Снеговые и ветровые нагрузки

Для расчета зданий и сооружений нужно правильно собрать нагрузки, чтобы корректно подобрать строительные конструкции – они должны выдерживать вероятный вес, а также не иметь слишком большого запаса, что приведет к перерасходу материала. Обе составляющие относятся к временным. Как их правильно рассчитывать, расскажем далее.

Сбор снеговой нагрузки

Для расчета используется две составляющие – расчетная и нормативная.

Расчетная – нагрузка с учетом запаса надежности. Предполагается, что неблагоприятные условия возникают не часто, и они покрываются запасом в 40%. СП 20.13330.2016 – действующие нормы для расчета, о них будет идти речь в статье. Коэффициент составляет 1,4. Полученное значение учитывается в I предельном состоянии.

Нормативной называется та, которая сохраняет эксплуатацию, при этом является максимумом. Она нужна для II предельного состояния.

Нормативная снеговая нагрузка определятся по формуле

где с(е) – учитывает снятие снежного покрова ветром, принимается по пунктам 10.5-10.9:

• при отсутствии прямого ветра, в городе – с(е)=1;
• кровли до 12%, без выступающих частей, при средней скорости ветра в 3 самых холодных месяца свыше 2 м/с:

где k – учитывает изменение напора по высоте, принимается по таблице 11.2;

l(c) = 2b-(b*b)/l ≤100 м

где b – ширина, м;

l – длина покрытия, м.

• кровли 12-20%, без выступающих частей – с(е)=0,85.

Понижающий маркер не принимается, если средняя январская температура не опускается ниже -5  градусов. Он не действует и при примыкании стен и других элементов.

c(t) – термический коэффициент. При отсутствии утепления в цеху при повышенном тепловыделении (свыше 1 Вт/(м2С), 3%), c(t)=0,8. В остальных случаях c(t)=1.

Иногда рекомендуется принимать его равным единице, если технологический процесс может останавливаться, уходить на каникулы, переоборудоваться. Тогда тепловыделение прекратится, и таяние снега прекратится.

S(g) – нормативный вес покрова, исчисляемый в кПа/м2. Он приведен на квадрат площади на уровне грунта, приведен в таблице 10.1 зависит от местоположения (Приложение Е, карта 1). Обращаем внимание, что в новой версии СП карта изменена.

Данные есть в Территориальных строительных нормах, а также можно воспользоваться картой на сайте Министерства строительства. Учтите: СП – документ, которому нужно следовать неукоснительно, ТСН – рекомендации.

μ – учитывает переход от ровной горизонтальной поверхности на земле к сложным очертаниям крыши. Его берут из Приложения Б, он зависит от формы кровли. Для определения промежуточных положений используется интерполяция.

• При уклоне до 12% он равен 1. В случае со сложной кровлей (стена выше крыши, парапет, фонарь) образуются снежные мешки. Расчет трудоемкий и занимает много времени. Не будем останавливаться на нем, т.к. в ангарах часто таких элементов нет. Если же они будут, мы рассчитаем нагрузку правильно, учтем нюансы, чтобы сооружение служило десятилетиями, и не несло угроз.
• Классический тент со сводчатой кровлей предполагает расчет двух коэффициентов μ.

μ1 = cos (1.5α)

μ2 = sin (3α),

где α – уклон в градусах.

Особенность – вычисление в каждой точке, при α ≥60 градусов оба коэффициента = 0.

• Для двускатной кровли μ=1 при угле до 30 градусов. μ=0,75 и μ=1,25 – для уклона 20-30 градусов (разный по двух скатам).

Для 10-30 градусов принимают μ=1, μ=0,6 и μ=1,4 на разной длине, выбирают наиболее неблагоприятный вариант.

Если скат больше 60 град, μ=0.

Сбор ветровой нагрузки

Должны учитываться:

• основная нагрузка ветра;
• пиковая;
• резонансная;
• аэродинамические неустойчивые колебания.

Резонанс и аэродинамика учитываются, если отношение длин большей стороны к меньшей превышает 40 на открытой местности, 20 – при установке у стены, 10 – для строений, где высота намного больше ширины.

Первые две являются обязательными, для них коэффициент надежности составляет 1,4. Он нужен для получения расчетной нагрузки.

Основная ветровая нагрузка:

где w(m) – нормативная величина, которая зависит от эквивалентной высоты z(e):

где w(0) – нормативное значение по ветровому району (Приложение Е, карта 2), по таблице 11.1;

k(z(e)) – устанавливает зависимость от высотных характеристик, если h≤300 м, определяется по таблице 11.2:

z(e) – эквивалентная высота. В качестве параметра d принимается ширина стены, на которую будет действовать ветер, h – высота:

с – аэродинамический коэффициент, зависит от формы строения и его участка, для которого выполняется расчет. В п.11.1.7 изложено много полезно информации о каждой составляющей, используемой для расчета. Получить итоговый коэффициент можно сложением составных частей.

Рассказывать о каждом из них можно долго, проще найти Приложение В.1 в СП, и взять из него все необходимые коэффициенты.

w(g) – пульсационная составляющая также учитывает эквивалентную высоту, которую мы рассчитывали ранее.

где w(m) мы только что рассчитали;

ζ(z(e)) – коэффициент пульсации:

v – закладывает в расчет пространственную корреляцию. Его принимают по таблице 11.6 и 11.7, все подробно расписано в СП.

Пиковая нагрузка бывает положительной и отрицательной (наветренная и подветренная сторона):

где w(0), k(z(e)), ζ(z(e)) мы определяли ранее;

с(р) – пиковый аэродинамический коэффициент положительного давления и отсоса, с соответствующим знаком. Рассчитываются из ранее полученных значений, а также на основании Приложения В.1.17.

ν – коэффициент корреляции для положительного давления и отсоса для площади ограждения, в м2:

Для чего учитываются нагрузки при расчете?

Чтобы правильно подобрать размер сечения строительных конструкций, важно понять, какую нагрузку они должны воспринимать. Для этого производится сбор нагрузок:

• постоянных – собственный вес самих конструкций;
• временных – снег, ветер, гололед, оборудование;
• особые – сейсмические, взрывные, от деформации основания.

Данные вносятся в расчетные программы, и они подбирают самые неблагоприятные сочетания, что позволит взять максимальную нагрузку, и на нее рассчитать все элементы.

Если не сделать этого, можно дать или слишком большой запас, что приведет к перерасходу материалов, средств, времени строительства. Особенно в масштабах здания и сооружения, а не отдельно взятой конструкции. Если же задать слишком маленькое сечение, здание или сооружение не выдержит напор ветра, слой снега, слишком большое количество людей и оборудования. Это приведет к разрушению части или целого строения, а риски будут присутствовать во время возведения и эксплуатации.

К тому же, без надлежащей документации вам не разрешат начать строительство, и ни один застройщик не возьмется за дело.

Чтобы не рисковать, предлагаем обращаться за расчетами к профессионалам. Человек без строительного образования и опыта не сможет правильно истолковать все пункты нормативного документа, и обязательно сделает ошибку, положившись на свою интуицию. В будущем это может привести к непредсказуемым последствиям. Ведь сделав ошибку в самом начале расчетов, вы рискуете рассчитать все неправильно и дальше. То есть всю работу нужно будет переделывать, т.к. ни одна проверяющая организация ее не примет.

Звоните, мы сделаем все расчеты, создадим проект с нуля для любой местности, а также ответим на все вопросы.