Давление на площадь и сила на элемент
Ветер задают как давление на площадь, в килопаскалях. Это не готовая сила в стойке и не момент в фундаменте. Если на участок покрытия площадью A действует равномерное давление w, результирующая сила равна F = w · A. Её направление зависит от знака давления.
Для прогона, фермы или стойки давление превращается в погонную или узловую нагрузку через грузовую площадь. Дальше усилия зависят от пролёта, шага элементов, опирания и жёсткости каркаса. Поэтому одно и то же давление на маленьком и большом навесе не даёт одинаковых реакций.
Формула СП 20 для средней составляющей
В пункте 11.1.3 СП 20.13330.2016 нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки задано формулой 11.2:
wm = w0 · k(ze) · c
Здесь:
- w0 это нормативное ветровое давление для района по таблице 11.1;
- k(ze) учитывает высоту эквивалентной точки над землёй и тип местности по таблице 11.2;
- c это аэродинамический коэффициент формы и направления давления.
Таблица 11.1 задаёт диапазон 0,17...0,85 кПа для районов Ia, I, II, III, IV, V, VI и VII. Для района II w0 = 0,30 кПа. Значение берут по карте приложения Е, а не по названию ближайшего крупного города.
Высота и местность
Для невысокого открытого навеса в текущей предварительной модели применяется k = 0,75. Это значение соответствует местности A при ze ≤ 5 м по таблице 11.2, но его нельзя переносить на любой объект.
СП 20 различает три типа местности:
| Тип | Описание | Пример ограничения |
|---|---|---|
| A | Открытые побережья, поля, степи, сельская местность | Мало высоких препятствий |
| B | Городская территория и лес с препятствиями выше 10 м | Препятствия распределены равномерно |
| C | Плотная городская застройка зданиями выше 25 м | Сильно закрытый поток |
Тип местности должен сохраняться с наветренной стороны на расстоянии 30h для сооружения высотой менее 60 м. Для большей высоты СП 20 указывает расстояние 2 км. Высоты ze до 300 м входят в область таблицы 11.2. Для реального объекта нужно определить эквивалентную высоту по пункту 11.1.5, а затем выбрать k по направлению ветра.
Прижим и отсос на открытом покрытии
Закрытая стена и открытая кровля работают по-разному. У открытого навеса ветер обтекает покрытие снизу и сверху. В одном направлении суммарное давление может прижимать кровлю, в другом поток создаёт подъёмную силу. Отрицательное значение c меняет направление действия нагрузки, а не убирает её.
СП 20, приложение В, раздел В.1.10, рассматривает навесы без сплошных вертикальных ограждений. Коэффициенты cp1...cp4 относятся к суммарному давлению на верхнюю и нижнюю поверхности. Схему и угол ската выбирают по рисунку В.12, значения берут из таблицы В.4. Для горизонтального навеса нужно рассмотреть варианты III и IV при α = 10°.
В текущей предварительной модели виджета используются c = 1,2 для давления и c = 1,5 для отсоса. Это коэффициенты сценария для низкого открытого навеса, а не универсальные значения СП 20. В проекте их нельзя подставлять без проверки схемы, зон и угла ската по приложению В.
Расчёт ветровой нагрузки
w = w₀ · k · c; расчётное значение получено умножением нормативного на γf.
Предварительная оценка для фиксированного k = 0.75. Она не заменяет расчёт с фактической высотой, типом местности, формой навеса, локальными зонами и сочетаниями нагрузок.
Пример для ветрового района II
Исходные данные модели: район II, w0 = 0,30 кПа, текущий упрощённый k = 0,75. Коэффициент надёжности по ветровой нагрузке принимается γf = 1,4.
Давление
Для давления используется c = 1,2:
- нормативное значение: 0,30 · 0,75 · 1,2 = 0,270 кПа;
- расчётное значение: 0,270 · 1,4 = 0,378 кПа.
Отсос
Для отсоса используется c = 1,5:
- нормативное значение: 0,30 · 0,75 · 1,5 = 0,3375 кПа;
- расчётное значение: 0,3375 · 1,4 = 0,4725 кПа.
Это значения текущей предварительной модели для низкого открытого навеса. Они показывают разницу между давлением и отсосом, но не являются результатом расчёта любого навеса по СП 20. Подставлять их в проект с другой высотой, местностью, формой или ограждениями нельзя.
Как ветер доходит до фундамента
Нагрузка проходит по цепочке:
- покрытие получает давление или отсос;
- прогоны собирают нагрузку с полосы покрытия;
- фермы и продольные балки передают её на опорные узлы;
- стойки воспринимают вертикальную и горизонтальную составляющие, а также изгиб;
- анкеры передают растяжение, срез и пару сил в закладную деталь;
- фундамент воспринимает реакции и удерживает навес от сдвига и опрокидывания.
При отсосе верхняя часть стойки может получать усилие вверх, а одна из опорных зон может разгружаться. Поэтому проверка только трубы покрытия не отвечает на вопрос, удержит ли навес основание. О расчётной роли стоек и консольной схемы есть отдельная статья «Столбы для навеса».
Сочетания нагрузок
Ветровой случай нельзя просто сложить с максимальным снегом без проверки сочетания. Для разных направлений и знаков ветра нужно рассмотреть совместное действие собственного веса, снеговой нагрузки и ветра с соответствующими коэффициентами сочетаний. Снеговую часть и схемы её распределения разбирает статья «Снеговая нагрузка на навес».
Основной расчёт навеса доступен здесь. Он нужен для перехода от площадного давления к пространственной схеме ферм, прогонов и стоек. Для отдельной фермы полезна статья «Как рассчитать ферму», а для выбора профиля «Профильная труба для навеса».
Где упрощённого виджета недостаточно
Виджет показывает предварительную ветровую нагрузку по текущей модели ядра. Он не подбирает аэродинамическую схему за проектировщика и не выдаёт универсальную несущую способность анкеров или фундамента.
Отдельная расчётная работа нужна для навеса с примыканием к стене, сплошными экранами, парапетами, перепадами высот, нестандартным покрытием или существенной высотой. В таких случаях меняются поток, эквивалентная высота и набор коэффициентов cp. Нужны также проверки узлов, анкеров, основания, пространственной устойчивости и всех неблагоприятных сочетаний. Онлайн-оценку нельзя выдавать за рабочий проект.