Как рассчитать ветровую нагрузку на кровлю по СП 20.13330.2016?
Ветровая нагрузка — один из определяющих факторов при проектировании механического крепления кровли. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» устанавливает методику расчёта ветровой нагрузки с учётом ветрового района, типа местности, высоты здания и аэродинамических коэффициентов. Корректный расчёт ветровой нагрузки — основа для определения количества и схемы расстановки кровельного крепежа.
Краткий ответ
Нормативное значение ветровой нагрузки определяется как произведение нормативного ветрового давления w0, коэффициента высоты k(ze) и аэродинамического коэффициента cp. Для кровель наиболее опасен ветровой отсос (отрицательное давление), который может достигать 2,5-кратного значения базового ветрового давления в угловых зонах. Расчётное значение получается умножением нормативного на коэффициент надёжности γf = 1,4.
Расширенный разбор методики расчёта
1. Нормативное значение ветрового давления w0
СП 20.13330.2016 (карта 3 приложения Е) делит территорию РФ на 8 ветровых районов. Нормативное ветровое давление w0 на высоте 10 м над поверхностью земли:
| Ветровой район | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| w0, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
Примеры городов по ветровым районам:
- I район — Пермь, Киров, Томск
- II район — Москва, Санкт-Петербург, Казань, Екатеринбург
- III район — Волгоград, Ростов-на-Дону, Краснодар
- IV район — Астрахань, Махачкала
- V-VII районы — побережья арктических морей, горные перевалы
2. Коэффициент k(ze), учитывающий изменение ветрового давления по высоте
Коэффициент k(ze) определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016 в зависимости от эквивалентной высоты ze и типа местности:
| ze, м | Тип A (открытые побережья) | Тип B (городские территории) | Тип C (плотная застройка) |
|---|---|---|---|
| 5 | 0,75 | 0,50 | 0,30 |
| 10 | 1,00 | 0,65 | 0,40 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,50 | 1,10 | 0,80 |
| 60 | 1,70 | 1,30 | 1,00 |
| 100 | 2,00 | 1,60 | 1,25 |
3. Аэродинамические коэффициенты для кровель
Приложение Д.1 СП 20.13330.2016 устанавливает аэродинамические коэффициенты cp для различных форм покрытий. Для плоских кровель (уклон до 5°) с парапетом и без:
| Зона кровли | cp (без парапета) | cp (с парапетом h=0,6м) |
|---|---|---|
| Рядовая зона (F0) | -0,7 | -0,5 |
| Краевая зона (Fe) | -1,2 | -0,9 |
| Угловая зона (Fc) | -2,0 | -1,5 |
Для скатных кровель аэродинамические коэффициенты зависят от угла наклона α:
- α = 0-15°: cp = -0,6…-0,9 (отсос по всей поверхности)
- α = 15-30°: cp = -0,5 (отсос) / +0,2 (давление) — знакопеременная нагрузка
- α = 30-45°: cp = +0,2…+0,7 (преимущественно давление)
- α > 45°: расчёт как для вертикальных стен
4. Пульсационная составляющая ветровой нагрузки
Пункт 11.1.8 СП 20.13330.2016 требует учёта пульсационной составляющей для зданий высотой более 40 м и для всех зданий с периодом собственных колебаний более 0,25 с. Пульсационная составляющая wp определяется по формуле:
wp = wm × ζ(ze) × ν
где:
- wm — средняя составляющая ветровой нагрузки
- ζ(ze) — коэффициент пульсации давления ветра (табл. 11.4)
- ν — коэффициент пространственной корреляции пульсаций
Для большинства кровельных систем промышленных и гражданских зданий высотой до 40 м пульсационная составляющая не является определяющей, однако для высотных зданий и уникальных сооружений её учёт обязателен.
5. Расчётная ветровая нагрузка
Полное расчётное значение ветровой нагрузки на кровлю:
Wp = w0 × k(ze) × |cp| × γf
где γf = 1,4 — коэффициент надёжности по ветровой нагрузке
6. Пример расчёта
Исходные данные: здание в Москве (II ветровой район, w0 = 0,30 кПа), высота 20 м, тип местности B, кровля плоская без парапета, угловая зона.
Расчёт:
- k(20 м, тип B) = 0,85
- cp (угловая зона) = -2,0
- Wp = 0,30 × 0,85 × 2,0 × 1,4 = 0,714 кПа
При несущей способности дюбеля Nd = 0,5 кН требуемое количество крепежа:
n = 0,714 / 0,5 = 1,43 шт./м² → принимаем 2 шт./м² в угловой зоне.
Нормативные ссылки
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*»
- СП 17.13330.2017 «Кровли»
- ГОСТ 32489-2013 «Дюбели для крепления теплоизоляционных и водоизоляционных слоёв»
- ГОСТ Р 56728-2015 «Здания и сооружения. Методика определения ветровых нагрузок»
Заключение
Корректный расчёт ветровой нагрузки по СП 20.13330.2016 — фундамент безопасного проектирования кровельных систем. Наибольшие ветровые нагрузки возникают в угловых зонах кровли, где аэродинамический коэффициент может достигать значений -2,0…-2,5. Именно для этих зон требуется максимальная плотность крепежа. Специалисты РОКС предоставляют бесплатный расчёт количества крепежа для конкретного объекта с учётом всех требований СП 20.13330.2016.
