Расчет водоизоляционного ковра на ветровые нагрузки – . |

Ветровые нагрузки, воздействующие на плоские крыши из ПВХ-мембран

Все ведущие российские производители и поставщики ПВХ-мембран для расчета необходимого количества крепежа и ветровой нагрузки на кровле используют собственные программы-калькуляторы. Это, разумеется, очень удобно в работе, поскольку максимально упрощает задачу. Но какие нормативные документы были заложены в их основу?

Тема воздействия ветровых нагрузок на плоские кровли оказалась для автора этих строк одновременно очень простой и сложной. Казалось бы, данный вопрос относится к разделу строительной физики и давно прописан в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». Однако применительно к кровлям из ПВХ-мембран неожиданно возникла проблема актуальности применения данного нормативного документа.

Действующая нормативная база

Карта ветровых районов была разработана еще в СССР

Для России основным документом, которым проектировщик обязан пользоваться при назначении ветровых и снеговых нагрузок на здания и сооружения, является СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». Значения скорости ветра в конкретных географических точках представлены в СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология». В 2008 г. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко была опубликована вторая редакция СНиП «Нагрузки и воздействия», в которой предлагается увеличение нормативных значений давления ветра в разных районах Российской Федерации, существенные изменения схем распределения давления ветра на кровлю, изменения в сторону увеличения абсолютных величин коэффициентов давления в зонах кровли (Приложение В), расчет конструкции на резонансное вихревое возбуждение и т.д. Стоит отметить, что в данном документе была отмечена необходимость проведения аэродинамических испытаний в специализированных аэродинамических трубах (пункт 6.1.7).

Михаил Березин, заведующий отделом архитектурно-строительной аэродинамики Научно-исследовательской и проектно-строительной фирмы «Уникон» (Кемерово-Новосибирск) Интерес к аэродинамике кровли возник еще в 1960-е годы. Бурное развитие промышленности по производству электроэнергии породило новые мощные котлы для тепловых электростанций. Для размещения котлов потребовались главные корпуса высотой от 80 до 120 м, при этом ширина кровли составляла 40-60 м при длине кровли до 500 м. Как правило, тепловые электростанции размещены на окраинах городов, или на удалении от них на 20-50 км в голой степи (к примеру, Экибастуз), или в местности со слабой лесистостью; в некоторых случаях ТЭС стоит на возвышенности.

При ветрах, скорость которых ниже значений, определенных таблицей строительных норм, значительная часть кровли подвергалась разрушению дважды в год: при весенних ветрах и при осенних ветрах. Случаи разрушения кровли отмечаются в последние годы неоднократно: например, укрытие трибун стадиона в г. Киселевск Кемеровской области (2007). Следует отметить, что проектировались кровли строго в соответствии со СНиП 2.01.07-85* и предшествующих редакций.

Проектируемые кровли имеют достаточно большие площади и расположены в окружении существующих зданий. На кровле во время снегопада падающий снег распределяется неравномерно под воздействием искаженных соседними зданиями ветровых потоков, снеговые массы транспортируются ветром над кровлей, поверхность в одних местах оголяется, в других – отложения снега существенно превосходят нормативную величину. Разрушения кровли отмечаются во многих снежных регионах.

Разрушение мягкой кровли ТЭС на высоте 82 м, 1986 г.

Созданная Новосибирским отделением ВНИПИ «Теплоэлектропроект» специализированная аэродинамическая труба показала несоответствие рекомендаций СНиП реальным ветровым нагрузкам. Известно, что сила давления ветра зависит от скорости ветра во второй степени. Каждая форма кровли или любой иной поверхности здания характеризуется безразмерным коэффициентом давления, в который заложены и геометрические параметры, и направления ветра.

При аэродинамических испытаниях фактическая величина аэродинамического коэффициента кровли главного корпуса ТЭС более чем в четыре раза выше значения, рекомендованного нормами. Подверженная разрушению площадь кровли исчисляется 1500-3000 м2. Этим подтверждается острота проблемы назначения ветровых и снеговых нагрузок на кровлю.

По мнению заведующего отделом архитектурно-строительной аэродинамики Научно-исследовательской и проектно-строительной фирмы «Уникон» (Кемерово-Новосибирск) Михаила Березина, действующий в настоящее время СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» предлагает логически завершенную формулу для назначения ветровых нагрузок на кровлю, которую не следует изменять в новой редакции, что там и отмечается. Приведенная в СНиПе формула не определяет знак нагрузки, этот знак определяется при назначении аэродинамического коэффициента, где четко определено направление действия аэродинамической силы на кровлю или иной элемент здания.

Неправильно рассчитанное количество крепежа и плохое его
качество до добра не доводят

Для Москвы разработаны и введены в действие Временные московские городские нормы и правила МГСН 4.19-2005, в которых достаточно полно и четко изложены рекомендации по назначению ветровых и снеговых нагрузок на здания и сооружения. Пункт 5.1.4 содержит рекомендацию, согласно которой «…аэродинамические коэффициенты сил, моментов, внутреннего и внешнего давлений, а также числа Струхаля (при оценке резонансного вихревого возбуждения, см. п. 5.1.7) должны определяться на основе данных модельных испытаний, проводимых в специализированных аэродинамических трубах». Здесь же определены требования, обязательные для достоверности проводимых испытаний. Аналогичные региональные нормы созданы и во многих других городах Российской Федерации.

Александр Клевцов, президент корпорации «ТемпСтройСистема»

Действительно, используемые в России нормы, существенно отличаются от американских и европейских норм для аналогичных климатических условий. Тем не менее, сложившаяся практика отношений «заказчик – проектировщик – подрядчик – поставщик» в большинстве случаев признает виноватым подрядчика. Именно подрядчик, в отсутствие российских норм берет на себя риски ошибок проектирования, хотя это и не совсем правильно. Хотелось бы подчеркнуть, что на устойчивость кровли к ветровым нагрузкам помимо правильного количества крепежа влияет также расположение листов мембраны относительно профнастила. При продольном расположении на больших кровлях прочность крепления самого профнастила к конструкциям может оказаться недостаточным для компенсации ветровых нагрузок. Пожалуй, требования к монтажным организациям могли бы быть темой отдельной статьи.

Проблема? Есть проблема

По словам технического директора проекта LOGICROOF компании «Технониколь» Константина Сухих, проблема расчета ветровых нагрузок стоит очень остро. Действующая в России нормативная база не удовлетворяет реальному положению дел и не позволяет производить грамотный расчет на мембранных кровлях. Это объясняется тем, что основной нормативный документ в этой области – СНиП «Нагрузки и воздействия» содержит заведомо заниженные коэффициенты для определения величины ветровой нагрузки на кровлю, а также не соответствующие реальному состоянию методы определения размеров и конфигурации зон распределения ветровых нагрузок по площади кровли.

С ним согласен технический директор по рулонным материалам компании «Зика» Евгений Гуща: «Если сравнить расчеты на ветровые нагрузки, выполненные с помощью программы Sika, с теми, что выполнены на основе действующего СНиПа, станет видно: ветровая нагрузка на кровлю в 3-5 раз больше, чем по российским стандартам.

В действующем СНиПе указаны только ветровые зоны, т.е. нам предлагается каждый тип здания исследовать в аэродинамической трубе. Но если мы будем заказывать аэродинамические испытания по каждому проекту, то это значительно удорожает работу. К тому же они требуют времени.

На Западе такого рода исследования были проведены уже давно, а информация по их результатам обобщена по типам конфигураций зданий, выведены соответствующие коэффициенты. Нет разницы, где ветер дует – в Германии или в России. Законы природы, законы физики работают везде одинаково. Почему мы не можем пользоваться зарубежным опытом, если там уже выполнены все расчеты? Зачем «изобретать велосипед» и начинать исследования сначала?»

По мнению М. Березина, «Приложение 4 СНиП 2.01.07-85* содержит недостаточное количество рекомендаций по аэродинамическим коэффициентам кровли (и не только кровли). Это особенно ощутимо на стадии проектирования современных многофункциональных комплексов фантазийных архитектурных форм, сочетаний корпусов и их высот. Сочетание высотного корпуса и плоской кровли требует особого подхода к назначению коэффициентов давления ветра и распределения снега на кровле. В СНиПе предусмотрена рекомендация для проектировщиков, а именно: пункт 6.6. допускает использование справочных данных и материалов продувок проектируемого объекта в аэродинамической трубе. Однако этой рекомендацией пользуются немногие инженеры. Основная же масса проектировщиков не принимает к действию эту рекомендацию, ведь ответственности можно избежать, прикрываясь формулировкой пункта 6.6 этого СНиПа о допустимости, т.е. необязательности, аэродинамических испытаний».

Однако на это Е.В. Гуща справедливо замечает: «Насколько мне известно, количество аэродинамических труб в нашей стране крайне ограничено. Вряд ли их число больше пяти. И как прикажете выполнять рекомендации СНиП, где проводить испытания? На мой взгляд, необходима разработка нового СНиПа. Но это требует больших финансовых вложений, а потому необходимо участие государства в решении данной проблемы».

Критика положений нормативных документов о расчете ветровых нагрузок звучит уже давно. Еще в 2005 г. представитель компании «ЕМТР» Сергей Дубинский в статье «Расчеты высотных сооружений при ветровом воздействии» («САПР и графика», №10 / 2005) писал: «Основным руководством для проектировщика на данный момент являются СНиПы. Существующая отечественная методика разработана в начале 70-х гг. в ЦНИИСК им. Кучеренко с использованием работ А. Давенпорта и А. Вайза и реализована в СНиП II-6-74. В 1978 г. выпущено «Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра», подготовленное М. Барштейном. В 1984 г. издан справочник «Динамический расчет зданий и сооружений» под общей редакцией Б. Коренева. В этом же году на русский язык была переведена книга Э. Симиу и Р. Сканлана «Воздействие ветра на здания и сооружения». При выпуске СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» выражения, описывающие динамическую реакцию сооружений при действии ветра, были заметно упрощены. В новой редакции СНиПа (2003 г.) раздел «Ветровые нагрузки» оставлен без изменений.

Андрей Кашабин, начальник технического отдела «ПЕНОПЛЭКС СПб»

В данный момент наша компания пользуется программой, разработанной совместно с ЦНИИ Промзданий на основе требований СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». Надежность данных расчетов дополнительно защищена заложенными в программе конструктивными ограничениями максимального шага механического крепления в 0,5 м, несмотря на то, что при некоторых расчетах получаются значения шага 1 м и более.

Расчеты по российскими нормам менее жесткие, но на плоских объектах в условиях городской застройки полностью работоспособны. Для объектов сложных геометрических форм и высотой более 75 м требуется проведение испытаний и дополнительные расчеты. К этому следует добавить, что по результатам наших тестов усилие на вырыв крепежа из профнастила толщиной 0,8-0,9 мм составляет около 80-120 кг/крепеж, что значительно превосходит прочность ПВХ-мембраны, т.е. чаще всего определяющим в расчете крепежа является прочность мембраны. Причиной срыва мембраны на кровле может быть неправильный монтаж крепежа, а именно – очень близко к краю. Для исключения таких ошибок необходимо нанесение на мембрану специальных меток по установки крепежа в помощь монтажникам.

Требуют уточнения сами поля аэродинамических нагрузок, определяемые по СНиП. Спектр давлений, предложенный Давенпортом, хорошо описывает нагружение только наветренной стороны здания, но нагружение крыш и покрытий большой площади не определяется. Кроме того, в СНиПе отсутствуют варианты расположения высотного здания в застройке и не учитывается интерференция зданий. Нагружение срывными потоками от соседних зданий не рассматривается, не учитывается и изменение спектра турбулентности по высоте, а также рельеф местности.

Следовало бы пересмотреть в СНиПе и климатологические характеристики и районирование, поскольку эта информация не обновлялась с 1977 г. Например, по данным метеостанции МГУ, в 1984 г. наблюдался ветер на высоте 10 м со скоростью 28 м/c, что соответствует уже не первой, а второй зоне ветрового нагружения для города Москвы. К тому же в последние несколько лет московскими метеорологами были зафиксированы внезапные шквальные ветры значительной разрушительной силы: их скорость, по некоторым оценкам, превышала 35 м/с».

Проблема кроется еще и в качестве крепежа

Неправильная установка крепежа

Евгений Гуща, технический директор по рулонным материалам компании «Зика»

Как известно, существует несколько технологий крепления мембран: она должна быть либо закреплена с помощью крепежа, либо приклеена, либо закреплена балластом. С точки зрения воздействия ветровых нагрузок механическое крепление самое уязвимое, потому к механическому крепежу предъявляются особые требования. В системе нет мелочей: нельзя забывать о крепеже, надо уделять ему особое внимание, при этом важны и качество, и количество.

Кирилл Кудояров, коммерческий директор «ICOPAL Россия»

Главное – не столько количество крепежа (хотя наша компания использует в работе преимущественно опыт своих европейских коллег), а его качество. Если крепеж выходит из строя в течение 3-5 лет, то какие могут быть разговоры о том, сколько его необходимо применять!

Европейский опыт и отечественные пути решения

Не случайно в своей работе представители многих компаний, поставляющих мембраны импортного производства, предпочитают опираться на многолетний опыт своих зарубежных коллег. Как, например, это делают специалисты «ICOPAL Россия», «Зика» и многих других.

По словам Константина Сухих, «при создании компьютерной программы «Технониколь» для расчета ветровых №3 2009 107 нагрузок были использованы результаты реальных натурных испытаний (например, «Атлас аэродинамических характеристик строительных конструкций», составители М.А. Березин и В.В. Катюшин, Новосибирск, 2003), а также проанализированы европейские методики. Самый строгий нормативный документ в этой области – норвежский стандарт NS 3479, который и лег в основу наших расчетов. Соблюдение его требований является гарантией надежности фиксации мембранной кровли к основанию, что подтверждено многолетней европейской практикой.

Существуют две основные проблемы, решение которых индивидуально в любом случае. Первая – это устройство кровель при реконструкции. Надо понимать, что мы не знаем реальные нагрузки на вырыв крепежного элемента, поэтому любой расчет необходимо производить после проведения натурных испытаний на вырыв. Вторая проблема – это расчет по нестандартным, например, купольным кровлям. В данном случае приходится опять же анализировать мировой опыт для подобных объектов. Иногда можно решить данную проблему путем проведения испытаний в аэродинамических трубах».

Как рассказал нам Е. Гуща, «европейские нормативные документы выдвигают более жесткие требования по ветровым нагрузкам, поэтому при расчете проекта для России мы устанавливаем более жесткие требования, чем предусмотрено российским СНиП».

Такие заимствования зарубежных методик, в целом, законны. Поскольку, как гласит все тот же СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (п. 6.6), допустимо использовать иностранные нормативные документы в качестве справочных пособий.

Редакция благодарит за помощь в подготовке статьи компании «Технониколь», «Зика», ICOPAL Россия, «Пеноплэкс» и лично М. Березина 

www.krovlirussia.ru

кровельное решение для объектов в зоне сильных ветровых нагрузок с системой ТН-КРОВЛЯ Смарт и полимерной мембраной LOGICROOF

10 Декабря 2015

Ветер относится к числу тех природных явлений, воздействующих на кровлю, которые необходимо принимать во внимание при строительстве любого сооружения. Тем не менее, ежегодно в России происходит срыв кровли на десятках объектов из-за ошибок ветрового расчета или отсутствия выполненных ветровых зон непосредственно на кровле, причиняя немалый материальный ущерб и, в некоторых случаях, увы, становясь причиной гибели людей.

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 м². 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!

logicroof.ru

Расчет ветровой нагрузки, ветровой район таблица

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	Тип местности
	A	B	C
≤ 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	F	G	H	I	J
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	F	H	G	I
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: [email protected]

и получить подробную консультацию.

 

bta.ru

Программы и формулы для расчета ветровой нагрузки

Программы для расчета ветровой нагрузки

Формулы для расчета ветровой нагрузки

Источник: СНиП 2.01.07-85 (с изм. 1 1993)

Давление ветровой нагрузки определяется по формуле: 

W_m = W₀kc

где Wo- нормативное значение давления (см. таб.1)
k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таб.2 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

• А – открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, лесостепи, тундра;
• В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой не более 10 м;
• С – городские районы с застройкой зданниями высотой более 25 м.

с – аэродинамический коэффициент.

W₀ = 0,61V₀²

где V₀ -численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли для местности типа А, соответствующей 10-минутному интервалу осреднения и превышаемой в среднем раз в 5 лет (если техническими условиями, утверждёнными в установленном порядке, не регламентированы другие периоды повторяемости скоростей ветра).

Таблица 1.

Ветровые районы СССР	Ia	1	2	3	4	5	6	7
Wo,кПа(кгс/м3)	0,17 (23)	0,23 (23)	0,30 (30)	0,38 (38)	0,48 (48)	0,60 (60)	0.73 (73)	0,85 (85)

 

Таблица 2.

Высота z,м	коэффициент k для типов местности
	A	B	C
< 5	0,75	0,5	0,4
10	1	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1
80	1,85	1,45	1,15
10	2	1,6	1,25
150	2,25	1,9	1,55
200	2,45	2,1	1,8
250	2,652	2,3	2
300	2,75	2,5	2,2
350	2,75	2,75	2,35
>480	2,75	2,75	2,75

 

Таблица 3.

Высота z,м	Коэффициент пульсаций давления ветра z для типов местности
	A	B	C
£ 5	0,85	1,22	1,78
10	0,76	1,06	1,78
20	0,69	0,92	1,5
40	0,62	0,8	1,26
60	0,58	0,74	1,14
80	0,56	0,7	1,06
100	0,54	0,67	1
150	0,51	0,62	0,9
200	0,49	0,58	0,84
250	0,47	0,56	0,8
300	0,46	0,54	0,76
350	0,46	0,52	0,73
³ 480	0,46	0,5	0,68

Таблица 4. Определение аэродинамического коэффициента для разных типов сооружений

4.1. Сфера

 

b, град	0	15	3	45	60	75	90
с	1	0,8	0,4	-0,2	-0,8	-1,2	-1,25
b, град	105	120	135	150	175	180
с	-1	-0,6	-0,2	0,2	0,3	0,4

 

4.2. Призматические сооружения

l	5	10	20	35	50	100	беск.
k	0,6	0,65	0,75	0,85	0,9	0,95	2

 

Пример расчета ветровой нагрузки:

Для трубы диаметром D=500 мм, высотой h=1000 мм, расположенной на высоте 10 м. Скорость ветра v0=8 м/с. Местность-город.

W = W₀kc = (0,61*64)*0,65*0,75 = 19,032 (кПа)

 

 

glavconstructor.ru

Постоянные нагрузки, действующие на каркас здания.

Постоянные нагрузки – это вертикальные нагрузки от собственного веса несущих и ограждающих конструкций: покрытия, колонн, подкрановых балок, стеновых ограждений.

Прежде чем приступить к определению величин нагрузок, следует выбрать конструкцию покрытия и стен. Величины постоянных нагрузок на начальной стадии проектирования не известны и их принимают приближенно по ранее выполненным аналогичным проектам.

Схема приложения постоянных нагрузок на раму машзала показана на рис.6. Постоянные нагрузки определяют раздельно для ригеля и для колонны.

Схема приложения постоянной нагрузки

на раму машзала

Примерный расход стали на 1м2 здания

Грузоподъемность мостовых кранов, т	Шатер	Колонны	Подкрановые балки
До 100	30-45	25-60	20-60
До 250	30-45	55-90	40-100

Постоянные нагрузки, действующие на ригель рамы

Постоянные нагрузки на ригель рамы принимают равномерно распределенными по длине ригеля (фермы). В нагрузку на ригель рамы включают нагрузки от слоев кровли, ферм и связей покрытия

Нормативную нагрузку на кв. м покрытия определяют суммированием нормативных нагрузок от всех слоев, входящих в состав покрытия, а также нагрузок от несущих конструкций покрытия.

Расчетная нагрузка на кв. м покрытия равна сумме отдельных нормативных нагрузок, умноженных на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке..

Нагрузки от веса покрытия

№ слоя	Состав слоев покрытия	кН/м2	f
1	2	3	4
1	Защитный слой -гравий, втопленный в мастику -бикрост 1 слой…………………	0,30¸0,40 0,08	1,3 1,3
2	Водоизоляционный ковер (гидроизоляционный слой) -3¸4 слоя рубероида на мастике -1¸2 слоя унифлекса……………	0,15¸0,20 0,07¸0,15	1,3 1,3
3	Выравнивающий слой -асфальтово-песчанная стяжка (20 мм) ……………………………….. -цементно-песчанная стяжка (20 мм)…. ……………………	0,30¸0,40 0,30¸0,40	1,3 1,3
4	Утеплитель -плитный пенопласт (60¸120 мм)………………………. -плиты из пенобетона ( 80¸160 мм)……………………… -минераловатные плиты =1¸3кН/см2…………………… -фомглас марки SLAB-T 4040 =1,1кН/см3 t = 100-170мм… -пеносиликат, газосиликат…… -керамзитобетон ………………	0,03¸0,06 0,40¸0,80 0,10¸0,20 0,12¸0,19 0,40¸0,50 0,40¸0,60	1,2 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3
5	Пароизоляция -пергамин 1 слой………………… -фольгоизол 1 слой………………	0,05 0,05	1,3 1,3

6	Несущие элементы кровли 6.1. Кровля по прогонам -прогон сплошной l = 6 м……… -прогон сплошной l = 12 м……… -прогон сквозной l = 12 м ……… -профилированный стальной настил t = 0,6-1 мм……………… -плоский стальной лист t =3¸4 мм………………… t=10 мм………………. -волнистые стальные листы t= 1¸1,7мм………………… -асбоцементные волнистые листы……………………………..	0,06¸0,08 0,10¸0,15 0,07¸0,12 0,09¸0,16 0,24¸0,32 0,785 0,12¸0,21 0,20	1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,1
	6.2. Беспрогонные кровли -каркасы стальных панелей размерами: 3 ´ 6 м…………….. 3 ´ 12 м……………. – керамзитобетонные плиты….. – железобетонные плиты……… из тяжелого бетона размерами: 3 ´ 6 м……………… 3 ´ 12 м…………….	0,10¸0,15 0,15¸0,25 1,00¸1,20 1,40¸1,70 1,90¸2,20	1,05 1,05 1,2 1,3 1,3
7	Металлические конструкции покрытия Стропильные фермы……………….. Подстропильные фермы…………… Связи покрытия……………………..	0,15-0,40 0,05-0,10 0,04-0,06	1,05 1,05 1,05

Расчетную линейную нагрузку от покрытия на ригель рамы собирают с ширины грузовой площади, равной шагу колонн

,

где B – шаг колонн в продольном направлении.

Для расчета ригеля рамы определяют линейную нагрузку с грузовой площади.

Опорная реакция стропильной фермы от постоянной нагрузки на ригель рамы машзала, необходимая для расчетов по программе «Zal»

.

Если ригель рамы – имеет большой уклон, то нагрузку необходимо спроектировать на горизонтальную плоскость

Нагрузки от веса подкрановых балок.

Нагрузка от подкрановых балок передается на колонну в виде сосредоточенной силы , приложенной на отметке уступа, с эксцентриситетом.

Нагрузка от подкрановых балок зависит от грузоподъемности мостового крана, пролета подкрановой балки (шага колонн) и пролета машзала. Расчетная нагрузка определяется по формуле

,

где – нормативная нагрузка от подкрановых балок, может быть ориентировочно принята по табл.

= 1,05 – коэффициент надежности по нагрузке для стали.

studfiles.net

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. 

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. 

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. 

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. 

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 (подробнее: “Расчет снеговой нагрузки, что нужно учитывать, какие могут быть последствия”). 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 (прочитайте: “Расчет снеговой нагрузки на кровлю и ее особенности”). 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 (прочитайте: “Расчет уклона кровли: что учесть”).  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. Читайте также: “Как рассчитать стропила”.    

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 (прочитайте также: “Крепление стропил к балкам перекрытия”).

Расчет балки перекрытия, смотрите на видео:

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 (подробнее: “Как посчитать площадь кровли дома”). 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. 

kryshadoma.com