Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
Tradisjonelt har vindlaster på konstruksjoner blitt vurdert ved bruk av statiske kraftlikninger, der første steg ofte er å fastsette en grunnleggende vindhastighet for det aktuelle området. Denne vindhastigheten er vanligvis et ekstremt mål, målt i 10 meters høyde og gjennomsnittet over tre sekunder, med en gjentaksperiode på 50 år. Det vil si at denne hastigheten i gjennomsnitt vil bli nådd eller overskredet én gang hvert femtiende år, tilsvarende en sannsynlighet på 1/50 for å bli overskredet i løpet av ett år.
I ENV 1991-2-4, også kjent som Eurokode 1 del 2-4, presenteres to tilnærminger for vurdering av vindlast. Den enkle metoden anvendes der konstruksjoner ikke forventes å være dynamisk utsatt for vindpåvirkning. Typisk gjelder dette stålkonstruksjoner under 200 meter i høyde. Mer slanke eller spesielle strukturer krever ofte mer detaljerte analyser. For permanente byggverk behandles vindlasten som kvasi-statiske trykk som virker normalt på bygningsflaten, med unntak for spesielle tilfeller der tangensielle friksjonskrefter kan spille inn, for eksempel ved vind som blåser over store flate områder.
Karakteristisk vindtrykk beregnes ut fra referanse middelvindtrykk , som igjen er avledet fra referanse vindhastighet . Denne referansehastigheten fastsettes via nasjonale vindkart, som tar hensyn til lokale forhold, og kan justeres for høyde over havet eller vindretning i enkelte land. Det karakteristiske vindtrykket beregnes ved formelen:
Her er luftens tetthet, normalt satt til 1,25 kg/m³. Vindtrykket modifiseres videre med en eksponeringskoeffisient som reflekterer terrengtypen, topografi og høyde over bakken. Terrengkategorier deles inn i flere typer, fra åpne sjøområder og innsjøer til urbane og industrielle områder, hver med egne parametere som påvirker turbulens og vindhastighetsprofil.
Eksponeringskoeffisienten avtar vanligvis med høyden, som vist i figuren som relaterer høyde til terrengkategori. For høye bygg kan konstruksjonen deles inn i seksjoner, der vindtrykk beregnes for hver seksjon basert på en referansehøyde som tar hensyn til byggets bredde og totalhøyde.
Fordelingen av vindtrykk på bygningsflater bestemmes av summen av interne og eksterne trykk. Vindtrykkkoeffisientene for ekstern trykk og for intern trykk brukes for å definere trykkfordelingen på vertikale vegger og flate tak. Disse koeffisientene er tabulert for standard former, men kan variere med bygningsgeometri og vindretning.
Det er essensielt å forstå at vindlast ikke bare er et spørsmål om styrke, men også av stabilitet og dynamisk respons. Den forenklede metoden som Eurokode 1 tilbyr er en praktisk tilnærming for de fleste stålkonstruksjoner, men er underlagt forutsetningen om at dynamiske effekter er neglisjerbare. For mer slanke, høye eller komplekse konstruksjoner må det gjennomføres dynamiske analyser for å sikre at resonansfenomener eller turbulensinduserte vibrasjoner ikke skaper farlige forhold.
Luftens tetthet kan variere med temperatur og høyde, noe som også bør tas i betraktning i nøyaktige beregninger. Videre er lokale topografiske forhold ofte avgjørende for vindlast, for eksempel nærhet til fjell eller daler som kan forsterke eller dempe vindhastigheter. Endelig spiller bygningsutforming og overflater en rolle i hvordan vindlasten fordeles; for eksempel kan åpne fasader eller luftgjennomtrengelige strukturer redusere trykkforskjeller internt og dermed påvirke totallasten.
Hvordan analysere rammestrukturer: Betydningen av ledd og stabilitet i bjelke-søyle-systemer
I strukturell analyse er en vanlig tilnærming å representere en enkelt rammekomponent som en bjelke, hvor forbindelsene kan antas å være enten innspente eller pinneforbindelser. Mange analyseprogrammer for strukturelle beregninger benytter denne forenklingen, men det er også mulig å inkludere leddelementer, som for eksempel semi-kontinuerlige rammer, for å få en mer realistisk modell av konstruksjonens oppførsel. En viktig faktor som kan undersøkes er hvordan bevegelser i fundamentet påvirker strukturen, noe som kan gjøres ved å tilordne passende egenskaper til støtteledd. På denne måten kan man fremstille en ekvivalent bjelke som inkorporerer disse leddenes egenskaper. Denne teknikken er spesielt nyttig i håndberegninger, særlig når man studerer stabiliteten i planen for en ramme eller et enkelt medlem, inkludert leddenes oppførsel.
De fleste strukturelle analyseprogrammer er basert på stivhetsmetoden, som finner forskyvninger og rotasjoner i hvert av leddene. For at analysen skal være gyldig, må leddenes bevegelser tilfredsstille kompatibilitetskravene, som innebærer at deformasjonene til medlemmene må være geometrisk kompatible med de forskyvningene og rotasjonene som finner sted i leddene og støttene. Videre er det avgjørende at kreftene og deformasjonene i medlemmene og leddene oppfyller materialets adferdslovgivning, som involverer E-modul, flytspenning og materialets ultimate kapasitet.
Når de nødvendige forskyvningene og rotasjonene er kjent, beregnes kreftene slik at de tilfredsstiller de statiske likevektsbetingelsene. Tradisjonelt har man benyttet en metode som søker å finne medlemskreftene som tilfredsstiller likevektsbetingelsene i hvert ledd, også kjent som kraftmetoden. Denne metoden er godt egnet til manuelle beregninger, som momentfordelingsmetoden. Mange manuelle og datamaskinbaserte metoder for strukturell analyse, på tross av forenklingene de bygger på, er imidlertid ikke i stand til å oppdage begynnelsen på strukturell ustabilitet. Ustabilitet kan oppstå som følge av lokal bøyning i et medlems tverrsnitt eller i et ledd, lateral-torsjonal bøyning i et medlem, eller generell ustabilitet i strukturen som helhet.
For å beskytte mot slike fenomen må ofte komplementær analyse og designtiltak gjennomføres, avhengig av type og kompleksitet av analysemodellen samt typen medlemmer og ledd som er involvert. For en ramme med ett felt, med eller uten takutspring, kan man for eksempel bruke de nødvendige tabellene for håndberegninger.
En viktig utfordring i moderne strukturanalyse er å vurdere hvordan lokale ustabiliteter, som bøyning eller vridning av et medlem eller ledd, kan påvirke hele strukturen. Løsningen på dette innebærer ofte detaljerte analyser som kan være mer tidkrevende, men gir et mer realistisk bilde av hvordan strukturen faktisk vil oppføre seg under belastning.
Det finnes flere metoder for å analysere globale rammestrukturer, som krever en grundig vurdering av hvordan strukturen deformeres under belastning. Praktisk sett blir det nødvendige forutsetninger om rammen, dens komponenter og leddmodeller gjort for å finne en sikker grense for den ultimate belastningen. Modeller kan variere fra enkle elastiske analyser eller rigid-plastiske analyser til mer komplekse elastisk-plastiske analyser, som kan gi en mer nøyaktig fremstilling av den virkelige oppførselen til strukturen. Elastiske analysemetoder kan benyttes i alle tilfeller, mens plastiske metoder kun kan brukes under visse betingelser.
Både førsteordens teori og andreordens teori er viktige metoder i strukturanalyse. Andreordens teori kan anvendes i alle tilfeller, mens førsteordens teori kun kan brukes når deformasjonsvirkninger på strukturen er ubetydelige eller kan tas hensyn til på annen måte. Når man ser på rammestrukturer som blir utsatt for in-plan belastning og deformasjon, blir det særlig viktig å ta hensyn til effekten av aksial og bøyningsbelastninger i analysen. Dette vil avhenge av hvordan leddene i rammen er modellert, og hvordan belastningene overføres til de forskjellige delene av strukturen.
Det er også viktig å forstå at stabiliteten til strukturen ikke kun avhenger av materialegenskaper og laster, men også av de spesifikke leddene og deres oppførsel under belastning. For eksempel kan et ledd som er modellert som et hengsel, eller som en stiv forbindelse, ha stor betydning for hvordan lasten blir overført gjennom strukturen og kan påvirke dens generelle stabilitet.