Расчёт ветровой нагрузки на фасадный крепёж по СП 20.13330
Расчёт ветровой нагрузки на фасадный крепёж по СП 20.13330
Как рассчитать ветровую нагрузку на фасадный крепёж?
Ветровая нагрузка является основным горизонтальным воздействием на навесную фасадную систему (НФС) и её крепёжные элементы. Расчёт выполняется по методике СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*) и учитывает ветровой район строительства, высоту здания, аэродинамические характеристики фасада и пульсационную составляющую ветра. Нормативное значение ветровой нагрузки определяется как сумма средней и пульсационной составляющих.
Методика расчёта ветровой нагрузки
Нормативное значение средней составляющей
Согласно п. 11.2 СП 20.13330.2016, нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:
wm = w0 × k(ze) × c
где:
- w0 — нормативное значение ветрового давления для данного ветрового района, Па
- k(ze) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте ze
- c — аэродинамический коэффициент
Ветровые районы РФ и нормативное давление
| Ветровой район | Iа | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| w0, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
Коэффициент k(ze) для различных типов местности
| Высота ze, м | Тип A (открытое) | Тип B (городская) | Тип C (плотная застройка) |
|---|---|---|---|
| 5 | 0,75 | 0,50 | 0,40 |
| 10 | 1,00 | 0,65 | 0,40 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,50 | 1,10 | 0,80 |
| 60 | 1,70 | 1,30 | 1,00 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,00 | 1,60 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,90 | 1,55 |
Аэродинамические коэффициенты для фасадов
Согласно приложению Д.1 СП 20.13330.2016:
| Поверхность | Аэродинамический коэффициент c |
|---|---|
| Наветренная стена (активное давление) | cp = +0,8 |
| Подветренная стена (отсос) | cp = −0,5 |
| Боковая стена (отсос) | cp = −0,7 |
| Угловая зона (повышенный отсос) | cp = −1,2 |
| Парапет (верхняя зона) | cp = −1,5 |
Для фасадного крепежа наиболее опасным является отсос (отрицательное давление), так как он создаёт вырывающее усилие на анкер.
Пульсационная составляющая ветровой нагрузки
Формула расчёта
Нормативное значение пульсационной составляющей wp для зданий определяется по формуле (п. 11.1.8 СП 20.13330):
wp = wm × ζ(ze) × ν
где:
- ζ(ze) — коэффициент пульсации ветра на высоте ze
- ν — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления
Коэффициент пульсации ζ(ze)
| Высота ze, м | Тип A | Тип B | Тип C |
|---|---|---|---|
| ≤ 10 | 0,85 | 1,22 | 1,78 |
| 20 | 0,76 | 1,06 | 1,50 |
| 40 | 0,69 | 0,92 | 1,26 |
| 60 | 0,65 | 0,84 | 1,14 |
| 100 | 0,60 | 0,76 | 1,00 |
Полное нормативное значение ветровой нагрузки
w = wm + wp = w0 × k(ze) × c × (1 + ζ(ze) × ν)
Для фасадных систем коэффициент пространственной корреляции ν принимается равным 1,0 (консервативный подход для локальных элементов).
Расчёт усилия на анкерный крепёж
Грузовая площадь анкера
Усилие на один анкер определяется через грузовую площадь:
Nw = w × γf × Aгруз
где:
- w — полное нормативное значение ветровой нагрузки, кПа
- γf — коэффициент надёжности по нагрузке (γf = 1,4 для ветровой нагрузки)
- Aгруз — грузовая площадь, приходящаяся на один анкер, м²
Грузовая площадь определяется как произведение шага анкеров по вертикали и горизонтали: Aгруз = a × b.
Проверка несущей способности анкера
Условие прочности анкера на вырыв от ветрового отсоса:
Nw ≤ NRd
где NRd — расчётная несущая способность анкера на растяжение в данном основании, определяемая по данным производителя или по результатам натурных испытаний.
Пример расчёта для высотного здания
Исходные данные
- Объект: жилой комплекс, г. Москва (I ветровой район, w0 = 0,23 кПа)
- Высота здания: 75 м (25 этажей)
- Тип местности: B (городская застройка)
- Рассматриваемая зона: угловая, верхний этаж (ze = 72 м)
- Шаг анкеров: 0,6 × 1,2 м (Aгруз = 0,72 м²)
- Аэродинамический коэффициент: c = −1,2 (угловая зона, отсос)
Расчёт
- k(ze) для ze = 72 м, тип B: интерполяция между 60 м (1,30) и 80 м (1,45) → k(72) = 1,30 + (1,45 − 1,30) × (72 − 60)/(80 − 60) = 1,39
- wm = 0,23 × 1,39 × (−1,2) = −0,384 кПа (знак «−» означает отсос)
- ζ(ze) для ze = 72 м, тип B: интерполяция → ζ(72) = 0,84 + (0,76 − 0,84) × (72 − 60)/(100 − 60) = 0,82
- wp = |−0,384| × 0,82 × 1,0 = 0,315 кПа
- w = |−0,384| + 0,315 = 0,699 кПа
- Nw = 0,699 × 1,4 × 0,72 = 0,705 кН
Проверка
Требуемая несущая способность анкера: NRd ≥ 0,705 кН.
Для бетонного основания класса B25 с анкером Fischer FID 8 (NRd = 1,2 кН): условие выполняется с запасом 1,2/0,705 = 1,7.
Для газобетона D500 с дюбелем Fischer GB 10 (NRd = 0,55 кН): условие не выполняется. Требуется уменьшение шага анкеров до 0,6 × 0,9 м (Aгруз = 0,54 м²), тогда Nw = 0,699 × 1,4 × 0,54 = 0,528 кН ≤ 0,55 кН — условие выполняется.
Особенности расчёта для высотных зданий (более 75 м)
Для зданий высотой более 75 м согласно п. 11.1.10 СП 20.13330 требуется учёт динамической реакции на ветровую нагрузку. Расчёт выполняется по методике приложения Д.2 с определением собственных частот и форм колебаний здания. Для фасадных систем это означает увеличение расчётной ветровой нагрузки на 15–25% в зависимости от гибкости здания.
Заключение
Корректный расчёт ветровой нагрузки на фасадный крепёж является обязательным этапом проектирования НФС. Наибольшие вырывающие усилия возникают в угловых зонах верхних этажей, где аэродинамический коэффициент отсоса достигает −1,2…−1,5. Для высотных зданий критическое значение имеет пульсационная составляющая, которая может увеличивать нагрузку на 80–120% относительно средней. Расчёт должен выполняться для каждой характерной зоны фасада с учётом высоты, типа местности и аэродинамики.
Нормативные документы
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*)
- СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»
- СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
- ГОСТ 33789-2016 «Анкеры для фасадных систем. Методы испытаний»
- СТО НОСТРОЙ 2.14.95-2013 «Системы фасадные навесные вентилируемые»
- EN 1991-1-4:2005 «Eurocode 1: Actions on structures — Part 1-4: Wind actions»
- ISO 4354:2009 «Wind actions on structures»
