Οι δράσεις του ανέμου είναι καθοριστικές για τη μορφή και τη διαστασιολόγηση των τεχνικών έργων. Έχουν γίνει εκτεταμένες θεωρητικές και πειραματικές έρευνες, αλλά και μακρόχρονες παρατηρήσεις και στατιστικές επεξεργασίες, προκειμένου να προσδιορισθούν τα απαραίτητα χαρακτηριστικά και να επιτευχθεί η κατά το δυνατόν ακριβής αποτίμηση του τρόπου δράσης του ανέμου.

Αεροδυναμικοί συντελεστές πίεσης και δύναμης

Στην παράγραφο αυτή προσδιορίζονται οι αεροδυναμικοί συντελεστές διαφόρων κατασκευών ή κατασκευαστικών στοιχείων (κτίρια, γέφυρες, δικτυωτές κατασκευές και ικριώματα, στέγαστρα, κυλινδρικοί ή σφαιρικοί φορείς κ.λπ.). Οι συντελεστές αυτοί (εξωτερικής πίεσης cpe, εσωτερικής πίεσης cpi και συντελεστής δύναμης cf) εισάγονται κατόπιν στις σχέσεις που παρουσιάσθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους (βλ. α’ μέρος, τεύχος 14), προκειμένου να υπολογισθούν οι τελικές πιέσεις επί των επιφανειών των κατασκευών, ή οι τελικές δυνάμεις ανέμου σε όλη την κατασκευή ή σε ένα τμήμα της. Οι συντελεστές δύναμης cf περιλαμβάνουν και τις επιδράσεις τριβής.

Κτίρια

Οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης cpe εξαρτώνται από τις διαστάσεις της φορτιζόμενης επιφάνειας Α, δίνονται δε στους πίνακες που ακολουθούν, για δύο χαρακτηριστικές τιμές της, ήτοι για 1 m2 και για 10 m2. Ως φορτιζόμενη, θεωρείται η επιφάνεια, η οποία μεταφέρει στο εξεταζόμενο στοιχείο της κατασκευής τη δράση της ανεμοπίεσης και προκαλεί την αντίστοιχη καταπόνησή του. Στο σχήμα 9, φαίνεται η γραφική απεικόνιση της μεταβολής της πίεσης cpe συναρτήσει της φορτιζόμενης επιφάνειας.

Στους πίνακες 4 έως 8 που ακολουθούν και αναφέρονται μόνο σε κτίρια, οι τιμές των συντελεστών cpe αντιστοιχούν σε διευθύνσεις του ανέμου κατά γωνίες 0o, 90o ή 180o, έχουν όμως προκύψει για ένα εύρος μεταβολής της γωνίας αυτής κατά ±45o ανά διεύθυνση. Αντιπροσωπεύουν επομένως τις δυσμενέστερες πιέσεις που μπορεί να εμφανιστούν στα διάφορα σημεία του κτιρίου, για κάθε δυνατή διεύθυνση της ανεμοπίεσης.

Κατακόρυφοι τοίχοι κτιρίων με ορθογωνική κάτοψη

Στο σχήμα 10, φαίνεται ο τρόπος προσδιορισμού του ύψους αναφοράς ze για τους προσήνεμους τοίχους, ανάλογα με τη σχέση μεταξύ του ύψους h και του πλάτους b του κτιρίου.

Όπως προκύπτει από το σχήμα: για h ≤ b λαμβάνεται ως ένα τμήμα με ze = h, για b < h ≤ 2b το κτίριο θεωρείται ότι απαρτίζεται από δύο τμήματα με ύψος ze = b για το χαμηλότερο και ze = h για το υπερκείμενο, για h > 2b το κτίριο θεωρείται ότι απαρτίζεται από πολλά τμήματα, εκ των οποίων το χαμηλότερο έχει ύψος ze = b, το υψηλότερο έχει ύψος ze = h, ενώ το μεταξύ αυτών διάστημα υποδιαιρείται σε τμήματα με μέγιστο ύψος κάθε τμήματος ίσο προς b.

Για τον υπήνεμο τοίχο και τους παράπλευρους τοίχους, το ύψος αναφοράς λαμβάνεται ίσο προς το ύψος του κτιρίου. Στον πίνακα 4, δίνονται οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης cpe.10 και cpe.1, οι οποίοι αντιστοιχούν στους κατακόρυφους τοίχους ορθογωνικών κτιρίων, σύμφωνα με το συμβολισμό του σχήματος 11. Για επιμήκη κτίρια θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις τριβής. Σε περιπτώσεις όπου η δύναμη του ανέμου σε κτιριακές κατασκευές προσδιορίζεται με εφαρμογή των συντελεστών πίεσης cpe στην προσήνεμη και υπήνεμη πλευρά (ζώνες D και E) του κτιρίου ταυτόχρονα, η έλλειψη συσχέτισης των πιέσεων του ανέμου μεταξύ της προσήνεμης και υπήνεμης πλευράς μπορεί να λαμβάνεται υπόψη. Για κτίρια με h/d ≥ 5 η προκύπτουσα δύναμη πολλαπλασιάζεται με 1. Για κτίρια με h/d < 1, η προκύπτουσα δύναμη πολλαπλασιάζεται με 0,85. Για ενδιάμεσες τιμές του h/d, θα εφαρμόζεται γραμμική παρεμβολή.

Οριζόντιες στέγες

Οριζόντιες θεωρούνται οι στέγες με κλίση μέχρι ±5o ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Η στέγη διαιρείται σε ζώνες σύμφωνα με το σχήμα 12. Οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης σ’ αυτή την περίπτωση δίνονται στον πίνακα 5, σύμφωνα με το συμβολισμό του σχήματος 12. Για στέγες μεγάλης επιφάνειας, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις τριβής.

Μονοκλινείς στέγες

Οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης σε μονοκλινείς στέγες δίνονται στον πίνακα 6, (6α και 6β), σύμφωνα με το συμβολισμό του σχήματος 13. Για στέγες μεγάλης επιφάνειας θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις τριβής. Όταν η στέγη προεξέχει υπό μορφή προβόλου πέραν του κατακόρυφου εξωτερικού τοίχου, ασκείται επ’ αυτής πίεση ίση με αυτήν του κατακόρυφου τοίχου. Ο κανόνας αυτός ισχύει και για τους άλλους τύπους στεγών (οριζόντιες, δικλινείς κ.λπ.). Για Θ = 0ο (Πίνακας 6α), η πίεση μεταβάλλεται γρήγορα μεταξύ θετικών και αρνητικών τιμών για γωνίες κλίσης α = +5ο έως +45ο, οπότε δίνονται τόσο οι θετικές όσο και οι αρνητικές τιμές. Για τις στέγες αυτές, θα πρέπει να θεωρούνται δύο περιπτώσεις: μία με όλες τις τιμές θετικές, και μία με όλες τις τιμές αρνητικές. Δεν επιτρέπεται ανάμιξη θετικών και αρνητικών τιμών στην ίδια επιφάνεια. Μπορεί να χρησιμοποιείται γραμμική παρεμβολή για ενδιάμεσες γωνίες κλίσης μεταξύ τιμών του ιδίου πρόσημου. Οι τιμές οι ίσες με μηδέν δίνονται για διευκόλυνση της παρεμβολής.

Δικλινείς στέγες

Οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης για κάθε ζώνη δίνονται στον πίνακα 7 (7α και 7β) σύμφωνα με το συμβολισμό του σχήματος 14.

Τετρακλινείς στέγες

Οι συντελεστές πίεσης για τετρακλινείς στέγες δίνονται στον πίνακα 8 σύμφωνα με το συμβολισμό του σχήματος 15.

Επαναλαμβανόμενες στέγες

Οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης για διευθύνσεις ανέμου 0°, 90° και 180° για κάθε άνοιγμα μιας επαναλαμβανόμενης στέγης, θα εξάγονται από το συντελεστή πίεσης για κάθε μεμονωμένο άνοιγμα. Θα εξάγονται τροποποιητικοί συντελεστές των πιέσεων για διευθύνσεις ανέμου 0° και 180° σε κάθε άνοιγμα:

• από την παράγρ. για μονοκλινείς στέγες, τροποποιημένοι ανάλογα με τη θέση τους σύμφωνα με το σχήμα 16α,β.
• από την παράγρ. για δικλινείς στέγες με α < 0, τροποποιημένοι αναλόγως προς τη θέση τους σύμφωνα το σχήμα 16γ,δ.

Οι ζώνες F/G/J θα λαμβάνονται υπόψη μόνο στην προσήνεμη πλευρά. Οι ζώνες H και I λαμβάνονται υπόψη για κάθε άνοιγμα της επαναλαμβανόμενης στέγης. Στη μορφή β του σχήματος 16 πρέπει να εξετάζονται δύο περιπτώσεις, ανάλογα με το πρόσημο του συντελεστή πίεσης cpe στην πρώτη στέγη. Στη μορφή γ το πρώτο cpe είναι το cpe της μονοκλινούς στέγης, το δεύτερο και όλα τα επόμενα cpe είναι τα cpe της δικλινούς στέγης. Το ύψος αναφοράς ze θα λαμβάνεται ίσο με h.

Κυλινδρικές οροφές και θόλοι

Οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης σε κυκλικές κυλινδρικές οροφές και θόλους δίνονται στο σχήμα 17 και σχήμα 18 αντίστοιχα. Το ύψος αναφοράς θα λαμβάνεται ίσο με ze=h+f/2.

Eσωτερική πίεση

Η εσωτερική πίεση δρα ταυτόχρονα με την εξωτερική πίεση, και πρέπει στους υπολογισμούς να λαμβάνεται υπόψη μαζί με αυτήν. Ο συντελεστής εσωτερικής πίεσης cpi για κτίρια χωρίς εσωτερικά χωρίσματα προσδιορίζεται από το σχήμα 10, ως συνάρτηση του λόγου 1, όπου:

μ = Αi / AT

Αi = άθροισμα των επιφανειών των ανοιγμάτων που υπάρχουν στην υπήνεμη πλευρά και στις δυο παράλληλες προς τον άνεμο πλευρές.

ΑT = άθροισμα των επιφανειών των ανοιγμάτων που υπάρχουν σε όλες τις πλευρές του κτιρίου.

Το ύψος αναφοράς zi για κτίρια χωρίς εσωτερικά χωρίσματα και χωρίς πατώματα είναι το μέσο ύψος των ανοιγμάτων με ομοιόμορφη κατανομή του ύψους του κυριότερου ανοίγματος, για το οποίο ο λόγος της επιφάνειάς του προς αυτήν των υπολοίπων ανοιγμάτων είναι μεγαλύτερος του 10. Για κτίρια χωρίς εσωτερικά χωρίσματα αλλά με εσωτερικά πατώματα, ως ύψος αναφοράς zi λαμβάνεται το μέσο ύψος του θεωρούμενου επιπέδου. Σε ένα σχεδόν τετραγωνικό κτίριο με ομοιόμορφη κατανομή των ανοιγμάτων, οπότε είναι μ = 0,75, θα χρησιμοποιείται η τιμή cpi = – 0,25. Για κλειστά κτίρια με εσωτερικά χωρίσματα και ανοίγματα, μπορούν να χρησιμοποιούνται οι ακραίες τιμές:

cpi = 0,8 ή cpi = – 0,5

Για ανοικτά σιλό ο συντελεστής εσωτερικής πίεσης λαμβάνεται ίσος με: cpi = – 0,8 το δε ύψος αναφοράς zi είναι ίσο με το ύψος του σιλό.

Στέγαστρα, στηθαία, πινακίδες σήμανσης, κύλινδροι και σφαίρες, δικτυωτές κατασκευές και ικριώματα

Πέραν αυτών που παρουσιάστηκαν στις προηγούμενες σελίδες, σχετικά με τους αεροδυναμικούς συντελεστές δύναμης και πίεσης για κτίρια, ο κανονισμός αυτός παρέχει πληροφορίες και για μια μεγάλη σειρά άλλων, παρεμφερών κατασκευών (γέφυρες, στέγαστρα, ελεύθερα ιστάμενοι τοίχοι, στηθαία, πινακίδες σήμανσης, κύλινδροι και σφαίρες, δικτυωτές κατασκευές και ικριώματα, σημαίες κ.λπ.), η παρουσίαση των οποίων εκφεύγει από το στόχο του άρθρου αυτού, ιδιαίτερα λόγω της μεγάλης τους έκτασης.

Βιβλιογραφία – Αναφορές

1. prEN 1991-1-4 (Eurocode: 1): Actions on structures, Part 1-4: General actions-Wind actions, CEN, Dec. 2003.

2. Ευρωκώδικας 1, Βασικές αρχές σχεδιασμού και δράσεις επί των κατασκευών, εκδ. ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, Αθήνα 2005 (Ι. Ερμόπουλος).