Ветровая нагрузка

В то время как силы природы способны оказать благотворную помощь человеку, они также имеют разрушительную способность. Например, ветровая нагрузка может оказать негативное воздействие, вплоть до угрозы жизни окружающих живых существ и построенным сооружениям. Так, для людей комфортная ветровая нагрузка до 5 метров в секунду. Если речь идет о сильном ветре, то обычно его скорость достигает до 12 метров в секунду. При шторме, ветер набирает скорость до 20 метров в секунду. А если надвигается ураган, то стоит ожидать скорость больше 30 метров в секунду. Но что можно сказать о конструкциях и сооружениях. Насколько важно учитывать ветровые нагрузки при возведении тех или иных сооружений? Рассмотрим эти и другие вопросы, связанные с ветровой нагрузкой и воздействием этой силы природы в нашей жизни.

Энергия ветра

Энергия ветра – это производная энергия Солнца. То есть энергия ветра образуется благодаря неравномерному нагреванию поверхности Земли. Тысячелетиями, человечество использует энергию ветра в разных целях, например, для передвижения кораблей, для переработки зерна в муку, для движения воды (водяные мельницы), для накопления электричества и прочее.

Так, если смотреть на этот вопрос с точки зрения энергетики, то ветровая энергия полезна в том случае, если скорость ветра находится в пределах от 8 до 18 метров в секунду. Если скорость ветра меньше 8 метров в секунду, то энергетические установки неэффективны. А если скорость превышает 18 метров в секунду, то это чревато механическим разрушениям.

Однако нас больше интересует не вопрос образования электроэнергии при воздействии ветровой нагрузки, а как правильно рассчитать нагрузку и воздействие ветра на строения. Это поможет вам при строительстве дома, придать строению необходимые физические и технические характеристики, чтобы они справлялись с ветром.

Ветровая нагрузка – что это

Так, под ветровой нагрузкой подразумевается образовавшееся давление на наветренные стороны здания и сооружений, например, на мачты, дома, опорных линий и прочее. Определяется ветровая нагрузка за определенный период времени максимальной скоростью ветра в конкретной местности.

Нагрузка ветровая может отличаться, например, она зависит от формы сооружения, которое обдувается. Также на это влияет плотность воздуха, назначение и движение.

Ветровая нагрузка – как образуется

Так, по мере своего передвижения, воздушный поток двигается. На своем пути он сталкивается с различными преградами, в частности, кровля, стены и другие конструкции дома. Как только воздушный поток сталкивается с подобными сооружениями, он раздваивается. Например, когда воздушная масса сталкивается со стеной, то часть нагрузки идет на низ здания, а вторая часть на карнизный свес кровли.

Когда воздушный поток сталкивается со скатом кровли, то происходит огибание ветра по касательной конек крыши. После этого поток подхватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и уносит в сторону от здания. Таким образом, кровля сталкивается с нагрузкой четырех сил, которые способны сорвать ее или перевернуть:

  1. С наветренной стороны – 2 касательные.
  2. С подветренной стороны – подъемная сила.
  3. Вдавливающая. Ее воздействие происходит перпендикулярно скату кровли. Вследствие такой нагрузки, скат может сломаться или просто деформироваться.

Можно ли игнорировать ветровую нагрузку

Что, если вы будете строить здание и при этом не учитывать тип вашей местности на ветровую нагрузку? Здесь важно понимать одну важную истину – нагрузка ветра негативно воздействует на любой тип кровли. При этом абсолютно не важно, имеет кровля плоскую форму или какую-либо другую. Так, с увеличением угла ската крыши, увеличивается показатель нормальных сил, в то время как касательные уменьшаются. То есть, если все это подытожить, то крутой склон ската ветер может опрокинуть, а пологий уклон ската – унести и сорвать.

Из всего этого очевидно, при строительстве зданий, сооружении кровли и других конструкций крайне важно учитывать тип местности. Сегодня это как никогда просто. Например, существует специальная карта ветровых районов страны. Воспользовавшись ей, можно получить общее представление по этому вопросу.

Можно ли избежать плачевных последствий ветровой нагрузки

Итак, чтобы избежать негативного разрушительного воздействия ветровой нагрузки на кровлю, следует придерживаться нескольких правил.

  • Совет №1. Крайне важно смонтировать правильный каркас кровли. Так, каркас в обязательном порядке должен иметь раскосы и подкосы. Чтобы усилить стропила, они должны быть связаны диагоналями. Кроме всего прочего, увеличивает прочность кровли и правильно смонтированная обрешетка.
  • Совет №2. Усилить ту крышу, которая уже построена. Например, это можно сделать, если обеспечить дополнительное крепление стропильной ноги. Достигается это следующим образом. Используя скрутку из вязальной проволоки необходимо скрутить нижний конец каждой стропильной ноги. Прикручивание осуществляется к ершу, который забивается в стену. Под ершом подразумевается металлический штырь из ковки, который на своей поверхности имеет насечки. Эти насечки обязательно направлены в противоположную сторону его выдергивания.
  • Совет №3. Правильный выбор кровельного материала. Так, существует группа кровельных материалов, которые нельзя назвать надежными. Профнастил отличается высокой парусностью. Этим показателям также характеризуется металлочерепица. Если говорить за натуральную черепицу, то она неплохая, но вот способ ее крепления не обеспечивает серьезную надежность при возникающих нагрузках. Каждый из этих материалов очень легко может сорвать ветер при большей его мощности. Если говорить за ондулин, то он не имеет такого недостатка. Особенность его монтажа включает в себя плотное прилегание к обрешетке. Для крепления используются специальные фирменные гвозди. Такому покрытию нестрашны сильные ветровые нагрузки.
Важно! Если кровля будет накрыта ондулином и на вашу местность будет надвигаться смерч, уносящий и срывающий все на своем пути, то листы из ондулина на причинят страшного вреда живим существам, например, при сравнении его с профнастилом или металлочерепицей.

Итак, мы рассмотрели простые способы того, как избежать негативного воздействия от ветровой нагрузки.

Как рассчитать ветровую нагрузку

Итак, как мы уже рассмотрели, что сила ветра способна оказывать разрушительное воздействие. В качестве давления выступает скорость ветра в момент его столкновения со зданием. Вот сила данного давления и является этой ветровой нагрузки. Расчеты выполняются для той цели, чтобы строить и проектировать безопасные строения и конструкции. При этом важно учитывать следующие факторы при проектировании, ведь скорость ветра может значительно изменяться исходя из его высоты от земли:

  • Чем выше здание, тем скорость ветра увеличивается.
  • Чем ближе ветер к земле, тем больше он становится непредсказуемым. Как следствие, он имеет прямое воздействие на предметы, находящиеся на земле.

Из-за того, что ветер от части не предсказуем, крайне сложно произвести точные расчеты ветровой нагрузки.

Итак, рассмотрим принцип того, как выполняются подобные расчеты. За основу возьмем формулу давления силы, чтобы определить значение ветровой нагрузки:

(Psf) = 00256 x V^2.

В этом случае V подразумевает скорость ветра, измеряющаяся в милях в час. Проще способ как сделать расчет, использовать уже готовую информацию в таблицах и пособиях по ветровой нагрузке именно вашего региона.

Также следует произвести вычисление коэффициента лобового сопротивления. Что это такое? Под лобовым сопротивлением подразумевается давление, с которым сталкивается дом/строение. Определяет давление – сопротивление. Коэффициент сопротивления определяется формой строения и другими конструктивными особенностями здания. Так, необходимы учитывать такие коэффициенты по сопротивлению при определении нагрузки ветра:

  1. 1.2 – это для цилиндрических труб сильно длинных.
  2. 0,8 – это для коротких цилиндрических труб, например, антенны и тому подобное.
  3. 2.0 – это для пластин длинных и плоских форм.
  4. 1.4 – это для пластин коротких и плоских форм, например, фасад.

Итак, теперь берем формулу, по которой и произведем расчет ветровой нагрузки:

F = A x P x Cd.

В этом случае:

  • Cd – коэффициент силы сопротивления.
  • P – давление, создаваемое ветром.
  • A – область.
  • F – сила.

Существует формула более современного образца:

F = A x P x Cd x Kz x Gh.

Здесь добавлены некоторые показатели, а именно:

  • Gh – коэффициент, указывающий на чувствительность той или иной конструкции по отношению к порыву ветру. Расчет чувствительности выполняется по такой формуле: 65+.60/(h/33)^(1/7). Под h здесь подразумевается высота той или иной постройки/конструкции.
  • Kz – это коэффициент экспозиции. Определить ее можно при помощи следующей формулы: [z/33]^(2/7). Здесь под z подразумевается высота постройки от земли, до ее середины.

Кроме всего прочего, при расчете еще стоит учитывать и тип местности. Существует 3 типа местности:

  1. А – это открытые участки, располагающиеся возле тундры, лесостепи, степи, пустынь, водохранилищ, озер, морей.
  2. В – это городская местность и лесные массивы. То есть та местность, которая на своем пути имеет препятствия высотой не больше 10 метров. При этом препятствия распределены равномерно.
  3. С – это городские районы, где постройки имеют высоту больше 25 метров.

Как определить, в какой местности проживаете вы? Можно смело считать, что ваша местность относится к одному из перечисленных типов, если с наветренной стороны сохраняется на протяженности 2 километров сооружения на определенной высоте, например, стабильно от 30 до 60 метров от земли.

Делаем расчет ветровой нагрузки на крышу

Учитывая, что чаще всего подвергается разрушению кровля, то рассмотрим важные нюансы того, как сделать правильный расчет ветровой нагрузки при строительстве кровли. Мы можем найти немало примеров того, что было, когда это не делалось. Кровля просто поднималась силой ветра и срывалась.

Итак, если направление ветра фронтальное, то осуществляется столкновение воздушной массы с фасадом здания и кровлей. На вертикальной поверхности поток воздушных масс образует завихрении, которые обладают разноплановыми векторами. То есть нагрузка происходит на вертикальную, боковую и нижнюю часть здания.

Каждая эта часть здания имеет определенные слабые и сильные места, рассмотрим их:

  1. Нижняя часть здания. При воздействии ветровой нагрузки на данную часть строения, а именно на фундамент, то никакого воздействия на здание не оказывается. Почему? Здесь располагается самая крепкая часть строения – фундамент. Поэтому нижнее направление самое безопасное.
  2. Боковое направление. В этом случае воздействие ветровой нагрузки приходится на фасад. Также здесь с ветром сталкиваются двери, окна и другие элементы строения. Можно сказать, что это средняя нагрузка из трех существующих.
  3. Вертикальное направление. В этом случае образуется самая серьезная нагрузка, так как воздействие воздушных масс осуществляется на свес кровли. В результате образуется подъемное воздействие, которое стремится поднять и сорвать кровлю. Как следствие, такое направление самое опасное и именно с ним нужно бороться.

Рассмотрим подробнее характер воздействия вертикального направления, а именно, на скат и кровлю. Воздушный поток образует следующие воздействия и усилия:

  • Касательные. Здесь подразумевается ветер, который скользит по крыше, огибает ее конек и уходит в сторону. Касательное воздействие стремится сдвинуть кровлю с места.
  • Перпендикулярные усилия. Это определение – нормаль. Под этим усилием подразумевается сила, которая направляется внутрь крыши. Вследствие этого создается определенное давление, которое способно вдавить кровлю внутрь здания.
  • Обратная сила. Этот вид воздействия воздушных масс образуется со стороны ската кровли. Данный вид ветровой нагрузки образует то же, что и крыло самолета – подъемная.
Важно! Итак, если подвести итог и сложить все направления ветрового потока, то можно прийти к выводу, что кровля, имеющая сильную наклонную, имеет большой риск к ее опрокидыванию.

Если же скат имеет пологую форму, то при воздействии серьезных воздушных масс конструкция с большой вероятностью приподнимется. Сила ветра попросту унесет ее в свободный полет. Итак, чтобы этого не допустить, для расчета будем использовать такую формулу:

Wр = 0,7 × W × k × C

Все эти значения имеют следующее объяснение:

C – это аэродинамический коэффициент. Здесь подразумевается воздействие потока ветра на скат кровли.

k – это зависимость высоты от земли к давлению.

W – это нормативная величина усилия. Эти усилия создаются напором воздушных масс. В этом случае крайне важно отталкиваться от показаний в СНИП и установленных норм в вашей местности.

Итак, чтобы все это закрепить, предлагаем вам сделать приблизительные расчеты ветровой нагрузки на кровлю здания. В нашем случае дом будет находиться в местности, характеризующейся типу А. То есть это берег большого водоема. В этом здании крыша возвышается от уровня грунта на высоте 10 метров. Значит, в этом случае коэффициент применим 1,25. Что касается преобладающих ветров, то они идут по направлению к фронтону кровли. Как следствие, аэродинамический показатель равен С = -1,4. Это при наклоне ската 30 градусов. Для примера возьмем норматив Поволжья где W = 53 кгс/м2. Учитывая все это, делаем такие вычисления:

Wp = 0,7 × 53 кгс/м2 × 1,25 × -1,4 = -64,925 кгс/м2.

Почему здесь отрицательное значение? Оно указывает на то, что сила ветра стремится оторвать кровлю от дома. Если сделать вычисление этого значение на площадь здание, а она, пусть будет, 50 м2, то получаем следующее: Р = 50 м2 × -64,925 кгс/м2 = 3246,25 кгс/м2. То есть давление на срыв оказывается с нагрузкой больше трех тонн!

Итак, видно из всего этого, что определить ветровую нагрузку, в частности, на кровлю строения вполне реально и самостоятельно. Для этого следует знать ваш ветровой район, нормы и преобладающее направление ветра в вашей местности. Имея всю эту информацию, вы сможете учитывать крайне важные факторы при строительстве частного дома.

Заключение

Итак, эта статья дала обширный ответ на вопрос о том, что такое ветровая нагрузка. Мы увидели, что она бывает самой разной. также мы узнали, что произойдет, если не произвести расчет ветровой нагрузки. Учитывая все это, не поленитесь, а приложите усилия для проведения таких расчетов. В таком случае ваше здание точно прослужит вам длительный период времени без повреждений по причине ветровой нагрузки.

При расчетах обязательно используйте карту ветровых нагрузок в вашем регионе. Также отталкивайтесь от показателей в СНИПах. Все это в комплексе поможет вам получить точную информацию. Плюс ко всему, используйте всю предоставленную информацию в этой статье. Здесь находиться немало формул и примеров для вычислений. Мы надеемся, что все это поможет вам. Плюс ко всему, предлагаем вам просмотр подготовленного видеоматериала о том, как происходит вычисление ветровой нагрузки и что под этим подразумевается. Если вы знаете другие важные аспекты по этому вопросу, то пишите комментарии и поднимайте эти вопросы на форуме. Ваш опыт будет неоценим и полезным для новичков в этом вопросе.

Автор статей - Сергей Новожилов
Автор статьи:

Сергей Новожилов - эксперт по кровельным материалам с 9-летним опытом практической работы в области инженерных решений в строительстве.
Оцените статью:

Очень плохоТерпимоУдовлетворительноХорошая статьяОтличная статья! (Нет оценок)

Форма отправки комментария