Подробный разбор
Как выполняется расчёт ветровой нагрузки на плоскую кровлю для определения параметров механического крепления ПВХ мембран в соответствии с методикой СП 20.13330.2016, и как результаты расчёта влияют на количество и схему расстановки телескопических дюбелей?
Расчёт ветровой нагрузки на плоскую кровлю выполняется по СП 20.13330.2016 (раздел 11) и включает определение нормативного ветрового давления w0 для ветрового района, коэффициента k(ze) по высоте, аэродинамических коэффициентов cp для зон кровли (угловая, краевая, рядовая) и коэффициента надёжности γf = 1,4. Пиковое отрицательное давление wp = w0 × k(ze) × cp × γf определяет требуемое количество дюбелей: n = wp / NRd.
1. Нормативная база
Расчёт ветровых нагрузок на кровлю выполняется на основании:
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — основной документ, определяющий методику расчёта.
- СП 17.13330.2017 «Кровли» — устанавливает требования к креплению кровельного ковра с учётом ветровых нагрузок.
- ГОСТ Р 56704-2015 — методика испытаний прочности крепления мембраны.
2. Ветровые районы РФ
СП 20.13330.2016 (таблица 11.1) устанавливает нормативные значения ветрового давления w0 для восьми ветровых районов:
| Ветровой район | w0, кПа | w0, кгс/м² | Характерные города |
|---|---|---|---|
| I | 0,23 | 23 | Москва, Тверь, Ярославль, Пермь |
| II | 0,30 | 30 | Санкт-Петербург, Псков, Смоленск |
| III | 0,38 | 38 | Казань, Самара, Волгоград, Ростов-на-Дону |
| IV | 0,48 | 48 | Астрахань, Краснодар, Ставрополь |
| V | 0,60 | 60 | Владивосток, Мурманск, Петропавловск-Камчатский |
| VI | 0,73 | 73 | Новороссийск, Анадырь |
| VII | 0,85 | 85 | Островные территории Дальнего Востока |
| VIII | 1,00 | 100 | Отдельные участки побережья |
3. Коэффициент изменения ветрового давления по высоте
Коэффициент k(ze) учитывает увеличение скорости ветра с высотой и зависит от типа местности (СП 20.13330.2016, таблица 11.2):
| Высота z, м | Тип A (открытые побережья) | Тип B (городская застройка) | Тип C (плотная высотная застройка) |
|---|---|---|---|
| 5 | 1,00 | 0,50 | 0,30 |
| 10 | 1,20 | 0,65 | 0,40 |
| 20 | 1,45 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,75 | 1,10 | 0,75 |
| 60 | 1,95 | 1,30 | 0,90 |
| 80 | 2,10 | 1,45 | 1,05 |
| 100 | 2,25 | 1,60 | 1,15 |
Эквивалентная высота ze для плоских кровель принимается равной высоте здания h. Для зданий высотой менее 10 м допускается принимать ze = 10 м (в запас).
4. Аэродинамические коэффициенты для плоской кровли
Согласно СП 20.13330.2016 (приложение Д.1), для плоских кровель (уклон менее 5°) аэродинамические коэффициенты пикового отрицательного давления cp зависят от зоны кровли:
| Зона | Обозначение | cp | Площадь зоны |
|---|---|---|---|
| Угловая | F | -2,5 | Квадраты e/4 × e/4 в углах |
| Краевая (торцевая) | G | -1,8 | Полоса e/4 вдоль коротких сторон |
| Краевая (продольная) | G | -1,8 | Полоса e/4 вдоль длинных сторон |
| Рядовая | H | -0,7 | Центральная часть |
Параметр e = min(b; 2h), где b — размер здания в плане перпендикулярно направлению ветра, h — высота здания.
Пример зонирования
Здание 40 × 30 м, h = 20 м:
e = min(40; 2 × 20) = min(40; 40) = 40 м
Угловая зона F: квадраты 10 × 10 м в каждом углу (e/4 = 10 м)
Краевая зона G: полосы шириной 10 м по периметру
Рядовая зона H: центральный прямоугольник 20 × 10 м
5. Расчёт пиковой ветровой нагрузки
Основная формула
wp = w0 × k(ze) × cp × γf
где:
- w0 — нормативное ветровое давление, кПа (табл. 11.1);
- k(ze) — коэффициент высоты (табл. 11.2);
- cp — аэродинамический коэффициент (прил. Д.1);
- γf = 1,4 — коэффициент надёжности по ветровой нагрузке (п. 11.1.12).
Знак «минус» при cp означает отрицательное давление (отсос), направленное вверх, от поверхности кровли.
6. Полный пример расчёта
Исходные данные:
- Объект: торговый центр в Екатеринбурге
- Размеры: 60 × 40 м, высота h = 18 м
- Ветровой район: II (w0 = 0,30 кПа)
- Тип местности: B (городская застройка)
- Основание: профнастил H75, t = 0,8 мм
- NRd = 0,50 кН (по результатам испытаний)
- Класс ответственности: КС-2 (γn = 1,1)
Шаг 1. Определение k(ze)
ze = h = 18 м, тип B. Интерполяция по табл. 11.2:
k(18) = 0,65 + (0,85 — 0,65) × (18 — 10) / (20 — 10) = 0,65 + 0,20 × 0,8 = 0,81
Шаг 2. Зонирование кровли
e = min(60; 2 × 18) = min(60; 36) = 36 м
e/4 = 9 м
- Угловая зона F: 4 квадрата 9 × 9 м, SF = 4 × 81 = 324 м²
- Краевая зона G: полосы шириной 9 м по периметру, SG = 2 × 60 × 9 + 2 × (40 — 18) × 9 = 1080 + 396 = 1476 м²
- Рядовая зона H: SH = 2400 — 324 — 1476 = 600 м²
Шаг 3. Расчёт wp для каждой зоны
Рядовая зона H (cp = -0,7):
wp,H = 0,30 × 0,81 × 0,7 × 1,4 = 0,238 кПа = 0,238 кН/м²
Краевая зона G (cp = -1,8):
wp,G = 0,30 × 0,81 × 1,8 × 1,4 = 0,612 кПа = 0,612 кН/м²
Угловая зона F (cp = -2,5):
wp,F = 0,30 × 0,81 × 2,5 × 1,4 = 0,851 кПа = 0,851 кН/м²
Шаг 4. Расчёт количества дюбелей
Рядовая зона: nH = 0,238 / 0,50 = 0,48 → 1 шт/м², но не менее 2 → 2 шт/м²
Краевая зона: nG = 0,612 / 0,50 = 1,22 → 2 шт/м², но не менее 3 → 3 шт/м²
Угловая зона: nF = 0,851 / 0,50 = 1,70 → 2 шт/м², но не менее 4 → 4 шт/м²
Шаг 5. Общее количество дюбелей
Nобщ = 600 × 2 + 1476 × 3 + 324 × 4 = 1200 + 4428 + 1296 = 6924 шт.
7. Влияние высоты здания на количество дюбелей
| Высота здания, м | k(ze) (тип B) | nH, шт/м² | nG, шт/м² | nF, шт/м² |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 0,50 | 2 | 3 | 4 |
| 10 | 0,65 | 2 | 3 | 4 |
| 20 | 0,85 | 2 | 3 | 4 |
| 40 | 1,10 | 2 | 3 | 4 |
| 60 | 1,30 | 2 | 3 | 5 |
| 80 | 1,45 | 2 | 4 | 5 |
| 100 | 1,60 | 2 | 4 | 6 |
Примечание: расчёт для II ветрового района, NRd = 0,50 кН, с учётом минимальных требований СП 17.13330.2017.
8. Учёт пульсационной составляющей
Согласно п. 11.1.8 СП 20.13330.2016, для зданий высотой более 40 м и для всех зданий в ветровых районах V–VIII необходимо учитывать пульсационную составляющую ветровой нагрузки. Пиковое значение ветровой нагрузки с учётом пульсации:
Пиковая нагрузка с учётом пульсации
wp,пульс = wp × (1 + ζ(ze) × ν(ze))
где ζ(ze) — коэффициент пульсации давления ветра (табл. 11.4); ν(ze) — коэффициент пространственной корреляции (п. 11.1.11).
Важно: Для высотных зданий (h > 75 м) и уникальных сооружений расчёт ветровых нагрузок должен выполняться с учётом динамической составляющей и, как правило, требует проведения аэродинамических испытаний модели здания в аэродинамической трубе (СП 20.13330.2016, п. 11.1.10).
Полезные ссылки:
Заключение
Расчёт ветровой нагрузки на плоскую кровлю по СП 20.13330.2016 является обязательным этапом проектирования системы механического крепления ПВХ мембран. Ключевыми параметрами, определяющими количество дюбелей, являются: ветровой район строительства (w0), высота здания (k(ze)), тип местности и зонирование кровли (cp). Для большинства объектов в I–III ветровых районах минимальные требования СП 17.13330.2017 (2/3/4 шт/м²) являются определяющими. Для высотных зданий и объектов в IV–VIII ветровых районах расчётное количество дюбелей может существенно превышать минимальные значения, особенно в угловых зонах. Обязательным условием является проведение натурных испытаний дюбелей на вырыв для определения фактической несущей способности NRd в конкретном основании.
Нормативные документы
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*»
- СП 17.13330.2017 «Кровли. Актуализированная редакция СНиП II-26-76»
- ГОСТ Р 56704-2015 «Мембраны кровельные полимерные. Технические условия»
- ГОСТ 27751-2014 «Надёжность строительных конструкций и оснований. Основные положения»
- СТО НОСТРОЙ 2.13.81-2012 «Кровли. Устройство кровель из полимерных мембран»
- ГОСТ 32492-2013 «Материалы кровельные полимерные (гибкие). Методы испытаний»
