Ветровая нагрузка действует на стены и крышу давлением или отсосом, а её величина зависит от района, высоты, рельефа и формы здания. Для расчёта ветровой нагрузки учитывают направление ветра, открытость участка, аэродинамические коэффициенты и возможное давление внутри помещений. Одной средней скорости ветра для выбора сечения недостаточно.
Как ветер действует на здание
Ветровая нагрузка — переменное воздействие на наружные поверхности и несущую систему сооружения. По ДБН В.1.2-2:2006 учитывают нормальное давление на внешние поверхности, силы трения вдоль них и, при наличии проёмов или воздухопроницаемых ограждений, давление на внутренние поверхности. В зависимости от направления потока и аэродинамической формы ветер может прижимать стену или поднимать край крыши.
Для расчётов предусматривают значения, предназначенные для проверки предельного состояния и нормальной эксплуатации. Характеристическое значение ветровой нагрузки задают по ветровому району Украины на нормативной карте или в приложении к ДБН; это средняя статическая составляющая давления на высоте 10 м, которая может быть превышена в среднем один раз за 50 лет. Это исходная характеристика района, а не готовое давление на каждую стену конкретного дома.
Какие условия участка и здания влияют на результат
Ветровая нагрузка для конкретного объекта зависит от высоты рассматриваемой части здания, окружающей местности и направления ветра. Нормативная схема учитывает аэродинамическое воздействие, высоту, географическую высоту площадки, рельеф, направление ветра и динамический эффект. Поэтому на чертеже и в расчётной модели должны быть заданы размеры дома, высотные отметки и условия участка.
Тип местности выбирают не только по почтовому адресу: имеет значение, что находится перед зданием со стороны рассматриваемого ветра — открытое пространство, лес, малоэтажная застройка или более плотный городской район. При смене направления потока могут измениться и условия подводящего участка. Если площадка расположена на холме или склоне, влияние рельефа проверяют отдельно, а не считают его автоматически нейтральным.
Расчётное давление получают из районного исходного значения с коэффициентами и надёжностными параметрами для требуемой проверки. В коэффициент входят аэродинамические характеристики поверхностей, высота, местность, рельеф, направление и динамика; нужные значения выбирают по нормативным схемам и размерам. Перенос числа из чужого проекта или калькулятора без совпадения этих условий может дать неверные усилия.
Почему давление и отсос рассматривают раздельно
На наветренной стене ветер обычно создаёт давление, а на боковых и подветренных поверхностях может возникать отсос. На покрытии направление и величина воздействия меняются по зонам: возле конька, карниза и углов они могут отличаться от значений в центральной части. Проверка только одной стороны дома не показывает, как изменятся усилия при повороте ветра.
Отрицательное давление стремится оторвать облицовку, кровельное покрытие или край свеса от основания. Поэтому для креплений панелей, листов и элементов покрытия проверяют местные зоны повышенного отсоса, включая участки по внешнему контуру и в углах. Шаг крепежа и тип анкера назначают по расчёту основания и самого крепления, а не только по общей площади стены.
Когда учитывают давление внутри помещений
Если ограждения проницаемы для воздуха, имеют открытые проёмы или предусмотренные постоянно открытые стороны, поток может создавать давление и внутри здания. Тогда внутреннее воздействие складывается с внешним давлением или отсосом в неблагоприятном сочетании. Для расчёта важны расположение, площадь и режим проёмов, а также то, какие двери, ворота и вентиляционные отверстия могут быть открыты при эксплуатации.
При расчёте с ветровой нагрузкой проектировщик рассматривает конфигурацию, соответствующую назначению здания и заданным условиям использования. Нельзя произвольно считать дом герметичным, если в фасаде есть большие открывающиеся ворота, или учитывать постоянно открытый проём, которого не будет в проекте. В реконструкции фактическая проницаемость ограждений и новые проёмы могут изменить распределение давления между поверхностями.
Как усилия передаются на несущие элементы
Наружная обшивка передаёт давление или отсос на обрешётку, прогоны и стропила, затем на рамы, стены и связи. Важно проверить весь путь передачи: прочность панелей или листов, крепления, местную устойчивость элементов, соединения с несущим каркасом и работу системы связей. Если отдельный узел не способен передать усилие дальше, надёжность всей схемы нельзя оценить только по прочности основных балок.
Горизонтальная составляющая усилия передаётся через диски покрытия, перекрытия и вертикальные связи к фундаментам. В зависимости от схемы ветер вызывает сдвиг, изгиб, подъём и опрокидывающий эффект, а реакции в разных опорах могут отличаться по величине и направлению. Для лёгкого каркасного дома особенно важно проверить анкеровку нижней обвязки и непрерывность связей от крыши до основания.
Какие проверки и сочетания нужны
Ветровое воздействие входит в расчётные сочетания с постоянными и другими временными нагрузками по ДБН В.1.2-2. Нельзя одновременно складывать максимумы снега, ветра и всех эксплуатационных действий без предусмотренных коэффициентов сочетаний, но нельзя и исключать отдельный компонент только потому, что он не действует вертикально. Для элементов ограждения и несущего каркаса могут требоваться разные схемы приложения ветра.
Проверяют несущую способность и перемещения конструкций, а также соединения и устойчивость здания в целом. Для сложной геометрии, гибких покрытий и сооружений, чувствительных к колебаниям, обычной статической схемы может быть недостаточно: требуется оценка пульсационной составляющей и другие специальные расчётные методы. Необходимый уровень расчёта определяют по типу и параметрам сооружения.
Какие исходные данные подготовить для расчёта
Проектировщику передают адрес или координаты участка, высоту здания, планы и разрезы, размеры фасадов и крыши, форму покрытия и расположение несущих элементов. Нужны сведения о материале стен и кровли, проёмах, воротах, вентиляционных отверстиях, связях и креплениях, а также о пристройках и соседних объёмах, влияющих на поток. Для реконструкции добавляют обмеры, данные о дефектах и изменениях, выполненных после строительства.
При ветровой нагрузке на крышу отдельно рассматривают давление и отсос в центральных, краевых и угловых зонах, если они предусмотрены схемами норм. В исходных данных фиксируют направление, для которого выбраны параметры местности, и профиль участка перед зданием. Это помогает воспроизвести расчёт, если меняются ориентация дома, высота, форма кровли или расположение проёмов.
Ветровая нагрузка в проекте должна быть связана с конкретной схемой здания, а не выражена единой средней цифрой для всего дома. В расчётной записке сохраняют районное значение, принятые коэффициенты и направления, проверенные сочетания, реакции в опорах и результаты по креплениям. При замене фасадной системы, устройстве новых ворот или изменении кровли инженер проверяет затронутые участки и узлы передачи усилий.
