Расчёт ветровых нагрузок для крепления ПВХ мембран по СП 20.13330.2016
Расчёт ветровых нагрузок для механического крепления ПВХ мембран по СП 20.13330.2016
Обсуждаемый вопрос
Как выполнить инженерный расчёт ветровых нагрузок на кровельное покрытие из ПВХ мембраны для определения необходимого количества и схемы расстановки механического крепежа в соответствии с требованиями СП 20.13330.2016?
Краткий ответ
Расчёт выполняется в три этапа: определение нормативного ветрового давления W0 по ветровому району строительства, вычисление пикового аэродинамического коэффициента Cp с учётом зонирования кровли, и итоговый расчёт количества крепежа N = (W0 × k(ze) × Cp × γf) / Rd. Результат округляется в большую сторону и проверяется на соответствие минимальным требованиям СП 17.13330.2017.
Расширенный ответ
1. Нормативная база расчёта
Основным документом, регламентирующим определение ветровых нагрузок на территории Российской Федерации, является СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Дополнительные требования к кровельным системам содержатся в СП 17.13330.2017 «Кровли».
Ключевое отличие методики СП 20.13330.2016 от предшествующих редакций — переход к вероятностной модели ветрового воздействия с использованием пиковых значений аэродинамических коэффициентов, что существенно повысило расчётные нагрузки на краевые зоны кровли.
2. Определение нормативного ветрового давления W0
Нормативное значение ветрового давления W0 принимается по таблице 11.1 СП 20.13330.2016 в зависимости от ветрового района. Карта районирования территории РФ приведена в Приложении Е.
| Ветровой район | Iа | 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 |
Для высотных зданий (H > 100 м) и уникальных сооружений W0 уточняется по данным метеостанций с периодом повторяемости 50 лет.
3. Коэффициент k(ze) — изменение ветрового давления по высоте
Коэффициент k(ze) учитывает изменение ветрового давления в зависимости от эквивалентной высоты ze и типа местности (А, В или С).
| ze, м | Тип А (открытые побережья) | Тип В (городская застройка) | Тип С (плотная городская застройка) |
|---|---|---|---|
| ≤ 5 | 0,75 | 0,50 | 0,40 |
| 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 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,00 | 1,60 | 1,25 |
4. Аэродинамические коэффициенты Cp для плоской кровли
Согласно Приложению Д.1.12 СП 20.13330.2016, для плоских кровель (уклон ≤ 5°) аэродинамические коэффициенты зависят от зоны кровли и отношения высоты здания к его размерам в плане.
| Зона кровли | Обозначение | Cp (min) | Cp (max) |
|---|---|---|---|
| Угловая (F) | e/4 × e/4 | −2,5 | −3,2 |
| Торцевая (G) | e/4 × e/2 | −1,8 | −2,4 |
| Периметральная (H) | e/2 × (d − e/2) | −0,9 | −1,2 |
| Центральная (I) | (b − e/2) × (d − e/2) | −0,5 | −0,7 |
где e = min(b; 2h), b — размер здания в плане поперёк ветра, h — высота здания.
5. Расчётная ветровая нагрузка
Расчётная (предельная) ветровая нагрузка на 1 м² кровельного покрытия:
Wрасч = W0 × k(ze) × |Cp| × γf
где γf = 1,4 — коэффициент надёжности по нагрузке (п. 11.1.6 СП 20.13330.2016).
6. Пример расчёта
Исходные данные:
- Здание в г. Москва (I ветровой район, W0 = 0,23 кПа)
- Высота здания h = 20 м
- Размеры в плане: b = 30 м, d = 60 м
- Тип местности: В (городская застройка)
- Тип основания: бетон C20/25
- Несущая способность дюбеля Rd = 0,75 кН
Расчёт:
- k(ze) для ze = 20 м, тип В: k = 0,85
- e = min(30; 2×20) = min(30; 40) = 30 м
- Угловая зона F: Cp = −2,5
- Wрасч = 0,23 × 0,85 × 2,5 × 1,4 = 0,684 кПа = 0,684 кН/м²
- N = 0,684 / 0,75 = 0,912 → округляем до 1 дюбеля на м²
Проверка по СП 17.13330.2017: минимальное количество крепежа в угловой зоне — 4 шт./м². Принимаем 4 дюбеля на м².
Для рядовой зоны I:
- Cp = −0,5
- Wрасч = 0,23 × 0,85 × 0,5 × 1,4 = 0,137 кПа
- N = 0,137 / 0,75 = 0,183 → 1 дюбель на м²
- Минимально по СП 17.13330.2017: 2 шт./м². Принимаем 2 дюбеля на м².
7. Учёт пульсационной составляющей
Для зданий высотой более 40 м и для уникальных сооружений необходимо учитывать пульсационную составляющую ветровой нагрузки согласно разделу 11.2 СП 20.13330.2016. Пиковое значение ветровой нагрузки определяется по формуле:
W+ = Wm × [1 + ζ(ze) × ν(ze)]
где ζ(ze) — коэффициент динамичности, ν(ze) — коэффициент пульсации давления ветра.
8. Особенности расчёта для различных типов кровли
- Балластная кровля: ветровая нагрузка компенсируется весом балласта. Расчёт крепежа выполняется только для краевых зон, где балласт может быть недостаточен.
- Инверсионная кровля: необходимо учитывать дополнительную плавучесть утеплителя XPS при расчёте на всплытие.
- Эксплуатируемая кровля: ветровая нагрузка комбинируется с полезной нагрузкой согласно СП 20.13330.2016, раздел 8.
- Зелёная кровля: ветровая нагрузка на субстрат определяется с учётом его веса и типа растительности.
Заключение
Корректный расчёт ветровых нагрузок — фундамент надёжной системы механического крепления ПВХ мембран. Ошибка в определении W0 или Cp может привести как к недостаточному количеству крепежа (риск отрыва мембраны), так и к избыточному (неоправданное удорожание). Расчёт должен выполняться для каждой зоны кровли отдельно с обязательной проверкой на соответствие минимальным требованиям СП 17.13330.2017.
Нормативные документы
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» (СНиП 2.01.07-85*)
- СП 17.13330.2017 «Кровли» (СНиП II-26-76)
- ГОСТ Р 56704-2015 «Мембраны полимерные кровельные. Общие технические условия»
- ГОСТ 33762-2016 «Крепления для кровельных мембран. Методы испытаний»
- ГОСТ Р 58881-2020 «Кровли. Руководство по проектированию механического крепления»
- СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» (СНиП 23-02-2003)
- СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» (СНиП II-23-81*)
- СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» (СНиП 2.02.01-83*)
- ГОСТ 27751-2014 «Надёжность строительных конструкций и оснований»
- СП 131.13330.2018 «Строительная климатология» (СНиП 23-01-99*)
- ГОСТ 32484.1-2013 «Анкеры для строительства. Часть 1. Общие требования»
- СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии»
- ГОСТ 9.303-84 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические»
- СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» (СНиП 3.03.01-87)
- СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия»
