Расчёт ветровой нагрузки на плоскую кровлю

Ветровое давление на плоскую кровлю — зоны F, G, H, I, острый край или парапет — СП РК EN 1991-1-4:2005/2011 §7.2.3

Исходные данные

Населённый пункт	—
Тип местности (Табл. 4.1)
Орография местности	Ровная местность, орографический коэффициент c₀ = 1,0
Орографический коэффициент, c₀

Ширина здания поперёк ветра, b (м)
Глубина кровли по направлению ветра, d (м)
Высота здания до кровли, h (м)
Тип края кровли (Табл. 7.2)
Высота парапета, h_p (м)	—

Ветер набегает на кровлю со стороны грани шириной b. Зона F — угловые участки у наветренного края, G — остальная часть краевой полосы, H — средняя полоса, I — внутренняя часть кровли (наиболее удалена от края).

▶Дополнительные параметры давления внутреннее давление · площадь элемента

Значения ниже приняты по умолчанию как для здания без доминирующего фасада (ворота/проёмы приняты закрытыми, п. 7.2.9(3)) — обычный случай для большинства зданий. Менять их нужно, только если у здания есть заведомо доминирующий проём и это специально проверяется как особая расчётная ситуация.

Коэфф. внутр. давления, c_pi,min	Здание без доминирующего фасада — принимается наихудшее из c_pi,min/c_pi,max (7.2.9(6), Примечание 2)
Коэфф. внутр. давления, c_pi,max
Площадь элемента, A (м²)	По умолчанию 10 м² — расчёт на всю конструкцию (c_pe,10). Для промежуточных площадей 1–10 м² c_pe определяется логарифмической интерполяцией между c_pe,1 и c_pe,10 (7.2.1(1))

Область применения калькулятора

Что считает калькулятор
• Ветровое давление на плоскую кровлю — зоны F (угловые), G (краевая), H (средняя), I (внутренняя) по СП РК EN 1991-1-4:2005/2011 §7.2.3, Табл. 7.2, для острого края и края с парапетом
• Пиковый скоростной напор q_p(z_e=h) — с учётом типа местности (Табл. 4.1) и орографии
• Для парапета — линейная интерполяция коэффициентов между строками таблицы по отношению h_p/h (узловые значения 0; 0,025; 0,05; 0,10)
• Зона I — учтены оба знака c_pe = ±0,2, т.к. вблизи нуля знак давления может меняться

Внутреннее давление и площадь элемента
• Блоки «Суммарное давление» и «Площадь элемента» рассчитаны для здания без доминирующего фасада — ворота, крупные проёмы и т.п. приняты закрытыми (п. 7.2.9(3))
• Коэффициент c_pi по умолчанию — наихудшее из +0,2/−0,3 (п. 7.2.9(6), Примечание 2)

Что НЕ учитывается (ограничения модели)
• Скруглённый и мансардный край кровли (отдельные строки Табл. 7.2 с r/h и углом α) — не реализованы, только острый край и парапет
• Скатные, вальмовые, многопролётные и цилиндрические кровли (§7.2.4–7.2.10) — не считаются, только плоская кровля
• Парапеты с h_p/h > 0,10 — коэффициенты приняты по последней строке таблицы (h_p/h = 0,10) консервативно, это не строгий расчёт по норме
• Дополнительная сила трения на поверхности кровли (§7.5, для протяжённых кровель) — не учитывается
• Динамический (резонансный) отклик гибких конструкций и конструкционный коэффициент c_sc_d (Раздел 6) — не учитываются, здание принимается жёстким

Если условия объекта выходят за эти рамки — расчёт носит ориентировочный характер, требуется проверка вручную.

Описание и методология онлайн-калькулятора

Расчёт ветровой нагрузки на плоскую кровлю

Калькулятор предназначен для расчёта ветровой нагрузки, ветрового давления и отсоса на плоскую кровлю здания по СП РК EN 1991-1-4:2005/2011 «Воздействия на конструкции. Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия» (Еврокод 1, часть 1-4). Инструмент позволяет определить расчётные значения ветрового воздействия на различные участки плоской кровли с учётом геометрии здания, условий расположения и конструкции края кровли.

Ветровое воздействие на кровлю существенно отличается в разных её участках. Наиболее неблагоприятные значения ветрового отсоса возникают в угловых и краевых зонах. Именно эти участки являются критичными при расчёте крепления кровельного покрытия, мембраны, профилированного листа, утеплителя и других элементов кровельной системы. Полученные значения ветрового давления могут использоваться для определения требуемой несущей способности и шага крепления кровельных конструкций.

Определение пикового скоростного напора

При расчёте определяется пиковый скоростной напор q_p(z) на уровне верха здания. Его значение зависит от базовой скорости ветра для района строительства, категории местности, высоты здания и орографических условий площадки.

При выборе населённого пункта учитывается соответствующий ветровой район и базовая скорость ветра. Категория местности принимается в соответствии с характером окружающей территории — от открытой местности и побережий до плотной городской застройки.

При необходимости учитывается орографический коэффициент, позволяющий учитывать влияние рельефа местности на ветровое воздействие.

Зоны ветрового воздействия на кровле

Для плоской кровли прямоугольного здания расчётная поверхность разбивается на характерные ветровые зоны F, G, H и I. Каждая зона имеет собственный коэффициент внешнего давления c_pe, поэтому величина расчётного ветрового воздействия на кровлю зависит от положения рассматриваемого участка.

Зона F относится к угловым участкам кровли и, как правило, характеризуется наиболее значительным ветровым отсосом. Зоны G и H располагаются в краевых областях кровли, а зона I соответствует основной внутренней части покрытия.

Калькулятор автоматически определяет размеры и расположение зон в зависимости от ширины и длины здания, высоты здания и геометрических параметров кровли. Это позволяет получить отдельные значения ветрового давления и отсоса для наиболее нагруженных участков.

Влияние конструкции края кровли

При расчёте учитывается конструктивное решение края плоской кровли. Предусматриваются варианты острого края без парапета и кровли с парапетом.

Наличие парапета влияет на характер распределения ветрового давления и величину отсоса в краевых и угловых зонах. Поэтому конструкция края должна соответствовать фактическому решению здания. Для кровель без парапета и кровель с парапетом расчётные коэффициенты ветрового воздействия могут существенно различаться.

Расчёт ветрового давления и отсоса

Внешнее давление на кровлю определяется с использованием пикового скоростного напора и соответствующего аэродинамического коэффициента:

w_e = q_p(z_e) · c_pe

Полученные значения позволяют определить как положительное ветровое давление, так и отрицательное давление — ветровой отсос.

Знак «−» соответствует отсосу, то есть направлению воздействия от поверхности кровли. Именно отрицательные значения в угловых и краевых зонах необходимо учитывать при проверке крепления кровельного покрытия и элементов кровельной системы.

При наличии внутренних объёмов здания и необходимости учёта внутреннего давления результирующее воздействие определяется с учётом соответствующего коэффициента внутреннего давления c_pi.

Применение результатов расчёта

Рассчитанные значения ветровой нагрузки могут использоваться при проектировании и проверке:

плоских кровель;
кровельного покрытия;
профилированного листа;
мембранных и рулонных кровель;
утеплителя и элементов его крепления;
механического крепления кровельных материалов;
кровельных панелей;
парапетов и элементов примыкания;
несущих элементов покрытия;
узлов и крепёжных элементов кровельной системы.

Особое внимание следует уделять угловым и краевым зонам, где ветровой отсос может значительно превышать воздействие на внутреннюю часть кровли.

Расчётная записка

По результатам расчёта формируется расчётная записка по ветровой нагрузке на кровлю с исходными данными, нормативными ссылками, расчётной схемой, разбивкой покрытия на зоны F, G, H и I и таблицей расчётных значений ветрового давления.

Результаты могут использоваться как расчётное обоснование при разработке разделов КМ, КЖ и АС проектной документации в соответствии с принятой конструктивной схемой здания.

Область применения и ограничения

Калькулятор предназначен для расчёта ветровой нагрузки на плоские кровли зданий прямоугольной формы в плане. Основная область применения — определение ветрового давления и отсоса на различные участки покрытия для последующего расчёта несущих и ограждающих элементов кровли и их креплений.

Расчёт ориентирован на здания с плоским покрытием, для которых геометрия и условия обтекания соответствуют принятой расчётной модели.

Скатные, купольные и сводчатые покрытия, а также навесы и козырьки, для которых ветер может воздействовать на конструкцию снизу, требуют применения соответствующих расчётных схем и отдельных положений нормативных документов.

Полученные результаты необходимо применять с учётом фактической геометрии здания, конструкции кровли, наличия парапетов, характера ограждающих конструкций и принятой схемы передачи ветровой нагрузки.