Подробный разбор
Как выполняется инженерный расчёт шага установки прижимных реек для механического крепления кровельного ковра с учётом ветровой нагрузки по СП 20.13330.2016, какие факторы влияют на расчёт и как обеспечить надёжность крепления в различных зонах кровли?
Расчёт шага установки прижимных реек выполняется на основе определения расчётной ветровой нагрузки по СП 20.13330.2016 с учётом ветрового района, высоты здания, типа местности и аэродинамических коэффициентов для различных зон кровли. Шаг реек обратно пропорционален ветровой нагрузке и несущей способности крепёжного элемента. В угловых зонах шаг уменьшается в 2–2,5 раза по сравнению с рядовой зоной. Минимальное количество крепежа — 2 шт./м² в рядовой зоне (СП 17.13330.2017).
1. Нормативная база для расчёта
Расчёт шага установки прижимных реек базируется на следующих нормативных документах:
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — методика определения ветровых нагрузок;
- СП 17.13330.2017 «Кровли» — требования к механическому креплению кровельного ковра;
- ГОСТ Р 56704-2015 «Мембраны кровельные полимерные» — методика определения несущей способности крепежа;
- СТО НОСТРОЙ 2.13.81-2012 — практические рекомендации по расчёту и монтажу.
2. Определение расчётной ветровой нагрузки
2.1. Исходные данные
Для расчёта необходимы следующие исходные данные:
- Ветровой район (I–VII) — по карте 3 приложения Е СП 20.13330.2016;
- Высота здания H, м;
- Тип местности (A, B или C) — по п. 11.1.6 СП 20.13330.2016;
- Геометрические размеры кровли (длина L, ширина B);
- Наличие и высота парапета;
- Тип основания (профлист, бетон, дерево).
2.2. Нормативное значение ветрового давления
| Ветровой район | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| W0, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 |
2.3. Коэффициент изменения ветрового давления по высоте k(ze)
| Высота ze, м | Тип A | Тип B | Тип 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 |
| 100 | 2,00 | 1,60 | 1,25 |
Типы местности: A — открытые побережья, озёра, пустыни; B — городские территории, лесные массивы; C — городские районы с застройкой высотой более 25 м.
2.4. Расчётная формула ветровой нагрузки
Wp = W0 × k(ze) × cp × γf
где:
W0 — нормативное значение ветрового давления, кПа;
k(ze) — коэффициент изменения ветрового давления по высоте;
cp — пиковый аэродинамический коэффициент (отрицательный для отсоса);
γf = 1,4 — коэффициент надёжности по ветровой нагрузке (п. 11.1.12 СП 20.13330.2016).
3. Зонирование кровли и аэродинамические коэффициенты
Согласно приложению Д СП 20.13330.2016, плоская кровля делится на три зоны:
| Зона | Обозначение | Размеры | cp (с парапетом) | cp (без парапета) |
|---|---|---|---|---|
| Угловая | F | e/4 × e/4, где e = min(B, 2H) | -2,2 | -2,5 |
| Краевая | G | Полоса шириной e/10 вдоль края | -1,8 | -2,0 |
| Рядовая | H | Оставшаяся площадь | -0,8 | -1,0 |
Примечание: e = min(B, 2H), где B — ширина здания (меньший размер в плане), H — высота здания. Для зданий с H ≥ B принимается e = B.
4. Расчёт количества крепежа и шага реек
4.1. Несущая способность крепёжного элемента
Несущая способность Nd определяется по результатам испытаний на вырыв согласно ГОСТ Р 56704-2015 (приложение Б):
| Тип основания | Nd, кН | Коэффициент запаса | Nd,расч, кН |
|---|---|---|---|
| Профлист t = 0,7 мм | 0,50 | 1,67 | 0,30 |
| Профлист t = 0,8 мм | 0,67 | 1,67 | 0,40 |
| Профлист t = 1,0 мм | 0,83 | 1,67 | 0,50 |
| Ж/б плита (лёгкий бетон) | 0,83 | 1,67 | 0,50 |
| Ж/б плита (тяжёлый бетон) | 1,33 | 1,67 | 0,80 |
| Деревянное основание | 0,67 | 1,67 | 0,40 |
4.2. Расчёт количества крепежа на 1 м²
n = Wp / Nd,расч
где: n — количество крепёжных элементов на 1 м², шт./м².
4.3. Расчёт шага прижимных реек
При линейном креплении рейками шаг реек (расстояние между соседними рядами реек) определяется по формуле:
Sреек = nпм / n
где: nпм — количество крепежа на 1 погонный метр рейки (обратная величина шага отверстий); n — требуемое количество крепежа на 1 м².
Шаг отверстий в рейке (расстояние между соседними крепёжными элементами вдоль рейки):
sотв = 1 / nпм = Nd,расч / (Wp × Sреек)
5. Пример расчёта
Исходные данные:
- Здание: 60 × 30 м, высота H = 20 м;
- Ветровой район: III (W0 = 0,30 кПа);
- Тип местности: B;
- Основание: профлист t = 0,8 мм (Nd,расч = 0,40 кН);
- Парапет: есть, высота 0,6 м.
Расчёт для рядовой зоны (H):
- k(ze) = 0,85 (для z = 20 м, тип B);
- cp = -0,8 (рядовая зона с парапетом);
- Wp = 0,30 × 0,85 × 0,8 × 1,4 = 0,286 кПа;
- n = 0,286 / 0,40 = 0,715 шт./м²;
- При шаге реек Sреек = 3,0 м: nпм = 0,715 × 3,0 = 2,145 шт./пм;
- Шаг отверстий sотв = 1 / 2,145 = 0,466 м ≈ 450 мм.
Расчёт для угловой зоны (F):
- cp = -2,2 (угловая зона с парапетом);
- Wp = 0,30 × 0,85 × 2,2 × 1,4 = 0,785 кПа;
- n = 0,785 / 0,40 = 1,963 шт./м²;
- При шаге реек Sреек = 1,5 м: nпм = 1,963 × 1,5 = 2,945 шт./пм;
- Шаг отверстий sотв = 1 / 2,945 = 0,340 м ≈ 300 мм.
6. Сводная таблица результатов расчёта
| Зона | Wp, кПа | n, шт./м² | Sреек, м | sотв, мм |
|---|---|---|---|---|
| Угловая (F) | 0,785 | 1,96 | 1,5 | 300 |
| Краевая (G) | 0,643 | 1,61 | 2,0 | 300 |
| Рядовая (H) | 0,286 | 0,72 | 3,0 | 450 |
7. Факторы, влияющие на шаг реек
- Ветровой район: увеличение W0 прямо пропорционально увеличивает требуемое количество крепежа;
- Высота здания: с ростом высоты увеличивается k(ze), что повышает ветровую нагрузку;
- Тип местности: открытая местность (тип A) даёт наибольшие нагрузки;
- Наличие парапета: снижает аэродинамические коэффициенты на 10–20%;
- Тип основания: определяет несущую способность крепежа Nd;
- Уклон кровли: при уклоне более 5° аэродинамические коэффициенты изменяются;
- Форма здания в плане: сложная форма увеличивает зоны турбулентности.
Важно: Минимальное количество крепежа в рядовой зоне — 2 шт./м² (п. 5.4.2 СП 17.13330.2017). Если расчёт даёт меньшее значение, принимается 2 шт./м². В угловых зонах количество крепежа должно быть не менее 4 шт./м².
Рекомендация: Для зданий сложной формы, высотных зданий (более 75 м) и объектов в горной местности рекомендуется выполнять уточнённый расчёт ветровых нагрузок методом численного моделирования (CFD) или по результатам испытаний в аэродинамической трубе.
Полезные ссылки:
Расчёт шага установки прижимных реек является обязательной частью проектирования системы механического крепления кровельного ковра. Методика расчёта, основанная на СП 20.13330.2016 и СП 17.13330.2017, позволяет определить оптимальные параметры крепления для каждой зоны кровли с учётом ветрового района, высоты здания, типа местности и характеристик основания. Корректный расчёт обеспечивает надёжность кровельной системы при минимальном расходе материалов и трудозатрат. Особое внимание следует уделять угловым и краевым зонам, где ветровые нагрузки максимальны.
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»
- СТО НОСТРОЙ 2.13.81-2012 «Кровли. Устройство кровель из полимерных мембран»
- СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии»
- ГОСТ 32492-2013 «Материалы кровельные полимерные. Технические условия»
- ГОСТ 9.303-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические»
