Ветровые нагрузки на металлические ограждения

Одна из важнейших характеристик любой ограждающей конструкции — ее стойкость к нагрузкам. При этом наиболее важно, чтобы ограждение хорошо справлялось с ветровыми и эксплуатационными нагрузками — то есть не деформировалось под воздействием ветра, а также при открывании/закрывании ворот и калиток.

 

Именно устойчивость к ветровым нагрузкам во многом определят прочность забора. Ограждение, установленное на открытой местности, должно противостоять даже достаточно сильному ветру — иначе со временем оно придется негодность.

Освоенности воздействия ветровых нагрузок

Ветровая нагрузка — это переменное воздействие ветра на конструкцию. Причем это воздействие комплексное, которое включает постоянное давление ветра, пульсирующего давления, а также трения, возникающего при движении воздушного потока по касательной.

На интенсивность ветровых нагрузок влияют сразу несколько факторов:

• Скорость ветра (средняя и пиковая, т.е. зафиксированная при самых сильных порывах).
• Направление ветра.
• Площадь конструкции, которая воспринимает ветровую нагрузку.
• Рельеф участка, на котором находится конструкция.
• Наличие специальных приспособлений, снижающих ветровую нагрузку и т.д.

Эти и другие факторы обуславливают, насколько сильно будет воздействовать ветер на забор или ограду. Если прочность конструкции и ее стойкость к ветровой нагрузке будет достаточной, то забор сохранит свою целостность. Если же ветер будет слишком сильный, то есть нагрузка превысит расчетные значения для конструкции — возможны такие последствия:

• Деформация опорных столбов (для металлических конструкций — изгиб, для деревянных — поломка).
• Вырывание опорных конструкций из основания.
• Деформация секций ограждающей конструкции.
• Отрыв отдельных деталей забора от несущих конструкций в месте крепления.
• Повреждение фурнитуры ворот или калиток.

Эффективно противостоять таким нагрузкам можно только на этапе проектирования и монтажа ограждения. Это значит, что в конструкцию изначально должен закладываться запас прочности, достаточной для того, чтобы забор или ограда выдерживали давление даже очень сильного ветра без повреждений.

Пример расчета ветровой нагрузки на забор

В большинстве случаев для бытовых ограждений ветровые нагрузки не рассчитываются. Часто это становится серьезной ошибкой: пре первом шквальном ветре забор (особенно недорогой) либо начинает «играть», либо просто разваливается.

Для расчета ветровой нагрузки на квадратный метро поверхности забора можно использовать базовую формулу:

F = 0,61*V2/9,8

где:

• F — сила в кгс;
• 0,61 — 1/2 плотности воздуха (в нормальных условиях);
• V — скорость ветра в м/с.

Для выбора скорости ветра можно воспользоваться таблицами для вашего региона. При этом:

• Ветер скоростью от 20,8 до 24,4 м/с считается сильным.
• Скорость от 24,5 до 28,4 м/с соответствует штормовому ветру.
• Ураганный ветер развивает скорость от 28,5 м/с до 32,6 м/с.

Расчет целесообразно делать по среднему значению ветровой нагрузки. Но если речь идет о высоком заборе с большой парусностью, ограждении на открытой местности или заборе, который находится в местности с сильными ветрами, то для запаса прочности лучше ориентироваться на показатели штормового ветра.

Полученную силу ветрового давления пересчитываем на один пролет/одну секцию забора.

F1 = S*F

где:

• S — площадь одной секции ограждения в квадратных метрах.

Изгибающий момент, действующий на опору, расситываем по формуле:

М = F1*L*k

Где:

• k – коэффициент запаса прочности (1,5)

 

• L – высота приложения нагрузки (считаем по середине опорного столба)
• F1 — сила в кгс.

Чтобы выбрать опорную трубу, определяем максимальный изгибающий момент:

М1 = σW/1000

где:

• σ – предел текучести материала, кгс/мм² (для стали — 21 кгс/мм²);
• W – момент сопротивления сечения (мм3)*

* круглая труба — W= π*(D4-d4)/32D, квадратная труба — W=(H4-h4)/6H

Если полученное значение М1 для выбранного типа опорного столба больше М, то такая конструкция может использоваться для создания каркаса. Если меньше — высокая вероятность ее деформации под воздействием ветра на ограждение большой площади.

Как видите, расчет ветровой нагрузки достаточно сложен — и это касается только такого аспекта как деформация несущих элементов. Вот почему выбор опорных столбов и самого материала для металлического ограждения с учетом ветровой нагрузки нужно делать на основе расчетов. Выполненных профессионалами.

Сплошные и вентилируемые заборы: сопротивление ветровым нагрузкам

Приведенные выше расчеты справедливы для сплошных металлических ограждений — например, заборов из профнастила. Сплошные листы из тонкого профилированного металла плохо противостоят ветровым нагрузкам, и даже усиление путем более частой установки опор ситуацию не спасает — листы просто срывает с креплений.

Несколько иная ситуация с металлическими заврами модульного типа:

• Сплошные ограждения (брус, горизонт) лучше сопротивляются ветровым нагрузкам за счет ребер жесткости в местах замковых соединений. При этом более надежное крепление к несущей конструкции предотвращает отрыв ламели от каркаса.
• Вентилируемые заборы (Ранчо и аналоги) часть воздушного потока пропускают через отверстия. При этом ребра жёсткости также снижают вероятность деформации ламелей.
• Аналогичная ситуация и с заборами-жалюзи: они перенаправляют ветровой поток, рассекая и рассеивая его, а скрытые крепления обладают большей прочностью на отрыв.

Естественно, это не означает, что для панельных металлических ограждений стойкость к ветровым нагрузкам не важна. Да, она выше, чем у заборов из профлиста, но при этом конструкцию ограждения нужно проектировать с учетом силы ветра в регионе и высоты ограды. Только при профессиональном подходе к разработке проекта конструкция будет обладать достаточной стойкостью!