Зонирование плоской кровли по ветровой нагрузке: СП 20.13330

Расширенный ответ

1. Нормативная база

2. Геометрические параметры зонирования

Ключевым параметром для определения размеров зон является величина e — характерный размер здания:

где:

• b — характерный поперечный размер здания (как правило, меньший размер в плане);
• h — высота здания от уровня земли до верха парапета.

Размеры зон для плоской кровли с парапетом (или без него) определяются следующим образом:

Примечание: для зданий с соотношением h/d > 0,5 размеры зон F и G корректируются. При h/d ≥ 1,0 зона F распространяется на всю ширину e/5 от края.

3. Аэродинамические коэффициенты по зонам

Аэродинамические коэффициенты внешнего давления c_p,10 для плоских кровель (уклон ≤ 5°) согласно таблице Д.1 СП 20.13330.2016:

Для промежуточных значений h/d допускается линейная интерполяция. Отрицательные значения c_p соответствуют отсосу (направление ветра от поверхности кровли), положительные — давлению.

4. Примеры зонирования для различных зданий

Пример 1. Малоэтажное здание

Исходные данные: торговый центр, размеры в плане 80 × 40 м, высота h = 8 м.

Определяем e: b = 40 м, 2h = 16 м → e = min(40; 16) = 16 м.

Размеры зон:

• Зона F: e/4 × e/10 = 4,0 × 1,6 м (угловые квадраты);
• Зона G: (b − e/2) × e/10 = (40 − 8) × 1,6 = 32 × 1,6 м (полосы вдоль коротких сторон);
• Зона H: (d − e/2) × e/10 = (80 − 8) × 1,6 = 72 × 1,6 м (полосы вдоль длинных сторон);
• Зона I: центральная часть 72 × 32 м.

Площади зон:

• F: 4 × (4,0 × 1,6) = 25,6 м² (1,6% от общей площади);
• G: 2 × (32 × 1,6) = 102,4 м² (6,4%);
• H: 2 × (72 × 1,6) = 230,4 м² (14,4%);
• I: 72 × 32 = 2304 м² (72,0%);
• Общая площадь: 3200 м².

h/d = 8/40 = 0,2 → c_p для зоны F = −1,8 (интерполяция между 0,25 и 0,5).

Пример 2. Высотное здание

Исходные данные: бизнес-центр, размеры в плане 60 × 30 м, высота h = 75 м.

Определяем e: b = 30 м, 2h = 150 м → e = min(30; 150) = 30 м.

Размеры зон:

• Зона F: e/4 × e/10 = 7,5 × 3,0 м;
• Зона G: (30 − 15) × 3,0 = 15 × 3,0 м;
• Зона H: (60 − 15) × 3,0 = 45 × 3,0 м;
• Зона I: центральная часть 45 × 15 м.

h/d = 75/30 = 2,5 ≥ 1,0 → c_p для зоны F = −2,5, зоны G = −2,0, зоны H = −1,2.

Обратите внимание: при h/d ≥ 1,0 размеры зон F и G увеличиваются — зона F занимает e/5 от края (6,0 м вместо 3,0 м).

Пример 3. Квадратное в плане здание

Исходные данные: складской комплекс, размеры 50 × 50 м, высота h = 12 м.

e = min(50; 24) = 24 м.

Для квадратного здания зоны G и H имеют одинаковые размеры, и схема зонирования симметрична относительно обеих осей.

5. Влияние парапета на зонирование

Наличие парапета высотой h_p изменяет аэродинамику обтекания кровли. Согласно примечаниям к таблице Д.1 СП 20.13330.2016:

• При h_p/h ≥ 0,05 аэродинамические коэффициенты в зонах F и G могут быть снижены на 15–30%;
• При h_p/h ≥ 0,10 зона максимального отсоса смещается от угла к середине края;
• Парапет с перфорацией (решётчатый) не снижает ветровую нагрузку.

Для точного учёта влияния парапета рекомендуется выполнять численное моделирование (CFD) или испытания в аэродинамической трубе.

6. Расчёт количества крепежа по зонам

После определения расчётной ветровой нагрузки для каждой зоны выполняется расчёт требуемого количества дюбелей:

где:

• n_i — количество дюбелей на 1 м² в i-й зоне;
• w_расч,i — расчётная ветровая нагрузка в i-й зоне с учётом γ_f = 1,4;
• γ_m — коэффициент запаса (рекомендуется 2,0–2,5);
• N_d — расчётная несущая способность одного дюбеля по результатам испытаний.

Пример расчёта для здания из Примера 1 (Москва, I ветровой район, тип местности B):

При N_d = 0,4 кН и γ_m = 2,5.

7. Особые случаи зонирования

7.1. Здания сложной формы в плане

Для зданий Г-образной, П-образной и других сложных форм зонирование выполняется для каждого прямоугольного блока отдельно. В местах сопряжения блоков (внутренние углы) возможно образование зон повышенного разрежения, требующих дополнительного крепления.

7.2. Здания с перепадом высот

При наличии перепада высот между частями здания более 1,5 м каждая часть зонируется отдельно. На кровле пониженной части, примыкающей к стене повышенной, образуется зона повышенного давления (c_p до +1,0), что требует учёта при расчёте крепления.

7.3. Кровли с зенитными фонарями и оборудованием

Наличие зенитных фонарей, вентиляционных шахт и другого оборудования на кровле искажает картину обтекания. Вокруг каждого такого элемента образуется локальная зона повышенного разрежения шириной примерно 1,0–1,5 м, где требуется усиленное крепление.