Подробный разбор
Как правильно рассчитать необходимое количество телескопических дюбелей на квадратный метр плоской кровли с учётом ветровых нагрузок, зонирования кровли и типа основания согласно требованиям СП 20.13330.2016 и СП 17.13330.2017?
Количество дюбелей на 1 м² определяется расчётом на ветровую нагрузку по СП 20.13330.2016 с учётом зонирования кровли (рядовая, краевая, угловая зоны), несущей способности дюбеля в конкретном основании и коэффициента надёжности. Минимальные значения: рядовая зона — 2 шт/м², краевая — 3–4 шт/м², угловая — 4–6 шт/м². Точное количество определяется по формуле n = Wp / NRd, где Wp — расчётная ветровая нагрузка, NRd — расчётная несущая способность одного дюбеля.
1. Нормативная база расчёта
Расчёт количества крепёжных элементов выполняется на основании следующих нормативных документов:
- СП 20.13330.2016 — определяет методику расчёта ветровых нагрузок на здания и сооружения, включая пиковые (отрицательные) давления на кровельное покрытие.
- СП 17.13330.2017 (п. 5.3.5–5.3.8) — устанавливает требования к механическому креплению кровельного ковра, включая минимальное количество крепежа и схемы расстановки.
- ГОСТ Р 56704-2015 — содержит методику определения прочности крепления мембраны в узле крепления.
2. Методика расчёта ветровой нагрузки
Нормативное значение пиковой ветровой нагрузки wp определяется по СП 20.13330.2016 (раздел 11):
Формула расчёта пикового ветрового давления
wp = w0 × k(ze) × cp × γf
где:
- w0 — нормативное значение ветрового давления для данного ветрового района (табл. 11.1 СП 20.13330.2016), Па;
- k(ze) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (табл. 11.2);
- cp — аэродинамический коэффициент пикового отрицательного давления (прил. Д.1);
- γf — коэффициент надёжности по ветровой нагрузке, равный 1,4.
3. Зонирование кровли
Согласно СП 17.13330.2017 (приложение Г), плоская кровля разбивается на три зоны с различными аэродинамическими коэффициентами:
| Зона кровли | Расположение | Ширина зоны | cp (плоская кровля) | Минимальное количество дюбелей |
|---|---|---|---|---|
| Угловая (F) | Углы здания | e/4, где e = min(b; 2h) | -2,5 | 4–6 шт/м² |
| Краевая (G) | Периметр здания | e/4 | -1,8 | 3–4 шт/м² |
| Рядовая (H) | Центральная часть | Оставшаяся площадь | -0,7 | 2 шт/м² |
Параметры зонирования: b — размер здания в плане перпендикулярно направлению ветра; h — высота здания; e = min(b; 2h).
4. Расчёт несущей способности дюбеля
Расчётная несущая способность одного дюбеля NRd определяется по результатам испытаний на вырыв в конкретном основании:
Формула несущей способности
NRd = NRk / (γM × γn)
где:
- NRk — характеристическое сопротивление вырыву (5% квантиль по результатам не менее 15 испытаний), кН;
- γM = 2,0 — частный коэффициент надёжности для механического крепежа;
- γn — коэффициент надёжности по ответственности (1,0 для КС-1; 1,1 для КС-2; 1,2 для КС-3 по ГОСТ 27751-2014).
| Тип основания | Тип дюбеля | NRk, кН (типовые значения) | NRd, кН (γM=2,0) |
|---|---|---|---|
| Бетон B25 | Распорный анкер | 1,2–1,8 | 0,6–0,9 |
| Профнастил H75, t=0,8 мм | Саморез с буром | 0,8–1,2 | 0,4–0,6 |
| Профнастил H114, t=1,0 мм | Саморез с буром | 1,0–1,5 | 0,5–0,75 |
| Дерево (фанера 18 мм) | Шуруп | 0,6–1,0 | 0,3–0,5 |
| OSB-плита 22 мм | Шуруп | 0,5–0,8 | 0,25–0,4 |
Важно: Приведённые значения NRk являются ориентировочными. Для конкретного проекта необходимо выполнять натурные испытания на вырыв в соответствии с методикой ГОСТ Р 56704-2015 (приложение Б) на объекте строительства. Количество испытаний — не менее 15 на каждый тип основания.
5. Расчёт количества дюбелей
Количество дюбелей на 1 м² для каждой зоны кровли:
Формула количества дюбелей
n = wp / NRd
где wp — расчётная пиковая ветровая нагрузка (кН/м²), NRd — расчётная несущая способность одного дюбеля (кН).
Полученное значение округляется в большую сторону до целого числа.
6. Примеры расчёта
Пример 1. Офисное здание в Москве (I ветровой район)
Исходные данные:
- Размеры здания: 30 × 20 м, высота h = 15 м
- Ветровой район I: w0 = 0,23 кПа
- Тип местности B (городская застройка)
- Основание: профнастил H75, t = 0,8 мм
- NRd = 0,5 кН (по результатам испытаний)
- Класс ответственности КС-2: γn = 1,1
Расчёт:
- k(ze) для z = 15 м, тип B: k = 0,65 (интерполяция по табл. 11.2)
- Рядовая зона (H): wp = 0,23 × 0,65 × 0,7 × 1,4 = 0,147 кПа = 0,147 кН/м²
- nH = 0,147 / 0,5 = 0,294 → округляем до 1, но не менее 2 шт/м² → 2 шт/м²
- Краевая зона (G): wp = 0,23 × 0,65 × 1,8 × 1,4 = 0,377 кН/м²
- nG = 0,377 / 0,5 = 0,754 → 1 шт/м², но не менее 3 шт/м² → 3 шт/м²
- Угловая зона (F): wp = 0,23 × 0,65 × 2,5 × 1,4 = 0,523 кН/м²
- nF = 0,523 / 0,5 = 1,046 → 2 шт/м², но не менее 4 шт/м² → 4 шт/м²
Пример 2. Производственный корпус в Санкт-Петербурге (II ветровой район)
Исходные данные:
- Размеры здания: 60 × 40 м, высота h = 12 м
- Ветровой район II: w0 = 0,30 кПа
- Тип местности A (открытое побережье)
- Основание: бетон B25
- NRd = 0,75 кН
- Класс ответственности КС-2: γn = 1,1
Расчёт:
- k(ze) для z = 12 м, тип A: k = 1,25
- Рядовая зона (H): wp = 0,30 × 1,25 × 0,7 × 1,4 = 0,368 кН/м²
- nH = 0,368 / 0,75 = 0,49 → 2 шт/м² (по минимуму)
- Краевая зона (G): wp = 0,30 × 1,25 × 1,8 × 1,4 = 0,945 кН/м²
- nG = 0,945 / 0,75 = 1,26 → 2 шт/м², но не менее 3 → 3 шт/м²
- Угловая зона (F): wp = 0,30 × 1,25 × 2,5 × 1,4 = 1,313 кН/м²
- nF = 1,313 / 0,75 = 1,75 → 2 шт/м², но не менее 4 → 4 шт/м²
Пример 3. Высотное здание во Владивостоке (V ветровой район)
Исходные данные:
- Размеры здания: 40 × 30 м, высота h = 75 м
- Ветровой район V: w0 = 0,60 кПа
- Тип местности B
- Основание: профнастил H114, t = 1,0 мм
- NRd = 0,65 кН
- Класс ответственности КС-3: γn = 1,2
Расчёт:
- k(ze) для z = 75 м, тип B: k = 1,45
- Рядовая зона (H): wp = 0,60 × 1,45 × 0,7 × 1,4 = 0,853 кН/м²
- nH = 0,853 / 0,65 = 1,31 → 2 шт/м²
- Краевая зона (G): wp = 0,60 × 1,45 × 1,8 × 1,4 = 2,192 кН/м²
- nG = 2,192 / 0,65 = 3,37 → 4 шт/м²
- Угловая зона (F): wp = 0,60 × 1,45 × 2,5 × 1,4 = 3,045 кН/м²
- nF = 3,045 / 0,65 = 4,68 → 5 шт/м²
7. Схемы расстановки дюбелей
Согласно СТО НОСТРОЙ 2.13.81-2012, дюбели располагаются рядами с шагом, определяемым по формуле:
Шаг расстановки дюбелей
a = √(1 / n), где a — шаг дюбелей в ряду и между рядами (м), n — количество дюбелей на 1 м².
Пример: при n = 4 шт/м², a = √(1/4) = 0,5 м.
Дюбели устанавливаются в нахлёст мембраны (ширина нахлёста не менее 120 мм для ПВХ мембран по ГОСТ Р 56704-2015). Расстояние от края мембраны до оси дюбеля — не менее 30 мм.
Практическая рекомендация: При расчёте количества дюбелей для кровель с высотой здания более 20 м рекомендуется увеличивать расчётное количество на 15–20% для компенсации локальных пиковых отсосов, не учитываемых осреднёнными аэродинамическими коэффициентами. Данный запас согласуется с требованиями п. 5.3.8 СП 17.13330.2017.
Полезные ссылки:
Заключение
Расчёт количества телескопических дюбелей на 1 м² плоской кровли — это многофакторная инженерная задача, требующая учёта ветрового района строительства, высоты и геометрии здания, типа основания, несущей способности конкретного дюбеля и класса ответственности сооружения. Минимальные значения, установленные СП 17.13330.2017 (2 шт/м² в рядовой зоне), являются лишь нижней границей и в большинстве реальных проектов превышаются по результатам расчёта. Для высотных зданий и объектов в зонах с высокой ветровой нагрузкой количество дюбелей в угловых зонах может достигать 6–8 шт/м². Обязательным условием является проведение натурных испытаний дюбелей на вырыв в конкретном основании на объекте строительства.
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»
