Полезно знать:
Скачать прайс-лист
Ветровая нагрузка на кровлю
Расчет ветровой нагрузки - пример расчета нагрузки на конструкции
Переток воздушных масс вдоль поверхности земли происходит с разной скоростью. Натыкаясь на какое-либо препятствие, кинетическая энергия ветра преобразуется в давление, создавая ветровую нагрузку. Это усилие может ощутить любой человек, двигающийся навстречу потоку. Создаваемая нагрузка зависит от нескольких факторов:
- скорость ветрового потока;
- плотность воздушной струи,— при повышенной влажности, удельный вес воздуха становится больше, соответственно, возрастает величина переносимой энергии;
- форма стационарного объекта.
В последнем случае на отдельные части строительного сооружения действуют силы, направленные в разные стороны, например:
- На вертикальную стену действует так называемое лобовое усилие, стремящееся сдвинуть объект с места. Противостоять этому усилию помогают несколько конструктивных решений:
- На крышу, кроме горизонтальных усилий (вдавливающих), действуют и вертикальные силы, образующиеся от разделения воздушного потока при ударе о стену. Вектор воздушного потока стремится поднять крышу, оторвать её от стен.
- Совокупность всех этих вихревых потоков создают ветровую нагрузку не только на крупные элементы здания, но распространяет свои влияния на все элементы строительного сооружения, — двери, окна, кровлю, водостоки, антенну, дымоход.
Расчёт усилий
Общая формула расчёта создаваемых усилий на вертикальную поверхность:
- Wm – норматив средней величины ветрового усилия на высоте h над землёй;
- Wo – норматив ветрового давления, зависящий от ветрового района; определяется согласно СНиП 2.01.07-85: карта 3, приложение 5; данные приведены в таблице 1;
- k – коэффициент пульсаций, таблица 2;
- C – аэродинамический коэффициент, зависящий от геометрии строительного сооружения, например, для наветренных фасадов его значение составляет 0,8.
Таблица 1. Норматив ветрового давления Wo:
| Норматив ветрового давления | Ветровые районы | |||||||
| Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII | |
| Wo, кПА | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
| Wo, кгс/м² | 17 | 23 | 30 | 38 | 48 | 60 | 73 | 85 |
Таблица 2. Коэффициент пульсаций давления ветрового потока k:
| Высота h над уровнем земли, м | Коэффициент k для различных типов местности | ||
| A | B | C | |
| 5 | 0,85 | 1,22 | 1,78 |
| 10 | 0,76 | 1,06 | 1,78 |
| 20 | 0,69 | 0,92 | 1,50 |
| 40 | 0,62 | 0,80 | 1,26 |
| 60 | 0,58 | 0,74 | 1,14 |
| 80 | 0,56 | 0,70 | 1,06 |
| 100 | 0,54 | 0,67 | 1,00 |
| 150 | 0,51 | 0,62 | 0,90 |
| 200 | 0,49 | 0,58 | 0,84 |
| 250 | 0,47 | 0,56 | 0,80 |
| 300 | 0,46 | 0,54 | 0,76 |
| 350 | 0,46 | 0,52 | 0,73 |
| 480 | 0,46 | 0,50 | 0,68 |
Пример: Стена.
Для местности типа В с высотой над уровнем земли 10 метров:
- коэффициент k = 1,06;
- для района вида III норматив ветрового давления Wo = 38 кгс/м²;
- для плоского фасада аэродинамический коэффициент C = 0,8.
Создаваемое усилие на один квадратный метр составит:
Wm = 38 кгс/м² * 1,06 * 0,8 = 32,224 кгс/м²
При высоте стены в 15 метров и ширине 25 метров общая ветровая нагрузка равна:
15 м * 25 м * 32,224 кгс/м² = 12084 кг или 12,084 тонны.
Окно.
На типовое окно с площадью 3 м² ветер будет давить с силой:
3 м² * 32,224 кгс/м² = 96,672 кг, — почти 100 кг.
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.
- Нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
- Боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
- 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.
Сложив вместе все направления воздушных потоков, можно увидеть, что при высокой наклонной кровле образуются усилия, стремящиеся опрокинуть крышу. Пологий скат способствует созданию больших подъёмных сил, которые стараются приподнять конструкцию и отправить её в свободный полёт.
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:
| 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 4. Значение 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 5. Значение 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.
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.
Ветровая нагрузка может принести и пользу, например, преобразуя силу ветра в ветрогенераторах. Так, на скорости ветра V = 10 м/сек, при диаметре круга в 1 метр, ветряк обладает лопастями d = 1,13 м и выдаёт порядка 200–250 Вт полезной мощности. Электроплуг, потребляя такое количество энергии, сможет вспахать за один час порядка полсотки (50м²) земли на приусадебном участке.
Если применить большие размеры ветрогенератора, – до 3 метров, и средней скорости воздушного потока 5 м/сек, можно получить 1–1,5 кВт мощности, что полностью обеспечит небольшой загородный дом бесплатным электричеством. При внедрении так называемого «зелёного» тарифа, срок окупаемости оборудования сократится до 3–7 лет и, в дальнейшем, может приносить чистую прибыль.
Справка. «Зелёный» тариф – это выкуп государством излишнего электричества у населения, полученного при использовании альтернативных (возобновляемых) источников энергии.
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:
Wm = Wo·k·c
Где Wm – нормативное значение основной средней ветровой нагрузки, кг/м2Wo – нормативное значение ветрового давления, кг/м2 k – коэффициент, который учитывает влияние высоты на давление ветра с – аэродинамический коэффициент
Средняя составляющая основной ветровой нагрузки
С нормативным значением ветрового давления Wo все просто.1. Его можно найти у нас в калькуляторе снеговой/ветровой нагрузок, выбрав необходимый город2. В таблице ниже, зная свой ветровой район:3. По формуле (для грубого подсчета)
Wo = 0,43·v2/10
Где Wo – нормативное значение ветрового давления, кг/м2v – максимальная скорость ветра, м/сТеперь 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 10мС – 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 покрытиямиa. Ветер направлен сбоку
b. Ветер направлен в торец здания
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.
Пример.
Необходимо узнать ветровую нагрузку при действии на большую сторону дома габаритами 6х12м. Крыша двускатная. Высота от земли до конька – 7 метров (уклон крыши – 45 градусов). Высота стен – 4 м. Город строительства – г. Казань (2-ой ветровой район - Wo = 30 кг/м2). Место строительства – в 20 метрах от лесного массива (тип местности B).
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, h2=4м, h=7ме1 – это наименьшее из b или 2·h2. 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:
0,8·0,56·30 = 13,44 кг/м20,7·0,56·30 = 11,76 кг/м20,6·0,56·30 = 10,08 кг/м2-1,0·0,56·30 = -16,8 кг/м2-0,8·0,56·30 = -13,44 кг/м2-0,3·0,56·30 = -5,04 кг/м2-0,2·0,56·30 = -3,36 кг/м2-0,5·0,56·30 = -8,4 кг/м2
P.S. знак «-» значит, что нагрузка будет направлена от здания (выделена красным)
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.
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:
- нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
- боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
- 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.
- 06.03.2019
- 06.03.2019
- 20.02.2019
- 20.02.2019
- 13.02.2019
- 13.02.2019
- 30.01.2019
- 31.10.2018
- 17.10.2018
- 10.10.2018
Снеговая и ветровая нагрузка на крышу: расчёт угла наклона
При проектировании крыши, нужно учитывать нагрузки, действующие на нее — снеговую и ветровую. Чтобы определиться с показателями этих величин, можно обратиться в специальную строительную организацию, где инженеры помогут вам с расчетами. Но если хотите все сделать самостоятельно и не сомневаетесь в своих силах, то здесь Вы найдете необходимые формулы с подробным описанием величин, которые понадобятся при расчёте. Итак, для начала разберемся, что же представляют из себя эти нагрузки и почему их обязательно необходимо учитывать.
Российский климат очень разнообразен. Важно понимать, что на крышу строящегося дома будут оказывать влияние изменение температур, ветровое давление, осадки и другие физико-механические факторы. Причем степень их влияния напрямую будет зависеть от района строительства. Всё это будет оказывать давление не только на ограждение крыши — кровлю, но и на несущие конструкции, такие как стропила и обрешётка. Надо понимать, что дом — это единая конструкция. По цепной реакции нагрузка от крыши передается на стены, а от них — на фундамент. Поэтому важно рассчитать все до мелочей.
Снеговая нагрузка
Снежный покров, образующийся в зимние периоды на крыше дома, оказывает на нее определенное давление. Чем севернее район, тем больше снега. Кажется, что и угроза поломок выше, но стоит быть более осторожным при проектировании дома в районе, где происходит периодическая смена температур, способная вызвать таяние снега и последующее его промерзание. Средний вес снега 100 кг/м3, а вот в сыром состоянии он может достигать 300 кг/м3. В таких случаях снеговая масса может стать причиной деформации стропильной системы, гидро- и теплоизоляции, что повлечёт за собой протечки кровли. Такие погодные условия скажутся и на быстром и неравномерном сходе снегового покрова с крыши, что может быть опасным для человека.
Чем больше уклон кровли, тем меньше снеговых отложений на ней будет задерживаться. Но если ваша кровля имеет сложную форму, то в местах стыка кровли, где образуются внутренние углы, может собираться снег, что будет способствовать образованию неравномерной нагрузки. Лучше устанавливать снегозадержатели в районах, где количество осадков достаточно велико, чтобы снег, собравшийся возле края карниза, не мог повредить систему водостока. Уборку снега можно осуществлять самостоятельно, но этот процесс нельзя назвать стопроцентно безопасным.
Для того, чтобы обеспечить безопасный сход снега и предотвратить образование сосулек, применяют систему кабельного обогрева. Ей можно управлять автоматически или вручную. Зависит от вашего желания и выбора. Нагревательные элементы такой системы располагают по всему краю крыши перед водосточным желобом.
Для России значение снеговой нагрузки будет зависеть от района строительства. Определить, какой вес снегового покрова будет в вашем районе, поможет специальная карта.
Технология расчета снеговой нагрузки: S=Sg*m, где Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице, а m – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.
Расчётное значение веса снегового покрытия Sg принимается в зависимости от снегового района Российской Федерации.
Определение снеговой нагрузки местности
| Вес снегового покрытия Sg (кгс/м2) | 80 | 120 | 180 | 240 | 320 | 400 | 480 | 560 |
Коэффициент m зависит от угла наклона ската кровли, при углах наклона ската кровли:
-
меньше 25 градусов m принимают равным 1
-
от 25 до 60 градусов значение m принимают равным 0,7 (примерно, для каждого уклона свое значение)
-
более 60 градусов значение m, в расчёте полной снеговой нагрузки, не учитывают.
Ветровая нагрузка
Ветер оказывает боковое давление на стены дома и крышу. Воздушный поток, сталкиваясь с препятствием, распределяется, уходя вниз к фундаменту и наверх в карнизный свес крыши. Если не рассчитывать давление ветра, то кровельное покрытие может просто сорвать от ураганного ветра. Такое разрушение не всегда можно исправить каким-то косметическим ремонтом, зачастую это приводит к необходимости замены кровли. Важным показателем при расчете воздействия ветра учитывают аэродинамический коэффициент. Он зависит от угла уклона кровли. Чем круче скат, тем нагрузка будет больше, и ветер будет стараться «опрокинуть» крышу. Если же угол вашей кровли небольшой, то ветер будет воздействовать на крышу подобно подъёмной силе, стараясь сорвать и отнести ее прочь. Для того, чтобы этого не случилось, нужно правильно соблюдать конструкцию кровли. Устойчивость стропильной системы зависит от обеспечения пространственной жесткости, которая складывается из правильного сочетания в ней раскосов, подкосов и диагональных связей, а также жесткого крепления их между собой. Помимо этого, ветер может переносить предметы, которые при столкновении с крышей будут оставлять механические повреждения. Чтобы этого не произошло, нужно внимательно выбирать кровельное покрытие и правильно организовывать обрешетку для его укладки.
Давление ветра, как и вес снегового покрова, будет зависеть от района строительства. Определить районирование можно по размещённой ниже карте.
Технология расчёта ветровой нагрузки
Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по таблице ниже в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:
-
А – открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
-
B – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
-
С – городские районы с 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 2 км. – при большей высоте.
| ≤ 5 | 0,75 | 0,50 | 0,40 |
| 10 | 1,00 | 0,65 | 0,40 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,50 | 1,10 | 0,80 |
| 60 | 1,70 | 1,30 | 1,00 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,00 | 1,60 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,90 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,10 | 1,80 |
| 250 | 2,65 | 2,30 | 2,00 |
| 300 | 2,75 | 2,50 | 2,20 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥ 480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
Примечание: при определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.
Ветровая и снеговая нагрузки при проектировании навесов
Особое внимание расчёту необходимо уделить тем, кто задумался о проектировании навеса – например, для беседки или стоянки автомобиля. Обычно в таких случаях используют экономичную конструкцию, не имеющую достаточную жесткость. Поэтому нельзя игнорировать давление снега. Рекомендуется чистить снег вовремя, не допуская образования снежного покрова толщиной более 30 см. Для навеса, выполненного из дерева, надёжнее будет сделать сплошную обрешётку и усиленные стропила. Если же вы выбрали металлическую конструкцию, то она должна иметь соответствующую толщину профиля. В любом случае, для выбора материалов необходимой жесткости, лучше использовать результаты расчета.
Примеры расчёта снеговой и ветровой нагрузок для Москвы и Московской области
Пример №1: Расчёт снеговой нагрузки
Исходные данные:
-
регион: Москва
-
уклон кровли: 35 градусов
Найдем полное расчётное значение снеговой нагрузки S:
-
полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле: S=Sg*m
-
по карте зон снегового покрова территории РФ определяем номер снегового района для Москвы: в нашем случае — это III, что соответствует по таблице весу снегового покрытия Sg=180 (кгс/м2);
-
коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие для угла крыши в 35 градусов m=0,7
-
получаем: S=Sg*m = 180*0,7 = 126 (кгс/м2)
Пример №2: Расчёт ветровой нагрузки
Исходные данные:
-
регион: Москва
-
уклон кровли: 35 градусов
-
высота здания: 20 метров
-
тип местности: городские территории
Найдем полное расчётное значение ветровой нагрузки W:
-
Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле: W=Wo*k ,
-
По карте зон ветрового давления по территории РФ определяем для Москвы регион I
-
Нормативное значение ветровой нагрузки, соответствующее I району, принимаем Wo=23(кгс/м2)
-
Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл. 6 k=0,85
-
Получаем: W=Wo*k = 23*0,85 = 19,55(кгс/м2)
Ветровая нагрузка.Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш
При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 1). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь.
Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его.
В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот, на пологих крышах большее значения принимают касательные, увеличивая подъемную силу с подветренной и уменьшая нормальную с наветренной стороны.
рис. 1. Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс
Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки w в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле: Wр = W×k(z)×c, где W — расчетное значение ветрового давления, определяется по карте приложения в «Изменениях к СНиП 2.01.07-85» (рис. 2); k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 2; c — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны (рис 3).
рис. 2. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра
| Высота z, м | А | Б | В |
| не более 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| Типы местности: А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; Б – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; В – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м |
рис. 3. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки
Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.
Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 4). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами. В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.
рис. 4. Пример решения карнизного узла наслонных стропил скатной крыши/
Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 5). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.
рис. 5. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы
« назад далее »
Источник: «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.
Калькулятор ветровой нагрузки
Сбор ветровой нагрузки на здание или сооружение задача не сложная, а чтобы еще больше ее упростить был разработан данный калькулятор ветровой нагрузки.
Здесь можно рассчитать основную среднюю составляющую ветровой нагрузки на такие здания и сооружения как:a.) здание прямоугольной формыb.) двускатную крышу
с.) забор, стену и подобное
Порядок работы:1. Выбрать на какое здание/сооружение Вы хотите собрать ветровую нагрузку (на прямоугольное здание, на двускатную крышу, на стену, забор)2. При выборе прямоугольного здания или двускатной крыши необходимо задать направление ветра. Для удобства стены подписаны буквами «А» и «В».3. Задать основные размеры здания/сооружения (длина, ширина, высота)
4. Выбрать ветровой район (ветровой район можно посмотреть в калькуляторе)
5. Выбрать тип местности6. Нажать кнопку «Расчет»Все полученные значения ветровой нагрузки для каждого отдельного участка будут сведены в таблицу ниже.Все полученные расстояния будут выделены синим цветом.
Для справки:- коэффициент надежности для ветровой нагрузки – 1.4- если размеры b1, b2, b3, d1, d2 выходят за размеры вашей здания/сооружения (b или d) – считайте, что нагрузка данного участка будет идти до конца здания/сооружения, а следующего участка уже не будет. Т.е., если при расчете прямоугольного здания на стену А размер b2 у вас вышел за пределы b, то участки №5, 8 и 11 будут идти до конца здания, а участков №6, 9 и 12 не будет- если нагрузка положительная, значит, ветровая нагрузка приложена к зданию/сооружению, если отрицательная – от здания/сооружения
- прочитать подробную статью про расчет ветровой нагрузки с конкретными примерами можно здесь
От автора:Если данный калькулятор ветровой нагрузки был Вам полезен, то не забывайте делиться им с друзьями и коллегами.
