Одна сто пятидесятая. По пункту 8.2.5 ГОСТ 31174-2017 при испытаниях на стойкость к ветровой нагрузке смотрят «величина прогиба (несущая способность) каркаса (обвязки полотна), которое должно составлять не более 1/150 длины наименьшей стороны каркаса». Для створки высотой два метра это тринадцать с небольшим миллиметров. Прогнулась сильнее — испытание не пройдено.
Сам расчёт давления ветра на полотно в блоге уже разобран, и повторять его тут незачем. Интересно другое: распашная створка держит это давление не так, как забор рядом. Она висит на двух петлях у одного столба, и вся собранная с полотна сила приходит в этот столб моментом. Поэтому у глухой обшивки есть площадь, после которой её просто перестают ставить.
Площадь, которую ловит створка
Стандарт определяет изделие коротко: «3.12 распашные ворота: Ворота, открываемые поворотом полотна(ен) вокруг вертикальной оси». Ось вертикальная, значит плечо от петли до дальней кромки равно ширине створки, и это плечо работает на каждый квадратный метр обшивки.
Для нагрузки глухое полотно считается не воротами, а стеной. СП 20.13330.2016 в приложении В выделяет отдельный пункт В.1.1 «Отдельно стоящие плоские сплошные конструкции (стены, заборы и т.д.)», где сказано: «Для различных участков конструкций (рисунок В.1) коэффициент c x определяется по таблице В.1». По этой таблице участки A, B, C и D получают коэффициенты 2,1; 1,8; 1,4 и 1,2 — наветренный край нагружен заметно сильнее середины. Откуда берутся сами исходные числа и почему их ищут на карте, а не в таблице, подробно разобрано в материале про ветровую нагрузку на глухие ворота.
Вход в расчёт: три множителя и поправка
Средняя составляющая нагрузки собирается по пункту 11.1.3 СП 20.13330.2016: «Нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки w m в зависимости от эквивалентной высоты z e над поверхностью земли следует определять по формуле». В формуле три сомножителя: давление района, коэффициент высоты и аэродинамический коэффициент.
- Район: таблица 11.1 даёт ряд от 0,17 до 0,85 кПа, а сам номер района определяется так: «Ветровые районы (принимаются по карте 2 приложения Е)».
- Высота: по таблице 11.2 для отметки до пяти метров коэффициент равен 0,75 в местности типа A, 0,5 в типе B и 0,4 в типе C.
- Форма: для глухой створки берут коэффициент лобового сопротивления по участкам плоской сплошной конструкции.
- Запас: по пункту 11.4 коэффициент надежности по нагрузке для основной и пиковой ветровых нагрузок следует принимать равным 1,4.
Тип местности меняет число почти вдвое
Формулировки пункта 11.1.6 стоит прочитать дословно, потому что владельцы участков их регулярно путают. Тип A — это «открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра». Тип B — «городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м».
Дачный посёлок в поле, где вокруг одноэтажные дома, — это тип A, а не B, и коэффициент там 0,75 против 0,5. Разница почти в полтора раза, и она целиком уходит в столб и петли.
Порог первый: прогиб рамы
Проверка на прогиб — самая наглядная, её видно глазом в ветреный день. Обвязка глухой створки работает как рама, нагруженная равномерно по всей площади, и держит эту нагрузку сечением профиля.
Стандарт перекладывает ответственность на изготовителя, но не отпускает: по пункту 5.1.6 «Максимальные размеры открывающихся элементов и расчётный прогиб нагруженных (несущих) элементов ворот устанавливают в нормативной и технической документации на конкретные типы изделий с учётом момента сопротивления поперечного сечения деталей, схем открывания, массы открывающихся элементов и расчётных эксплуатационных (в том числе ветровых) нагрузок».
Момент сопротивления сечения тут не украшение фразы, а рычаг управления: он растёт быстрее, чем размер трубы, поэтому переход на профиль потолще решает больше, чем лишняя перемычка. Что именно брать на раму, разбиралось в статье о том, какую трубу выбрать для распашных ворот.
Порог второй: класс по сопротивлению ветровой нагрузке
У ворот есть классификация по давлению, которое они держат. Класс А — 700 Па и более, класс Б — от 500 до 699 Па, класс В — от 300 до 499 Па. И добивающая строка из пункта 4.7: «Значение показателя сопротивления ветровой нагрузке 300 Па является минимальным для всех типов ворот».
Минимум в 300 Па касается любой створки, включая глухую двухметровую на въезде в частный двор. Если посчитанное для вашего участка расчётное давление выше этой цифры, класс В уже не подходит, и изделие надо заказывать другое. Требования стандарта к распашным изделиям в целом собраны в разборе распашных ворот по ГОСТ 31174-2017.
Важно. класс по давлению — это то, что можно потребовать письменно. В таблице В.1 приложения В стандарт прямо просит исходные данные «1.1 Номер ветрового района и тип местности» и помечает воротную конструкцию как работающую «Аналогично массивным наружным стенам». Назовите изготовителю район и тип местности, получите класс в паспорте.
Порог третий: петли и столб
Дальше собранная с полотна сила уходит в две точки. Норма это видит: по пункту 5.1.5 «Детали, элементы и узлы конструкции изделий (петли, пружины, тросы и др.) должны быть рассчитаны на нагрузки и условия эксплуатации с учётом массы, размеров и способа открывания ворот для обеспечения достаточной жёсткости и прочности изделий».
Момент, а не вес
Створку подбирают по массе, а рвёт её по моменту. В петельный узел приходят три силы, и складываются они по-разному.
- Вес полотна: тянет петли вниз, действует всегда, растёт вместе с площадью обшивки.
- Давление ветра: верхнюю петлю вырывает из столба, нижнюю вжимает в него, при смене направления знаки меняются местами.
- Плечо: чем шире створка, тем больше усилие на том же крепеже при той же высоте полотна.
Для крепления есть отдельная нагрузка. СП 20.13330.2016 выделяет «пиковые значения ветровой нагрузки, действующие на конструктивные элементы ограждения и элементы их крепления» — то есть анкер и пластину считают не по той же величине, что полотно целиком. А сам столб ограничен по перемещению: по пункту Л.3.3 «Горизонтальные предельные прогибы стоек и ригелей фахверка, а также навесных стеновых панелей от ветровой нагрузки, ограничиваемые исходя из конструктивных требований, следует принимать равными l /200, где l — расчётный пролет стоек или панелей».
| Величина | Где берётся | Значение |
|---|---|---|
| Нормативное ветровое давление | таблица 11.1 СП 20.13330.2016, район по карте 2 приложения Е | от 0,17 до 0,85 кПа |
| Коэффициент высоты | таблица 11.2, отметка до пяти метров | 0,75 в типе A, 0,5 в B, 0,4 в C |
| Аэродинамический коэффициент | таблица В.1, плоские сплошные конструкции | от 2,1 до 1,2 по участкам |
| Переход к расчётному значению | пункт 11.4 | умножить на 1,4 |
| Допустимый прогиб каркаса | пункт 8.2.5 ГОСТ 31174-2017 | не более 1/150 наименьшей стороны |
| Класс изделия по давлению | пункт 4.7 ГОСТ 31174-2017 | А, Б или В, минимум 300 Па |
Порог четвёртый: створка перестаёт запираться
Последний критерий тех же испытаний звучит так: «сохранение работоспособности конструкции (ворота должны оставаться запертыми, деформация не должна оказывать влияние на способность ворот закрываться и открываться)». Это и есть бытовая картинка отказа: рама цела, петли на месте, а створки после сильного ветра не сходятся, и засов не попадает в ответную часть.
Запирание тут не мелочь. Стандарт относит к запирающим приборам «Замки, защелки, задвижки и другие устройства, предназначенные для предотвращения несанкционированного прохода через ворота или их самопроизвольного открывания». Самопроизвольное открывание — это как раз про ветер, который дёргает незафиксированную створку и разбивает петлю за один сезон. Чем её держать в открытом и закрытом положении, разобрано в материале про упоры и фиксаторы для распашных ворот.
Остаточный перекос ловится рулеткой. По пункту 5.2.3 «Разность длин диагоналей прямоугольных элементов не должна превышать 3 мм при наибольшей длине стороны не более 2000 мм и 5 мм — более 2000 мм». Если после ветреной недели диагонали разошлись сильнее, рама уже за пределом допуска.
Что меняют, когда порог перейдён
Первое, что приходит в голову, — утолщить раму. Иногда этого хватает, но площадь паруса остаётся прежней, а вместе с ней и момент на столбе. Поэтому норма изначально предусматривает другой путь и описывает в классификации ворота «с частичным заполнением полотна (филенками, остеклением, вентиляционными решетками и т.д.)».
Четыре рабочих хода
- Разрядить обшивку: вертикальный штакетник с зазором, решётка в верхней трети, вставки вместо сплошного листа — парус уменьшается сразу.
- Сузить створку: плечо от петли короче, момент на столбе меньше при той же площади проёма.
- Усилить узел, а не лист: третья петля, увеличенная опорная пластина, столб большего сечения с бетоном под ним.
- Зафиксировать положения: упор в грунт в открытом положении и ответный засов в закрытом, чтобы полотно не болталось.
Порядок именно такой. Сначала уменьшают нагрузку, потом усиливают то, что её принимает. Сварные и решётчатые створки по размерам проёма, с расчётом сечения под район и тип местности, делает завод ТЕСАРУС в Челябинске.