Вітрові навантаження на покрівлю
У відповідності зі зводом правил 20.13330.2011, заснованому на СНиП 2.01.07-85, вітрові навантаження належать до короткочасних навантажень, а точніше, до типу 5.5 е — кліматичних навантажень. Вітрові навантаження також відносять до динамічних, що обумовлює досить складний процес розрахунку їх впливу. Вплив вітру поділяється за характером та природою впливу на 4 типи :
а) основний тип вітрового навантаження, далі просто «вітрова навантаження», виникає в силу виникнення підйомної сили, що утворюється при обтіканні поверхонь будівлі потоками повітря, і наявність статичних повітряних мас усередині будівлі;
б) пікові вітрові навантаження, що впливають на різні конструктивні елементи огорож та іншого обладнання на покрівлі. Виникають при поривах вітру, і носять ударний характер впливу;
в) резонансне вихровий обурення, що виникає при нерівномірному обтіканні елементів будівлі. Вихрові потоки характери тим, що створюють всередині зони розрядження, в які відбувається затягування елементів будівлі;
г) Аеродинамічні нестійкі коливання типу галопування, дивергенції та флаттера.
Тип навантажень г) необхідно враховувати для висотних будівель (будівлі у яких відношення висоти до найбільшого з лінійних розмірів > 10).
Природа виникнення вітрових зон на покрівлі
Вітер являє собою перетікання повітряних мас з областей з високим тиском в області з низьким тиском. Точно також при обтіканні споруд вітром, рух повітряних мас створює зони підвищеного і зниженого тиску. Поверхня, на яку безпосередньо падає вітер, називають навітряного, а поверхня, приховану від вітру масивом будівлі, називають підвітряного. Це можна проілюструвати так:Вітрові потоки
Знак букви P означає напрямок тиску: плюс, у випадку, якщо тиск спрямоване всередину будівлі, і мінус — якщо назовні. Негативне (виштовхує) тиск виникає з-за того, що разом з вітром звідти захоплюються статичні повітряні маси, тим самим створюючи область зниженого (в порівнянні з тиском у приміщенні) тиску, тим самим створюючи всмоктування будівлі в цю область. Теж відбувається і на верхній поверхні споруди. Однак, у разі верхній поверхні треба розглядати процеси, що відбуваються на ній у великих деталях. Оскільки вітрове навантаження носить динамічний характер, вона не може бути описана лише числом, і навіть деяким вектором.
Для кожного конкретного вітрового району (тут можна подивитися детальну карту), існує деяка діаграма, звана розою вітрів, яка будується на підставі багаторічних спостережень, і містить в собі інформацію про повторюваності кожного напряму вітру. Також існують комплексні троянди вітрів, які містять у собі додаткову інформацію, таку як розподіл швидкості вітру в обраному напрямку. Роза вітрів
Оскільки роза вітрів дає лише інформацію про переважному напрямку вітру, необхідно припускати, що вітер може дути на розглянуте споруда в будь-якому напрямку. Більше того, необхідно припускати, що вітер дме в будь-якому напрямку з максимальною швидкістю. Важливо розуміти, що навіть якщо ви знаєте середню швидкість вітру в обраному напрямку, знаєте стандартне відхилення від середньої швидкості, то навіть інтервал +/- 2 стандартних відхилення від середньої швидкості вітру описує лише 95% відсотків випадків; інтервал 6 стандартних відхилень описує вже 97,5% — а це у свою чергу означає, що припустившись лише швидкість вітру на 2 стандартних відхилення вище середнього, ваша покрівля прослужить три тижні, а на 4-ту відлетить.
Вітрові зони покрівлі
Тепер коли всі необхідні припущення зроблені, можна ввести поняття вітрових зон, які треба обов'язково враховувати при монтажі покрівлі. Існує три різних вітрових зони покрівлі:
— центральна зона, що характеризується однорідним протіканням вітру в обраному напрямку;
—крайова зона, яка характеризується додатковими вихровими висхідними і низхідними потоками, що виникають із-за поділу повітряних мас на краю парапету;
— кутова зона, яка виникає на стику двох крайових зон, тобто відчуває вплив вітру відразу в двох напрямках.
Виникають вітрові потоки можуть бути проілюстровано наступним чином:
В крайових зонах створюються вихрові потоки, які кратно збільшують негативний тиск на покрівлю і на парапет. В кутових зонах діють вихрові потоки відразу з двох країв, ще більше збільшуючи навантаження на покрівельне полотно. Схематично зони можна зобразити так:
Протидія вітрових навантажень
На сьогоднішній день існують різні варіанти кріплення покрівельного «пирога» до основи покрівельного покриття будівлі: покрівельні системи з механічним кріпленням, баластні покрівлі і приклеювані. Механічне кріплення покрівельного полотна – найбільш поширена технологія в сучасному будівництві. Для механічного кріплення покрівельного килима безпосередньо на тверде несучу основу, застосовується металевий покрівельний саморіз і металева шайба розподілу тиску. При укладанні покрівельних ПВХ-мембран безпосередньо на жорстку теплоізоляцію з мінераловатних плит, для механічного кріплення в основному використовують телескопічні пластикові покрівельні втулки і металевий саморіз.
Крепление
В балластных кровельных системах гидроизоляционное покрытие (ПВХ мембрана) удерживается весом балласта. В роли балласта могут выступать щебёнка, тротуарная плитка, плодородный грунт, железобетонная стяжка и другие материалы, обеспечивающие достаточное прижимное усилие.
Для устройства кровли с механическим креплением мембраны к основанию необходимым является правильный расчет количества крепежных элементов, производимый с учетом ветровых нагрузок.
Як правило, Компанії-виробники покрівельних мембран мають у своєму арсеналі програми для розрахунку вітрових навантажень і активно співпрацюють з покрівельними організаціями.
а) основний тип вітрового навантаження, далі просто «вітрова навантаження», виникає в силу виникнення підйомної сили, що утворюється при обтіканні поверхонь будівлі потоками повітря, і наявність статичних повітряних мас усередині будівлі;
б) пікові вітрові навантаження, що впливають на різні конструктивні елементи огорож та іншого обладнання на покрівлі. Виникають при поривах вітру, і носять ударний характер впливу;
в) резонансне вихровий обурення, що виникає при нерівномірному обтіканні елементів будівлі. Вихрові потоки характери тим, що створюють всередині зони розрядження, в які відбувається затягування елементів будівлі;
г) Аеродинамічні нестійкі коливання типу галопування, дивергенції та флаттера.
Тип навантажень г) необхідно враховувати для висотних будівель (будівлі у яких відношення висоти до найбільшого з лінійних розмірів > 10).
Природа виникнення вітрових зон на покрівлі
Вітер являє собою перетікання повітряних мас з областей з високим тиском в області з низьким тиском. Точно також при обтіканні споруд вітром, рух повітряних мас створює зони підвищеного і зниженого тиску. Поверхня, на яку безпосередньо падає вітер, називають навітряного, а поверхня, приховану від вітру масивом будівлі, називають підвітряного. Це можна проілюструвати так:Вітрові потоки
Знак букви P означає напрямок тиску: плюс, у випадку, якщо тиск спрямоване всередину будівлі, і мінус — якщо назовні. Негативне (виштовхує) тиск виникає з-за того, що разом з вітром звідти захоплюються статичні повітряні маси, тим самим створюючи область зниженого (в порівнянні з тиском у приміщенні) тиску, тим самим створюючи всмоктування будівлі в цю область. Теж відбувається і на верхній поверхні споруди. Однак, у разі верхній поверхні треба розглядати процеси, що відбуваються на ній у великих деталях. Оскільки вітрове навантаження носить динамічний характер, вона не може бути описана лише числом, і навіть деяким вектором.
Для кожного конкретного вітрового району (тут можна подивитися детальну карту), існує деяка діаграма, звана розою вітрів, яка будується на підставі багаторічних спостережень, і містить в собі інформацію про повторюваності кожного напряму вітру. Також існують комплексні троянди вітрів, які містять у собі додаткову інформацію, таку як розподіл швидкості вітру в обраному напрямку. Роза вітрів
Оскільки роза вітрів дає лише інформацію про переважному напрямку вітру, необхідно припускати, що вітер може дути на розглянуте споруда в будь-якому напрямку. Більше того, необхідно припускати, що вітер дме в будь-якому напрямку з максимальною швидкістю. Важливо розуміти, що навіть якщо ви знаєте середню швидкість вітру в обраному напрямку, знаєте стандартне відхилення від середньої швидкості, то навіть інтервал +/- 2 стандартних відхилення від середньої швидкості вітру описує лише 95% відсотків випадків; інтервал 6 стандартних відхилень описує вже 97,5% — а це у свою чергу означає, що припустившись лише швидкість вітру на 2 стандартних відхилення вище середнього, ваша покрівля прослужить три тижні, а на 4-ту відлетить.
Вітрові зони покрівлі
Тепер коли всі необхідні припущення зроблені, можна ввести поняття вітрових зон, які треба обов'язково враховувати при монтажі покрівлі. Існує три різних вітрових зони покрівлі:
— центральна зона, що характеризується однорідним протіканням вітру в обраному напрямку;
—крайова зона, яка характеризується додатковими вихровими висхідними і низхідними потоками, що виникають із-за поділу повітряних мас на краю парапету;
— кутова зона, яка виникає на стику двох крайових зон, тобто відчуває вплив вітру відразу в двох напрямках.
Виникають вітрові потоки можуть бути проілюстровано наступним чином:
В крайових зонах створюються вихрові потоки, які кратно збільшують негативний тиск на покрівлю і на парапет. В кутових зонах діють вихрові потоки відразу з двох країв, ще більше збільшуючи навантаження на покрівельне полотно. Схематично зони можна зобразити так:
Протидія вітрових навантажень
На сьогоднішній день існують різні варіанти кріплення покрівельного «пирога» до основи покрівельного покриття будівлі: покрівельні системи з механічним кріпленням, баластні покрівлі і приклеювані. Механічне кріплення покрівельного полотна – найбільш поширена технологія в сучасному будівництві. Для механічного кріплення покрівельного килима безпосередньо на тверде несучу основу, застосовується металевий покрівельний саморіз і металева шайба розподілу тиску. При укладанні покрівельних ПВХ-мембран безпосередньо на жорстку теплоізоляцію з мінераловатних плит, для механічного кріплення в основному використовують телескопічні пластикові покрівельні втулки і металевий саморіз.
Крепление
В балластных кровельных системах гидроизоляционное покрытие (ПВХ мембрана) удерживается весом балласта. В роли балласта могут выступать щебёнка, тротуарная плитка, плодородный грунт, железобетонная стяжка и другие материалы, обеспечивающие достаточное прижимное усилие.
Для устройства кровли с механическим креплением мембраны к основанию необходимым является правильный расчет количества крепежных элементов, производимый с учетом ветровых нагрузок.
Як правило, Компанії-виробники покрівельних мембран мають у своєму арсеналі програми для розрахунку вітрових навантажень і активно співпрацюють з покрівельними організаціями.
Інші статті
