При двускатной кровле картина усложняется. В зависимости от угла наклона наветренный скат испытывает значительный напор ветра, а подветренный — отсос, возникающий в силу разрежения; поэтому подветренный скат кровли как бы стремится взлететь. При более сложной форме кровли воздействие ветра распределяется иначе, но все же становится более или менее ясно, почему в сообщениях о бурях и ураганах говорится о снесенных крышах. В случае легких конструкций и кровель крыша может оказаться в положении самолетного крыла — благодаря ее форме возникает подъемная сила, превышающая ее собственный вес и прочность ее закрепления на конструкции.
Известные приближения и упрощения в сложной аэродинамической картине вполне допустимы, особенно если они обеспечивают большую надежность здания. Наиболее существенным упрощением можно считать рассмотрение напора ветра как статической нагрузки. Если здание достаточно массивно, пульсации ветра обычно не могут возбудить в нем динамических (инерционных) сил.
Однако при создании очень высоких и гибких сооружений такой подход недопустим. Многолетний негативный опыт заставил специалистов окончательно убедиться в этом. Среди наиболее трагичных историй такого рода первое место, несомненно, занимает катастрофа с висячим мостом у города Такома (США), произошедшая в 1940 г. Но об этом мы расскажем несколько позже.
В Болгарии, как и в большинстве развитых стран, «ветровые вопросы» регламентируются нормативными документами, имеющими силу закона. Страна разделена на три зоны в зависимости от преобладающих ветров. Нормативный напор ветра для этих зон — 35, 45 и 55 кг/м2, что соответствует скорости ветра 85, 97 и 107 км/ч. Для большинства горных районов напор ветра определяется индивидуально в зависимости от непосредственно измеренной скорости. Чаще всего нормативной здесь считается скорость ветра, которая превышает статистически встречающуюся раз в пять лет.
В ОПРЕДЕЛЕННОЕ ВРЕМЯ, ПРИ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВАХ…
Может показаться странным, но изменение температуры окружающей среды является нагрузкой — и часто весьма значительной — на строительные конструкции.
Все мы знаем, что железнодорожные рельсы неплотно пригнаны один к другому, между ними оставлены определенные люфты. Это достаточно ясно ощущается по ритмичному постукиванию при движении поезда, когда колеса вагона минуют стыки. Причиняется вред подвижному составу, поскольку ускоряется его амортизация, неприятные ощущения испытывают пассажиры, но пока это неизбежно. Во время летнего зноя рельсы должны иметь возможность свободно удлиняться, для чего и оставляются промежутки между ними. Легко себе представить, что произошло бы при отсутствии люфтов на стыках между рельсами: сотни километров деформированных, искривленных железнодорожных путей…
Подобная, хотя и значительно более сложная картина наблюдается в зданиях и сооружениях. Они состоят из определенного числа взаимно связанных элементов, вследствие чего возможность свободной температурной деформации ограничена, а иногда и полностью отсутствует. В сравнительно узком диапазоне температур, на который рассчитываются обычно здания, все обходится благополучно. Однако летом температура воздуха может достигать 35°С в тени и ничто не может воспрепятствовать неудержимому стремлению тел расшириться. Не составляют исключения и конструктивные элементы. И, как следует ожидать, невозможность их удлинения приводит к возникновению сжимающих напряжений. И наоборот, при понижении температуры элементы стремятся укоротиться, сжаться, но, так как не имеют такой возможности, в них возникают растягивающие напряжения.
Катастрофа с кинотеатром «Никарбокар» в Вашингтоне в значительной степени была обусловлена воздействием низких температур в сочетании с общим состоянием конструкции. В морозный зимний вечер покрытие, подчиняясь законам физики, сжалось и увлекло за собой несущие кирпичные стены. Этой общей деформации, столь незначительной с житейской точки зрения, было вполне достаточно, чтобы возникли условия для проявления серьезных конструктивных недостатков.
Примерно так обстоит дело с качественной стороной вопроса. Чтобы рассмотреть его количественную сторону, обратимся еще к одному примеру. Коэффициент температурного расширения стали равен 0,012 мм/м. Это значит, что при повышении внешней температуры на 1°С стальной прут длиной 1 м удлинится на 0,012 мм. Если рассматриваемый прут неподвижно закреплен с двух сторон, а внешняя температура повысилась на 10°С, прут попытается закономерно деформироваться на 0,012х10=0,12 мм. А поскольку это невозможно, в нем возникают внутренние сжимающие нагрузки, сила которых соответствует потенциальному удлинению. Таким образом, значительная доля прочностных возможностей элемента занята борьбой с температурным воздействием. Вот уж поистине паразитическая нагрузка!