Нагрузка ветровая нормы и метод определения. ГОСТ 1451-77

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

КРАНЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ.

НАГРУЗКА ВЕТРОВАЯ
НОРМЫ И МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Hoisting granes. Wind load.
Norms and methods of determination

ГОСТ 1451-77

Дата введения 01.01.78

Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта от 10.09.92 N 1151

Взамен ГОСТ 1451-65

Настоящий стандарт распространяется на грузоподъемные краны, эксплуатируемые на открытом воздухе, и устанавливает нормы и метод определения ветровой нагрузки, действующей на краны в их нерабочем и рабочем состояниях.

Стандарт не распространяется на судовые и плавучие краны.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Ветровая нагрузка на кран в нерабочем состоянии должна быть учтена при расчете металлических конструкций, механизмов поворота, передвижения крана и тележки, механизма изменения вылета стрелы, осей и валов ходовых колес, противоугонных устройств и собственной устойчивости крана.

За ветровую нагрузку на кран в нерабочем состоянии принимается предельная ветровая нагрузка, на которую должны быть рассчитаны элементы крана.

1.2. Ветровая нагрузка на кран в рабочем состоянии должна быть учтена при расчете металлических конструкций и механизмов, тормозов, при определении мощности двигателей, собственной и грузовой устойчивости крана.

За ветровую нагрузку на кран в рабочем состоянии принимается предельная ветровая нагрузка, при которой обеспечивается эксплуатация крана с номинальным грузом.

1.3. Ветровая нагрузка на кран должна быть определена как сумма статической и динамической составляющих.

Статическая составляющая, соответствующая установившейся скорости ветра, должна быть учтена во всех случаях.

Динамическая составляющая, вызываемая пульсацией скорости ветра, должна быть учтена только при расчете на прочность металлических конструкций и при проверке устойчивости кранов против опрокидывания.

2. СТАТИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ

2.1. Распределенную ветровую нагрузку р на единицу расчетной площади элемента конструкции или груза в данной зоне высоты следует определять по формуле

где q - динамическое давление ветра, принимаемое в соответствии с табл. 2 и 3;

k - коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте, принимаемый по табл. 1;

с - коэффициент аэродинамической силы, принимаемый по приложению 1 или данным аэродинамических исследований с учетом указаний п. 6.3. В зависимости от направления аэродинамической силы в приложении 1 данный коэффициент обозначается через сх, су, сn, сt;

п - коэффициент перегрузки, принимаемый по пп. 5.3 и 6.4.

2.2. Динамическое давление ветра q связано с плотностью воздуха r и его скоростью v формулой

где r = 1,225 кг/м3;

v - скорость ветра, направленная параллельно поверхности земли, м/c.

2.3. Статическую составляющую ветровой нагрузки F, действующей на элемент конструкции или на груз, следует определять по формуле

где А - расчетная площадь элемента или груза, принимаемая по приложениям 1 и 2 с учетом указаний п. 6.3.

3. ДИНАМИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ

3.1. Динамическую составляющую ветровой нагрузки на строительные башенные краны следует определять по НТД, в остальных случаях - по нормам проектирования кранов данного типа.

4. УЧЕТ ВЫСОТЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА КОНСТРУКЦИИ КРАНА

4.1. Значение коэффициента k, учитывающего изменение динамического давления в зависимости от высоты расположения от поверхности земли данного элемента конструкции в нерабочем и рабочем состояниях крана, следует определять по табл. 1.

Таблица 1

Примечание. При установке кранов в городах, включая окраины, в лесных массивах и других местностях, покрытых препятствиями высотой более 10 м, допускается снижать значение коэффициента k в пределах высоты: до 20 м - на 30%; 20-60 м - на 15%; 60-100 м - на 10%.

4.2. Для промежуточных высот значения k допускается определять линейной интерполяцией данных табл. 1. В пределах отдельных зон конструкции, при высоте каждой зоны не более 10 м, значение коэффициента k допускается принимать постоянным.

4.3. Значение коэффициента k для тросовых оттяжек и канатов полиспастов допускается принимать постоянным и определять для уровня, соответствующего точке, расположенной на расстоянии 1 / 3 их длины от верхней точки их крепления к элементу крана.

5. НЕРАБОЧЕЕ СОСТОЯНИЕ

5.1. Динамическое давление q и скорость ветра v на высоте 10 м над поверхностью земли в зависимости от района СССР следует принимать по табл. 2.

Таблица 2

Примечания:

1. Карта районирования СССР в зависимости от динамического давления ветра приведена в приложении 3.

2. При установке кранов в районах с резко выраженным рельефом местности, в горных ущельях, каньонах рек, на вершинах возвышенностей и в малоизученных районах допускается определять значение динамического давления по скорости ветра, принимаемой по данным Гидрометеорологической службы на высоте 10 м над поверхностью земли (при двухминутном интервале осреднения), превышаемой в среднем один раз в 5 лет.

5.2. В случае, если район установки крана точно неизвестен, динамическое давление q допускается принимать равным 450 Па.

5.3. Коэффициент перегрузки n, учитываемый при расчете конструкции крана по методу предельных состояний, принимается равным 1,1, если в нормах на проектирование данного крана не приводится другое значение этого коэффициента.

При расчете конструкции крана по методу допускаемых напряжений коэффициент перегрузки n принимают равным 1.

6. РАБОЧЕЕ СОСТОЯНИЕ

6.1. Динамическое давление q и скорость ветра v на высоте 10 м над поверхностью земли, вне зависимости от района установки, но с учетом назначения крана, должны приниматься по табл. 3.

Таблица 3

6.2. Если предельная ветровая нагрузка, действующая на груз или элементы крана, ограничена условиями безопасности ведения работ или технологией выполнения перегрузочных или монтажных операций, то допускается принимать значение динамического давления q в соответствии с техническим заданием на проектирование крана, но не ниже 50 Па.

6.3. Расчетную площадь груза следует определять по фактическим или статистическим данным, при их отсутствии - по приложению 2. Коэффициент аэродинамической силы с принимают равным 1,2. Коэффициент k при этом принимают по максимальной высоте подъема груза.

6.4. Значение коэффициента перегрузки n не зависит от применяемого метода расчета и принимается равным 1.

6.5. При отсутствии дополнительных требований, предусмотренных техническим заданием на проектирование крана, ветровая нагрузка, учитываемая при определении мощности приводных двигателей крановых механизмов, не должна превышать 70 % от статической составляющей ветровой нагрузки на кран или на соответствующий элемент крана или на груз.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое

КОЭФФИЦИЕНТЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ И РАСЧЕТНЫЕ ПЛОЩАДИ

1. Отдельные стержни

1.1. Коэффициент лобового сопротивления с_х, то есть коэффициент аэродинамической силы, направленной по скорости ветра, при поперечном обтекании круглого стержня диаметром d определяется по табл. 1 в зависимости от параметра qkd2.

Таблица 1

1.2. Расчетная площадь круглого стержня (см. черт. 1) определяется по формуле

где l - длина стержня;

d - диаметр стержня.

Черт. 1

1.3. Для стержня с круглым переменным сечением значение диаметра d заменяется на его среднее значение по формуле

где d_1, d_2 - диаметры концов стержня.

1.4. Некруглый (эллиптический, овальный и т.п.) цилиндрический стержень рассматривается как круглый, причем за величину d принимают поперечный размер стержня в плоскости, перпендикулярной направлению скорости ветра.

1.5. Для стержня прокатного или комбинированного профиля коэффициенты с_п и с_t аэродинамических сил, нормальных к граням стержня, при различных направлениях скорости ветра в плоскости, перпендикулярной продольной оси стержня, определяются по табл. 2.

1.6. Для стержня прокатного или комбинированного профиля расчетная площадь определяется по формуле

где l - длина стержня;

j - расчетный поперечный размер стержня.

1.7. Для балок и стержней сложного составного поперечного сечения (кроме приведенных в табл. 2), составленных из труб с прокатными профилями и пр. (см. черт. 2а) принимают значение коэффициента лобового сопротивления с_x = 1,4.

Черт. 2

Таблица 2

Направление скорости ветра	Поперечное сечение стержня
	с_n	с_t	с_n	с_t	С_n	с_t	с_n	с_t
0°	1,9	0,95	1,8	1,8	1,75	0,10	1,60	0
45°	1,8	0,80	2,1	1,8	0,85	0,85	1,50	-0,10
90°	2,0	1,70	-1,9	1,0	0,10	1,75	-0,95	0,70
135°	-1,8	-0,10	-2,0	0,3	-0,75	0,75	-0,50	1,05
180°	-2,0	0,10	-1,4	-1,4	-1,75	-0,10	-1,50	0

Направление скорости ветра	Поперечное сечение стержня
	с_n	с_t	с_n	с_t	С_n	с_t	с_n	с_t
0°	2,0	0	2,05	0	1,4	0	2,05	0
45°	1,2	0,90	1,85	0,6	1,2	1,6	1,95	0,6
90°	-1,6	2,15	0	0,6	0	2,2	0	0,9
135°	-1,1	2,40	-1,60	0,4
180°	-1,7	0	-1,80	0

Направление скорости ветра	Поперечное сечение стержня
	с_n	c_t	с_n	c_t	с_n	c_t	с_n	c_t
0°	1,6	0	2,0	0	2,1	0	2,0	0
45°	1,5	1,5	1,8	0,1	1,4	0,70	1,55	1,55
90°	0	1,9	0	0,1	0	0,75	0	2,0

2. Канаты и кабели

2.1. Для каната или кабеля расчетную площадь определяют то формуле (1), причем за величину l принимают их длину; коэффициент лобового сопротивления принимают c_x = 1,2.

3. Фермы

3.1. Плоские фермы

3.1.1. За расчетную площадь А плоской фермы принимают теневую площадь - площадь проекций всех элементов фермы на ее плоскость.

3.1.2. Коэффициент лобового сопротивления c_x при направлении скорости ветра, перпендикулярном к плоскости фермы, в зависимости от коэффициента заполнения фермы , определяется по табл. 3.

Таблица 3

	c_x в зависимости от элементов, образующих фермы
	Стержни круглого сечения	Стержни некруглого сечения
0,1	1,2	1,9
0,2	1,2	1,8
0,3	1,2	1,7
0,4	1,1	1,7
0,5	1,1	1,6

3.1.2.1. Коэффициент заполнения фермы j определяется по формуле

= A /A_н,

(4)

где A_н - площадь, ограниченная наружным контуром фермы.

3.1.3. Коэффициент лобового сопротивления плоской комбинированной фермы, составленной из стержней круглого и некруглого сечения, допускается определять по формуле

где c_x1, c_x2 - коэффициенты лобового сопротивления условных ферм, имеющих одинаковые геометрические размеры с рассматриваемой, но составленных соответственно из стержней только некруглого или круглого сечения;

А_1, А_2 - суммарные расчетные (теневые) площади стержней соответственно некруглого и круглого сечений.

3.2. Пространственные фермы

3.2.1. За расчетную площадь А пространственной фермы принимают расчетную (теневую) площадь наветренной грани фермы.

3.2.2. Коэффициент лобового сопротивления c_x пространственной фермы из стержней некруглого сечения при направлении скорости ветра, перпендикулярном продольной оси фермы, определяется по табл. 4 с учетом коэффициента заполнения _b, грани с шириной b.

Таблица 4

Поперечное сечение фермы		с_x при _b:
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	а / b:
	2,00	3,56	3,32	3,08	2,85	2,62
	1,50	3,55	3,24	2,96	2,71	2,49
	1,00	3,53	3,13	2,78	2,47	2,24
	0,67	3,50	3,05	2,54	2,24	2,00
	0,50	3,45	2,84	2,34	2,02	1,80
	дельта:
	30°	2,37	2,11	1,85	1,60	1,35
	60	2,65	2,49	2,33	2,21	2,10
	90	2,93	2,87	2,80	2,80	2,80
	дельта:
	30-90°	2,65	2,49	2,33	2,21	2,10

3.2.3. Коэффициент лобового сопротивления пространственной фермы, составленной из стержней круглого сечения при направлении скорости ветра, перпендикулярном к продольной оси фермы, определяется по формуле

(6)

где m - поправочный коэффициент; для ферм треугольного сечения с углом дельта = 30° при набегании ветра на основание или боковую сторону сечения следует принимать m = 1, а для всех других случаев определять по табл. 5;

c_x - принимают по табл. 6, в зависимости от коэффициента заполнения _b грани с шириной b.

Таблица 5

Примечание. Диаметр d - меньший из диаметров поясов фермы, м.

Таблица 6

Поперечное сечение фермы		с_x при _b:
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	а/b:
	2,00	2,34	1,94	1,77	1,66	1,60
	1,50	2,22	1,90	1,74	1,64	1,58
	1,00	2,13	1,82	1,68	1,56	1,50
	0,67	2,05	1,76	1,60	1,50	1,44
	0,50	2,00	1,68	1,54	1,44	1,38
	дельта:
	30°	1,52	1,32	1,13	0,98	0,86
	60	1,76	1,54	1,40	1,36	1,36
	90	2,00	1,76	1,67	1,65	1,65
	дельта:
	30-90°	1,76	1,54	1,40	1,36	1,36

3.2.4. Коэффициент лобового сопротивления cx пространственной комбинированной фермы, составленной из стержней круглого и некруглого сечения, допускается определять по формуле (5), причем значения c_x1 и c_x2 следует принимать как для пространственных ферм, имеющих одинаковые геометрические размеры с рассматриваемой, и составленных соответственно из стержней только некруглого или круглого сечения.

4. Пролетные балки (мосты)

4.1. Расчетную площадь пролетной балки А (см. черт. 2) определяют по формуле

где l - длина балки;

h - габаритная высота балки.

Примечания:

1. Высоту подтележечного рельса включают в общую высоту h балки.

2. Площадь сквозных вырезов в стенках вычитают из габаритной (по контуру).

3. Площадки, ограждения, лестницы и пр., затеняющиеся балкой, учету не подлежат.

4.2. Коэффициент лобового сопротивления c_x коробчатых балок (см. черт. 2б) определяется по табл. 7.

Таблица 7

Примечание. Для трапециевидных сечений (см. черт. 2б) расчетная ширина а определяется по формуле

5. Прочие конструкции

5.1. За расчетную площадь совмещенных участков телескопических ферм (башен, колонн и стрел) принимается расчетная площадь наружной фермы. При этом коэффициент лобового сопротивления следует определять по формуле

где c_xн, c_xв - коэффициенты лобового сопротивления соответственно наружной и внутренней фермы;

А_н, А_в - расчетные (теневые) площади этих ферм, рассматриваемых раздельно.

5.2. Расчетная площадь дополнительных элементов: ограждений, лестниц, площадок, настилов и т.п. определяется по табл. 1 и 2 настоящего приложения и учитывается полностью; при расположении внутри габарита ферм учитывается половина их площади. Коэффициент лобового сопротивления принимается без учета взаимовлияния дополнительных элементов.

5.3. Расчетная площадь грузовых и ходовых тележек, лебедок, аппаратных шкафов, балластных плит противовесов, грузовых подвесок, кабин управления и т.п. определяется как проекция наружного контура на плоскость, перпендикулярную направлению скорости ветра. Коэффициент лобового сопротивления принимается равным 1,2.

6. Влияние затенения

6.1. В случае, если две или более одинаковых конструкций расположены одна за другой на равном расстоянии друг от друга, то за расчетную площадь принимается площадь одной конструкции, а суммарный коэффициент лобового сопротивления , определяется с учетом коэффициента затенения по формуле

(10)

где c_x - коэффициент лобового сопротивления одной конструкции (фермы, балки);

h - коэффициент, учитывающий аэродинамическое затенение конструкции впереди стоящей конструкцией, принимают по табл. 8 в зависимости от относительного расстояния между конструкциями s / h. Для плоских конструкций расстояние s принимают по вертикальным осям (см. черт. 3а), для объемных - в свету между ними (см. черт. 3б);

h - габаритная высота конструкции;

i - число одинаковых конструкций.

Черт. 3

Таблица 8

s / h
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6 и выше
1/2	0,93	0,75	0,56	0,38	0,19	0
1	0,99	0,81	0,65	0,48	0,32	0,15
2	1,00	0,87	0,73	0,59	0,44	0,30
4	1,00	0,90	0,78	0,65	0,52	0,40
6	1,00	0,93	0,83	0,72	0,61	0,50

7. Наклонные элементы крановых конструкций

7.1. Фермы (см. черт. 4)

Черт. 4

7.1.1. Коэффициент аэродинамической силы, нормальной к продольной оси фермы, определяется по формуле

(11)

Коэффициент лобового сопротивления (направленного по скорости ветра) определяется по формуле

(12)

где тета - угол между направлениями скорости ветра и продольной осью фермы длиной l;

A_p / A - относительная доля расчетной площади стержней решетки (раскосов, стоек и пр.) в расчетной площади наветренной грани фермы;

тета - отношение значения коэффициента лобового сопротивления фермы при ее продольном обтекании к значению того же коэффициента при поперечном обтекании; для четырехгранной фермы определяется по формуле

(13)

здесь - значение фермы с квадратным поперечным сечением, принимаемое по табл. 9;

ламбда - отношение размеров сторон поперечного сечения фермы (ламбда > = 1);

c_x - коэффициент лобового сопротивления рассматриваемой фермы при ее поперечном обтекании, определяемый по табл. 3-6 настоящего приложения, при этом параметр qkd2 заменяется на qkd2sin2тета;

c_xкв - значение cx для фермы с квадратным поперечным сечением.

Таблица 9

A_p / A	0,25	0,30	0,35	0,40	0,45	0,50
	0,03	0,08	0,13	0,19	0,24	0,29

Формула (13) применима к трехгранной ферме с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника и к плоской ферме. В случае равностороннего треугольника множитель (1 + ламбда) / 2 следует заменить на 0,75, а плоской фермы - на 0,25.

7.2. Сплошностенчатые элементы (см. черт. 4)

7.2.1. Коэффициент нормальной силы определяется по формуле

(14)

7.2.2. Коэффициент лобового сопротивления определяется по формуле

(15)

но должен быть не менее 0,1 с_x.

Примечание. Коэффициент аэродинамической силы, направленной перпендикулярно скорости ветра, определяется по формуле

(16)

8. Краны внутри ограждения

8.1. Для кранов, установленных в сплошных ограждениях (корпуса градирен и пр.) учитывается верхняя часть затененной конструкции высотой h = 0,5s (см. черт. 5)

Черт. 5

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое

РАСЧЕТНАЯ ПЛОЩАДЬ ГРУЗА АГ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕГО НОМИНАЛЬНОЙ МАССЫ m

Примечание. Ветровую нагрузку на груз принимают не менее 500 Н.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое

КАРТА РАЙОНИРОВАНИЯ СССР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДИНАМИЧЕСКОГО ВЕТРА