Расчёт ветровой нагрузки онлайн

Неправильно определённая ветровая нагрузка – одна из распространённых причин разрушения кровель, навесов и лёгких конструкций. Порыв ветра 20 м/с создаёт давление порядка 240 Па, а в VII ветровом районе нормативное давление достигает 850 Па – это около 85 кг на каждый квадратный метр поверхности.

Ниже – методика расчёта по СП 20.13330.2017 с таблицами коэффициентов и разобранным примером.

Калькулятор предназначен для предварительных расчётов. Проектную документацию должен верифицировать аттестованный специалист.

Формула ветровой нагрузки по СП 20.13330.2017

Нормативная ветровая нагрузка складывается из двух составляющих – средней и пульсационной:

W = Wm + Wp

Средняя составляющая (статическое давление):

Wm = W₀ × k(z) × c

Пульсационная составляющая (динамическое воздействие):

Wp = Wm × ξ × ν

Расшифровка символов:

Для приземистых жилых домов высотой до 15 м пульсационная составляющая часто составляет 10–20% от средней. Для мачт, антенн, большепролётных навесов её необходимо считать отдельно.

Расчётная нагрузка получается умножением нормативной на коэффициент надёжности по нагрузке γf = 1,4:

Wр = W × γf

Калькулятор выше вычисляет нормативную и расчётную нагрузку одновременно: на входе – ветровой район, высота расчётной точки, тип местности, тип конструкции и её геометрические параметры; на выходе – значения Wm, Wp и Wр в Па и кгс/м².

Ветровые районы России: какое W₀ подставлять?

Россия разделена на 8 ветровых районов (включая «0» для особых территорий). Карта районирования – в приложении Б к СП 20.13330.2017, ниже – сводная таблица нормативных давлений:

Москва и область – I район (W₀ = 0,23 кПа). Санкт-Петербург – II район (0,30 кПа). Краснодар – II–III, Владивосток – III–IV в зависимости от конкретного места.

Для точного определения района используйте карту в СП 20.13330.2017 или справочный атлас к нему: района по адресу объекта достаточно, чтобы взять нужное W₀.

Как меняется давление с высотой: коэффициент k(z)

Скорость ветра растёт с высотой – приземный слой тормозит поток из-за трения о поверхность. СП 20.13330.2017 делит местность на три типа:

• A – открытые побережья морей, озёр, водохранилищ; пустыни и степи.
• B – поля, леса, редкая застройка с постройками до 10 м высотой (большинство пригородов и малых городов).
• C – плотная городская застройка: промышленные зоны, центры городов, где более 50% площади занято зданиями выше 25 м.

Значения k(z) из таблицы 11.3 СП 20.13330.2017:

Промежуточные значения допускается интерполировать линейно. Обратите внимание: для типа C на высоте до 10 м k(z) = 0,40 – в три раза меньше, чем для открытого побережья на той же высоте.

Аэродинамические коэффициенты: давление и отсос

Коэффициент c описывает, как конкретная поверхность воспринимает поток: перпендикулярная ветру стена нагружается иначе, чем пологая кровля или цилиндрическая труба.

Для прямоугольных зданий (приложение Д СП 20.13330.2017):

Знак «минус» означает отсос – ветер тянет конструкцию от здания. Кровли с малым уклоном испытывают преимущественно отсос, а не давление: именно поэтому крепление лёгких металлочерепичных кровель так важно.

Для нестандартных форм – куполов, цилиндров, пространственных навесов – значения c приведены в других разделах приложения Д или определяются аэродинамическими испытаниями.

Пример: ветровая нагрузка на фасад дачного дома

Исходные данные:

• Объект: дачный дом, Московская область
• Высота стены до карниза: 6 м
• Тип местности: B (дачный посёлок)
• Рассчитываем наветренный фасад

Шаг 1. Нормативное давление W₀

I ветровой район → W₀ = 0,23 кПа = 230 Па.

Шаг 2. Коэффициент высоты k(z)

z = 6 м, тип B: интерполяция между строками 5 м (k = 0,50) и 10 м (k = 0,65):

k(6) = 0,50 + (6 − 5) / (10 − 5) × (0,65 − 0,50) = 0,50 + 0,03 = 0,53

Шаг 3. Аэродинамический коэффициент

Наветренная вертикальная стена → c = +0,8.

Шаг 4. Средняя составляющая

Wm = 230 × 0,53 × 0,8 = 97 Па ≈ 10 кгс/м²

Шаг 5. Расчётная нагрузка

Wр = 97 × 1,4 = 136 Па ≈ 14 кгс/м²

На фасад площадью, например, 30 м² суммарная расчётная нагрузка составит около 4 100 Н (420 кгс). Немного? Да – но это горизонтальная сила, которую должны воспринять перекрытия, диафрагмы жёсткости и фундамент. На подветренный скат пологой кровли того же дома ветер будет действовать с силой отсоса – и крепление стропил надо рассчитывать уже на вырывание.

Когда упрощённого расчёта недостаточно

Методика выше покрывает большинство задач малоэтажного строительства. Но есть случаи, когда нужен полный расчёт с пульсационной составляющей и специальные методы:

• здания выше 40 м и сооружения с большими пролётами;
• сложная геометрия кровли (вальмовые, мансардные, складчатые);
• лёгкие гибкие конструкции: навесы, остановки, рекламные щиты;
• объекты в горных районах или на открытых береговых участках.

В этих случаях нормы требуют определять собственные частоты колебаний конструкции и проверять её на динамический резонанс с пульсациями ветра.

Для типовых частных домов, гаражей, хозяйственных построек и небольших навесов результата калькулятора достаточно, чтобы подобрать сечения стропил, выбрать крепёж и оценить нагрузку на фундамент.