При каком ветре сносит крыши домов
Обновлено: 19.04.2024
В последнее время в новостных лентах очень часто показывают, как кровельное покрытие вместе со стропильной системой, слетает с дома. У простого гражданина нашей необъятной Родины, под воздействием СМИ, возникает четкое ощущение изменения климата.
Возможно, изменение климата имеет какое-то значение, но ведь в годы моей молодости, а это 70-80 года прошлого века, бывали такие смерчи, что от леса оставались только щепки и торчащие обломки стволов. При этом кровли домов оставались на месте.
Так в чем проблема. Все очень просто. Все конструкции рассчитываются на максимальную ветровую нагрузку. А это значит или конструктор халатно отнесся к своей работе, или строители отклонились от проекта и сделали брак.
Работу конструкторов я обсуждать не буду. Для этого необходимы специальные знания, которых у меня нет. А вот как выполнить работу по креплению кровельного пирога к капитальным стенам здания мы и рассмотрим в этой статье.
Еще в институтском курсе по технологии строительно-монтажных работ нам объясняли как при помощи крюка и скрутки прикрепить стропильную ногу к жёсткой конструкции стены. В проектной документации на строительство здания был прорисован этот узел.
Но то ли проектировщики решили, что строители и сами все знают, то ли строители посчитали, что раз нет в проекте, то и делать необязательно. А ведь конструкторы прописывают, на какие строительные нормы они ссылаются. А там соответственно все есть. И как результат, небольшое увеличение скорости ветра и крыша полетела. И не только крыша, но и Ваши деньги.
Банальная фраза «в строительстве мелочей нет» почти всегда доказывает свою актуальность. А в этом случае, кроме потери крыши еще и возможны другие очень неприятные последствия.
Что-то я увлекся вводной частью. Начинаем о самом главном в этом вопросе.
Крепление стропильных ног.
Если мы правильно выполним все операции, то гарантировано наша крыша выдержит любой порыв ветра.
Как пример рассмотрим крепление кровли на стену из кирпичной кладки.
Устанавливаем по всему периметру здания брус толщиной 150х150 мм. Он называется мауэрлат. Его крепим к стене на шпильки. Шпильки забуриваем в тело стены на 250 мм и притягиваем гайкой с усиленной шайбой.
Межсезонье подбрасывает много сюрпризов. Частые перепады температуры приводят к локальным разрушениям асфальта. Образуются ямы, и автомобили влетают в них на полном ходу, что не только негативно сказывается на целостности узлов подвески, но и отражается на курсовой устойчивости. Появляются уводы в сторону, на скользкой дороге они способны привести к сносам. Но самое неприятное для управляемости — это сильный боковой ветер. Случается, что ветер в прямом смысле «сдувает» автомобиль с трассы.
Пугающий ветер
Часто автомобилисты на высокой скорости не принимают в расчет ветряные нагрузки. Считается, что это прерогатива авиации, однако для кроссоверов, внедорожников и вообще легковых машин с высоким кузовом и большой парусностью боковые порывы ветра могут оказаться фатальными. Происходит это, как правило, при соединении воедино трех пугающих факторов — гололеда, волнистого разбитого асфальта и сильных боковых порывов ветра.
Междугородние дороги, как правило, обсаживаются лесополосой, препятствующей сильным ветрам и метелям. Но часто лесополоса имеет разрывы, дорога проходит через открытое поле, и в таких пограничных местах можно видеть наносы снега, которые тают, и вода впитывается в дорогу, приводя к еще большему ее разрушению. Именно здесь и образуются очаги разбитого асфальта.
В итоге, когда колеса автомобиля стучат по ямам, их сцепление с дорогой кратковременно прерывается, и этого достаточно, чтобы на гололеде столкнуть машину с траектории. Такой толчок может дать ветер. Кузов испытывает резко нарастающее давление воздуха сбоку, и машина ползет на край полосы.
Водитель при этом испытывает ранее не знакомые для него ощущения. Машина кренится, приседает на переднее колесо и направляет нос в сторону обочины, а затем резко отскакивает на прежнее место, словно оттолкнулась от невидимого препятствия. Причем амплитуда колебаний траектории может достигать полуметра и более. И такие отскоки очень пугают.
Без паники
Чаще всего водители пытаются скорректировать эти отскоки и выправляют изменившуюся траекторию движения машины, борются с ветром, но не видят меры и так перекручивают руль, что колеса встают боком.
На обледенелой дороге машина слушается руля с секундным запозданием и допускает проскальзывания, которые еще больше пугают. Не ощущая мгновенной реакции машины, человек путается с положением колес и легко перекручивает руль и направляет их в сторону встречной полосы или водоотводной канавы. Именно туда и отскакивает машина с секундным запозданием. Другими словами, только неправильные действия рулем приводят к подобным авариям, ну а запаниковавшему водителю кажется, что машину с дороги сдул ветер.
Конечно, никакой ветер не может сдувать 1,5-тонные транспортные средства, если это не тропический шторм и не смерч в Канзасе. Российские ветра и метели гораздо безобиднее американских, а виновниками аварии в гололед чаще всего становятся паника и слишком активные действия рулем. Современный автомобиль довольно устойчив и никогда сам не слетает, как пушинка, на «встречку» или на обочину даже в сильный ветер. Он едет туда только потому, что водитель сам повернул колеса в неправильную сторону.
Тормозить и корректировать
Если чувствуется сильный боковой ветер, а асфальт покрыт укатанным снегом или коркой льда, то лучше не разгоняться свыше 80 км/ч. При такой скорости автомобиль лучше управляется в быстро развивающейся экстренной ситуации, чем при 120 км/ч. У водителя будет в запасе несколько мгновений, чтобы собраться с духом и победить страх.
Паниковать не стоит. Даже если автомобиль в гололед и при боковом ветре влетает на участки дороги с разбитым асфальтом и колеса барабанят по ямам, как отбойный молоток, то бояться ее вылета с дороги не стоит. Машина все равно будет ехать примерно по той же траектории, правда и с небольшими отклонениями.
0 баллов - штиль
Зеркально гладкое море, практически неподвижное. Волны практически не набегают на берег. Вода больше похожа на тихую заводь озера нежели на морское побережье. Над поверхностью воды может наблюдаться дымка. Край моря сливается с небом так, что границы не видно. Скорость ветра 0-0,2 км/час.
1 балл - тихий
На море легкая рябь. Высота волн достигает до 0,1 метра. Море по-прежнему может сливаться с небом. Чувствуется легкий, почти незаметный ветерок.
2 балла - легкий
Небольшие волны, высотой не более 0,3 метра. Скорость ветра 1,6-3,3 м/с, его можно почувствовать лицом. При таком ветре флюгер начинает двигаться.
3 балла - слабый
Скорость ветра 3,4-5,4 м/с. Легкое волнение на воде, изредка появляются барашки. Средняя высота волн до 0,6 метров. Хорошо заметен слабый прибой. Флюгер крутится без частых остановок, колышатся листья на деревьях, флаги и проч.
4 балла - умеренный
Ветер - 5,5 - 7,9 м/с - подымает пыль и мелкие бумажки. Флюгер крутится беспрерывно, гнутся тонкие ветви деревьев. Море неспокойное, во многих местах видны барашки. Высота волн до 1,5 метра.
5 баллов - свежий
Почти все море покрыто белыми барашками. Скорость ветра 8 - 10,7 м/с, высота волны 2 метра. Качаются ветки и тонкие стволы деревьев.
6 баллов - сильный
Море во многих местах покрыто белыми гребнями. Высота волн достигает 4 х метров, средняя высота 3 метра. Скорость ветра 10,8 - 13,8 м/с. Гнуться тонкие стволы деревьев, и толстые сучья деревьев, гудят телефонные провода.
7 баллов - крепкий
Море покрыто белыми пенистыми гребнями, которые время от времени срываются ветром с поверхности воды. Высота волн достигает 5,5 метров, средняя высота 4,7 метров. Скорость ветра 13,9 - 17,1 м/с. Качаются средние стволы деревьев, гнутся сучья.
8 баллов - очень крепкий
Сильные волны, на каждом гребне пена. Высота волн достигает 7,5 метров, средняя высота 5,5 метров. Скорость ветра 17,2 - 20 м/с. Идти против ветра трудно, разговаривать практически невозможно. Ломаются тонкие сучья деревьев.
9 баллов - шторм
Высокие волны на море, достигающие 10 метров; средняя высота 7 метров. Скорость ветра 20,8 - 24,4 м/с. Гнутся большие деревья, ломаются средние ветки. Ветер срывает плохо укрепленное покрытие с крыш.
10 баллов - сильный шторм
Море белого цвета. Волны обрушиваются на берег или о скалы с грохотом. Максимальная высота волн 12 метров, средняя высота 9 метров. Ветер, со скоростью 24,5 - 28,4 м/с, срывает крыши, значительные повреждения строений.
11 баллов - жестокий шторм
Высокие волны достигают 16 метров, при средней высоте 11,5 метров. Скорость ветра 28,5 - 32,6 м/с. Сопровождается большими разрушениями на суше.
12 баллов - ураган
Скорость ветра 32,6 м/с. Серьезные повреждения капитальных строений. Высота волн более 16 метров.
- 1 я категория - скорость ветра - более 120 км/час.
- 2 я - более 150 км/ час,
- 3 я - 180 км/ час;
- 4 я - при 210км/ час;
- 5 я - самая опасная категория - со скоростью ветра более 250 км/час.
Шкала волнения моря
В отличие от общепринятой двенадцати бальной системы оценки ветра, оценок волнения на море несколько.
Общепринятыми являются британская, американская и русская системы оценивания.
Все шкалы базируются на параметре, определяющем среднюю высоту значительных волн.
Этот параметр называется Significance Wave Height (SWH).
В американской шкале берутся 30% значительных волн, в британской 10%, в русской 3%.
Высота волны считается от гребня (верхняя точка волны) до подошвы (основание впадины).
Ниже представлено описание высоты волн:
- 0 баллов - штиль,
- 1 балл - рябь (SWH < 0,1 м),
- 2 балла - слабое волнение (SWH 0,1 - 0,5 м),
- 3 балла - легкое волнение (SWH 0,5 - 1,25 м),
- 4 балла - умеренное волнение (SWH 1,25 - 2,5 м),
- 5 баллов - бурное волнение (SWH 2,5 - 4,0 м),
- 6 баллов - очень бурное волнение (SWH 4,0 - 6,0 м),
- 7 баллов - сильное волнение (SWH 6,0 - 9,0 м),
- 8 баллов - очень сильное волнение (SWH 9,0 - 14,0 м),
- 9 баллов - феноменальное волнение (SWH > 14,0 м).
Для WH параметра для всех шкал берется именно часть волн (30%, 10%, 3%) потому, что величина волн неодинакова.
Поэтому и была принята для каждой шкалы своя величина SWH, где берется определенный процент самых высоких волн.
Шкала дальности видимости
Видимость - это предельное расстояние, с которым днем обнаруживаются предметы, а ночью навигационные огни.
Видимость зависит от погодных условий.
В метрологии влияние погодных условий на видимость определяется условной шкалой баллов.
Это шкала является способом указания прозрачности атмосферы.
Различают дневную и ночную дальность видимости.
Ниже приведена дневная шкала определения дальности видимости:
До 1/4 кабельтова
Около 46 метров. Очень плохая видимость. Густой туман или пурга.
До 1 кабельтова
Около 185 метров. Плохая видимость. Густой туман или мокрый снег.
2-3 кабельтова
370 - 550 метров. Плохая видимость. Туман, мокрый снег.
1/2 мили
Около 1 км. Дымка, густая мгла, снег.
1/2 - 1 миля
1 - 1,85 км. Средняя видимость. Снег, сильный дождь
1 - 2 мили
1,85 - 3,7 км. Дымка, мгла, дождь.
2 - 5 миль
3,7 - 9,5 км. Легкая дымка, мгла, слабый дождь.
5 - 11 миль
9,3 - 20 км. Хорошая видимость. Виден горизонт.
11 - 27 миль
20 - 50 км. Очень хорошая видимость. Горизонт виден резко.
27 миль
Свыше 50 км. Исключительная видимость. Горизонт виден четко, воздух прозрачный.
При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 1). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь.
Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его.
В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот, на пологих крышах большее значения принимают касательные, увеличивая подъемную силу с подветренной и уменьшая нормальную с наветренной стороны.
рис. 1. Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс
Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки w в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле: Wр = W×k(z)×c, где W — расчетное значение ветрового давления, определяется по карте приложения в «Изменениях к СНиП 2.01.07-85» (рис. 2); k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 2; c — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны (рис 3).
рис. 2. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра
рис. 3. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки
Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.
Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 4). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами. В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.
рис. 4. Пример решения карнизного узла наслонных стропил скатной крыши/
Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 5). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.
рис. 5. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы
Источник: «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.
Оставляя комментарий Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности
В последнее время климатические факторы становятся все более изменчивыми. Увеличиваются перепады температур, больше осадков выпадает за один раз, сильнее порывы ветра. Сильные грозы и ураганы теперь обычные погодные явления и в условиях умеренного климата. В случае же комбинации неблагоприятных климатических воздействий и открытой местности ветер может являться причиной сильных повреждений и разрушения крыш.
На крыши и другие конструкции оболочек зданий действуют нагрузки от ветра (рис. 1), которые возрастают по мере увеличения его скорости. В настоящее время строительные конструкции, в том числе крыши, рассчитываются исходя из максимальной скорости ветра, равной примерно 100 км/час. Очевидно, эту расчетную скорость пора увеличить.
Ветер воздействует на кровельное покрытие, а в особенности на его верхний слой, за счет:
— давления (подсоса);
— разрежения (отсоса);
— трения;
— комбинации вышеуказанных силовых факторов.
Самым худшим вариантом ветрового воздействия является сочетание отсоса и поддувания воздуха под водоизоляционный ковер, или, иначе говоря, комбинация отрывающей этот ковер силы ветра и парусного эффекта. Методы расчета конструкций на действие ветровых нагрузок должны в настоящее время соответствовать европейским и, разумеется, местным строительным нормам. Конечно, здесь можно привести нормативные методики по расчету кровель на воздействие ветровых нагрузок. Однако в рамках данной статьи поставлена задача разобраться с основными безрасчетными вещами, связанными с ветровыми воздействиями на здания. Ветер способен сорвать с крыши (далее в списке самый опасный вариант указан первым, наименее опасный — последним):
— все элементы, в том числе и несущие конструкции;
— водоизоляционную систему (кровельный ковер, теплоизоляцию, крепежные детали и другие элементы);
— кровельный ковер и элементы покрытия парапетов (в частности, металлические фартуки);
— только дополнительные металлические и иные элементы с поверхности крыши.
В результате ветровых воздействий происходит также ослабление креплений и соединений частей кровельной конструкции, что рано или поздно может привести к ее разрушению. Следует отметить, что существуют определенные моменты, способствующие возникновению нежелательных явлений, которые и ведут к ухудшению состояния кровельной конструкции и в конечном итоге к ее отказу. Естественно, такие моменты необходимо внимательно учитывать при проектировании, устройстве и эксплуатации кровли. Но, говоря о крышах, не нужно забывать и о фасадах в целом. Соответствующий отсос влияет не только на кровельное покрытие, но и, безусловно, на выступающие элементы фасада. Очень опасно сочетание ветрового давления и отсоса, тем более, когда величины этих силовых факторов значительны. Все «летающие» крыши и другие конструкции, которые за последние годы прошли через руки автора этой статьи, стали таковыми по причине наличия слабого места — своеобразного «центра взлета», находившегося в той или иной конструктивной детали.
Причем в большинстве случаев в полет отправлялись элементы жестяницкой работы (например, парапетные фартуки), которые или не были изначально правильно закреплены, или имели механически нарушенные в ходе эксплуатации соединения, или работали в условиях прогрессирующей коррозии. В том случае, когда водоизоляционное обустройство парапета является самостоятельным, водоизоляция тоже работает самостоятельно и с жестяницкими элементами указанного обустройства не взаимодействует (рис. 2, слева). Значит, при таком решении разрушение изоляции парапетной стенки к разрушению кровельного ковра привести не может. Если же изоляция парапета и кровельное покрытие конструктивно взаимосвязаны, то при разрушении парапетных элементов произойдет и разрушение кровельной гидроизоляции (рис. 2, справа). То же касается места сопряжения водоизоляции с жестяницким обустройством края кровли, когда имеет место наружный водоотвод (рис. 6). Различные варианты разрушений, описанных в этом абзаце, показаны на рис. 3-5 и 7.
Весьма опасен случай, приведенный на рис. 8. Здесь мы видим кровельное покрытие, уложенное на разреженную обрешетку из досок. Такое решение приводит к усилению давления на кровельное покрытие со стороны подкровельного (чердачного) пространства. В результате сложения всех сил, отрывающих водоизоляцию от обрешетки, весьма высока вероятность разрушения кровли. На рис. 11 и 12 показано то опасное состояние, когда кровельная водоизоляция подвергается действию не только ветрового отсоса, но и парусного эффекта. Вышеуказанные явления происходят, если ветер получает возможность дуть под кровлю.
На рис. 13 зафиксировано разрушение силой ветра выступающей наружу конструкции здания. Часто такие конструкции на ветровые воздействия не рассчитываются, но представляется, что соответствующие расчеты все же следует выполнять в обязательном порядке. При ликвидации последствий разрушений кровель необходимо не только заменять поврежденные и разрушенные конструктивные элементы. Следует также непременно проверять, нет ли с виду неповрежденных, но ослабленных деталей. Их, конечно, необходимо ремонтировать или, если это невозможно, заменять. Все показанные в статье разрушения и повреждения произошли при скорости ветра более 120 км/час.
Марек НОВОТНЫ, авторизованный инженер и судебный эксперт в области строительной изоляции и строительной физики
Фото: Л. НОВАК, Я. ЛИНХАРТ. Графика: K. ГОУДОВ. Перевод: В. КОРНЕШКОВ. Использованы материалы компании A.W.A.L. s.r.o. Чешская Республика
Рис. 1. Общая схема ветровых воздействий на здание.
Рис. 2. Схемы воздействия ветра на парапет: в случае фартука, не соединенного с водоизоляцией (рисунок слева); в случае фартука, соединенного с водоизоляцией через специальный угловой изоляционный элемент.
Рис. 3. Фото разрушенной конструкции парапета вследствие комбинации ветрового отсоса и давления.
Рис. 4. Фото оторванного кровельного покрытия; разрушены также и элементы жестяницкого обустройства парапета, в результате чего и произошел отрыв водоизоляции.
Рис. 5. Фото оторванной водоизоляции; в этом случае процесс ее отрыва тоже (см. рис. 4) начался после разрушения жестяницких элементов парапета.
Рис. 6. Схема разрушения кровли у жестяницкого элемента (фартука) ее края в месте его соединения с кровельным ковром.
Рис. 7. Фото последствий реализации схемы разрушения, показанной на рис. 6.
Рис. 8. Схема силовых воздействий на кровельную водоизоляцию, когда не обеспечена воздухонепроницаемость несущей конструкции крыши.
Рис. 11. Фото вздутия кровельного ковра.
Рис. 12. Фото волн на кровельном ковре; он готов взлететь.
Рис. 13. Фото разрушения выступающей конструкции силой ветра.
Подготовил к печати Дмитрий ЖУКОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 46 за 2007 год в рубрике материалы и технологии
Читайте также: