Új szelek fújnak? A szél változásának tendenciái.€¦ · (az MSZ 15021-1:1986 szabvány...

2013

Az előadások anyaga védett, azok felhasználásához az [email protected] címre küldött engedélykérés alapján lehetséges. Az anyagok idézése a forrás megjelölésével, felhasználása az előadó hozzájárulásával lehetséges. 1

Kakasy Gergely, építészmérnök 2013

Új szelek fújnak? A szél változásának tendenciái.

Építészmérnök... hogyhogy... ? Eredeti cél: szakmai kiadvány frissítésével •  áttekintést adni a szélteher számításának aktuális előírásairól •  tetőhéjalásokra koncentrálva egyszerűsített számítási

lehetőségeket mutatni nem-tartószerkezeti Tervezők és Kivitelezők számára! Új cél, az eredetin túlmenően: •  a várható tendenciákat tudatosítani •  „hidakat” építeni építész és szakági tervezők, illetve a Tervezők és

a Kivitelezők között

Bevezetésként

2013


„A szél a légkört alkotó levegő közel vízszintes irányú áramlása, amelyet helyi nyomáskülönbségek hoznak létre. Kialakulásának oka a terepfajták eltérő mértékű felmelegedése, és a bolygó forgásából származó erő.”

(Idézet egy enciklopédiából)

A szél

Védekezés a szél ellen – a kezdetektől napjainkig

A szél okát nem ismerte, de erejét az ember a kezdetektől fogva tapasztalta...

2013


... így törekedett arra, hogy építményei – többek között – a szél ellen is védelmet nyújtsanak, illetve a szélnek ellen is álljanak! E küzdelemben eleinte „csak” természeti adottságokra és közvetlen tapasztalatokon alapuló módszerekre támaszkodhatott.


Visszatekintve látható, hogy mennyit finomodtak ezek a módszerek, mire napjaink irányelvei és módszerei kialakulhattak. Ezek már egészen más lehetőségeket biztosítanak az épített környezet kialakításához.


2013


Napjaink előírásainak és irányelveinek betartása indokolt •  az épített környezet jobb minősége iránti igény miatt •  az új anyagok megjelenése miatt •  az energia- és anyagtakarékosság végett ÉS


•  a tartós biztonság céljából is!

Klímaváltozási tendenciák – érvek

2010. VAHAVA* Klíma-21 füzetek 61. száma 2010 májusában és júniusában rendkívüli csapadék esett, és az 1951 óta mért maximális széllökések rekordjai dőltek meg, 37-45 m/s sebességi értékekkel. *VAHAVA: az MTA és a KvVM „Változás-Hatás-Válaszadás” projektje

2011. IPCC* „SREX” összefoglaló Prognózis a 21. századra: a Föld egészén gyakoribbá válnak a szélsőségesen meleg időjárási helyzetek, a hideg szélsőségek ritkulnak. A csapadék egyre inkább rövid ideig tartó, intenzív záporok, zivatarok formájában hullik. *IPCC: Éghajlatváltozási Kormányközi Testület (nemzetközi)

2012. OMSZ Éghajlati Osztály & ELTE Meteorológiai Tanszék „HREX” összefoglalója Magyarországon a nyári és a hőhullámos napok száma növekszik, a fagyos napoké csökken. Nyáron növekszik a száraz időszakok időtartama; tavasszal, ősszel és télen nő a nagycsapadékú napok száma és a csapadék intenzitása.

2013


Klímaváltozási tendenciák – érvek

Az utóbbi évek időjárási jelenségei korábbról nem megszokottak.

A klímaváltozási tendenciák összefoglalása:

Ezek azonban nem szórványos jelenségek, hanem hosszú távon jelentős változásra kell számítani! A szélsőséges időjárási jelenségek sűrűsödésével egyidejűleg közvetett jelek alapján a szélerősség változása is gyakoribbá válhat! Ezért is egyre fontosabb, hogy legalább a meglévő, minimálisan előírt követelményeket teljesítsük!

Jogszabályok A két „legáltalánosabb” jogszabály a tervezők számára: OTÉK 253/1997. (XII. 20.) Korm. rendelet az országos települési és építési követelményekről (2013. I. 01. módosítás hatályos)

60. § (1) „A tető az építmény rendeltetésének megfelelő mértékben álljon ellen az időjárás … hatásainak...”

A jelenleg érvényes hazai előírások

OTSZ 28/2011. (IX. 6.) BM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzatról (2012. XI. 13. módosítás hatályos)

Az épületek közötti tűztávolság meghatározásánál (460. §), hő-és füstelvezetők létesítésénél (510. § és 511. §), valamint túlnyomásos szellőzésű rendszer használatba vételénél (535. §) kell figyelembe venni a szél hatását…

2013


Szabványok A szélterhek számítására vonatkozó előírás korábban az MSZ 15021-1:1986 szabvány része volt. Jelenleg (2013-ban) két szabvány érvényes, melyek az Eurocode tartószerkezeti szabványrendszer részei: – MSZ EN 1991-1-4:2005/A1:2011 – MSZ EN 1991-1-4:2007

A jelenleg érvényes hazai előírások

Számításba vett jellemzők: Falakkal határolt épületeken lévő – nem „szabadon álló” – tetők héjalására

– Külső szélnyomás we = qp × cpe ( × γQ ) – Belső szélnyomás wi = qp × cpi ( × γQ )

A fenti képletekben

•  „qp” a torlónyomás csúcsértéke, melynek számítási módját a szabvány részletesen tárgyalja

•  „c” a szabvány táblázataiból kikereshető nyomási (alaki) tényező, melynek értéke és előjele függ

•  a tető típusától, •  a tető hajlásszögétől, •  a vizsgált tetőfelület helyzetének és a szél irányának viszonyától

•  „ γQ” a biztonsági tényező, értéke 1,5

A részletes szélteher-számítás lépései az MSZ EN 1991-1-4:2007 alapján

2013




qp (z) = [1 + 7 × lv (z)] × 0,5 × ρlevegő × vm

2 (z)

•  „lv (z)” a szél örvénylési intenzitása •  „ρlevegő” a levegő sűrűsége •  „vm (z)” a szél átlagos sebessége

a terepszint feletti „z” magasságban





2 (z)


A szél átlagos sebessége: vm (z) = vb × cr (z) × c0 (z)

ahol •  „vb” a szélsebesség alapértéke •  „cr (z)” az érdességi tényező •  „c0 (z)” a domborzati tényező

A szélsebesség alapértéke: vb = vb,0 × cdir × cseason × cprob

ahol •  „vb,0” a szélsebesség kiindulási alapértéke;

23,6 m/s •  „cdir” az iránytényező; 0,85 •  „cseason” az évszaktényező; 1,0 •  „cprob” valószínűségi tényező; 0,62

vb = vb,0 × cdir × cseason × cprob = 12,44 m/s

2013





2 (z)




Az érdességi tényező meghatározásához: 1.  A helyszínt besoroljuk a szabvány

0 – IV. beépítettségi osztályába a környezeti adottságok és szélirány alapján 2.  A beépítettségi osztálynak megfelelően megkapjuk a z0 és zmin értékeket a szabvány táblázataiból (zmax = 200 m)

3.  Számítást végzünk: cr (z) = 0,19 × (z0 / 0,05)0,07 × ln(z / z0)




2 (z)




A domborzati tényező meghatározásához: 1,0 értékűnek tekinthető, ha a széltámadta oldal felőli terep 3° alatti esésű; Egyéb esetben figyelembe kell venni:

•  a lejtés mértékét (Φ) •  azt, hogy az épület a szélnek kitett,

vagy a szélárnyékos oldalon van -e •  az épület emelkedőn vagy lejtőn belüli

elhelyezkedését •  az épület magasságát

Így a megfelelő szabványi diagramról leolvassuk a domborzati helyzeti tényezőt (s), és a megfelelő számítást elvégezzük.

2013





2 (z)







2 (z)


A szél örvénylési intenzitása: lv (z) = 1 / [(c0 (z) × ln (z / z0)] A z0 és zmin értékeket a szabvány táblázataiból kapjuk meg a korábban elvégzett beépítettségi osztályba sorolástól függően (zmax = 200 m).

2013





2 (z)




A ρlevegő ajánlott értéke: 1,25 kg/m3




2 (z)


A cpe külső nyomási (alaki) tényező értéke a szabvány táblázataiban található meg; a cpi belső nyomási (alaki) tényező pedig az épület áttörtségétől függően

•  a szabványban megadott értékű, vagy •  a cpe értékből számítandó, a szabványban ismertetett szabályok szerint. (Vigyázat: ha legalább 2 oldalon (homlokzaton, vagy tetőn) a nyílások aránya 30% feletti, akkor már „szabadon álló” tetőnek minősül... )

2013


Összesítés: •  A torlónyomás csúcsértékét is részletes számítással kapjuk

(az MSZ 15021-1:1986 szabvány idején ez táblázatból vehető volt) •  Pontosan figyelembe lehet (és kell) venni a környezet beépítettségét, és a

domborzat hatásait (a jelenlegi 0 – IV. beépítettségi osztállyal szemben az MSZ 15021-1:1986 csak „általános” és „csökkentett” kategóriát különböztetett meg, a környezet beépítettségétől függően)

•  Az alaki tényezők az MSZ 15021-1:1986 szabványhoz képest nagyobb számban, pontosabb bontásban állnak rendelkezésre.

•  A pontos számítási műveletek olyan összetettek, hogy alkalmazásukhoz gyakorlott tartószerkezettervezői rutin szükséges.


Az egyszerűsített számítás alapja: Az Eurocode bevezetésével felmerülő nehézségek miatt Európa-szerte készültek a számításokat bemutató, magyarázó, rövidített kiadványok. Az itt bemutatott módszer lényege az MSZ EN 1991-1-4:2007 szabványban, illetve a BMGTE „Épületek tartószerkezeteinek tervezése az Eurocode alapján” című kiadványában bemutatott, egyszerűsített elvek tetőhéjalásokra szűkítése.

Egyszerűsített szélteher-számítás az MSZ EN 1991-1-4:2007 alapján

Az egyszerűsített számítás alkalmazásának feltételei:

•  Az épület szél felőli oldalán lévő terep átlagos lejtése 3° alatti – a szabvány ilyen, „síknak tekinthető” terepen enged egyszerűsítéseket a számításban

•  Az épület környezetében nincsen annak átlagos magasságánál kétszer magasabb épület vagy más objektum

2013


Nem alkalmazható az egyszerűsített számítás:


•  Nyitott épületeken, melyeken minimum 2 oldalon (akár tetőn is) a nyílásfelületek aránya 30% feletti

•  Szabadon álló tetők, pilletetők •  Oldalain nyitott nyeregtetők és pilletetők •  Sorolt félnyereg-és nyeregtetők •  Sorolt pilletetők •  Dongatetők •  Kupolák •  Szabadon álló táblák, zászlók, napkollektorok,

napelemek és egyéb szerkezeti elemek szélterhei

Az egyszerűsített számítás lépései: – Külső szélnyomás we = qp × cpe ( × γQ )


1.  Az építési helyszínt a 0 – IV beépítettségi kategóriák egyikébe soroljuk. 0 – nyílt tenger I – nyílt terep; szélirányban min. 5 km hosszú tó, illetve egyenletes sík szárazföldi terület akadályok nélkül II – mezőgazdasági terület kerítésekkel, elszórtan építményekkel, fákkal III – alacsony beépítettségű külvárosi, vagy ipari területek, erdők IV – intenzív beépítettség, a földfelület min. 15%-án az átlagos épületmagasság min. 15 m

•  Az épület körül 1 km sugarú körben lévő terep tagoltságát vizsgáljuk, adott szélirányhoz a középpontból mért ±15°-os körcikkenként;

•  Mindig a kedvezőtlenebb számjelű kategóriát kell figyelembe venni;

•  A kör összterületének 10%-ánál kisebb egységeket figyelmen kívül hagyhatjuk;

2013



2.  A torlónyomás értékének részletes számítását elkerüljük a)  a szabvány sík vidékre alkalmazható számítási módszerével:

qp (z) = ½ × ρlevegő × vb

2 × ce(z) ahol •  ρlevegő = 1,25 kg/m3

•  vb = vb,0 × cdir × cseason × cprob = 23,6 m/s × 1,0 × 1,0 × 1,0

•  ce(z) a kitettségi tényező, ami a szabvány diagramjairól leolvasható a beépítettségi osztály (0 – IV) és a terepszint feletti magasság (z) függvényében!


z [m]

ce(z)


2.  A torlónyomás értékének részletes számítását elkerüljük b)  táblázatos értékek használatával;

pl. az említett egyetemi kiadvány* tartalmaz olyan táblázatot, melyben az a) pontban bemutatott módon számított torlónyomás-értékek vannak összegyűjtve.


* Épületek tartószerkezeteinek tervezése az Eurocode alapján – BMGTE, 2006

2013



3.  A „cpe” külső alaki tényezőt a szabvány táblázataiból kikeressük •  a tető típusának, •  a tető hajlásszögének •  a tetőfelület helyzetének •  és a szél irányának

megfelelően. A pozitív alaki tényező szélnyomást, a negatív alaki tényező „negatív nyomást”, azaz szélszívást jelent. A „γQ” biztonsági tényező értékét 1,5-nek vesszük.


– Belső szélnyomás ???


Az egyszerűsített számítás lépései: – Belső szélnyomás wi = qp × cpi ( × γQ )

Ha a tető héjalása alatti légtér nem zárt tér (ide nem értve az átszellőztetett légréseket), akkor a héjalásra a külső szélszívással egyidejűleg a belső tér felől nyomás is hathat! A két igénybevétellel a következők szerint kell együttesen számolni: •  Ha az épület legalább 2 oldalán (homlokzatán, tetején) a nyílásfelületek

aránya 30% feletti, akkor szabadon álló tetőkre vonatkozó, részletes szélteher-számítás szükséges!

•  Ha az épületnek nincsen olyan oldala (homlokzata, teteje), amin a nyílásfelületek 2/3-a koncentrálódik, akkor a külső szélnyomással (szélszívással) együtt cpi = +0,2 belső nyomási tényező értékkel kell a belső szélnyomást előjel-helyesen figyelembe venni.

•  Ha az épületnek van olyan oldala (homlokzata, teteje), amin a nyílásfelületek 2/3-a koncentrálódik, akkor a külső szélnyomással együtt cpi = 0,9 × cpe értékkel kell a belső szélnyomást figyelembe venni.

2013



Gyakorlati példa az egyszerűsített számításhoz:

Kiindulási feltételek, feltételezések: -  Beépítettségi osztály: III -  A környező terep átlagos lejtése 3° alatti -  Az épület körül nincsen olyan építmény, mely

az épület magasságának kétszeresét meghaladja

-  A tetőfedés aljzata alatt zárt tér van, így most csak külső nyomási tényezőkkel számolunk

-  Elemenként 1 m2 -t meg nem haladó méretű tetőfedő elemekre jutó terheket számítunk, melyekre a szél szívó hatása jelent veszélyt

Példa – félnyeregtetős épület

Egyenlet: we = qp × cpe ( × γQ )



Az épület tetőtípusának megfelelően...

... a szabványban megtaláljuk az adott tetőtípuson az egyes szélirányok esetén kialakuló szélnyomási zónákat (F, Flow, Fup, G, H, I).

Példa – félnyeregtetős épület

e = min {b; 2h}

2013




Az épület tényleges méreteinek ismeretében...

α = 15° d = 15 m b = 30 m h = 12,05 m

... meghatározzuk a torlónyomás nagyságát: A beépítettségi osztály: III

Így a torlónyomás qp(z) = 0,655 kN/m2



Az épület tényleges méreteinek megfelelően...

e = min {b; 2h} = min {30; 2×12,05} = 24,1 m e/10 = 2,41 m e/4 = 6,03 m

... kiszámítjuk, hogy hol és mekkora kiterjedésű szélnyomási zónák alakulnak ki az adott tetőn.

α = 15° d = 15 m b = 30 m h = 12,05 m

2013




a) Szélirány a tetőélre merőleges, tetősík a széltámadta oldalon van

w = qp(z) * c * γQ III beépítettségi osztálynál ha h = 13 m, akkor qp(z) = 0,655 kN/m2

γQ = 1,5 A szélteher az egyes zónákban: F: 0,655 * (−2,0) * 1,5 = −1,96 kN/m2 G: 0,655 * (−1,5) * 1,5 = −1,47 kN/m2 H: 0,655 * (−0,3) * 1,5 = −0,29 kN/m2

Alaki tényezők és szélteher az egyes zónákban:



b) Szélirány a tetőélre merőleges, tetősík a szélárnyékos oldalon van


γQ = 1,5 A szélteher az egyes zónákban: F: 0,655 * (−2,8) * 1,5 = −2,75 kN/m2 G: 0,655 * (−2,0) * 1,5 = −1,96 kN/m2 H: 0,655 * (−1,2) * 1,5 = −1,18 kN/m2


2013




c) Szélirány a tetőéllel párhuzamos


γQ = 1,5 A szélteher az egyes zónákban: Flow: 0,655 * (−2,4) * 1,5 = −2,36 kN/m2 Fup: 0,655 * (−2,9) * 1,5 = −2,85 kN/m2 G: 0,655 * (−2,5) * 1,5 = −2,45 kN/m2 H: 0,655 * (−1,2) * 1,5 = −1,18 kN/m2 I: 0,655 * (−1,2) * 1,5 = −1,18 kN/m2




d) Szélirány a tetőéllel párhuzamos


γQ = 1,5 A szélteher az egyes zónákban: Flow: 0,655 * (−2,4) * 1,5 = −2,36 kN/m2 Fup: 0,655 * (−2,9) * 1,5 = −2,85 kN/m2 G: 0,655 * (−2,5) * 1,5 = −2,45 kN/m2 H: 0,655 * (−1,2) * 1,5 = −1,18 kN/m2 I: 0,655 * (−1,2) * 1,5 = −1,18 kN/m2


2013




A bemutatott a) - d) kombinációk alapján ezen a félnyeregtetőn a következő szélterhelési zónák, illetve terhek kialakulására kell számítani:

A felelősség kérdése

Az Építési törvény és a Kivitelezői kódex alapján a Tervező felelős •  az általa készített építészeti-műszaki tervek műszaki tartalmának

szakszerűségéért •  a jogszabályok, szabályzatok, építési előírások, szabványok és egyéb

szakmai szabályok betartásáért •  megfelelő szakismerettel és jogosultsággal rendelkező szakági tervezők

kiválasztásáért

Tetők szélterhei – az építész tervező mérlegelje: •  saját maga képes –e / jogosult -e megoldani a feladatot

•  épület és feladat jellege – léptéke •  teher meghatározása – egyértelmű? •  héjalás elemei – tartószerkezet érintettsége?

•  jól felkészült, jogosult szakági tervezők kiválasztása tetőfedés = „határterület” – számonkérés!

2013


A felelősség kérdése

Az Építési törvény és a Kivitelezői kódex alapján a Kivitelező felelős •  az engedélyezési / a kiviteli tervekben előírtak betartásáért és

betartatásáért,a jogszabályok, szabályzatok, építési előírások, szabványok és egyéb szakmai szabályok betartásáért

•  az elvégzett szakmunkák eredményeként létesült szerkezetek, berendezések, építmény, építményrész rendeltetésszerű és biztonságos használhatóságáért

Tetők szélterhei – a Kivitelező: •  mérlegelje, hogy a terv intézkedett –e a szélnek kitett elemek megfelelő

rögzítési megoldásairól •  kétség esetén kérje a Tervező, illetve a Szállító számszerű

adatszolgáltatását

Köszönöm a figyelmet!

Kakasy Gergely, építészmérnök 2013

Új szelek fújnak? A szél változásának tendenciái.€¦ · (az MSZ 15021-1:1986 szabvány...

Documents

Transcript of Új szelek fújnak? A szél változásának tendenciái.€¦ · (az MSZ 15021-1:1986 szabvány...