Рекомендуемая толщина стального листа для обшивки ворот по ГОСТ 31174-2017 — не менее 0,45 мм. Это единственное число про обшивку, которое норматив называет прямо. Всё остальное считается: масса створки и ветровое давление на глухую плоскость — два независимых числа, и упираются они в разные узлы.
Масса уходит в роликовые опоры и привод. Парусность — в каркас, в крепление листа и в класс ворот по сопротивлению ветровой нагрузке. Створка легко проходит по весу и проваливается по ветру, бывает и наоборот. Дальше шесть шагов, в каждом одно число, которое переходит в следующий.
Масса каркаса: одна строчка из сортамента
Гнутосварной профиль, из которого варят раму откатной створки, описан ГОСТ 30245-2003. Пункт 3.2 не оставляет пространства для прикидок: «Размеры профилей, площадь поперечного сечения, справочные величины для осей и масса для 1 м профиля должны соответствовать: для квадратных профилей — таблице 1; для прямоугольных профилей — таблице 2».
Масса погонного метра — не результат взвешивания, а табличное значение. Примечание к таблицам объясняет откуда: «Масса 1 м длины профиля определена по площади поперечного сечения при плотности стали 7,85 г/см 3». И там же про отгрузку: «Профили поставляют по теоретической массе».
| Сечение, мм | Площадь A, см2 | Wx, см3 | Масса 1 м, кг |
|---|---|---|---|
| 40х40х2 | 2,94 | 3,47 | 2,31 |
| 50х50х3 | 5,41 | 7,78 | 4,25 |
| 60х40х3 | 5,41 | 8,46 | 4,25 |
| 60х60х3 | 6,61 | 11,70 | 5,19 |
| 80х80х4 | 11,75 | 27,74 | 9,22 |
Дальше арифметика. Наружная рама полотна 4000 на 2000 мм из профиля 60х40х3 — это 12 погонных метров, то есть 51 кг. Три вертикальные стойки внутри рамы из 40х40х2 по 2 м каждая добавляют 13,9 кг. Каркас без консоли и без рейки привода — 64,9 кг. Подробный разбор этого шага с консолью и подкосами есть в материале о том, сколько весит створка ворот по сортаменту.
Почему теоретическая масса, а не весы
Фактический вес партии и сумма табличных значений расходятся из-за допусков на толщину стенки. Для подбора опор это безразлично: они идут ступенями по сотне килограммов. Существеннее другое — считать надо до покупки профиля, а не после сварки.
Масса обшивки: лист считают по толщине, а не по квадратному метру
ГОСТ 31174-2017 в пункте 5.4.1 перечисляет материалы заполнения полотна и даёт одну цифру: «- стальные листы по ГОСТ 19904 (рекомендуемая толщина не менее 0,45 мм);». Дальше считают от плотности стали — той самой, 7,85 г/см 3.
Квадратный метр плоского листа толщиной 0,5 мм весит 3,93 кг: 0,05 см умножить на 10 000 см2 и на 7,85 г/см3. Лист 0,45 мм — 3,53 кг/м2. На полотне площадью 8 м2 это 31,4 кг против 28,3 кг. Три килограмма кажутся ерундой ровно до момента, когда створка упирается в предел роликовой опоры.
Важно. профилированный лист расходует на квадратный метр площади больше стали, чем плоский, потому что развёртка гофры длиннее самого листа. Множитель зависит от высоты и шага волны, и его берут из спецификации поставщика, а не выводят из толщины.
- Рама: периметр полотна, умноженный на массу метра из таблицы.
- Внутренние стойки и пояса: считаются отдельной строкой, их легко забыть.
- Обшивка: площадь глухой плоскости на массу метра листа с учётом гофры.
- Металлоёмкость узлов: консоль, рейка привода, крепёж, уголки под лист.
Куда уходит полученная сумма, видно в разборе про два разных предела одной роликовой опоры: одно число даёт производитель на статическую массу, второе — на массу в движении.
Ветровое давление: район и тип местности
Второе число начинается с карты. Пункт 11.1.4 СП 20.13330.2016: «Нормативное значение ветрового давления w 0 принимается в зависимости от ветрового района по таблице 11.1». Районов восемь, от Ia до VII, значения 0,17; 0,23; 0,30; 0,38; 0,48; 0,60; 0,73 и 0,85 кПа. Район берут по карте 2 приложения Е, а не по ощущению «у нас тут продувает».
Второй множитель — коэффициент k(ze), поправка на высоту и на то, что стоит вокруг. Створка ворот поднимается чуть выше двух метров, поэтому попадает в верхнюю строку таблицы 11.2, для высоты до 5 м. Там три числа: 0,75 для типа местности A, 0,5 для B и 0,4 для C. Как эти два множителя собираются в одно давление, разобрано в статье про ветровую нагрузку на глухие ворота.
Тип местности задаёт окружение, а не почтовый адрес
Пункт 11.1.6 описывает тип A так: «A — открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра;». И тип B: «B — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;».
Участок на краю посёлка, за которым начинается поле, — это тип A, даже если по документам адрес городской. Коттедж внутри плотной застройки с соседними домами выше десяти метров — тип B. Между ними полтора раза по давлению на ровном месте, и ошибка здесь тянет за собой весь остальной счёт.
Аэродинамический коэффициент: край полотна нагружен сильнее середины
Третий множитель в формуле «w m = w 0 k ( z e ) c , (11.2)» — аэродинамический коэффициент. Глухая створка на земле попадает в приложение В, в позицию «В.1.1 Отдельно стоящие плоские сплошные конструкции». Там же сказано: «Для различных участков конструкций (рисунок В.1) коэффициент c x определяется по таблице В.1 ;».
Таблица В.1 делит плоскость на четыре участка — A, B, C, D — и даёт четыре значения: 2,1; 1,8; 1,4; 1,2. Наветренный край забирает 2,1, дальняя от ветра зона — 1,2. Разница почти вдвое, и она объясняет, почему у глухих ворот первым сдаётся не центр полотна, а крайний лист у столба.
Перевод в расчётную нагрузку и класс ворот
Нормативное значение — ещё не то число, с которым считают узлы. Пункт 11.1.2: «Во всех случаях нормативное значение основной ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней w m и пульсационной w g составляющих». А пункт 11.4 добавляет множитель: «Коэффициент надежности по нагрузке для основной и пиковой ветровых нагрузок следует принимать равным 1,4».
Посчитаем среднюю составляющую на примере. Район II, w0 = 0,30 кПа, городская застройка, тип B, k = 0,5, середина полотна, c = 1,4. Выходит 0,21 кПа, то есть 210 Па. Тот же район, но открытая местность и наветренный край: 0,30 на 0,75 и на 2,1 даёт 0,47 кПа, 470 Па. Одни и те же ворота, разница больше чем вдвое.
Теперь класс. ГОСТ 31174-2017, пункт 4.7: «Значение показателя сопротивления ветровой нагрузке 300 Па является минимальным для всех типов ворот». Классы распределены так: А — 700 Па и более, Б — от 500 до 699 Па, В — от 300 до 499 Па. В таблице 2 для откатных ворот стоит класс Б или В.
Что делать, если счёт вылез за класс
- Сменить заполнение: полотно с просветами снимает часть нагрузки, сравнение по цене и ветру есть в разборе про обшивку евроштакетником.
- Усилить раму: перейти на сечение ступенью выше, разница в массе метра видна в таблице.
- Добавить внутренних стоек: уменьшается пролёт листа, падает прогиб при том же давлении.
- Уменьшить глухую площадь: верхний просвет вместо сплошного листа до самого верха.
Проверка: прогиб каркаса и крепление листа
ГОСТ 31174-2017 в пункте 8.2.5 называет, что именно меряют при испытании ветром: «- величина прогиба (несущая способность) каркаса (обвязки полотна), которое должно составлять не более 1/150 длины наименьшей стороны каркаса». У полотна 4000 на 2000 мм наименьшая сторона — высота, значит допуск 13 мм.
Крепления считают отдельно. Пункт 11.2 СП 20.13330.2016 выделяет случай «Для элементов ограждения и узлов их креплений» и отсылает дальше: «значения этих коэффициентов приведены в таблице 11.8 в зависимости от площади ограждения A , с которой собирается ветровая нагрузка». В таблице 11.8 стоит 1,0 для площади до 2 м2, 0,9 для 5 м2, 0,8 для 10 м2 и 0,75 при площади свыше 20 м2.
Логика обратная привычной: чем меньше площадь, с которой узел собирает нагрузку, тем выше расчётное давление на него. Полотно целиком считают по меньшему коэффициенту, а отдельный саморез у кромки — по единице. Поэтому шаг крепления листа по краю полотна делают чаще, чем в середине.
Что писать в заказе
ГОСТ 31174-2017 в приложении В, таблица В.1, содержит строку «1.3 Нормативное значение ветровой нагрузки на воротные конструкции», а в графе примечания к ней стоит «Аналогично массивным наружным стенам». Глухие ворота считают не как лёгкую навеску, а как кусок стены, который ездит по рельсу.
- Ветровой район и тип местности: эти два пункта известны заказчику, а не цеху.
- Габариты: проём и полотно отдельными числами, вместе с высотой глухой части.
- Сечение профиля рамы: из сортамента, с указанием ГОСТ 30245-2003.
- Лист: марка профиля и толщина, не тоньше рекомендованных 0,45 мм.
- Класс по сопротивлению ветровой нагрузке: Б или В, с записью в паспорт изделия.
Если считать некогда, исходные данные проще отдать тем, кто варит. Завод ТЕСАРУС в Челябинске делает сварные и 3D ограждения, ворота и калитки по размерам заказчика: сечение рамы, шаг стоек и толщину листа подбирают под площадь полотна и район участка, а не по одному шаблону.