Как рассчитать ветровую нагрузку на фасад здания

Расчет ветровой нагрузки является одним из ключевых и ответственных этапов проектирования любого здания, особенно высотного. Этот параметр напрямую влияет на выбор конструктивных решений, материалов, толщины стен, а также на подбор крепежных систем для вентилируемых фасадов, сайдинга или других навесных конструкций.

Ошибка в расчетах может привести к неоправданным расходам на материалы или, что гораздо опаснее, к снижению общей безопасности сооружения.

В России данный расчет регламентируется СП 20.13330.2016 “Нагрузки и воздействия”

Что такое ветровая нагрузка и почему она так важна?

Ветровая нагрузка – это давление ветра, создаваемое движением воздуха и воздействующее на поверхность здания. Это не постоянная величина, а переменная сила, которая зависит от множества факторов.

Правильный расчет нагрузки гарантирует, что конструкции (фасад, кровля, несущие стены) выдержат максимальное ветровое давление, не разрушившись под его действием.

Основная формула для расчета ветровой нагрузки

Расчетное значение ветровой нагрузки определяется по следующей формуле:

W = Wₒ * K * C

где Wₒ – нормативное значение ветрового давления, базовый параметр, который зависит от вашего географического положения, K – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, C – аэродинамический коэффициент, который зависит от формы здания, его ориентации относительно ветра и площади отдельных элементов фасада.

Пошаговый расчет ветровой нагрузки

Давайте разберем каждый компонент формулы подробно.

Шаг 1. Определение нормативного ветрового давления

Это исходный параметр, который вы не рассчитываете, а берете из специальной картограммы, приложенной к СП 20.13330.2016. Карта разделена на 8 ветровых районов (от I до VIII), каждому из которых соответствует свое значение давления Wₒ в кПа или кгс/м².

Шаг 2. Определение коэффициента высоты и типа местности

Ветровое давление на фасад не одинаково на всех высотах. У земли оно меньше, так как движение воздуха замедляется препятствиями. Коэффициент K учитывает эту зависимость.

Для его определения нужны два параметра:

• Высота здания от уровня земли до конька крыши или до верха парапета.
• Тип местности.

А – Открытая местность: Прибрежные районы, пустыни, степи, озера, тундра. Нет препятствий высотой более 10 км.
Б – Городская местность: Здания высотой до 10-20 м. Типично для пригородов или “спальных” районов с невысокой застройкой.
В – Городская местность: Здания высотой более 25 м. Центральные районы крупных городов.

В СП 20.13330.2016 приведены таблицы или графики, по которым по высоте здания H и типу местности определяется искомый коэффициент K. Чем выше здание и чем “гуще” застройка (переход от типа А к В), тем больше будет значение K.

Шаг 3. Определение аэродинамического коэффициента (C)

Это самый сложный в понимании коэффициент. Он учитывает, как ветер “обтекает” здание и создает избыточное давление или разрежение на разных его поверхностях.

Положительное давление возникает на наветренной (ветровой) стороне здания, куда ветер дует напрямую. Отрицательное давление возникает на подветренной, боковых и верхней частях здания, где воздух уходит, создавая всасывающую силу.

Ааэродинамический коэффициент зависит от отношения размеров здания и от площади, на которую действует нагрузка .

Для упрощения расчетов для целых фасадов (как в нашем примере) используются так называемые “коэффициенты для здания в целом”. Их значения также приведены в виде таблиц и схем в СП 20.13330.2016.

Расчет ветровой нагрузки требует глубоких знаний и строгого следования нормам. Для сложных и высотных объектов расчеты выполняются с использованием компьютерного моделирования и специальных программ, которые учитывают множество дополнительных факторов.

Для расчета ветровых нагрузок в общем случае необходимо руководствоваться требованиями СП 20.13330.2016.