Ветровая нагрузка на кровлю

Как действует ветровая нагрузка?

Страница 1 из 2

1

2

>

vedeks

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от vedeks

vedeks

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от vedeks

Сергей. Инженер-конструктор, пгс

там про cos не указано.

Возник вопрос, у меня навес над крыльцом, 100м2.
Стен нет, соответственно, нагрузки только на кровлю.
Если еще и ветер действует только вертикально*cos, то моменты в колоннах вообще не возникают.
Принял горизонтально*sin, хоть моментики появились в колоннах.
Уклон кровли 5 градусов.
Это правильно, такое где-нибудь прописано или обосновать можно только конструкторской логикой?
А то что-то запутался, второй день голову ломаю.

neopitniy

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от neopitniy

РастОК

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от РастОК

Бахил

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от Бахил

grozd62

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от grozd62

Ильнур

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от Ильнур

Бахил

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от Бахил

Ильнур

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от Ильнур

расчеты МКЭ и CFD. ктн

cx будет больше.
здесь CY большой и знакопеременный. надо расчет или испытания.
в принципе данные для ломаного навеса можно взять. с некоторым запасом

СергейД

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от СергейД

Кто ж под навес деньги даст на испытания? Да и завтра под него лавочку поставят, и будет там обдувание не горизонтальное.

Профиль похож на крыльевой у авиамоделей — тонкий и сильноизогнутый. Сведений о распределении давлений по таким не видел, зато по обычным профилям в книгах по аэродинамике картинки примерно одинаковые. Я бы их усреднил под треугольник с пиком на краю или в первой четверти длины.

С учетом того, что

1. Для среднеизогнутых профилей в книгах для моделистов приводят Cy = 1.6. 1.8
2. Сильноизогнутый профиль — аналогичен обычному с выпущенным закрылком, добавляющим 0.6. 0.8 к Cy

Я бы взял средний Cy = 2.2. 2.6, с пиковым 4.4. 5.2, вот такой я пессимист.

Еще этот «профиль» хорошообтекаемым, скорее всего, не будет — снизу решетка, сверху поликарбонат? Так что лобовое сопротивление я бы оценил в четверть подъемной силы, Cx=0.55..0.65 (от площади горизонтальной проекции, а не вертикального сечения).

Нубий-IV

Посмотреть профиль

Найти ещё сообщения от Нубий-IV

расчеты МКЭ и CFD. ктн

надо оценить частоты конструкции. ветровой резонанс возможен.
частоты изменения ветровых нагрузок =только расчет или испытания.
размеры какие? большой навес ?

28 мин. ——
когда говорят о cx cy нужно понимать, что считать будете характерным размером= толщину или высоту подъема ?
и нужен еще момент.
не все просто.
моделировать нужно.

39 мин. ——
давление при cp=-5 приложил бы в запас на верхнюю поверхность (равнодействующая от давлений на две стороны)
скорость ветра взял бы 35 м/с если 3й район.
то есть q=1.25/2*35**2*5

4 кПа
если выдержит- можно спать спокойно.
если не выдержит. нужно ветер моделировать и учесть резонансы

Расчет ветровой нагрузки

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

1. Ветровые потоки
2. Силы, действующие на крышу
3. Расчет ветровой нагрузки
4. Как бороться с ветровыми «проказами»?
5. Уважаемые посетители!

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:

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:

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

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

Зависимость давления, создаваемого потоком воздуха от высоты здания

Как бороться с ветровыми «проказами»?

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

Уважаемые посетители!

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

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

или отправить сообщение по адресу: info@bta.ru

и получить подробную консультацию.

Правильный расчет стропильной системы крыши

Если вас интересуют только вычисления, а не теория – вы можете быстро выполнить расчет стропильной системы на онлайн-калькуляторе без специальных навыков.

Вы можете себе представить человека без костей? Точно так же скатная крыша без стропильной системы больше похожа на строение из сказки про трех поросят, которую запросто сметет природной стихией. Крепкая и надежная система стропил – залог долговечности конструкции крыши. Чтобы качественно сконструировать систему стропил, необходимо выявить и рассчитать параметры, влияющие на прочность предполагаемой конструкции.

Например, необходимо принять во внимание изгибы крыши, уклон скатов, аэродинамические коэффициенты, коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и так далее. Рассчитать все это максимально приближенно к реальной ситуации, а также учесть все нагрузки и искусно собрать их сочетания – задача не из легких.

Если хотите разобраться досконально – список полезной литературы приведен в конце статьи. Конечно, курс сопромата для полного понимания принципов и безукоризненного расчета стропильной системы в одну статью не уместить, поэтому приведем основные моменты для упрощенной версии расчета.

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.

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.

Что такое ветровая нагрузка

Эта статья по своему строению и порядку изложения будет во многом похожа на статью о снеговой нагрузке. На наш взгляд это логично – мы хотим помочь тем, кто ведет строительство дома своими руками без проекта. Для этого в популярной форме приводятся теоретические выкладки, необходимые для правильного и технически грамотного монтажа крыши своими руками.

Что такое ветровая нагрузка

В словарях дано следующее определение ветровой нагрузки: « … давление ветра на наветренные стороны сооружений (дома, мачты, опоры линий электропередачи и т, п.). Определяется наибольшей скоростью ветра за выбранный более или менее длительный период времени. Зависит от формы обдуваемого сооружения или предмета, его подвижности, способа крепления или условий его движения, назначения и плотности воздуха. Учитывается при проектировании сооружений. Обычно пропорциональна квадрату расчетной скорости ветра.»

Как образуется ветровая нагрузка

Двигаясь, воздушный поток сталкивается со стенами и крышей дома.

При столкновении со стеной поток раздваивается: часть его уходит вниз, а другая часть бьет в карнизный свес крыши.

Ветровой поток, сталкивающийся со скатом крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и уходит прочь от дома.

В этот момент на крышу действует аж четыре силы способные ее сорвать и (или) опрокинуть:

— две касательные с наветренной стороны;

— подъемная сила, с подветренной стороны (образуется от разности давлений воздуха);

— вдавливающая (действует перпендикулярно скату крыши и может деформировать или сломать детали крыши).

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.

Как избежать негативного воздействия ветровых нагрузок

Есть три основных способа которыми можно обезопасить крышу от негативного воздействия ветровой нагрузки:

1. Правильно смонтировать каркас крыши. Для этого в обязательном порядке следует установить подкосы, раскосы и связать стропила диагональными связями. Правильное устройство обрешетки крыши увеличивает устойчивость крыши.

1. Усиление существующей конструкции крыши. Например, за счет дополнительного крепления стропильных ног.

Нижний конец каждой стропильной ноги прикручивают скруткой из вязальной проволоки к ершу забитому в стену дома. Ерш представляет собой кованый металлический штырь имеющий насечку, направленную против хода выдергивания.

1. Правильный выбор кровельного материала. Крепление натуральной черепицы нельзя назвать надежным, листы металлочерепицы и профнастила имеют большую парусность. Эти кровельные материалы легко срывает с крыши любой сильный ветер.

А вот ондулин лишен этих недостатков. Благодаря креплению 20 фирменными гвоздями он надежно уложен на обрешетке крыше и ему не страшен никакой сильный ветер.

Ну а если какой-нибудь смерч, несущийся на невероятной скорости и сметающий все на своем пути, сорвет листы ондулина, они не причинят вреда людям и животным. Потому что ондулин легок. А вот удар куском натуральной черепицы способен нанести немалые увечья.

Применение предложенных способов поможет защитить крышу дома от разрушения при воздействии на нее сильной ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка: правила расчета, рекомендации профессионалов

При проектировании зданий и сооружений расчет ветровой нагрузки приходится делать довольно-таки часто. Вычисляется этот показатель по особым формулам. Важно учитывать такую нагрузку, к примеру, при составлении чертежей стропильных систем крыш домов, выборе места расположения и конструкции рекламных щитов и т. д.

Нормативы СНиП

Собственно, само о пределение этому параметру дает СНиП 2.01. 07-85. Согласно данному документу, ветровая нагрузка должна рассматриваться как совокупность:

давления, действующего на внешние поверхности конструкций сооружения или элемента;

силы трения, направленной по касательной к поверхности конструкции, отнесенных к площади ее вертикальной либо горизонтальной проекции;

нормального давления, приложенного к внутренней поверхности здания с проницаемыми ограждающими конструкциями либо открытыми проемами.

Как определяют

При вычислении ветровой нагрузки учитывают два основных параметра:

Определяется нагрузка как сумма этих двух параметров.

Средняя составляющая: основная формула

Если ветровая нагрузка п ри проектировании не будет учтена, это в последующем крайне негативно скажется на эксплуатационных характеристиках здания или сооружения. Средняя ее составляющая вычисляется по такой формуле :

Здесь W — расчетное значение ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли, Wo — ее нормативное значение, k — коэффициент изменения давления по высоте. Все начальные данные из этой формулы определяются по таблицам.

Иногда при вычислениях используют также параметр c — аэродинамический коэффициент. Выглядит формула в этом случае следующим образом: W = Wo * k с.

Нормативное значение

Чтобы узнать, чему равен этот параметр, нужно воспользоваться таблицей районов по ветровой нагрузке РФ. Таковых существует всего восемь. Таблица ветровых нагрузок ( зависимости значений Wo от того или иного района России) представлена ниже.

Для малоизученных местностей страны, а также для горных регионов этот параметр СНиП допускает определять по данным зарегистрированных официально метеостанций и на основе опыта эксплуатации уже имеющихся зданий и сооружений. В этом случае для определения нормативного значения ветровой нагрузки используется особая формула. Выглядит она следующим образом:

Здесь V 2 o — скорость ветра в метрах в секунду на уровне 10 м, соответствующий интервалу осреднения за 10 минут и превышаемой раз в 5 лет.

Как определяется коэффициент k?

Для этого параметра также имеется специальная таблица. При его определении учитывается тип той местности, где предполагается строительство сооружения или здания. Всего таковых имеется три:

Тип «А» — открытые ровные участки: побережья морей, озер и рек, степи, пустыни, тундровые районы, лесостепи.

Тип «В» — местность, покрытая препятствиями высотой до 10 метров: городская зона, леса и пр.

Тип «С» — городские районы с застройкой высотой более 25 м.

Тип местности строительства также определяется с учетом требований СНиП. При проектировании это необходимо принимать во внимание. Любое здание считается расположенным в местности определенного типа в том случае, если последняя располагается с наветренной от него стороны на расстоянии в 30h. Здесь h — это проектная высота сооружения до 60 м. При большей высоте постройки тип местности считается определенным в том случае, если он сохраняется не менее чем на 2 км с наветренной стороны.

Как вычислить пульсационную нагрузку

По СНиП ветровая нагрузка, к ак уже упоминалось, должна определяться как сумма средней нормативной и пульсационной. Значение последнего параметра зависит собственно от вида самого сооружения и особенностей его конструкции. В этом плане различают:

сооружения с собственной частотой колебаний, превышающих установленное предельное значение (дымовые трубы, башни, мачты, аппараты колонного типа);

сооружения или элементы их конструкции, представляющие собой систему с одной степенью свободы (поперечные рамы производственных одноэтажных зданий, водонапорные башни и пр);

• симметричные в плане здания.

Формулы для разных типов сооружений

Для первого типа сооружений при определении пульсационной ветровой нагрузки и спользуется формула:

Здесь W — нормативная н агрузка, определяемая по формуле, представленной выше, G — коэффициент пульсации давления при высоте z, V — коэффициент корреляции пульсаций. Последние два параметра определяются по таблицам.

Для сооружений с собственной частотой колебаний, превышающих установленное предельное значение, при определении пульсационной ветровой нагрузки применяется такая формула:

Здесь Q — коэффициент динамичности, определяемый по диаграмме (представлена ниже) в зависимости от параметра E, вычисляемого по формуле E=√ R W/940f ( R — коэффициент надежности по нагрузке, f — частота собственных колебаний) и логарифмического декремента колебаний. Последний параметр постоянен и принимается для:

для зданий со стальным каркасом как 0.3;

для мачт, футерных труб и пр. как 0.15.

Для симметричных в плане зданий пульсационная в етровая нагрузка в ычисляется по формуле:

Здесь Q — коэффициент динамичности, m — масса сооружения на высоте z, Y — горизонтальные колебания сооружения на уровне z по первой форме. N в этой формуле — особый коэффициент, определить который можно, предварительно разделив сооружение на r количество участков в границах которых ветровая нагрузка постоянна, и воспользовавшись специальными формулами.

Еще один способ

Выполнить расчет ветровой нагрузки м ожно, пользуясь и немного другой методикой. В этом случае сначала нужно определить давление ветра по формуле:

Здесь V — скорость ветра (в милях/ч).

Затем следует вычислить коэффициент лобового сопротивления. Он будет равен:

1.2 — для длинных вертикальных конструкций;

0.8 — для коротких вертикальных;

2.0 — для длинных горизонтальных конструкций;

1.4 — для коротких (к примеру, фасад здания).

Далее нужно воспользоваться общей формуло й ветровой нагрузки на здание или сооружение :

Здесь A — площадь области , P — давление ветра, Cd — коэффициент лобового сопротивления.

Можно также использовать и несколько более усложненную формулу:

F = A * P * Cd * Kz * Gh.

При ее применении дополнительно учитываются коэффициенты экспозиции K _z b и чувствительности к порыву ветра G _h . Первый рассчитывается как z/33]^(2/7, второй — 65+60 / (h/33)^(1/7). В этих формулах z — высота от земли до середины сооружения, h — полная высота последнего.

Рекомендации специалистов

Для расчета ветровой нагрузки инженеры часто советуют пользоваться хорошо известными многим программами MS Excel и OOo Calc из пакета Open Office. Порядок действия при применении этого ПО, к примеру, может быть таким:

• Excel включается на листе «Энергия ветра»;
• скорость ветра записывается в ячейку D3;
• время — в D5;
• площадь сечения потока воздуха — в D6;
• плотность воздуха или его удельный вес — в D7;
• КПД ветроустановки — в D8.

Существуют и другие способы использования этого ПО с иными исходными данными. В любом случае применять MS Excel и OOo Calc для расчета ветровой нагрузки на здания и сооружения, а также их отдельные конструкции достаточно удобно.

Расчет снеговой и ветровой нагрузки на кровлю

К проектированию дома я бы рекомендовал привлекать профессионального конструктора-инженера. Но если у вас небольшой дом простой формы, и есть желание или необходимость самостоятельно рассчитать кровлю или допустим нагрузки на фудамент и на подошву фундамента, то

в этой статье я приведу алгоритм определения нагрузок от кровли, когда я рассчитывал вес дома и нагрузку на подошву фундамента. Кроме постоянной нагрузки — веса самой кровли, который зависит от вашей стропильной системы, от кровельного покрытия, есть ли утеплитель или у вас неотапливаемый чердак, на нее действуют и временные нагрузки — от снега и ветра.

И правильно сконструированная крыша конечно должна сопротивляться этим нагрузкам без деформации и нарушения целостности. Сеговые нагрузки одни из самых значительных, снега зимой на кровле скапливается много, и чем меньше уклон тем больше может быть этот слой снега. Особенно много снега скапливается в районе ендовы, это увеличивает нагрузку на определенную часть кровли.

Поскольку снеговые и ветровые нагрузки меняются в зависимости от региона строительства, то ниже кроме простых формул приведу основные таблицы при расчетах для России:

Снеговая нагрузка

Полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:
S=Sg*m , где
Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице,
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.

Таблица определения снеговой нагрузки местности:

Снеговой район	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Вес снегового покрытия Sg (кгс/м2)	80	120	180	240	320	400	480	560

Карта зон снегового покрова территории РФ

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

Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:
W=Wo*k , где
Wo — нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ,
k — коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

Таблица определения ветровой нагрузки местности:

Ветровой район	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
Ветровая нагрузка Wo (кгс/м2)	17	23	30	38	48	60	73	85

К арта ветровых нагрузок

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, озер 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.

Высота z, м	Коэффициент k для типов местности
	A	B	C
≤ 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 расчетных направлений ветра.

В моем случае получились такие цифры:

Снеговая нагрузка: 180кг/кв.м. * 0,7 * 80 кв.м. = 10 тн

Ветровая нагрузка: 23 кгс/кв.м. * 0,65 = 15 кгс/кв.м.

Расчет снеговой и ветровой нагрузки

Как следует из названия нагрузок, это внешнее давление которое будет оказываться на ангар посредством снега и ветра. Расчеты производятся для того что бы закладывать в будущее здание материалы с характеристиками, которые выдержат все нагрузки в совокупности.
Расчет снеговой нагрузки производится согласно СНиП 2.01.07-85* или согласно СП 20.13330.2016. На данный момент СНиП является обязательным к исполнению, а СП носит рекомендательный характер, но в общем в обоих документах написано одно и тоже.

В СНИП указанно 2 вида нагрузок — Нормативная и Расчетная, разберемся в чем их отличия и когда они применяются:

Нормативная нагрузка — это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, и провисание тента при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости), а так же разрыву тентовой ткани.

Расчетная нагрузка — это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Большим плюсом каркасно-тентовой технологии строительства в этом ситуации является ее свойство по «исключению» этой нагрузки. Исключение подразумевает, что осадки не скапливаются на крыше ангара, благодаря её форме, а так же характеристикам укрывающего материала.

Большим плюсом каркасно-тентовой технологии строительства в этом ситуации является ее свойство по «исключению» этой нагрузки. Исключение подразумевает, что осадки не скапливаются на крыше ангара, благодаря её форме, а так же характеристикам укрывающего материала.

Укрывающий материал
Ангар укомплектовывается тентовой тканью с определенной плотностью (показатель влияющий на прочность) и необходимыми вам характеристиками.

Формы крыши
Все каркасно-тентовые здания имеют покатую форму крыши. Именно покатая форма крыши позволяет снимать нагрузку от осадков с крыши ангара.

Дополнительно к этому стоит отметить, что тентовый материал покрыт защитным слоем полевинила. Полевинил защищает ткань от химических и физических воздействий, а так же имеет хорошую антиадгезию, что способствует скатыванию снега под своим весом.

СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА

Есть 2 варианта определить снеговую нагрузку определенного местоположения.

I Вариант — посмотреть ваш населенный пункт в таблице ниже.

II Вариант — определите на карте номер снегового района, интересующего вас местоположения и переведите их в килограммы, по приведенной ниже таблице.

1. Определите номер вашего снегового района на карте
2. сопоставьте цифру с цифрой в таблице

• 
• 
• 

Обратите внимание на понятия «Нормативная нагрузка» и «Расчетная нагрузка».

Старое значение
Снеговой район	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Sg (кгс/м2)	80	120	180	240	320	400	480	560
Новое значение
Снеговой район	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Нормативная нагрузка Sg (кгс/м2)	50	100	150	200	250	300	350	400
Расчетная нагрузка Sg (кгс/м2)	70	140	210	280	350	420	490	560
Изменения	-12%	+17%	+17%	+17%	+9%	+5%	+2%	0%

В СНИП указанно 2 вида нагрузок — Нормативная и Расчетная, разберемся в чем их отличия и когда они применяются:

• *Нормативная нагрузка — это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, и провисание тента при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости), а так же разрыву тентовой ткани.
• *Расчетная нагрузка — это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

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

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 нагрузка.

ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА.

I Вариант — посмотреть ваш населенный пункт в таблице ниже.
II Вариант — определите на карте номер ветрового района интересующего вас местоположения и переведите их в килограммы, по приведенной ниже таблице.

1. Определите номер вашего ветрового района на карте
2. сопоставьте цифру с цифрой в таблице

• 
• 
• 

Ветровой район	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
Wo (кгс/м2)	17	23	30	38	48	60	73	85

Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:

Wo — нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ.

k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

• А — открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры.
• B — городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями более 10 м.

*При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.

• 5 м.- 0,75 А / 0.5 B .
• 10 м.- 1 А / 0.65 B°.
• 20 м.- 1,25 А / 0.85 B

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

Коэффициент k(z) для типов местности (таблица 2)

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

Источник: «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.

Оставляя комментарий Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности

Как произвести расчет ветровой и снеговой нагрузки на кровлю в зависимости от региона проживания

18.02.2017 8,753 Просмотров

Кровля осуществляет постоянную защиту здания от всех погодных и климатических проявлений, исключая контакт всех материалов с атмосферной или дождевой водой и являясь граничным слоем, отсекающим воздействие морозного воздуха на чердачное помещение.

Таковы основные и наиболее важные функции кровли в представлении неподготовленного человека, они вполне верны, но не отражают полный список функциональных нагрузок и испытываемых напряжений.

При этом, реальность гораздо суровее, чем это выглядит на первый взгляд, и воздействие на кровлю не ограничивается определенным износом материала.

Оно передается практически всем несущим элементам постройки — в первую очередь, стенам здания, на которые непосредственно опирается вся крыша, а в конечном счете — фундаменту.

Пренебрегать всеми создающимися нагрузками нельзя, это приведет к скорому (иногда — внезапному) разрушению постройки.

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

Зависимость нагрузок от угла наклона крыши

Угол наклона крыши определяет площадь и мощность контакта кровли с ветром и снегом. При этом, снеговая масса имеет вертикально направленный вектор силы, а ветровое давление, вне зависимости от направления — горизонтальный.

Поэтому, принимая угол наклона более крутым, можно снизить давление снежных масс, а иногда и полностью исключить возникновение скоплений снега, но, при этом, увеличивается «парусность» крыши, ветровые напряжения возрастают.

Очевидно, что для снижения ветровых нагрузок идеальной была бы плоская кровля, тогда как именно она не позволит скатываться массам снега и поспособствует образованию больших сугробов, при таянии способных промочить всю постройку. Выходом из ситуации является выбор такого угла наклона, при котором максимально удовлетворяются требования как по снеговой, так и по ветровой нагрузкам, а они в разных регионах имеют индивидуальные значения.

Зависимость нагрузки от угла крыши

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

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

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

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

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

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

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

Регион снеговой нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на плоскую крышу

Расчет несущих конструкций выполняется по методу предельных состояний, то есть таких, когда испытываемые усилия вызывают необратимые деформации или разрушения. Поэтому прочность плоской кровли должна превышать величину снеговой нагрузки для данного региона.

Для элементов крыши существует два типа предельных состояний:

• Конструкция разрушается.
• Конструкция деформируется, выходит из строя без полного разрушения.

Расчеты ведутся по обоим состояниям, имея целью получить надежную конструкцию, гарантированно выдерживающую нагрузку без последствий, но и без излишних затрат строительных материалов и труда. Для плоских крыш значения снеговых нагрузок будут максимальными, т.е. поправочный коэффициент уклона равен 1.

Таким образом, согласно таблицам СНиП, общий вес снега на плоской кровле составит величину норматива, умноженную на площадь кровли. Значения могут достигать десятки тонн, поэтому зданий с плоскими крышами в нашей стране практически не строят, особенно в регионах с высокими нормами осадков в зимнее время.

Нагрузка на плоскую крышу

Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн

Пример расчета снеговой нагрузки поможет наглядно продемонстрировать порядок действий, а также покажет возможную величину давления снега на конструкции дома.

Снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается с помощью следующей формулы:

где S — давление снега на квадратный метр кровли.

Sg — нормативная величина снеговой нагрузки для данного региона.

µ — поправочный коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на разных углах наклона кровли. От 0° до 25° значение µ принимается равным 1, от 25° до 60° — 0,7. При углах наклона кровли свыше 60° снеговая нагрузка не учитывается, хотя в реальности бывают скопления мокрого снега и на более крутых поверхностях.

Произведем подсчет нагрузки на кровлю площадью 50 кв.м, угол наклона — 28° (µ=0,7), регион — Московская область.

Тогда нормативная нагрузка составляет (по данным СНиП) 180 кг/кв.м.

Умножаем 180 на 0,7 — получаем реальную нагрузку 126 кг/кв.м.

Полное давление снега на кровлю составит: 126 умножаем на площадь кровли — 50 кв.м. Результат — 6300 кг. Таков расчетный вес снега на крыше.

Снеговое воздействие на кровлю

Ветровая нагрузка на кровлю

Расчет ветровой нагрузки производится подобным образом. За основу берется нормативное значение ветровой нагрузки, действующее в данном регионе, которое умножается на поправочный коэффициент высоты здания:

W — ветровая нагрузка на квадратный метр площади.

Wo — нормативная величина по региону.

k — поправочный коэффициент, учитывающий высоту над поверхностью земли.

Имеются три группы значений :

• Для открытых участков земной поверхности.
• Для лесных массивов или городской застройки с высотой препятствий от 10 м.
• Для городских поселений или местностей со сложным рельефом с высотой препятствий от 25 м.

Все нормативные значения, как и поправочные коэффициенты содержатся в таблицах СНиП и должны учитываться при расчетах нагрузок.

В заключение необходимо подчеркнуть большую величину и неравномерность нагрузок, создаваемых снегом и ветрами. Значения, сопоставимые с собственным весом крыши, нельзя игнорировать, такие величины слишком серьезны. Невозможность регулировать или исключать их присутствие заставляет реагировать путем увеличения прочности и правильного выбора угла наклона.

Все расчеты должны опираться на СНиП, для уточнения или проверки результатов рекомендуется использовать онлайн-калькуляторы, которых много в сети. Лучшим способом станет применение нескольких калькуляторов с последующим сравнением полученных величин. Правильный расчет — основа долговременной и надежной службы кровли и всей постройки.

Полезное видео

Более подробно о кровельных нагрузках вы можете узнать из этого видео: