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Dipl.-Ing. (BA) Markus Baumgärtel

2019-08-21

Forza del vento dovuta all'attrito

Il vento che soffia parallelamente alle superfici di una struttura può generare forze di attrito su queste superfici. Dieser Effekt ist vor allem meist bei sehr großen Bauwerken von Interesse.

La norma distingue tra una parete autoportante, una copertura autoportante e un edificio lungo e chiuso per gli effetti di attrito risultanti dal vento [1].

Der Anteil der Reibungskraft infolge Windes an der Gesamtwindkraft wird nach folgender Formel ermittelt:

F_{fr, j} = c_{fr, j} \cdot q_{p (ze) j} \cdot A_{fr, j}

Formula 1

[1] (5.7)

dove
c_fr = coefficiente di attrito
q _p(ze) = è la pressione di picco ad un altezza di riferimento z _e
A_fr = area della superficie esterna parallela al vento

La proporzione dovuta all'attrito si sovrappone alla sommatoria vettoriale con le altre forze del vento F_{w, e} (pressione esterna del vento) e F_{w, i} (pressione interna del vento). Die resultierenden Reibungskräfte wirken ausschließlich in Richtung der Windkräfte welche parallel zu den Außenflächen auftreten.

Der Ansatz der Windlast infolge Reibung kann jedoch vernachlässigt werden, wenn die Gesamtfläche aller windparallelen Oberflächen (und Flächen mit geringer Winkelabweichung zur Parallelen) gleich oder geringer ist als das 4-fache aller Flächen, die senkrecht zum Wind orientiert sind (luv- und leeseitig) [1] 5.3 (4).

Bei glatten Oberflächen wie Stahl oder glatter Beton beträgt der Reibungsbeiwert c_fr 0,01.
Auf rauen Oberflächen wie rauer Beton oder geteerte Flächen beträgt der Reibungsbeiwert c_fr 0,02.
Für sehr raue wie gewellte, gerippte oder gefaltete Oberflächen beträgt der Reibungsbeiwert c_fr 0,04.

Als Bezugshöhe z_e ist bei Wänden die Höhe h der Oberkante der Wand und für freistehende Dächer die Dachhöhe anzusetzen.

Beispiel Wand mit gewellter Oberfläche

Windzone 2
Geländekategorie 2

c_fr = 0,04
Länge d = 20 m
Bezugshöhe z_e = 2,5 m

\begin{array}{l} A_{fr} = 2 \cdot 2, 5 m \cdot 20 m = 100 m ² \\ q_{p (ze)} = 1, 7 \cdot qb = 1, 7 \cdot 0, 39 kN / m ² = 0, 663 kN / m ² \\ F_{fr} = 0, 04 \cdot 0, 663 kN / m ² \cdot 100 m ² = 2, 65 kN \end{array}

Formula 2

Beispiel freistehendes Dach mit gerippter Oberfläche

Windzone 2
Geländekategorie 2

c_fr = 0,04
Länge d = 7 m
Breite b = 4 m
Bezugshöhe z_e = 3 m

\begin{array}{l} A_{fr} = 2 \cdot 4 m \cdot 7 m = 56 m ² \\ q_{p (ze)} = 1, 7 \cdot qb = 1, 7 \cdot 0, 39 kN / m ² = 0, 663 kN / m ² \\ F_{fr} = 0, 04 \cdot 0, 663 kN / m ² \cdot 56 m ² = 1, 49 kN \end{array}

Formula 3

Beispiel Halle mit gerippter Oberfläche

Windzone 2
Geländekategorie 2

c_fr = 0,04
Länge d = 30 m
Breite b = 10 m
Bezugshöhe z_e = 5,5 m
Fläche aller windparallelen Oberflächen A_ges = 2 ⋅ 30 m ⋅ 4 m + 2 ⋅ 30 m ⋅ 5,22 m = 553,2 m²

Als Abstand y von der luvseitigen Vorderkante ist der kleinere Wert aus 2 ⋅ b beziehungsweise 4 ⋅ h anzunehmen.

\begin{array}{l} y = 2 \cdot 10 = 20 m \\ A_{fr} = 2 \cdot (30 m - 20 m) \cdot 4 m 2 \cdot (30 m - 20 m) \cdot 5, 22 m = 184, 4 m ² \\ q_{p (ze)} = 2, 1 \cdot q_{b} \cdot {(\frac{z}{10})}^{0, 24} = 2, 1 \cdot 0, 39 kN / m ² \cdot {(\frac{5, 5 m}{10})}^{0, 24} = 0, 711 kN / m ² \\ F_{fr} = 0, 04 \cdot 0, 711 kN / m ² \cdot 184, 4 m ² = 5, 245 kN \end{array}

Formula 4

Autore

Il signor Baumgärtel fornisce supporto tecnico per i clienti Dlubal Software.

Link

Bibliografia

Eurocodice 1: Azioni sulle strutture - Parte 1-4: Azioni generali, Carichi del vento; BS EN 1991-1-4:2010-12
Deutsches Institut für Normung eV (DIN). (2010). Appendice nazionale – Parametri determinati a livello nazionale – Eurocodice 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten; DIN EN 1991-1-4/NA:2010-12

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