Расчет ветровых нагрузок кровли

Расчет ветровой нагрузки

Основные повреждения, которые получают здания при порывистых ветрах, приходятся, в основном, на крышу. По телевизору, в интернете мы можем увидеть достаточно много наглядных примеров того, как не только отдельные элементы крыши, но и вся крыша, полностью, срывается под порывами ураганного ветра. Почему же происходят подобные случаи? Давайте рассмотрим механику подобных явлений и попробуем сделать расчет ветровой нагрузки.

Ветровые потоки

Расчет ветровой нагрузки учитывает направление господствующих ветров. При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие:

1. нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
2. боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
3. вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.

Атака ветрового потока, направленная на скат крыши, образует три усилия, влияющие на расчет ветровой нагрузки, стремящиеся сдвинуть кровлю:

• касательное, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и, захватывая свободные молекулы воздуха, уходящее прочь, стремясь, при этом, опрокинуть крышу;
• перпендикулярное скату кровли, создавая давление, способное вдавить элементы кровли внутрь конструкции крыши;
• и, наконец, из-за разницы давлений воздушной массы (с наветренной стороны образуется зона высокого давления, а с подветренной стороны – низкого), в верхней, подветренной, стороне строения образуется подъемная тяга, как у крыла самолета, стремящаяся поднять крышу.

Силы, действующие на крышу

Проанализировав все усилия воздушных потоков, можно сделать вывод, что при высокой наклонной кровле ветер образует силы, стремящиеся опрокинуть крышу. Но чем больше угол наклона крыши, тем меньше действуют на нее касательные силы и больше – перпендикулярные скату.

Пологие скаты способствуют созданию больших подъёмных сил, старающихся приподнять конструкцию, отправив её в свободный полёт.

Расчет ветровой нагрузки

Как видим, если не подойти серьезно к учету ветровой нагрузки на крышу, то может произойти беда. Как и кто может это сделать?

Расчёт ветровой нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется специалистами-проектировщиками по формуле:

Wр = 0,7 * W * k * C.

• W – нормативная величина усилия, создаваемого напором воздуха; определяется по картам в приложении к СП 20.133330.2011;
• k – коэффициент, показывающий зависимость давления от высоты над срезом верхнего уровня земли;
• C – аэродинамический коэффициент, учитывающий направление «набегания» воздушного потока на скат крыши.

Таблица коэффициента k для типов местности:

Высота над уровнем земли, метр
	≤ 5	0,75	0,5	0,4
10	1,25	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1,0
80	1,85	1,45	1,15
100	2,0	1,6	1,25
150	2,25	1,9	1,55
200	2,45	2,1	1,8
250	2,65	2,3	2,0
300	2,75	2,5	2,2
350	2,75	2,75	2,35
≥ 480	2,75	2,75	2,75

Типы местности:

• A – открытые пространства на побережьях морей, озёр, водохранилищ, пустыня, степь, лесостепь, тундра;
• B – населённые пункты, лес, местность с равномерно распределёнными искусственными строениями с высотой больше 10 метров;
• C – территория города с плотным расположением строительных сооружений высотой более 25 метров.

Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при векторе потока в скат крыши:

Угол наклона ά
15°	-0,9	-0,8	-0,3	-0,4	-1,0
	0,2	0,2	0,2
30°	-0,5	-0,5	-0,2	-0,4	-0,5
	0,7	0,7	0,4
45°	0,7	0,7	0,6	-0,2	-0,3
60°	0,7	0,7	0,7	-0,2	-0,3
75°	0,8	0,8	0,8	-0,2	-0,3

Таблица значений коэффициента С для двускатной кровли при направлении потока во фронтон крыши:

Угол наклона ά
0°	-1,8	-1,7	-0,7	-0,5
15°	-1,3	-1,3	-0,6	-0,5
30°	-1,1	-1,4	-0,8	-0,5
45°	-1,1	-1,4	-0,9	-0,5
60°	-1,1	-1,2	-0,8	-0,5
75°	-1,1	-1,2	-0,8	-0,5

Положительная величина аэродинамического коэффициента означает, что ветер давит на поверхность. Отрицательные показатели – поток создаёт разрежение у поверхности кровли, иными словами – «отсос» воздушной подушки.

Зависимость давления, создаваемого потоком воздуха от высоты здания

Как бороться с ветровыми «проказами»?

Во избежание разрушений строители нижние концы стропил надежно прикрепляют к вмонтированным в стену кронштейнам. Если неизвестно, с какой стороны будет направление господствующих ветров, то стропила закрепляют подобным образом по всему периметру здания. Общую устойчивость каркаса крыши обеспечивают ее элементы — подкосы, раскосы и связки, сечение которых рассчитано, исходя из тех природных условий, в которых ведется строительство или ремонт здания.

Уважаемые посетители!

Мы с удовольствием ответим на возникшие вопросы. Для этого Вы можете:

позвонить по номеру: +7 (495) 669 31 74

или отправить сообщение по адресу: info@bta.ru

и получить подробную консультацию.

Источник

Строительные калькуляторы — ProstoBuild.ru

Расчет ветровой нагрузки

При расчете ветровой нагрузки необходимо учитывать многие ее составляющие, но для упрощения всего расчета будем считать ее основную составляющую – среднюю составляющую основной ветровой нагрузки Wm. Для наглядности в таблицу ниже сведены все составляющие ветровой нагрузки согласно СП 20.13330.2016:

Формула расчета основной средней ветровой нагрузки следующая:

Где Wm – нормативное значение основной средней ветровой нагрузки, кг/м2
Wo – нормативное значение ветрового давления, кг/м2
k – коэффициент, который учитывает влияние высоты на давление ветра
с – аэродинамический коэффициент

1. Его можно найти у нас в калькуляторе снеговой/ветровой нагрузок, выбрав необходимый город
2. В таблице ниже, зная свой ветровой район:

Теперь давайте разберемся с коэффициентом k.

Данный коэффициент зависит от эквивалентной высоты Ze. Обратите внимание, что это не просто высота до расчетной отметки, и искать ее необходимо следующими вариантами.

Для разных участков по высоте бывают разные эквивалентные высоты

После того, как вы нашли эквивалентную высоту Ze, зная тип вашей местности, находим коэффициент k:

Типы местности:
А – открытые местности (степи, лесостепи, побережье морей, озер, пустыни, тундра, сельские местности с высотой построек до 10 м)
В – городские территории, лесные массивы и другие территории с высотой построек более 10м
С – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25м

Завершающим этапом определения средней составляющей ветровой нагрузки является нахождение аэродинамического коэффициента c.

Данный коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным, и зависит от формы здания или сооружения и направления ветра. Давайте рассмотрим основные формы зданий и сооружений, с которыми приходится работать.

1. Прямоугольные здания с двускатными покрытиями
a. Ветер направлен сбоку

Если на участке стоит буква вместо цифры, то значение коэффициента необходимо определять интерполяцией в зависимости от уклона крыши.

2. Отдельно стоящие плоские сплошные конструкции (стены, заборы, рекламные щиты)

На рисунках показаны разные участки здания и сооружения и соответствующие аэродинамические коэффициенты с для них.

После того, как все три неизвестные найдены – легко найти нормативное значение основной средней ветровой нагрузки.

Напоминаем формулу Wm = Wo·k·c

При нахождении коэффициента k имеем следующее: d=12 м, h=7 м. При h≤d —> Ze=h=7 м.

Найдем коэффициент k методом интерполяции между 0,5 и 0,65. Получаем k = 0,56.

Далее находим аэродинамический коэффициент с. Здесь b=12м, d=6м, h1=4м, h=7м
е1 – это наименьшее из b или 2·h1. е1=2·4=8м (меньше чем b=12м)
e – это наименьшее из b или 2·h. е=12м (меньше чем 2·h =2·8=16 м)

Зная все размеры, получаем следующее распределение коэффициентов c:

И путем умножения Wo на k и на с мы получаем окончательное распределение ветровой нагрузки:

Для нахождения расчетной ветровой нагрузки необходимо каждое значение еще умножить на коэффициент надежности по ветровой нагрузке равный 1,4.

От автора:
Если данная статья была Вам полезна, то буду очень благодарен, если Вы поделитесь ей с друзьями и коллегами, и сохраните себе в закладки.
Также в ближайшее время будет реализован калькулятор по определению ветровой нагрузки.

Источник

Как правильно рассчитать ветровую нагрузку и закрепить кровлю, чтобы ее точно не сорвало

Из-за ошибок, допущенных при строительстве, у домов нередко срывает кровли во время непогоды. Кажется, что не так часто случаются сильные ураганы и смерчи, но даже один катаклизм в год может полностью разрушить крышу.

Это происходит потому, что исполнители работ не рассчитывают количество крепежа для мембраны по необходимым формулам и обычно делают все по принципу «на глазок». В итоге плохо закрепленная кровля может попросту оторваться и ее надо будет заново монтировать. Также от точного расчета зависит расход материалов, которые при неправильных подсчетах приходится докупать, либо иногда остается лишнее.

Рассказываем, как сделать правильный расчет ветровой нагрузки для крепления кровли и определить количество крепежа, чтобы конструкция устояла перед стихийным бедствием и долго служила.

Как ветровая нагрузка действует на кровлю

Представьте себе, что на постройку непрерывно с разной скоростью и силой дует ветер. Потоки воздуха создают давление, которое способно навредить покрытию кровли. При этом совершенно необязательно, чтобы ветер дул перпендикулярно или по касательной к поверхности крыши – даже если он направлен вдоль плоской кровли, он создает значительную отрывающую нагрузку.

Суммируя все ветреные дни и добавив катаклизмы, которые хоть и редко, но случаются, мы получаем постепенное непрерывное разрушение материала. Именно поэтому возникает необходимость рассчитывать ветровую нагрузку и количество креплений кровельного материала.

Как рассчитывают ветровую нагрузку для крепления кровли

От ветровой нагрузки зависит, сколько нужно использовать крепежных элементов и какую выбрать ширину рулона мембраны. Чем выше нагрузка, тем больше нужно крепежа на квадратный метр. Ширину мембраны также приходится уменьшать, чтобы крепеж уместился в шов.

Чтобы самостоятельно рассчитать ветровое воздействие на кровлю, можно воспользоваться методикой в 7 пункте документа, разработанного специалистами ТЕХНОНИКОЛЬ вместе с ЦНИИПромзданий.

Существует и более простой способ расчета ветровой нагрузки

Если вы хотите быстро получить точный результат и не связываться со сложными формулами, таблицами и картами, воспользуйтесь нашим онлайн-калькулятором для кровли из материалов ТЕХНОНИКОЛЬ.

Калькулятор помогает рассчитать не только ветровую нагрузку для плоских крыш, но и количество необходимого крепежа на каждом участке, а также требуемую ширину рулонов гидроизоляции.

Расчеты основаны на действующих российских нормах СП 20.13330.2016 и СП 17.13330.2017.

В калькулятор встроена карта России с районированием по давлению ветра, так что вам не нужно самостоятельно искать на картах и в таблицах нужные значения. Достаточно выбрать место и кликнуть или указать точное название населенного пункта.

Вы выбираете тип местности – открытую, равномерно покрытую препятствиями или высотную городскую застройку. По этим двум параметрам калькулятор выдает первое значение – пиковую ветровую нагрузку согласно СП 20.133330.2016 п.11.

Далее переходим к основанию кровли и выбираем – тяжелый бетон, ОСП и металлическое основание профлист (0,7 мм или 0,75–2,5 мм). При выборе профлиста калькулятор предложит еще пять вариантов в зависимости от шага между гофрами. Вы также можете указать свой вариант.

На третьем этапе нужно указать толщину утеплителя, который вы будете использовать, и способ его укрепления. Также возможен вариант без утеплителя.

На этапе гидроизоляции нужно указать способ ее фиксации. В калькуляторе предусмотрено два варианта крепления: механический и балластный. Если у вас балластный, также нужно указать его тип – армированная стяжка или гранитный щебень. Далее выбирайте тип мембраны: битумная или полимерная. Кстати, у каждого материала можно посмотреть характеристики и всю необходимую информацию, нажав на кнопку с вопросом.

Пятый этап включает работу с геометрией объекта, где нужно вводить параметры участка кровли. Калькулятор рассчитывает значение только для плоских крыш прямоугольной формы, поскольку методика расчета использует пиковые значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки. Вам нужно указать высоту здания и его габариты. Высоту принимаем по самой высокой точке здания – парапетной зоне.

После вы получаете промежуточный расчет, где видите основные результаты, например, ширину рулона и шаг крепежа, и проверяете введенные значения, которые можно подкорректировать, если ошиблись.

После этого получаете готовый отчет, где рассчитано:

• деление кровли на участки (центральная, парапетная, угловая) и ветровое давление на каждый из них;
• какую ширину рулонов гидро- и теплоизоляции использовать;
• сколько потребуется крепежа на один квадратный метр и его шаг.

На любой стадии расчета можно «откатить» назад на любой этап и изменить исходные данные. А также сохранить и отправить себе на почту в виде ссылки, чтобы потом вернуться к нему, если вы что-то не доделали. Благодаря формату PDF расчет можно вносить в проект или просто удобно хранить и использовать эти данные.

Источник