Ветровые нагрузки

В соответствии со сводом правил 20.13330.2011, основанном на СНиП 2.01.07-85, ветровые нагрузки относятся к кратковременным нагрузкам, а точнее, к типу 5.5е — климатическим нагрузкам. Ветровые нагрузки также относят к динамическим, что обуславливает достаточно сложный процесс расчёта их воздействия. Воздействие ветра разделяется по характеру и природе влияния на 4 типа :

а) основной тип ветровой нагрузки, далее просто «ветровая нагрузка», возникает в силу возникновения подъёмной силы, образующейся при обтекании поверхностей здания потоками воздуха, и наличии статических воздушных масс внутри здания;

б) пиковые ветровые нагрузки, воздействующие на различные конструктивные элементы ограждений и прочего оборудования на кровле. Возникают при порывах ветра, и носят ударный характер воздействия;

в) резонансное вихревое возмущение, возникающее при неравномерном обтекании элементов здания. Вихревые потоки характеры тем, что создают внутри зоны разряжения, в которые происходит затягивание элементов здания;

г) Аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера.

Тип нагрузок г) необходимо учитывать для высотных зданий (здания у которых отношение высоты к наибольшему из линейных размеров > 10).

Полный текст свода правил можно скачать здесь.

Природа возникновения ветровых зон на кровле

Ветер представляет собой перетекание воздушных масс из областей с высоким давлением в области с низким давлением. Точно также при обтекании сооружений ветром, движение воздушных масс создаёт зоны повышенного и пониженного давления. Поверхность, на которую непосредственно падает ветер, называют наветренной, а поверхность, скрытую от ветра массивом здания, называют подветренной.  Это можно проиллюстрировать так:

Знак у буквы P означает направление давления: плюс, в случае, если давление направлено внутрь здания, и минус — если наружу. Отрицательное (выталкивающее) давление возникает из-за того, что вместе с ветром оттуда увлекаются статические воздушные массы, тем самым создавая область пониженного (по сравнению с давлением в здании) давления, тем самым создавая всасывание здания в эту область. Тоже происходит и на верхней поверхности сооружения. Однако, в случае верхней поверхности надо рассматривать процессы, происходящие на ней в больших деталях. Поскольку ветровая нагрузка носит динамический характер, она не может быть описана всего лишь числом, и даже некоторым вектором.

Для каждого конкретного ветрового района (здесь можно посмотреть подробную карту), существует некоторая диаграмма, называемая розой ветров, которая строится на основании многолетних наблюдений, и содержит в себе информацию о повторяемости каждого направления ветра. Также существуют комплексные розы ветров, которые содержат в себе дополнительную информацию, такую как распределение скорости ветра в выбранном направлении. 

Поскольку роза ветров даёт лишь информацию о преимущественном направлении ветра, необходимо допускать, что ветер может дуть на рассматриваемое сооружение в любом направлении. Более того, необходимо допускать, что ветер дует в любом направлении с максимальной скоростью. Важно понимать, что даже если вы знаете среднюю скорость ветра в выбранном направлении, знаете стандартное отклонение от средней скорости, то даже интервал +/- 2 стандартных отклонения от средней скорости ветра описывает лишь 95% процентов случаев; интервал в 6 стандартных отклонений описывает уже 97,5% — а это в свою очередь означает, что допустив лишь скорость ветра на 2 стандартных отклонения выше среднего, ваша кровля прослужит три недели, а на 4-ую улетит.

Ветровые зоны на кровле

Теперь когда все необходимые допущения сделаны, можно ввести понятие ветровых зон, которые надо обязательно учитывать при монтаже кровли. Существует три разных ветровых зоны на кровле:

— центральная зона, характеризующаяся однородным протеканием ветра в выбранном направлении;

—краевая зона, которая характеризуется дополнительными вихревыми восходящими и нисходящими потоками, возникающими из-за разделения воздушных масс на краю парапета;

— угловая зона, которая возникает на стыке двух краевых зон, т.е. испытывает воздействие ветра сразу в двух направлениях.

Возникающие ветровые потоки могут быть проиллюстрированы следующим образом:

В краевых зонах  создаются вихревые потоки, которые кратно увеличивают отрицательное давление на кровлю и на парапет. В угловых зонах действуют вихревые потоки сразу с двух краев, еще больше увеличивая нагрузку на кровельное полотно. Схематично зоны можно изобразить так:

Противодействие ветровым нагрузкам

На сегодняшний день существуют различные варианты крепления кровельного «пирога» к основанию кровельного покрытия здания: кровельные системы с механическим креплением, балластные кровли и приклеиваемые. Механическое крепление кровельного полотна – наиболее распространённая технология в современном строительстве. Для механического крепления кровельного ковра непосредственно на твердое несущее основание, применяется кровельный металлический саморез и металлическая шайба распределения давления. При укладке кровельных ПВХ-мембран непосредственно на жесткую теплоизоляцию из минераловатных плит, для механического крепления в основном используют телескопические пластиковые кровельные втулки и металлический саморез.

В балластных кровельных системах гидроизоляционное покрытие (ПВХ мембрана) удерживается весом балласта. В роли балласта могут выступать щебёнка, тротуарная плитка, плодородный грунт, железобетонная стяжка и другие материалы, обеспечивающие достаточное прижимное усилие.

Для устройства кровли с механическим креплением мембраны к основанию необходимым является правильный расчет количества крепежных элементов, производимый с учетом ветровых нагрузок.

Как правило, Компании-производители кровельных мембран имеют в своем арсенале программы для расчета ветровых нагрузок и активно сотрудничают с кровельными организациями.

Немаловажным фактором при устройстве кровель с механическим креплением является также и выбор производителя крепежных элементов. ООО «СК «Атлант» многие годы работает в тесном сотрудничестве с поставщиками качественных кровельных покрытий и  крепежа. Все изделия прошли необходимые испытания и имеют соответствующие сертификаты.