Ветровая нагрузка на глухие ворота: почему число берут с карты, а не из таблицы

Коэффициент лобового сопротивления сх для отдельно стоящей сплошной конструкции доходит до 2,1 — это выше любого коэффициента внешнего давления, который СП 20.13330.2016 назначает стенам зданий. Ворота в разрыве забора считаются именно так, а не как фрагмент фасада, и это меняет всю дальнейшую арифметику.

Проектировщик, который впервые открывает раздел 11 норматива, обычно ищет свой город текстом. И не находит — потому что районирование по ветру в СП 20 нарисовано, а не написано.

В нормативе нет строки с вашим городом

Открываете таблицу 11.1 — там аккуратный список ветровых районов: Ia, I, II, III, IV, V, VI, VII, и для каждого свое нормативное давление w0 в кПа: 0,17; 0,23; 0,30; 0,38; 0,48; 0,60; 0,73; 0,85. Ищете строку «Челябинск» — и не находите. Не потому что документ неполный. Районы в этой таблице принимаются по карте 2 приложения Е, а в самом приложении Е стоит только отсылка «См. вкладки» — то есть текстового описания границ районов по городам в нормативе нет вообще, ни в одном пункте.

Это значит, что фраза «Челябинск относится ко II ветровому району, w0 = 0,30 кПа» — не цитата какого-то пункта, а результат чтения карты. Формально в этом месте расчет опирается не на строку норматива, а на графику приложения Е, и это стоит проговаривать честно в записке, а не выдавать за прямую выписку из текста.

Из чего складывается нагрузка на полотно

Норматив требует считать нагрузку как сумму двух составляющих: w = wm + wp, где wm — средняя составляющая, wp — пульсационная. Средняя часть раскрывается формулой wm = w0 k(ze) c. Три множителя, три отдельных решения:

• w0 — нормативное давление ветра для района (то самое число с карты);
• k(ze) — коэффициент, учитывающий изменение давления по высоте ze;
• c — аэродинамический коэффициент, который зависит от формы и типа конструкции.

w0 — это не давление на створку ворот. Это отправная точка для конкретного географического района, к которой еще предстоит применить и высоту, и форму конструкции, и тип местности. Пропустить любой из множителей — значит получить число, которое ничего не описывает.

Коэффициент высоты: у ворот его берут один раз

Коэффициент k(ze) зависит от типа местности. Норматив различает три типа: А — открытые побережья, сельская местность, степи, тундра; В — городские территории и другие местности с препятствиями выше 10 м; С — городские районы с плотной застройкой зданиями выше 25 м. Для высот до 10 м таблица 11.2 дает конкретные значения: на высоте до 5 м коэффициент k равен 0,75 для типа А, 0,5 для В и 0,4 для С; на высоте 10 м — 1,0 для А, 0,65 для В и 0,4 для С.

Для отдельно стоящих плоских сплошных конструкций — к этой категории относится и забор, и глухие ворота — эквивалентная высота ze задается жестко: ze = h, то есть равна полной высоте конструкции. Никакой ступенчатой схемы, как для многоэтажного фасада, здесь нет. Коэффициент берут один раз, по фактической высоте створки, и все.

Тип местности норматив городу не назначает — его определяют по тому, что реально стоит с наветренной стороны площадки. Это отдельное инженерное решение, а не выписка из справочника.

Почему у забора 2,1, а у стены дома меньше

Здесь главный разворот всей темы. Для стен зданий приложение В дает коэффициент внешнего давления ce — он рассчитан на конструкцию, у которой воздух обтекает объем: с одной стороны давит, но часть потока уходит по бокам и сверху, само здание частично экранирует заднюю стену. У глухого забора и глухих ворот такой геометрии нет: это плоская отдельно стоящая сплошная конструкция, и для нее применяется другой коэффициент — лобового сопротивления сх по таблице В.1.

Физика простая: спереди ветер давит на полотно в лоб, а сзади образуется зона разрежения — подсос в ту же сторону, что и давление. Обе составляющие складываются, а не компенсируются, и суммарный коэффициент получается выше, чем для стены дома, у которой сзади есть подветренный «хвост» из воздуха, частично гасящий разницу давлений.

Коэффициент сх не постоянен по всей длине ограждения. Таблица В.1 дает разные значения для разных участков: 2,1, 1,8, 1,4, 1,2 — от максимально нагруженного наветренного края до участков в глубине конструкции. Если ворота стоят в разрыве забора у наветренного торца или на угловом участке площадки, они с высокой вероятностью попадают именно в зону максимального коэффициента — 2,1, а не в среднюю по ограждению цифру. Полный разбор этой же цепочки для сплошного полотна забора, без ворот, разобран в статье про ветровую нагрузку на забор по СП 20.13330.2016 — расчет там строится по тому же приложению В.1, только без разрыва в конструкции.

Крепёж считают по другой нагрузке

Основная нагрузка w = wm + wp — это база для расчета устойчивости конструкции в целом. Но для элементов ограждения и узлов их крепления норматив требует отдельной проверки — пиковой ветровой нагрузки по разделу 11.2, формула w+(-) = w0 k(ze) [1 + z(ze)] c+(-). Формулировка прямая: пиковая нагрузка адресована именно элементам ограждения и узлам крепления, то есть петлям, засовам, анкерам и столбам, на которые опирается полотно.

Для перехода от нормативного значения к расчетному применяется коэффициент надежности по нагрузке 1,4 — кроме случая расчета на резонансное вихревое возбуждение, где коэффициент равен 1,0. Именно на пиковую нагрузку с этим коэффициентом опирается сечение опорных стоек: если несущая стойка рассчитана по заниженной цифре, запаса на порывистый ветер у нее не будет. Как это сказывается на выборе сечения самих столбов, разобрано в материале про столбы для ворот 100х100 мм.

Что из этого попадает в паспорт ворот

Расчет по СП 20 — это одна сторона вопроса, а паспортные характеристики самих ворот — другая, и они заданы отдельным документом. ГОСТ 31174-2017 делит ворота по сопротивлению ветровой нагрузке на три класса: А — 700 Па и более, Б — от 500 до 699 Па, В — от 300 до 499 Па. При этом 300 Па — минимальное значение, ниже которого не должны опускаться ворота любого типа.

Таблица 2 стандарта закрепляет классы по конструктиву: у распашных ворот класс А, у откатных — Б или В, у секционных, складных и рулонных — В. То есть распашная створка нормативно должна держать больше, чем откатная или секционная того же назначения.

При испытаниях на стойкость к ветровой нагрузке проверяют не только сохранение геометрии и работоспособности конструкции, но и прогиб каркаса: он не должен превышать 1/150 длины наименьшей стороны обвязки полотна. Этот предел прогиба напрямую связан с толщиной металла зашивки и обвязки — чем тоньше лист и легче каркас, тем ближе фактический прогиб к этому пределу. Подробнее о том, какая толщина металла нужна именно воротам, а не рядовой секции забора, — в статье про толщину металла ворот.

Где заканчиваются документы и начинается карта

Кроме ветрового района, из норматива не выписываются ещё два параметра. Тип местности площадке не назначен — А, В или С определяется по фактической застройке вокруг, а не по адресу. Отдельной именной строки «ворота» в приложении В тоже нет — глухие ворота считаются как частный случай отдельно стоящей плоской сплошной конструкции наравне с забором, и на них распространяется та же таблица В.1.

Есть и формальная неувязка в смежном документе: ГОСТ 31174-2017 в своей сноске ссылается на СП 20.13330.2011, тогда как действует редакция 2016 года с изменениями. Нумерация пунктов между редакциями совпадает, так что практического расхождения в расчете это не создает, но при цитировании стоит указывать актуальную редакцию, а не ту, что названа в сноске ГОСТа.

Частые вопросы

Завод ТЕСАРУС в Челябинске варит сварные и 3D ограждения, ворота и калитки по размерам заказчика с учетом реальной ветровой нагрузки площадки — tesarus74.ru.