Меню разделаНа главную

СКАТНЫЕ КРЫШИ

Ветровая нагрузка

При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 8). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь. Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его. В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот, на пологих крышах большее значения принимают касательные, увеличивая подъемную силу с подветренной и уменьшая нормальную с наветренной стороны.

Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс (ветра)
рис. 8. Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wн в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Wн = W0×kz×c

Расчетное значение ветровой нагрузки Wр (для расчета по первому предельному состоянию) находится формулой:

Wр = γf ×W0×kz×c,

где γf — коэффициент надежности γ= 1,4; W0 — нормативное значение ветрового давления, определяется по картам приложения к СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» или по рис. 9 и таблице 2; kz — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 3; c — аэродинамический коэффициент (переводит вертикальную нагрузку в горизонтальную), учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны (рис 10).

таблица 2

Ветровые районы Ia I II III IV V VI VII
Нор­ма­тив­ное дав­ле­ние ве­тра на 1 м² ве­рти­ка­аль­ной по­верх­но­сти
W0, кПа (кг/м²) 0,17 (17) 0,23 (23) 0,30 (31) 0,38 (39) 0,48 (49) 0,60 (61) 0,73 (74) 0,85 (87)
Рас­чет­ное дав­ле­ние ве­тра на 1 м² ве­рти­ка­аль­ной по­верх­но­сти
1,4×W0, кПа (кг/м²) 0,24 (24) 0,32 (33) 0,42 (43) 0,53 (54) 0,67 (68) 0,84 (86) 1,02 (104) 1,19 (121)
Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра Карта давления ветра Сахалин, Камчатка, Дальний Восток Карта давления ветра Кольский п-в, Калинград, Северный Кавказ Карта давления ветра в Крыму Карта РФ давления ветра
рис. 9. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра

таблица 3

Ко­эф­фи­ци­ент k(z) для ти­пов мест­но­сти
Вы­со­та z, м А Б В
не более 5 0,75 0,5 0,4
10 1,0 0,65 0,4
20 1,25 0,85 0,55

Ти­пы мест­но­сти:
А – от­кры­тые по­бе­ре­жья мо­рей, озер и во­до­хра­ни­лищ, пу­сты­ни, сте­пи, ле­со­сте­пи, тунд­ра;
Б – го­род­ские тер­ри­то­рии, лес­ные мас­си­вы и дру­гие мест­но­сти, рав­но­мер­но по­кры­тые пре­пят­стви­я­ми вы­со­той бо­лее 10 м;
В – го­род­ские рай­о­ны с плот­ной за­строй­кой зда­ни­я­ми вы­со­той бо­лее 25 м

Со­ору­же­ние счи­та­ет­ся рас­по­ло­жен­ным в мест­нос­ти дан­но­го ти­па, если эта мест­ность со­хра­ня­ет­ся с на­вет­рен­ной сто­ро­ны со­ору­же­ния на рас­сто­я­нии 30h — при вы­со­те со­ору­же­ния h < 60 м и на рас­сто­я­нии 2 км — при h > 60 м.


Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки
рис. 10. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки

Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.

Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 11). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами. В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.

Карнизный узел наслонных стропил скатной крыши
рис. 11. Пример решения карнизного узла наслонных стропил скатной крыши

Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 12). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.

Обеспечение пространственной жесткости стропильной системы
рис. 12. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы