Assma.ru

Ремонт и стройка
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ветровая нагрузка на кровлю

Сильный боковой ветер, сталкиваясь с домом, разделяется на два потока: один направляется к фундаменту, а второй наносит удар по кровле. Поток огибает конек крыши и, сталкиваясь с молекулами спокойного воздуха, уходит. Таким образом, на крышу направлено сразу четыре удара, которые могут привести к деформации покрытия или даже к срыву кровли:

  • Поток воздуха, направленный снизу вверх, бьющий по свесу крыши;
  • Поток, огибающий крышу, бьющий по ее коньку;
  • Разность давлений на подветренной стороне в месте, где встречается ветер и спокойный воздух;
  • Вдавливающая сила потока, действующая перпендикулярно скату крыши.

рис.№1 Ветровая нагрузка на крышу

Влияние этих сил может попросту опрокинуть верхнюю конструкцию. Чем больше угол наклона кровли, тем сильнее на нее действует потоки воздуха, направленные на конек крыши. На пологую крышу в большей степени действую касательные силы, образующиеся с подветренной стороны.

Правильный расчет ветровой нагрузки позволяет избежать таких негативных последствий влияния потоков воздуха на верхнюю конструкцию.

Как снеговая нагрузка, так и ветровая нагрузка, неучтенная на этапе проектирования, может привести к деформации или необратимым повреждениям кровельной конструкции. Однако, если расчет снеговой нагрузки на кровлю производится довольно просто – количество осадков и их примерный вес легко можно определить даже самостоятельно, то измерение силы воздушных потоков – не сама простая задача.

Определить ветровые нагрузки поможет СНиП. В Строительных Нормах и Правилах представлены все необходимые данные, необходимые для расчета ветровой нагрузки по районам.

Стоит отметить, что вычислить значение ветровой нагрузки на кровлю и правильно рассчитать запас прочности верхней конструкции требует применения большего количества данных и формул, чем при расчете снеговой нагрузки. Упростит подсчет ветровой нагрузки расчет онлайн, однако такой калькулятор не всегда удобно использовать, кроме того, результаты будут гораздо точнее, если будут выведены по всем правилам СНиП.

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.

Как рассчитывают ветровую нагрузку для крепления кровли

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

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

Альтернативная энергетика

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.

Снеговая нагрузка. Расчет

Для определения снеговой нагрузки необходимо:

Шаг 1. Определите номер вашего снегового района на карте


Рис. Карта снеговых районов РФ Часть 1


Рис. Карта снеговых районов РФ Часть 2 / Крым

Шаг 2. По номеру района в таблице определяем расчетную нагрузку

Нормативная
нагрузка
Sg (кгс/м2)

Расчетная
нагрузка
Sg (кгс/м2)

Шаг 3. Произвести расчет по формуле

Расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

S=Sg*µ

Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице.

Читать еще:  Плёнка для гидроизоляции кровли: как сделать правильный выбор

µ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Коэффициент µ зависит от угла наклона ската кровли:

  • µ=1 при углах наклона ската кровли меньше 25°.
  • µ=0,7 при углах наклона ската кровли от 25 до 60°.
  • µ=не учитывают углах наклона ската кровли более 60°

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.

Что может произойти при игнорировании ветровой нагрузки

Следует сразу сказать о том, что силы образующие ветровую нагрузку действует негативно на все типы крыш вне зависимости от того каков уклон кровли.

Чем угол ската кровли больше, тем выше значение нормальных сил и меньшее касательных. На пологих же крышах выше значения касательных. Проще говоря, крутые крыши ветер может опрокинуть, а пологие — сорвать и унести.

Поэтому учитывать ветровую нагрузку необходимо как на крутых крышах, так и пологих.

Типы нагрузок на кровлю

Основными и наиболее опасными воздействиями на кровлю и на всю конструкцию в целом являются:

  • Снеговые нагрузки.
  • Ветровые нагрузки.

При этом, снеговые действуют в течение определенных зимних месяцев, отсутствуя в теплое время, тогда как ветер создает воздействие круглый год. Ветровые нагрузки, имея сезонные колебания силы и направления, в той или иной степени присутствуют постоянно и опасны периодически случающимися шквальными усилениями.

Кроме того, интенсивность этих нагрузок имеет разный характер:

  • Снег создает постоянное статическое давление, которое можно регулировать путем очистки крыши и удаления скоплений. Направление действующих усилий постоянно и никогда не меняется.
  • Ветер действует непостоянно, рывками, внезапно усиливаясь или утихая. Направление может изменяться, что заставляет все конструкции крыши иметь солидный запас прочности.

Внезапный сход с крыши больших масс снега может причинить ущерб имуществу или людям, оказавшимся в местах падения. Кроме того, периодически случаются кратковременные, но чрезвычайно разрушительные атмосферные явления — ураганные ветра, сильные снегопады, особенно опасные при наличии мокрого снега, который на порядок тяжелее обычного. Предсказать дату таких событий практически невозможно и в качестве защитных мер можно лишь увеличивать прочность и надежность кровли и стропильной системы.

Сбор нагрузок на кровлю

Классификация нагрузок

Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:

    1. Основные:
      • постоянные нагрузки – вес самих стропильных конструкций и крыши,
      • длительные нагрузки – снеговые и температурные нагрузки с пониженным расчетным значением (используются при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость),
      • переменное кратковременное влияние — снеговое и температурное воздействие по полному расчетному значению.
    2. Дополнительные – ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки.
    3. Форс-мажорные – взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.

Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.

Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:

      • Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.
      • Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.

Для более простого расчета применяется только первый способ.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Формула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc, где

  • Ms – снеговая нагрузка;
  • Q – масса снегового покрова, покрывающая 1м 2 плоской горизонтальной поверхности крыши.

Последнее, зависит от территории и определяется по карте, для второго предельного состояния – расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).

Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответственно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби – числитель), либо берется из таблицы №1:

Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.

Ks – поправочный коэффициент на угол наклона кровли.

      • Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).
      • Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.
      • Для остальных он равен 1.

Kc – коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.

Читать еще:  Гидроизоляция кровли жидкой резиной: полный разбор технологии работ

Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.

Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала – снег может обломить свес, если он неправильных размеров.

Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

С давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.

В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю – поднять с подветренной стороны.

Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько – часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.

Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.

Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности,

где Wo – нагрузка ветровая давления, определяемая по карте

Kv — коэффициент поправки ветрового давления, зависящий от высоты здания и местности.

Kc – аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии конструкции крыши и направления ветра. Значения отрицательные для подветренной стороны, положительные для наветренной

Таблица аэродинамических коэффициентов в зависимости от уклона кровли и отношения высоты здания к длине (для двускатной крыши)

Для односкатной крыши необходимо взять коэффициент из таблицы для Ce1.

Для упрощения расчета значение C проще взять максимальным, равным 0,8.

Для более надежных результатов советуем умножить на коэффициент запаса прочности по ветровой нагрузке = 1,2.

Расчет собственного веса кровли

Для расчета постоянной нагрузки нужно рассчитать вес кровли на 1 м 2 , полученный вес нужно умножить на поправочный коэффициент 1,1 – такую нагрузку стропильная система должна выдерживать в течение всего срока эксплуатации.

Вес кровли складывается из:

  • объем леса (м 3 ), используемого в качестве обрешетки, умножается на плотность дерева (500 кг/м 3 )
  • веса стропильной системы
  • вес 1м 2 кровельного материала
  • вес 1м 2 веса утеплителя
  • вес 1м 2 отделочного материала
  • вес 1м 2 гидроизоляции.

Все эти параметры легко получить уточнив эти данные у продавца, либо посмотреть на этикетке основные характеристики: м 3 , м 2 , плотность, толщина, — произвести простые арифметические операции.

Пример: для утеплителя плотностью в 35 кг/м 3 , упакованного рулоном толщиной 10 см или 0,1 м, длиной 10м и шириной 1.2 м, вес 1 м 2 будет равен (0.1 х 1.2 х 10) х 35 / (0.1 х 1.2) = 3.5 кг/м 2 . Вес остальных материалов можно рассчитать по тому же принципу, только не забывайте сантиметры в метры переводить.

Чаще всего нагрузка кровли на 1 м 2 не превышает 50 кг, поэтому при расчетах закладывают именно эту величину помноженную на 1.1, т.е. используют 55 кг/м 2 , которая сама по себе взята запасом.

Ветровая нагрузка

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*

*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.

Читать еще:  Монтаж кровли из металлочерепицы

>>> Перейти к онлайн калькулятору ветровой нагрузки синие ячейки – предназначены для ввода данных.

  • зеленые ячейки – расчетные, данные в них рассчитываются автоматически.
  • оранжевые ячейки – результат расчета. В данном раcчете результатом является расчетная ветровая нагрузка с учетом пульсационной составляющей.
  • Пример расчета ветровой нагрузки на здание в онлайн калькуляторе

    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(ze) стат. – расчет коэфициента учитывающего изменение ветрового давления для высоте. Онлайн калькулятор считает только при условии: h ze = h;

    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(ze) 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 we, wf, wi, wx, wy и wz следует использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего давления се, трения сf, внутреннего давления сi и лобового сопротивления сx, поперечной силы су, крутящего момента сz, принимаемых по приложению Д.1, где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов се или сt 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.

    Примечания

    1 При назначении коэффициентов сх, сv и сm 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 wpна эквивалентной высоте ze следует определять следующим образом:

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

    где wm – определяется в соответствии с 11.1.3;

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

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

    Коэффициент пульсаций давления ветра z для типов местности

    Сбор нагрузок на кровлю и стропила

    Вы сами собираетесь проектировать и строить дом? Тогда Вам без процедуры сбора нагрузок на кровлю (или другими словами, на несущие конструкции крыши) не обойтись. Ведь только зная нагрузки, которые будут действовать на кровлю, можно определить минимальную толщину железобетонной плиты покрытия, рассчитать шаг и сечение деревянных или металлических стропил, а также обрешетки.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector