Ветровые нагрузки

Ветровые нагрузки

В соответствии со сводом правил 20.13330.2011, основанном на СНиП 2.01.07-85, ветровые нагрузки относятся к кратковременным нагрузкам, а точнее, к типу 5.5е — климатическим нагрузкам. Ветровые нагрузки также относят к динамическим, что обуславливает достаточно сложный процесс расчёта их воздействия. Воздействие ветра разделяется по характеру и природе влияния на 4 типа :

а) основной тип ветровой нагрузки, далее просто «ветровая нагрузка», возникает в силу возникновения подъёмной силы, образующейся при обтекании поверхностей здания потоками воздуха, и наличии статических воздушных масс внутри здания;

б) пиковые ветровые нагрузки, воздействующие на различные конструктивные элементы ограждений и прочего оборудования на кровле. Возникают при порывах ветра, и носят ударный характер воздействия;

в) резонансное вихревое возмущение, возникающее при неравномерном обтекании элементов здания. Вихревые потоки характеры тем, что создают внутри зоны разряжения, в которые происходит затягивание элементов здания;

г) Аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера.

Тип нагрузок г) необходимо учитывать для высотных зданий (здания у которых отношение высоты к наибольшему из линейных размеров > 10).

Полный текст свода правил можно скачать здесь .

Что нам ветер

Ветровой нагрузкой называют давление ветра на здание или отдельный его элемент. Немного физики: воздушный поток, ударяясь о стену здания, создает завихрения. Первая часть потока направляется к фундаменту здания, вторая – наверх, в сторону крыши, и огибает её.

Так же на кровельное покрытие действует давление внутри здания, которое может быть увеличено, например, при постоянно открытых грузовых воротах здания.

Ветровая нагрузка на здание

В результате образуется подъемная сила, которая стремится оторвать кровельное покрытие. И чем меньше угол наклона кровли, тем больше будет значение этой силы.

Воздействие ветровой нагрузки на механически закреплённый кровельный ковёр из полимерной мембраны

Пример ветрового воздействия на кровлю

Чтобы обезопасить крышу здания от подобных ситуаций, важно:

1. выполнить грамотный ветровой расчет,
2. выбрать правильный кровельный материал и крепёжную систему.

На каждый из этих пунктов компания ТехноНИКОЛЬ предусмотрела решение, но обо всем по порядку.

Первым делом – ветровой расчет.

Являясь экспертом не только в области производства строительных материалов, но и сервиса, компания ТехноНИКОЛЬ первой и единственной в России разработала новую глобальную платформу Roof Calculator ТехноНИКОЛЬ для своих клиентов. Программа предназначена для расчета кровельных систем с применением полимерных мембран LOGICROOF и ECOPLAST. Программа способна выполнять расчет ветровых зон для различных кровельных систем – системы с механическим креплением (в том числе индукционные), балластные или клеевые. Благодаря CAD-модулю можно строить кровли различной конфигурации, выставлять конструкции на крыше и выбирать тип ската.

Пример построения кровли в программе Roof Calculator ТехноНИКОЛЬ

При выполнении ветрового расчета условно выделяют три зоны кровли: парапетную (или краевую), угловую и центральную, при этом первые две испытывают наибольшее ветровое давление. Для повышения сопротивляемости ветровой нагрузке на этих участках увеличивают количество крепежей на квадратный метр. Как правило, в системах с механическим креплением основанием выступает профилированный лист. Поскольку шаг установки крепежа зависит от расстояния между гофрами, количество крепежа увеличивают путём применения рулонов меньшей ширины материала – 1 м или менее. Например, на кровле аэропорта Курумоч в Самаре ширина полотен мембраны в угловых и краевых зонах составила 0,5 м.

Выполнение парапетной зоны из рулонов меньшей ширины

Зачастую ввиду неправильного ветрового расчета, его отсутствия или применения не рекомендованного крепежа (не прошедшего испытания на вырыв) шаг крепежа может составлять 1-1,5 м! Не стоит сомневаться, что такая кровля в районе с повышенной ветровой нагрузкой, увы, обречена! Но исправить подобную ситуацию возможно. Решение – правильный ветровой расчет и последующая реконструкция кровельного пирога. Примером такой работы над ошибками стала крыша второй очереди торгово-развлекательного комплекса центра «Сургут Сити Молл», открытого в мае 2014 года.

Работа над ошибками

Первая очередь комплекса, задуманного как «город в городе» — формата весьма актуального для холодного климата, заработала еще в ноябре 2012 года. Общая площадь «Сургут Сити Молла» составляет 154 000 м 2 . За годы своего существования ТРЦ стал любимым местом досуга жителей региона благодаря наличию большого количества магазинов ведущих брендов, многозального кинотеатра и парка развлечений для всей семьи.

В результате экспертизы на крыше второй очереди «Сургут Сити Молла», которая была смонтирована по системе ТН-КРОВЛЯ Смарт с полимерной мембраной LOGICROOF толщиной 1,8 мм, инженеры Службы Качества ТехноНИКОЛЬ обнаружили превышение шага крепежа в 5 (!) раз. Решением стал точечный ремонт гидроизоляционного пирога с усилением ветровых зон.

Приступая к работе над ошибками, первым делом был проведен ветровой расчет, по которому согласно европейской методике EN 1991-1-4 для угловой зоны ширина рулонов составила 1 м с крепежным шагом 187 мм (при монтаже мембраны в каждую гофру профнастила).

Как мы писали ранее, выбор кровельного материала и крепежа также важен с точки зрения надежности и долговечности конструкции, ведь каждый элемент системы испытывает воздействие ветровой нагрузки и должен эффективно ей сопротивляться! Система ТН-КРОВЛЯ Смарт с крепёжной системой ТехноНИКОЛЬ — это готовое решение, разработанное специалистами компании ТехноНИКОЛЬ. В нем все элементы — минераловатный утеплитель ТЕХНОРУФ в качестве нижнего слоя и утеплитель XPS ТЕХНОНИКОЛЬ CARBON PROF в качестве верхнего, стеклохост, крепежная система, полимерная мембрана LOGICROOF — тщательно подобраны и испытаны, что гарантирует конструкции:

• высокие изоляционные свойства и сопротивление ветровым нагрузкам;
• малый вес кровельного пирога;
• устойчивость к пешеходным нагрузкам;
• высокую пожаробезопасность (K0) и предел огнестойкости (RE 15).

Премиум-класс на кровле

Отдельного упоминания заслуживает полимерная мембрана LOGICROOF премиум-класса. Прочность гидроизоляционного материала — один из важных показателей кровельной системы с механическим креплением. Ведь именно на самый верхний слой конструкции — мембрану — выпадает больше всего испытаний (механические воздействия, влияние внешней среды). Поэтому чтобы противостоять ветровым нагрузкам, гидроизоляционный материал должен обладать высокой прочностью.

Для ПВХ мембран этот показатель определяется на 95% качеством армирующей сетки и на 5% прочностью самого полимера. LOGICROOF имеет внутреннее армирование полиэстеровой сеткой специального плетения. Материал производится по самым передовым мировым технологиям, что гарантирует мембране LOGICROOF премиальное качество с однородным составом. Прочность на разрыв вдоль рулона составляет не менее 1100 Н (для полосы шириной 50 мм).

Высокая способность мембран LOGICROOF противостоять ветровым нагрузкам подтверждена авторитетным научным институтом BDA Keuringsinstituut B.V., свыше 30 лет специализирующемся на исследованиях строительных материалов и конструкций. Образцы LOGICROOF успешно прошли испытания, проведенные по самой жесткой европейской методике EN 16002:2010 (Flexible sheets for waterproofing. Determination of the resistance to wind load of mechanically fastened flexible sheets for roof waterproofing). Это в очередной раз доказывает: LOGICROOF можно смело применять на объектах, расположенных в зонах сильных ветровых нагрузок.

Чтобы сделать кровлю более долговечной, на объекте применена мембрана повышенной толщины LOGICROOF 1,8 мм. Прогнозируемый срок службы мембраны стандартной толщины 1,2 мм уже внушительный и равен 25-30 годам. Разница толщины на 0,6 мм позволяет говорить об увеличении срока эксплуатации мембраны еще на дополнительные десятилетия.

Выбирайте профессионалов

Надеемся, данная статья убедит вас в важности проведения и соблюдения при монтаже ветрового расчета. Приведенный пример реконструкции кровли ТРЦ «Сургут Сити Молл» убеждает нас в том, что ошибка, вовремя замеченная и исправленная, позволит избежать негативных последствий от срыва кровли. Чтобы каждый объект мог получить надежную и долговечную гидроизоляцию, ТехноНИКОЛЬ предусмотрела как сервисы (Служба Качества, кровельный калькулятор), так и качественные строительные материалы, подходящие для применения на объектах с сильными ветровыми нагрузками.
Доверяйте профессионалам!

Расчёт ветровой нагрузки на крышу

Основные повреждения на здании при сильных порывах ветра связаны с кровелькой конструкцией. По телевизору и в интернете приведено достаточно много наглядных примеров, как не только отдельные элементы кровли, но полностью вся крыша срывается под воздействием ветровой нагрузки.

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.

Воздушный поток, направленный на скат крыши, образует:

• касательное движение, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и уходящее прочь, — эта сила стремится сдвинуть крышу с места;
• перпендикулярное усилие, — нормаль, направленное внутрь кровли, создающее давление, могущее вдавить элементы крыши внутрь конструкции;
• с подветренной стороны ската крыши создаётся обратная сила, способствующая созданию подъёмной силы, — как у крыла самолёта.

Расчёт воздушной нагрузки на крышу, в зависимости от высоты её местонахождения над уровнем земли, определяется по формуле:

• 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 (таблица 3);
• C – аэродинамический коэффициент, учитывающий направление набегания воздушного потока на скат крыши (таблица 4 и 5).

Таблица 3. Коэффициент k для типов местности:

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 4. Значение коэффициента С для двускатной кровли при векторе потока в скат крыши:

Таблица 5. Значение коэффициента С для двускатной кровли при направлении потока во фронтон крыши:

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

Пример расчёта

Дано:

• здание находится на берегу большого внутреннего водоёма, местность относится к типу A;
• кровля расположена на высоте 10 метров, то есть коэффициент равен 1,25;
• преобладающие ветра направлены во фронтон крыши, отсюда аэродинамический показатель для крыши с наклоном ά = 30 равен C = -1,4;
• норматив для района Поволжья W = 53 кгс/м².

Расчётное значение ветрового усилия составит:

Wр = 0,7 * 53 кгс/м² * 1,25 * (-1,4) = -64,925 кгс/м².

Отрицательное значение показывает, что имеется усилие, стремящееся оторвать кровлю от всего здания.

При общих размерах кровли S = 30 м², общее усилие составит:

P = 30 м² * (-64,925 кгс/м²) = -1947,75 кгс, то есть почти две тонны.

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

Количество осадков — показатель, напрямую зависящий от географии региона. Более южные районы снега почти не видят, более северные имеют постоянное сезонное количество снеговых масс.

При этом, высокогорные районы, вне зависимости от географической широты, имеют высокие показатели по количеству выпадающего снега, что, в сочетании с частыми и сильными ветрами, создает массу проблем.

Строительные Нормы и Правила (СНиП), соблюдение положений которых является обязательным к выполнению, содержат специальные таблицы, отображающие нормативные показатели количества снега на единицу поверхности в разных регионах.

Эти данные являются основой расчетов снеговых нагрузок, поскольку они вполне достоверны, а также приводятся не в средних, а в предельных значениях, обеспечивающих должный запас прочности при строительстве крыши.

Тем не менее, следует учитывать устройство кровли, ее материал, а также — наличие дополнительных элементов, вызывающих скопления снега, поскольку они могут существенно превышать нормативные показатели.

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона на схеме ниже.

Регион снеговой нагрузки

Необходимость установки снегозадержателей

Приведенные выше расчеты показывают, что снежный покров на крыше может приобретать довольно приличный вес, который к тому же имеет свойство подтаивать и уплотняться, превращаясь в более твердую субстанцию, которая в случае схождения с крыши может серьезно травмировать людей, повредить водосточную систему, а также причинить повреждения находящимся внизу машинам и прочему имуществу.

Самым лучшим способом уберечь себя от такой ситуации является монтаж снегозадержателей на крышу, что обеспечит надежное удержание снега на кровле и его постепенное таяние с удалением влаги через водостоки. Их установка особенно актуальна на городских многоэтажных домах со скатными крышами, поскольку, за счет большой высоты, падающая вниз лавина из мокрого снега и льда может отлетать на довольно большие расстояния от здания и несет в себе большую разрушительную силу.

При проектировании зданий и сооружений необходимо проверить их на прочность от действия всех видов нагрузок согласно «СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия». Одним из видов кратковременных нагрузок являются климатические нагрузки.

Для расчета на снеговые нагрузки необходимо определить схему нагружения, определить нормативное значение снеговой нагрузки с учетом коэффициента сноса снега и произвести расчет. Расчет производится методом конечных элементов, либо аналитическими методами в зависимости от решаемой задачи.

Необходимо проверить несколько различных схем приложения снеговых нагрузок и произвести расчет снегового мешка по каждой схеме нагружения. По результатам расчета мы предоставляем отчет с описанием работы конструкции при действии на нее снеговой нагрузки, а также рекомендации по усилению конструкции, если это необходимо.

Также мы выполняем поверочный расчет на снеговые нагрузки.

Расчет ветровой нагрузки конструкцию

Все типы зданий и сооружений необходимо рассчитывать на ветровые нагрузки.

Ветер вносит особый вклад в работу конструкции здания. Это мощные пиковые значения силы ветра, а также такие явления как галопирование, дивергенция и флаттер, резонансное вихревое возбуждение для высотных зданий. Расчетные ветровые нагрузки определяются как сумма внешней и пульсационной составляющей.

Усилия и перемещения при действии ветровых нагрузок могут достигать критических значений, поэтому необходимо грамотно рассчитывать и оценивать их значения.

Также от воздействия ветровых нагрузок зависит динамическая комфортность пребывания людей в зданиях.

Расчет на предел огнестойкости

Главным показателем огнестойкости зданий и сооружений является предел огнестойкости.

Для определения предела огнестойкости сооружения необходимо произвести расчет на предел огнестойкости согласно «МЕТОДИЧЕСКИМ РЕКОМЕНДАЦИЯМ ПО РАСЧЕТУ ОГНЕСТОЙКОСТИ И ОГНЕСОХРАННОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ».

Современные методы расчета позволяют решить задачу определения предела огнестойкости конструкции (задача теплопроводности) конечно-элементным методом.

Примеры прочностных расчётов

Лицензия на проектирование

Центр инженерных услуг «Модельер» лицензирован на выполнение всех видов проектных работ.

Мы состоим в СРО «Профессиональное объединение проектировщиков Московской области «Мособлпрофпроект», допуск к выполнению: Свидетельство №0588.00-2017-5036154420-П-140.

Теги статьи: Расчет снеговой нагрузки, расчет снеговой нагрузки на кровлю, расчет снегового мешка, предел огнестойкости конструкций расчет, расчет конструкции на ветровую нагрузку, расчет ветровой нагрузки на конструкцию, расчет веса конструкции, расчет снеговых и ветровых нагрузок

Как сделать расчет нагрузки на кровлю

На конструкцию крыши действуют различные силы. Расчет нагрузки на кровлю включает в себя такие воздействия как: вес кровельного материала, стропил и обрешетки, утеплителя, подкладочного ковра, нагрузка снега и ветра. Рассмотрим по отдельности каждую их этих нагрузок.

Расчет стропил

Если вы строите дом самостоятельно, и у вас нет достаточных знаний в области инженерии и архитектуры, то расчет нагрузки на крышу можно заказать в специализированной организации или у частного проектировщика. Если же постройка не столь требовательна к техническим расчетам, то все можно сделать своими собственными силами.

Как правильно рассчитать длину стропил? Она зависит от углов скатов крыши и от ее формы. Сперва следует ознакомиться с нормативной документацией. Для этого потребуется СНиП 2.01.07-85 и приложенные карты к изменениям в этом документе (они были обновлены в 2008 году). Оптимальный шаг между стропилами рассчитывают исходя из возможного предела расстояния, после которого конструкции разрушится полностью или частично.

При частичном разрушении выходят из строя различные элементы и узлы системы. Так, допустимый прогиб элементов конструкции стропил, ног, прогонов или раскосов не должен быть более 0,5% длины прогона или пролета. Полное разрушение наступает при превышении максимально допустимых нагрузок, поэтому крайне важно сделать правильный расчет стропил изначально. Рассчитывать необходимо оба варианта, так как важно знать пределы стойкости стропильной системы.

Снеговая нагрузка

Для тех регионов России, в которых обильные снегопады являются обычным явлением, расчет нагрузки на кровлю становится особенно важным. Для того, чтобы предусмотреть воздействие веса снега при расчете максимального предела прочности, берется полный вес покрова снега. Для расчета частичной разрушаемости, полный вес покрова снега умножается на коэффициент 0,7.

Снежные массы под своим весом могут постепенно сползать вниз, оказывая усиленное давление на свес карниза. Поэтому так важно не превышать допустимые выпуски кровельного материала, указанные производителем. Расчет нагрузки на крышу зависит от уклона кровли, а также направления преобладающих ветров. Дело в том, что с наветренной стороны снега будет меньше, а вот с подветренной — больше.

К примеру, следует рассчитать стропильную систему для двускатной кровли с углами 30 градусов. Для того чтобы посчитать нагрузку от снега с наветренной стороны, поправочный коэффициент принимается равным 0,75, с подветренной 1,25. Все значения коэффициента принимаются исходя из указаний СНиП 2.01.07-85. Для кровель с уклоном более 60 градусов этот коэффициент и вовсе не учитывается, так как на таких скатах снег попросту не задерживается.

Для расчета полной снеговой нагрузки (Q1) необходимо использовать соответствующую таблицу из указанного документа СНиП. Формула расчета кровли при этом имеет вид: Q1= m*Q. m — это поправочный коэффициент, рассчитанный методом интерполяции (при уклоне в 30 градусов он равен 1, при уклоне 60 градусов — 0). Q — снеговая нагрузка, указанная в таблице.

Для того, чтобы посчитать нормативную снеговую нагрузку Q2, пользуются атласом изменений текущего СНиПа или простой формулой Q2= 0,7*Q*m. Для тех регионов, в которых сильный ветер сносит снег с кровли, используется еще один дополнительный коэффициент С, который равен 0,85. При этом средняя скорость ветра должна составлять не менее 4 м/с, среднемесячная температура воздуха зимой не выше -5 градусов Цельсия, а уклон крыши — от 12 до 20 градусов.

Данный коэффициент С используется также если дом находится в защищенном от снега месте — в окружении других, более высоких домов или в лесном массиве. Среднесуточная температура и преобладающая скорость ветра указана в атласах изменений к СНиП 2.01.07-85. Таким образом, стропила должны учитывать максимальную нагрузку Q1, которая необходимо для расчета допустимой прочности конструкции и частичное разрушение Q2 — то есть нагрузку на прогиб.

Воздействие силы ветра

Снеговая нагрузка может разрушить крышу, ну а ветровая кроме этого может сорвать покрытие. Чем большим является угол скатов кровли, тем больше будет нагрузка ветра на конструкцию. Чем меньшим будет угол, тем сильнее будет подъемная сила, стремящаяся сорвать крышу. Именно поэтому так важен расчет площади двухскатной крыши. Для начала определяют длину стропильной ноги. Здесь пригодится знания школьного курса геометрии, так как стропило составляет с прилегающими стенами прямоугольный треугольник, поэтому рассчитав длину гипотенузы можно определить необходимый показатель.

Немного сложнее посчитать сечение стропила и расстояние между ними. Для этого проведем расчет ветровой нагрузки на кровлю по формуле: Wр= W*k*C. W — ветровое давление, которое берется из таблиц СНиП. k — коэффициент, зависящий от высоты здания, он также указывается в упомянутом выше нормативном документе. С — аэродинамический коэффициент, используемый для расчета подъемной силы с подветренной и наветренной стороны.

Коэффициент С может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Первый случай возникает, если ветер давит на поверхность скатов, это справедливо для больших углов. Второй случай возникает на пологих крышах, когда ветер «стекает» по скатам. Для противодействия этим силам, в зависимости от шага стропил, в стены дома устанавливают так называемые «ерши». Это металлические штыри, к которым проволокой привязываются стропильные ноги. В ветреных регионах привязывается каждое стропило, при нормальных условиях это делают через одну балку, предварительно выполнив расчет балок перекрытия по имеющимся данным.

Для домов возведенных из кирпича, пенобетонных или силикатных блоков, делается армирующий пояс из бетона. В него закладывают анкерные крепления со специальными проволочными структурами для крепления стропил.

Нагрузка веса кровли

Серьезное влияние на характеристики стропильной системы оказывает вес самого кровельного материала. При этом различные материалы могут значительно отличаться по своему весу. Чем больше весит кровля, тем больше должен быть угол наклона скатов. Также необходимо знать, как посчитать квадратные метры крыши, так как чем ее площадь больше, тем сильнее она будет зависеть от влияния внешних нагрузок.

Силу давления крыши на стропила можно посчитать, зная характеристика материала. Они зачастую указываются в технических данных или инструкции от производителя. В зависимости от типа кровельного материала выбирается определенный вариант обрешетки. Так, для ее создания используется OSB плита, фанера или обрезная доска. Усредненный вес этих материалов можно узнать из нормативных таблиц или технических данных от производителя. Например, под кровлю из шифера используют бруски сечением 4*6 или 6*6 см, в то время как под битумные гонты — плиты OSB или фанеру.

Расчет квадратуры крыши зависит от ее типа. Рассчитать площадь крыши очень просто для односкатных кровель. В более сложных конструкциях следует разбить крышу на элементарные фигуры — прямоугольники и треугольники, площадь которых легко определяется. Также важно учесть свесы кровли на карнизах. Расстояние между стропилами определяется исходя из толщины кровельного материала.

Не меньшее значение имеет и теплотехнический расчет кровли, на основании которого подбирается утеплитель и его толщина. Эти два показателя в значительной степени влияют на общий вес конструкции крыши. Кроме того сюда входит и вес паро- и гидроизоляции, а также внутренней обшивки мансардного помещения. Толщина утеплителя рассчитывается по формуле: Т=R*L. Где R — тепловое сопротивление конструкции, которая будет утепляться, L — коэффициент теплопроводности выбранного утеплителя (выбирается по нормативам СНиП II-3-79).

Предположим, что крыша утепляется стекловатой URSA М-20, дом расположен в центральном регионе. Тогда толщина утеплителя будет составлять: Т=4,7*0,038 = 0,18 м = 18 см. В этом случае 4,7 — тепловое сопротивление, взятое из нормативов СНиП, а 0,038 — коэффициент теплопроводности, который был указан производителем материала. Зная плотность утеплителя (указывается в тех. данных) равную 18-21 кг/м.кв, можно посчитать вес материала.

Аналогичным образом рассчитывается вес гидро- и пароизоляции, а также отделочного материала. Немаловажен также и расчет обогрева кровли, так как он влияет на толщину утеплителя. Также система обогрева, которая будет установлена на чердаке, добавится в вес конструкции крыши.

Для того, чтобы учесть вес самой стропильной конструкции, следует нарисовать ее план. В расчет принимаются средние значения для наслонных стропил и прогонов — 5-10 кг/м.кв, для висячих стропил — 10-15 кг/м.кв. Для получения некоторого запаса прочности конструкции, полученные нагрузки умножаются на коэффициент 1,1.

В целях более точного определения весовых нагрузок на крышу необходимо провести теплотехнический расчет кровли пример которого можно найти на страницах нашего портала.

Итог: учет совокупности всех нагрузок

И, наконец, подведем итог и отметим самую распространенную ошибку при расчете снеговых нагрузок на крышу. Это – опущение того момента, что все нагрузки действуют в совокупности. Сама крыша имеет вес, стоящий на ней человек, утеплители и много чего другого!

Поэтому все нагрузки, которые воздействуют на крышу, нужно суммировать и множить на коэффициент 1,1. Вот тогда вы получите уже какое-то реальное значение. Почему на 1,1? Чтобы учесть дополнительные неожиданные факторы, вы ведь не хотите, чтобы стропильная система работала на пределе? Ремонт обычно бывает сложным и дорогостоящим.

В зависимости от полученного значения, вам теперь нужно рассчитать шаг установки стропил. Во внимание также нужно будет взять длину стены здания и удобство размещения на ней целого числа стабильных ног при одинаковом расстоянии: например, 90 см, 1,5 метра, 1,2 метра.

Довольно часто решающий критерий выбора шага стропил – экономический, хотя свои условия также диктует выбранное кровельное покрытие. Но помните о том, что при обустройстве крыши все просчитывают так, чтобы стропила легко могли выдерживать возлагаемые на них давление. А для этого прикиньте несколько вариантов установки стропил и определите для каждого этого варианта сечение досок и расход материала.

Правильно выбранным шагом считается такой, где материалоемкость самая меньшая при том, что итоговые свойства остаются такими же. И учитывайте при этом, что, кроме стропил, обрешетки и прогонов еще в конструкции крыши всегда есть такие дополнительные несущие элементы, как стойки.

Ветровая нагрузка на кровлю

Ветер по-разному влияет на строительные конструкции. Если для одноэтажного котеджа его воздействие минимальное, то для небоскреба или «парусного» рекламного щита нагрузка может стать определяющей. В этой статье подробно описано как вычислить ветровую нагрузку на различные сооружения.

Районы ветровой нагрузки

Первое, с чем нужно определиться — к какому району по давлению ветра относится рассматриваемая местность. Данную информацию можно найти на специальных картах в нормативных документах. Главный нормативный документ, регламентирующий ветровую нагрузку — СП 20.13330*

Рис.1 Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра (нажмите для увеличения)

*Обратите внимание, что СП20.13330 есть 2011 и 2016 года, и карты в этих документах могут отличаются. На момент выхода статьи обязательным является СП 2011г. но в ближайшее время СП 2016г. официально станет действующим и расчет ветровой нагрузки нужно будет проводить по картам нового документа. Расчет ветровой нагрузки так же можно найти по СНиП 2.01.07-85*, но данный расчет не будет действительным т.к. нормы устарели.

Расчет ветровой нагрузки онлайн калькулятор

Полный расчет ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» приведен ниже. Если с данным расчетом сложно разобраться, то можно воспользоватсья нашим онлайн калькулятором ветровой нагрузки. При возникновении сложностей вы можете заказать расчет написав нам на почту в разделе контакты.

>>> Перейти к онлайн калькулятору ветровой нагрузки

• синие ячейки — предназначены для ввода данных.
• зеленые ячейки — рачетные, данные в них рассчитываются автоматически.
• оранжевые ячейки — результат расчета. В данном раcчете результатом является рачетная ветровая нагрузка с учетом пульсационной составляющей.

Пример расчета ветровой нагрузки на здание в онлайн калькуряторе

1. Ввести тип местности. Тип местности определяется по п. 11.1.6.
2. Ввести коэфициент надежности по ветровой нагрузке. По умолчанию равен 1.4 (п.11.1.12).
3. Ввести коэфициент надежности по ответственности.
4. Ввести нормативное значение ветрового давления. Нормативное значение определяется по таблице11.1 в зависимости от ветрового района. Ветровой район определяется по карте 3. Справа от ячейки можно выбрать размерность входных и выходных данных (т, кг, кН).
5. Ввести размеры здания:

• b-длина здания вдоль основной рамы.
• а-ширина здания поперек основной рамы.
• h-высота здания.

Ce — не является ячейкой ввода и поумолчанию заданы все варианты для расчета нагрузки на стены здания. Но изменив эти значения можно посчитать ветровую нагрузку для других конструкций. Расчет Ce для любых конструкций проводится по приложению Д

k(z_e) стат. — расчет коэфициента учитывающего изменение ветрового давления для высоте. Онлайн калькулятор считает только при условии: h _— Cтатическое давление. Вычисляется по п. 11.1.3

ζ(z_e) — коэффициент пульсации давления ветра Таблица 11.4

Через ρ и χ вычисляется ν по таблице 11.6

w_p — динамическая составляющая вычисляется по ф.11.5 принимая во внимание примечание.

В графе суммарное давление вычисляется сумма статической и динамической составляющей. Размерность зависит от размерности выбранной при вводе. Ширина зоны А,Б,С для боковых поверхностей рассчитываются автоматечески исходя из заданных размеров.

Расчет ветровой нагрузки по СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

11.1.1 Нормативное значение ветровой нагрузки w следует задавать в одном из двух вариантов. В первом случае нагрузка w представляет собой совокупность:

а) нормального давления w_e, приложенного к внешней поверхности сооружения или элемента;

б) сил трения w_f, направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее горизонтальной (для шедовых или волнистых покрытий, покрытий с фонарями) или вертикальной проекции (для стен с лоджиями и подобных конструкций);

в) нормального давления w_i, приложенного к внутренним поверхностям сооружений с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами.

Во втором случае нагрузка w рассматривается как совокупность:

а) проекций w_x и w_v, внешних сил в направлении осей х и у, обусловленных общим сопротивлением сооружения;

б) крутящего момента w_z относительно оси z.

При разработке архитектурно-планировочных решений городских кварталов, а также при планировании возведения зданий внутри существующих городских кварталов рекомендуется провести оценку комфортности пешеходных зон в соответствии с требованиями норм или технических условий.

11.1.2 Нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней w_m и пульсационной w_p составляющих

w = w_m + w_p (11.1)

При определении внутреннего давления w_i пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.

11.1.3 Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m в зависимости от эквивалентной высоты z_e над поверхностью земли следует определять по формуле

w_m = wk(z_e)c (11.2)

где w — нормативное, значение ветрового давления (см. 11.1.4);

k(z_e) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e (см. 11.1.5 и 11.1.6);

с — аэродинамический коэффициент (см. 11.1.7).

11.1.4 Нормативное значение ветрового давления w принимается в зависимости от ветрового района по таблице 11.1. Нормативное значение ветрового давления допускается определять в установленном порядке на основе данных метеостанций Росгидромета (см. 4.4). В этом случае w, Па, следует определять по формуле

(11.3)

где — давление ветра, соответствующее скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А (11.1.6), определяемой с 10-минутным интервалом осреднения и превышаемой в среднем один раз в 50 лет.

Таблица 11.1Таблица ветровых нагрузок в зависимости от ветрового района

Ветровые районы (принимаются по карте 3 приложения Ж)

11.1.5 Эквивалентная высота z_e определяется следующим образом.

1. Для башенных сооружений, мачт, труб и т.п. сооружений

а) при h z_e = h;

б) при d = h — d ->z_e = h;

для 0 z_e = d;

в) при h > 2d:

для z >= h — d -> z_e = h;

для d z_e = z;

для 0 z_e = d.

Здесь z — высота от поверхности земли;

d — размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра (поперечный размер);

h — высота здания.

11.1.6 Коэффициент k(z_e) определяется по таблице 11.2 или по формуле (11.4), в которых принимаются следующие типы местности:

А — открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С — городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h — при высоте сооружения h до 60 м и на расстоянии 2 км — при h > 60 м.

Примечание — Типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Коэффициент k для типов местности

Значения параметров k₁₀ и a для различных типов местностей приведены в таблице 11.3.

11.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки w_e, w_f, w_i, w_x, w_y и w_z следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления с_е, трения с_f, внутреннего давления с_i и лобового сопротивления с_x, поперечной силы с_у, крутящего момента с_z, принимаемых по приложению Д.1, где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов с_е или с_t соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

При определении ветровой нагрузки на поверхности внутренних стен и перегородок при отсутствии наружного ограждения (на стадии монтажа) следует использовать аэродинамические коэффициенты внешнего давления се или лобового сопротивления сх.

Для сооружений повышенного уровня ответственности, а также во всех случаях, не предусмотренных Д.1 приложения Д (иные формы сооружений, учет при надлежащем обосновании других направлений ветрового потока или составляющих общего сопротивления тела по другим направлениям, необходимость учета влияния рядом стоящих зданий и сооружений и т.п. случаях), аэродинамические коэффициенты необходимо принимать на основе результатов продувок моделей сооружений в аэродинамических трубах или по рекомендациям, разработанным специализированными организациями.

1 При назначении коэффициентов с_х, с_v и с_m необходимо указать размеры сооружения, к которым они отнесены.

2 Значения аэродинамических коэффициентов, указанных в приложении Д.1, допускается уточнять на основе данных модельных аэродинамических испытаний сооружений.

11.1.8 Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки w_p на эквивалентной высоте z_e следует определять следующим образом:

а) для сооружений (и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний f_l, Гц, больше предельного значения собственной частоты f_l (см. 11.1.10), — по формуле

где w_m — определяется в соответствии с 11.1.3;

z(z_e) — коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 или формуле (11.6) для эквивалентной высоты z_e (см. 11.1.5);

v — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11);

Коэффициент пульсаций давления ветра z для типов местности