Расчёт ветровой нагрузки на стены здания

Ветровое давление на все грани прямоугольного в плане здания — зоны D, A, B, C, E — СП РК EN 1991-1-4:2005/2011 + НТП РК 01-01-3.1(4.1)-2017

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)
Длина здания вдоль ветра, d (м)
Высота здания, h (м)
Пром. полосы зоны D (при h > 2b)	Наветренная стена при h > 2b делится на нижнюю и верхнюю полосы высотой b, а промежуток между ними — на это число равных полос (7.2.2(1), Рисунок 7.4; число полос выбирает инженер, норма не задаёт его жёстко)

Ветер набегает на грань шириной b (наветренная стена, зона D). Боковые стены — грани здания, параллельные направлению ветра, длиной d (зоны A, B, C). Противоположная грань шириной b — подветренная стена, зона E.

▶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 вертикальные стены прямоугольного в плане здания — зоны D (наветренная), A, B, C (боковые), E (подветренная) по СП РК EN 1991-1-4:2005/2011 §7.2.2 и НТП РК 01-01-3.1(4.1)-2017
• Пиковый скоростной напор q_p(z) по высоте — с учётом типа местности (Табл. 4.1) и орографии
• Зона D делится на высотные полосы при h > b (§7.2.2(1), Рисунок 7.4) — число промежуточных полос задаёт пользователь
• Коэффициенты c_pe — по Табл. 7.1 в редакции приказа №216-НҚ от 30.12.2021 (значения зафиксированы, не зависят от h/d — актуальная казахстанская редакция, отличается от «ванильного» EN 1991-1-4)

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): доминантные проёмы в предельном состоянии по несущей способности рассматриваются закрытыми, случай с открытыми проёмами — отдельная особая расчётная ситуация по EN 1990)
• Коэффициент c_pi по умолчанию — наихудшее из +0,2/−0,3 (п. 7.2.9(6), Примечание 2), это стандартный подход для типового здания без явно доминирующего проёма
• Если у здания есть заведомо доминирующий проём и его специально нужно проверить как особую расчётную ситуацию — эта методика (формулы 7.1/7.2) в калькуляторе не реализована

Что НЕ учитывается (ограничения модели)
• Здания с h/d > 5 — по норме считаются через коэффициенты усилия (§7.6–7.8, 7.9.2), а не через коэффициенты давления зон A–E — калькулятор эту границу не проверяет автоматически
• Отсутствие корреляции давления между наветренной и подветренной стороной (§7.2.2(3), понижающий коэффициент до 0,85 для суммарной силы) — не применяется, здесь считаются только локальные давления по зонам, не итоговая сила на здание
• Точный орографический коэффициент c₀(z) для сложного рельефа (Приложение А.3, холмы/обрывы) — не вычисляется, только ручной ввод при отключённой «ровной местности»
• Давление на кровлю (зоны F/G/H/I, покрытия любой формы) — не считается, только вертикальные стены
• 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 стены здания

Калькулятор предназначен для расчёта ветровой нагрузки и ветрового давления на стены здания по СП РК EN 1991-1-4:2005/2011 «Воздействия на конструкции. Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия» с учётом положений НТП РК 01-01-3.1(4.1)-2017. Расчёт ориентирован на применение при проектировании зданий и сооружений в Республике Казахстан и позволяет определить расчётное давление ветра на наветренные, подветренные и боковые поверхности здания.

Для расчёта задаются населённый пункт, ширина здания поперёк ветра b, длина здания вдоль ветра d и высота здания h. В зависимости от выбранного населённого пункта определяется соответствующий ветровой район и базовая скорость ветра. Также учитывается категория местности и характер окружающей застройки.

При определении пикового скоростного напора учитываются базовая скорость ветра, категория местности, высота здания и орографические условия. Калькулятор позволяет выбрать тип местности от категории 0 — открытые морские и прибрежные территории — до категории IV, соответствующей плотной городской застройке. Для зданий, расположенных на холмах, уступах и других формах рельефа, может учитываться орографический коэффициент.

Расчёт выполняется с определением базового скоростного давления и пикового скоростного напора q_p(z) на расчётной высоте. Для боковых стен учитывается изменение ветрового воздействия по высоте и геометрическим размерам здания.

Расчёт ветровых зон A, B, C, D и E

Для прямоугольного в плане здания калькулятор автоматически определяет основные ветровые зоны A, B, C, D и E в соответствии с расчётной схемой Еврокода.

Зона D соответствует наветренной стене, непосредственно воспринимающей давление набегающего ветрового потока. Зона E располагается на подветренной стене и характеризуется воздействием отсоса. Зоны A, B и C располагаются на боковых стенах здания, параллельных направлению ветра, и имеют различные значения аэродинамических коэффициентов.

Размеры зон боковых стен определяются в зависимости от геометрии здания и расчётного параметра e = min(b, 2h). Это позволяет автоматически получить ширину зон A, B и C без ручного определения размеров по расчётным схемам.

Для каждой зоны определяются коэффициенты наружного давления c_pe,1 и c_pe,10, после чего рассчитывается наружное ветровое давление:

w_e = q_p(z_e) · c_pe

Для промежуточных площадей нагружения между 1 и 10 м² значение аэродинамического коэффициента определяется с использованием интерполяции между c_pe,1 и c_pe,10.

Учёт внутреннего давления

Помимо наружного воздействия учитывается внутреннее давление воздуха c_pi. Для здания без доминирующего фасада рассматриваются неблагоприятные значения c_pi,min и c_pi,max в соответствии с принятой расчётной схемой.

Итоговое расчётное ветровое давление на поверхность определяется как разность наружного и внутреннего давления:

w_net = w_e − w_i

Для каждой ветровой зоны выбирается наиболее неблагоприятная комбинация наружного и внутреннего давления. В результате пользователь получает суммарное ветровое давление с учётом внутреннего давления для зон D, A, B, C и E.

Полученные значения могут использоваться при расчёте каркаса здания, стеновых панелей, фасадных конструкций, ригелей фахверка, ограждающих конструкций и их креплений.

Расчётная площадь элемента

Калькулятор учитывает площадь нагружаемого элемента A. Для элементов площадью 10 м² и более используется соответствующее значение c_pe,10, а для малых элементов и креплений может применяться c_pe,1. Для промежуточных площадей от 1 до 10 м² коэффициент давления определяется интерполяцией.

Такой подход позволяет получать отдельные значения ветрового давления как для крупных элементов ограждающих конструкций, так и для мелких элементов, креплений и узлов крепления фасадных систем.

Нормативная база

Расчёт выполняется на основе СП РК EN 1991-1-4:2005/2011, соответствующего Eurocode 1 — EN 1991-1-4 «Actions on structures — Part 1-4: General actions — Wind actions», с учётом применяемых в Республике Казахстан национальных параметров и нормативных документов.

Базовая скорость ветра принимается в зависимости от района строительства по действующей нормативной базе Республики Казахстан. При расчёте учитываются коэффициенты направления и сезонности, категория местности, орографические условия и высота здания.

Аэродинамические коэффициенты и размеры ветровых зон определяются в соответствии с расчётными положениями СП РК EN 1991-1-4 для зданий прямоугольной формы в плане.

Что получается в результате расчёта

По заданным параметрам калькулятор формирует расчётную схему ветрового воздействия на здание и таблицу расчётных значений для каждой зоны. Для зон A, B, C, D и E выводятся:

аэродинамические коэффициенты c_pe;
наружное давление w_e;
внутреннее давление w_i;
суммарное давление w_net;
расчётная площадь элемента;
размеры и положение соответствующей ветровой зоны;
пиковый скоростной напор q_p(z).

Результатом является набор расчётных значений ветрового давления в тс/м² и других используемых единицах, которые можно передавать в расчёты конструкций и использовать при формировании расчётных схем.

Расчётная записка

По результатам расчёта формируется расчётная записка по ветровой нагрузке с исходными данными, нормативными ссылками, расчётной схемой, последовательностью вычислений и итоговой таблицей ветровых давлений.

Документ может использоваться как расчётное обоснование при разработке разделов КМ, КЖ и АС проектной документации, в том числе при проектировании зданий и сооружений в Казахстане.

Область применения и ограничения

Калькулятор предназначен для расчёта ветровой нагрузки на здания прямоугольной формы в плане с вертикальными стенами. Основная область применения — определение ветрового давления на наружные стены и элементы ограждающих конструкций для последующего статического расчёта.

Расчёт может применяться при проектировании промышленных, общественных, административных и других зданий, для которых расчётная схема соответствует принятой модели прямоугольного здания.

Полученные значения могут использоваться для расчёта стеновых панелей, фасадов, фахверка, ригелей, ограждающих конструкций, креплений и других элементов, воспринимающих ветровое воздействие.

Расчёт не предназначен для определения динамического отклика гибких и высоких сооружений, сложных зданий, конструкций с существенно нестандартной аэродинамической формой, а также случаев, для которых требуется специальное аэродинамическое или численное моделирование. Обледенение и другие особые воздействия самостоятельно в данный расчёт не включаются.

Для зданий с доминирующими проёмами, сложной геометрией, нестандартной схемой передачи нагрузки или другими особенностями объекта расчётную схему необходимо дополнительно проверить применительно к фактическим условиям проектирования.