Ветровая нагрузка на кровлю из ПВХ мембраны: расчет количества крепежа по СП 20.13330

1. Нормативная база расчета

Расчет ветровой нагрузки на кровельные системы с механическим креплением ПВХ мембраны регламентируется следующими документами:

• СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — определяет методику расчета ветровых нагрузок
• СП 17.13330.2017 «Кровли» — устанавливает требования к креплению водоизоляционного ковра
• СТО 72746455-4.1.1-2018 — содержит методику расчета крепежа для ПВХ мембран ТехноНИКОЛЬ
• EN 1991-1-4:2005 «Eurocode 1: Actions on structures — Wind actions» — европейский аналог (справочно)

2. Определение нормативного ветрового давления

Нормативное значение ветрового давления w₀ (кПа) определяется по карте 3 Приложения Е СП 20.13330.2016 в зависимости от ветрового района строительства:

Для высотных зданий (H > 300 м) и уникальных сооружений ветровая нагрузка определяется на основе данных метеостанций и результатов продувок в аэродинамических трубах.

3. Расчет пикового ветрового давления

Пиковое (расчетное) ветровое давление w_p на поверхность кровли определяется по формуле (п. 11.2 СП 20.13330.2016):

w_p = w₀ × k(z_e) × c_p × (1 + ζ(z_e) × ν)

где:

• w₀ — нормативное ветровое давление (кПа), определяется по ветровому району
• k(z_e) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z_e
• c_p — аэродинамический коэффициент внешнего давления (пиковое значение)
• ζ(z_e) — коэффициент пульсации ветрового давления на высоте z_e
• ν — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления

3.1. Коэффициент высоты k(z_e)

Определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016 для типа местности B (городские территории, лесные массивы):

3.2. Аэродинамический коэффициент c_p

Для плоских кровель (уклон ≤ 5°) с парапетом аэродинамические коэффициенты принимаются по Приложению Д.1 СП 20.13330.2016 (схема 4). Для кровель с ПВХ мембраной критическим является отрицательное (отрывающее) давление ветра. Значения c_p дифференцированы по зонам кровли:

где b — меньший размер здания в плане, h — высота здания.

3.3. Коэффициент пульсации ζ(z_e)

Определяется по таблице 11.4 СП 20.13330.2016 для местности типа B:

Коэффициент пространственной корреляции ν принимается по таблице 11.6 СП 20.13330.2016 в зависимости от размеров кровли. Для типовых зданий ν = 0,85–0,95.

4. Пример расчета

Исходные данные: производственное здание в г. Москва (I ветровой район), размеры в плане 60 × 30 м, высота до верха парапета 12 м, кровля плоская с парапетом h_п = 0,6 м, местность типа B.

Шаг 1. Нормативное давление: w₀ = 0,23 кПа (I ветровой район)

Шаг 2. Коэффициент высоты: z_e = 12 м → интерполяция между 10 м (0,65) и 20 м (0,85): k(12) = 0,65 + (0,85 — 0,65) × (12 — 10) / (20 — 10) = 0,69

Шаг 3. Коэффициент пульсации: z_e = 12 м → интерполяция: ζ(12) = 1,06 + (0,92 — 1,06) × (12 — 10) / (20 — 10) = 1,032

Шаг 4. Размеры зон: e = min(30, 2 × 12) = min(30, 24) = 24 м. Угловая зона: 6 × 6 м. Краевая зона: полоса 6 м по периметру.

Шаг 5. Пиковое ветровое давление по зонам (ν = 0,90):

5. Расчет количества крепежа

Несущая способность одного крепежного элемента определяется по результатам испытаний на вырыв. Для телескопического крепежа с саморезом 4,8 мм в профнастил толщиной 0,7–0,8 мм расчетное сопротивление вырыву составляет:

Требуемое количество крепежа на 1 м² определяется по формуле:

n = (w_p × γ_f × 1000) / R_d

где γ_f = 1,4 — коэффициент надежности по ветровой нагрузке (п. 11.1.6 СП 20.13330.2016).

Продолжение примера (профнастил 0,8 мм, R_d = 680 Н):

Примечание: принятое количество крепежа увеличено с учетом конструктивных требований (минимальный шаг в рядовой зоне — 333 мм, что соответствует 3 крепежам на 1 пог. м шва при ширине рулона 2,05 м).

6. Зонирование кровли

Согласно СТО 72746455-4.1.1-2018, кровля разбивается на три зоны с различной плотностью крепежа:

Для зданий высотой более 75 м, а также для высотных зданий в IV–VII ветровых районах, рекомендуется выполнять сплошную приклейку мембраны в угловых зонах в дополнение к механическому креплению.

7. Особенности расчета для различных типов кровель

• Кровли с парапетом: при высоте парапета h_п ≥ 0,5h (где h — высота здания) аэродинамические коэффициенты могут быть снижены на 20%
• Кровли с уклоном 5–15°: аэродинамические коэффициенты определяются по схеме 2 Приложения Д.1 СП 20.13330.2016
• Балластные кровли: масса балласта должна превышать расчетное ветровое давление с коэффициентом запаса 1,5. Минимальная масса гравийного балласта — 80 кг/м²
• Инверсионные кровли: масса плит балласта (тротуарная плитка, XPS с пригрузом) должна превышать w_p × 1,5
• Высотные здания (H > 75 м): требуется учет вихревого возбуждения (галопирования) по разделу 11.3 СП 20.13330.2016

8. Нормативные документы

• СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*»
• СП 17.13330.2017 «Кровли. Актуализированная редакция СНиП II-26-76»
• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*»
• ГОСТ 24045-2016 «Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами»
• ГОСТ Р 56910-2016 «Материалы кровельные и гидроизоляционные гибкие полимерные»
• СТО 72746455-4.1.1-2018 «Кровли с водоизоляционным ковром из полимерных мембран»
• EN 1991-1-4:2005 «Eurocode 1: Actions on structures — Part 1-4: Wind actions»
• ETAG 006:2000 «Guideline for European Technical Approval of Systems of Mechanically Fastened Flexible Roof Waterproofing Membranes»