Материал статьи призван помочь проектировщику в подборе молниезащитной продукции, удовлетворяющей российским стандартам и нормам. В первой ее части рассмотрены основные требования, предъявляемые к сечению и материалу молниеприемников и токоотводов. Вторая часть посвящена нормированию воздействий, оказываемых ветром на конструкции молниеприемных мачт. Молниеприемник считается соответствующим российским нормам, если он испытан на ветровое давление, равное или превышающее нормативное. В статье приведен алгоритм расчета нормативного ветрового давления. Однако различные производители по-разному указываю информацию о стойкости их мачт к ветровым воздействиям (указывают ветровую зону, скорость ветра…). Заключительная часть статьи посвящена тому, как использовать эту информацию, чтобы получить значение ветрового давления, на которое испытана мачта.
На современном рынке в избытке представлена молниезащитная продукция различных зарубежных производителей. Поставщики гордо заявляют, что предлагаемая ими продукция изготовлена по новейшим технологиям из качественного сырья и соответствует последним зарубежным стандартам качества и надежности. Разобраться, каким образом эти стандарты соотносятся с российскими, проектировщику порой не так-то просто.
Для начала разделим требования российских норм и стандартов в области молниезащиты на две категории:
1. Требования РД 34.21.122-87 «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений» и СО 153-34.21.122-2003 «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций»
Эти документы предъявляют требования главным образом к материалу и площади сечения молниезащитной продукции, предназначенной для отвода тока молнии в землю - молниеприемников и токоотводов. Требования эти основаны в первую очередь на необходимости обеспечить стойкость этих элементов к молниевым токам. С ними всё достаточно ясно – сравнить площадь сечения и материал изделия со значениями, указанными в нормативных документах, не составляет труда (см. Табл.1 и Табл.2).
![Таблица 1. Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС по РД 34.21.122-87](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_tablica_1.png)
![Таблица 2. Материал и минимальные сечения элементов внешней МЗС по СО 153-34.21.122-2003](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_tablica_2.png)
2. Требования СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*»
В этом документе приведены требования стойкости различных конструкций к воздействиям окружающей среды, в частности к ветровым нагрузкам. Эти воздействия приобретают особую значимость, если проект предусматривает установку массивных молниеприёмных мачт.
Так в соответствии с СП 20.13330.2011, на территории России выделено 8 ветровых районов (см. Рис.1).
![Рисунок 1. Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра по СП 20.13330.2011.](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_risunok_1.png)
Однако не стоит думать, что достаточно знать, к какому ветровому району относится объект, чтобы определить, какую ветровую нагрузку должна выдерживать смонтированная на нём молниеприёмная мачта.
Согласно СП 20.13330.2011 для молниеприёмных мачт необходимо учитывать следующие воздействия ветра:
а) основной тип ветровой нагрузки (в дальнейшем – «ветровая нагрузка»);
б) резонансное вихревое возбуждение;
в) аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера.
Учёт резонансного вихревого возбуждения и аэродинамических неустойчивых колебаний осуществляется проверкой «наступят - не наступят», на величину нормируемой ветровой нагрузки они не влияют.
Ручной расчёт ветровой нагрузки достаточно трудоёмкий, чаще всего он производится посредством современных расчётных комплексов. В данной статье мы продемонстрируем общую логику расчёта. Замечу так же, что при использовании расчётных комплексов, стоит учесть, что т.к. СП 20.13330.2011 имеет значительные отличия в методике расчёта нагрузок по сравнению с его предшественником СНиП 2.01.07-85*, расчетные модели САПР, сформированные на основе СНиП, не актуальны.
В соответствии с п. 11.1.2 СП 20.13330.2011 нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней wm и пульсационной wp составляющих.
![Формула нормативной ветровой нагрузки](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_normativnaja_w.png)
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по формуле:
![Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_normativnaja_srednjaja_w.png)
где w0 — нормативное значение ветрового давления;
k(ze) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze;
с — аэродинамический коэффициент. Для молниеприемных мачт аэродинамический коэффициент с равен аэродинамическому коэффициенту лобового сопротивления cx, который варьируется от 0,12 до 1,2 и определяется в соответствии с разделом Д.1.12 приложения Д.1 СП 20.13330.2011.
Нормативное значение ветрового давления w0 следует принимать в зависимости от ветрового района России по данным табл. 3.
![Ветровые районы Росиии](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_rajony_rossii.png)
Нормативное значение ветрового давления w0 допускается устанавливать на основе данных метеостанций Росгидромета. При этом нормативное значение ветрового давления w0, Па, следует определять по формуле
![Нормативное значение ветрового давления w0](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_normativnaja_w0.png)
где v502— давление ветра, соответствующее скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, определяемой с 10-минутным интервалом осреднения и превышаемой в среднем один раз в 50 лет.
Эквивалентная высота ze для мачт определяется следующим образом:
![Эквивалентная высота](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_jekvivalentnaja_vysota.png)
Здесь z – высота от поверхности.
Коэффициент k(ze) определяется по табл. 4 в зависимости от типа местности или по формуле:
![Коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_kojefficient_izmenenija.png)
Значения параметров k10 и α для различных типов местностей приведены в таблице 5.
Принимаются следующие типы местности:
А — открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
С — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.
Примечание. При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.
![Таблица 5. Значения коэффициентов для различных типов местностей](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_tablica_5.png)
Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp для мачт можно посчитать по упрощенной формуле п.11.1.8 а)
![Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_normativnaja_wp.png)
где wm- нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки;
ζ(ze) – коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый для эквивалентной высоты ze по таблице 6 или по формуле:
![коэффициент пульсации давления ветра](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_kojefficient_davlenija.png)
Значения ζ10 и α для различных типов местностей приведены в таблице 5.
v – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра, определяемый в соответствии с п.11.1.11 СП 20.13330.2011. Для молниеприемных мачт v варьируется от 0,83 до 0,95.
![Таблица 6. Коэффициент пульсаций давления ветра для типов местности](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_tablica_6.png)
Таким образом, для того, чтобы точно рассчитать какое нормативное значение ветровой нагрузки в соответствии с СП 20.13330.2011 должна выдерживать мачта, установленная на конкретном объекте, нужно знать:
1. К какому ветровому району относится объект.
2. Конфигурацию мачты.
3. Суммарную высоту конструкции, в случае если мачта монтируется на объект.
4. В какой именно местности находится объект (тип А, B, C).
Итак, что же чаще всего предлагают нам зарубежные и отечественные производители молниеприемных мачт?
«Добрый» производитель в техническом описании мачты приводит значение ветровой нагрузки, на которую она испытана. Все, что нам нужно - сравнить его с нормативным, который мы рассчитали по вышеописанному образцу.
«Не самый добрый» зарубежный производитель может указать информацию, что мачта рассчитана на ту или иную ветровую зону. В этом случае нужно понимать, что имеется в виду ветровая зона в стране производителя. И в первую очередь нужно выяснить, какое нормативное ветровое давление под этим понимается.
Пример: производитель DEHN в техническом описании к молниеприемным мачтам указывает информацию, что они рассчитаны на II в зону ветровой нагрузки по DIN 4131 (Германия).
Стандарт DIN 4131 выделяет 4 ветровые зоны (см. таблицу 7).
![Таблица 7. Зоны ветровой нагрузки в соответствии с DIN 4131.](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_tablica_7.png)
Значение ветрового давления из таблицы 7 нужно сравнить с рассчитанным нормативным для объекта.
Некоторые производители могут указать, что конструкция их мачты рассчитана на определенную скорость ветра. Для связи скорости ветра с его давлением применяем формулу:
![зависимость давления от скорости ветра](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_zavisimost_w_ot_v.png)
Пример: Молниеприёмные мачты Galmar рассчитаны на скорость ветра 20 м/с. Пересчитываем:
![пересчет давления из скорости ветра](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_zavisimost_w_ot_v_pereschet.png)
Если говорить о мачтах отечественного производства, в описании к которым указана ветровая зона в соответствии с СП 20.13330.2011, нужно учесть, что производитель не обладает информацией по последним 2 пунктам (суммарная высота конструкции и тип местности), поскольку они являются характеристикой объекта, на который будет монтироваться мачта. Заранее учесть их в расчёте он не может. В этом случае нужно провести проверочный расчет и сравнить полученное в результате этого расчёта значение w со значением w0 из таблицы 3 (на которое судя по всему ориентировались производители мачты).
Некоторые российские производители могут так же указать информацию, что их молниезащитная продукция испытана на N-ю ветровую зону в соответствии с ПУЭ (7-е издание). Чтобы окончательно внести ясность в вопрос нормирования ветровой нагрузки на территории РФ, поясню, что в ПУЭ приведены нормы для опор высоковольтных линий (см. пп.2.5.38-2.5.42). Нормативное ветровое давление для ВЛ w0, соответствующее 10-минутному интервалу осреднения скорости ветра (v0), на высоте 10м над поверхностью земли принимается по таблице 8 в соответствии с картой (рис.2).
![Рисунок 2. Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра по ПУЭ (7-е издание).](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_risunok_2.png)
![Таблица 8. Значения w0 для ветровых зон России по ПУЭ (7-е издание).](/files/uploads/information_12679/vetrovaja_nagruzka_tablica_8.png)
Смотрите также:
- Молниезащита жилых и общественных зданий - ответы на частые вопросы при проектировании
- Молниезащита высотных сооружений
- Серия статей "Молниезащита нефтегазовых объектов"
- Заземление в молниезащите - ответы на частые вопросы при проектировании
- Консультации по выбору, проектированию и монтажу систем заземления и молниезащиты
Смотрите также:
![УЗИП и его плавкая вставка](/files/uploads/information_15573/uzip-i-ego-plavkaya-vstavka_thumb.png)
![Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты](/files/uploads/information_15587/Webinar_icon_100_thumb.png)
![Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G](/files/uploads/information_15588/molniezashchita-i-zazemlenie-dlya-bazovyh-stancij-standarta-5g_thumb.jpg)
![Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"](/files/uploads/information_15595/logo_ZANDZ_52_yellow-circle_thumb.png)