСТІ ........................................ 180

ДОДАТОК В. РЕКОМЕНДОВАНІ ПАРАМЕТРИ ВІТРУ ДЛЯ ОКРЕМИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ ЗАКАРПАТСКЬОЇ ОБЛАСТІ ....................................... 185

ДОДАТОК Г. РЕКОМЕНДОВАНІ РОЗРАХУНКОВІ ТЕМПЕРАТУРНІ ПАРАМЕТРИ ДЛЯ ОКРЕМИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ, ВЕРШИН І ПЕРЕВАЛІВ ЗАКАРПАТСЬКОЇ ОБЛАСТІ. ПОРІВНЯННЯ
ТЕМПЕРАТУРНИХ ПАРАМЕТРІВ ІЗ ДАНИМИ СПОСТЕРЕЖЕНЬ
НА МЕТЕОСТАНЦІЇ ПОЖЕЖЕВСЬКА ................................................................. 193

ДОДАТОК Ґ. РЕЗУЛЬТАТИ ОБЧИСЛЕНИХ ПАРАМЕТРІВ
МАКСИМАЛЬНОЇ ГЛИБИНИ ПРОМЕРЗАННЯ ҐРУНТУ ДЛЯ ОКРЕМИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ, ВЕРШИН І ПЕРЕВАЛІВ
ЗАКАРПАТСЬКОЇ ОБЛАСТІ ................................................................................... 198

ДОДАТОК Д. СХЕМА РОЗТАШУВАННЯ БУДІВЕЛЬ НА
МЕТЕОСТАНЦІЯХ ЗАКАРПАТСЬКОЇ ОБЛАСТІ ................................................ 202

ДОДАТОК Е. КАРТИ РАЙОНУВАННЯ ТЕРИТОРІЇ
ЗАКАРПАТСКОЇ ОБЛАСТІ ...................................................................................... 203

ДОДАТОК Є. ЗИМОВІ І ЛІТНІ РОЗИ ВІТРІВ ДЛЯ МЕТЕОСТАНЦІЙ, ПЕРЕХІДНИХ СТАНЦІЙ ОКРЕМИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ, ВЕРШИН
І ПЕРЕВАЛІВ ЗАКАРПАТСЬКОЇ ОБЛАСТІ .......................................................... 220
ДОДАТОК Ж. ДОДАТКОВІ ПОЗНАЧЕННЯ, ЯКІ ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ
У ФОРМУЛАХ КЛІМАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І ВПЛИВІВ ........................ 222

ДОДАТОК З. ОБЧИСЛЕННЯ ПАРАМЕТРІВ 60-ти МЕТРОВОЇ БАШТИ
ЗА ВІТРОВИМИ НАВАНТАЖЕННЯМИ ............................................................... 230

ДОДАТОК И. ДОВІДКИ ПРО ВПРОВАДЖЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ .......................................................... 244

Список литературы

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У результаті виконання дисертаційної роботи розв’язано актуальну наукову задачу з встановлення закономірностей снігового і вітрового навантажень, температурних впливів на будівлі та споруди, а також визначення максимальної глибини промерзання ґрунту на території Закарпатської області для теоретичного розроблення і практичного застосування методів районування, а також створення рекомендацій для розрахунків і проектування будівельних конструкцій. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень сформульовано такі висновки.
1. У нормах ДБН В.1.2-2:2006 недостатньо точно визначені кліматичні параметри для гірських районів – Українських Карпат і Криму, на картах яких залишилися великі території без цих параметрів, так звані “білі плями”.
2. Застосування 23 напрямків між дев’ятьма базовими метеостанціями і 18 перехідними станціями з відповідними висотами над рівнем Балтійського моря та висотних і висотно-логарифмічних коефіцієнтів дало змогу визначити кожен кліматичний параметр для населених пунктів Закарпатської області, вершин і перевалів Українських Карпат.
3. Запропоновану методику напрямків, висотних і висотно-логарифмічних коефіцієнтів перевірено іншими методиками:
– коефіцієнтами барометричного нівелювання (для температурних параметрів);
– коефіцієнтами географічно-широтних і географічно-довготних напрямків (для вітрових і снігових навантажень у липні та січні);
– визначенням додаткового снігового навантаження від впливу вітру за різницею снігових навантажень на метеостанціях (перехідних станціях) і в улоговинах поблизу метеостанцій (перехідних станцій);
– перевірено точність параметрів температури зовнішнього повітря за висотними і висотно-логарифмічними коефіцієнтами і чотирма напрямками між метеостанціями Закарпатської області: для метеостанції Пожежевська – 1480,5 м (Івано-Франківська область). Розходження не перевищує 6,3 %.
4. Порівняння обчислених кліматичних параметрів за висотними і висотно-логарифмічними коефіцієнтами дало такі результати:
– дані максимальної швидкості вітру і максимального вітрового тиску більші за обчислені за висотними коефіцієнтами;
– на висоті понад 700 м над рівнем Балтійського моря вітровий тиск більший від нормованого для другого вітрового району за ДБН В.1.2-2:2006 (450 Па), а нижче за 700 м – він менший і досягає 240 Па на метеостанції Хуст.
Різниця обчислених вітрових тисків і наведених у нормі ДБН В.1.2-2:2006 становить:
– для літніх вітрів від 12,5 % до 115 %;
– для зимових вітрів від 20 % до 115 %;
– снігові параметри, обчислені за висотно-логарифмічними коефіцієнтами, більші, вони відрізняються від норм ДБН В.1.2-2:2006 на 22,9 % – 72,5 %;
– температурні параметри зовнішнього повітря більші від розрахованих за висотно-логарифмічними коефіцієнтами і точніші, що показало контрольне обчислення їх на метеостанції Пожежевська.
Зі збільшенням висоти розміщення станцій над рівнем Балтійського моря плюсові параметри зменшуються, мінусові – збільшуються. Тривалість періоду із середньодобовою температурою зовнішнього повітря <8<10 ºC – зростає.
5 Максимальна глибина промерзання ґрунту на території Закарпатської області визначена вперше. Її неможливо порівняти з чинними нормами через відсутность у них даних щодо цих параметрів.
6. Вперше проведено районування території Закарпатської області за визначеними параметрами вітру, снігу, температурою зовнішнього повітря, максимальною глибиною промерзання ґрунту для третього кліматичного району.
7. Обчислені кліматичні параметри використано під час складання норм ДСТУ-НБ В.1.1-27:2010 “Захист від небезпечних геологічних процесів, шкідливих експлуатаційних впливів, від пожежі. Будівельна кліматологія”, чинних з
1.11.2011 р.
8. Застосування вітрових навантажень, визначених за висотними і висотно-логарифмічними коефіцієнтами і за даними спостережень на метеостанціях у 1955–2005 рр. для розрахунку типової телекомунікаційної пірамідальної вежі заввишки 60м на г. Плай порівняно з нормами ДБН В.1.2-2:2006 забезпечило економію 1 т сталі, що становить 5 %, а з нормами СНиП 2.01.07-85 – 6,3 т, що дорівнює 24,4 %.