В № 3 (22) 2009 журнала «Кровли» была опубликована статья «Ветровые нагрузки, воздействующие на плоские крыши из ПВХ-мембран». Проблемы, затронутые в ней, вызвали живой отклик у наших читателей. Предлагаем вашему вниманию отзыв руководителя отдела кровель ОАО «ЦНИИПромзданий» А.М. Воронина.
На кровле сложной криволинейной формы мембрану сорвало на одном из участков
примыкания к парапету
Климат на нашей планете меняется, поэтому ветровые нагрузки, безусловно, надо корректировать, используя данные метеостанций в различных регионах страны, но невозможно предусмотреть в нормативном документе аэродинамические коэффициенты кровель зданий, как правильно отметил М. Березин, «современных фантазийных архитектурных форм». Поэтому, хотя имеются сетования некоторых представителей фирм о дороговизне аэродинамических испытаний, все-таки придется их делать по зданиям сложной формы, так как разрушения, вызванные ветром, нередко сопоставимы, а может быть, даже выше стоимости испытаний. Показанную на фотографии кровлю здания со сложной криволинейной поверхностью следовало бы испытать в аэродинамической трубе, этого не было сделано, поэтому пленку сорвало на одном из участков примыкания к парапету (кровлю в этом месте пригрузили мешками с песком). Если бы кровлю сорвало на всей поверхности покрытия, то только материальные затраты (без стоимости ремонтных работ) на ее восстановление обошлись бы в приличную сумму (не менее 2,5 млн руб.).
Для расчета механически закрепленной кровли на ветровые нагрузки, как отмечено в статье, одной из компаний был принят «самый строгий нормативный документ в этой области — норвежский стандарт №S 3479».
Расчет механически закрепленной кровли имеет ряд существенных нюансов, которые хотелось бы отметить.
1. Расчет по указанному стандарту состоит в определении ветровой нагрузки на крепежный элемент в зависимости от расстояния между рядами крепежных элементов и их шага в ряду, а закрепляемый кровельный материал с его свойствами в этом расчете «не участвует». Из этого следует, что количество крепежа будет одинаковым для кровли из ПВХ- мембраны, из наплавляемого рулонного материала или из оцинкованной кровельной стали.
2. На приведенном ниже рисунке представлена схема деформирования ковра в виде нити шириной 5 см с распределенной нагрузкой q, из которой следует, что продольное усилие N в материале состоит из распорного усилия Н горизонтальная составляющая) и балочной поперечной силы Q (вертикальная составляющая), при этом
Нами получены (не вдаваясь в теоретические выкладки) следующие выражения при b = 1 м: q = W, где W – ветровая нагрузка, принимаемая по СНИП 2.01.07-85* или определяемая иным путем; H = 1,25W, Qк = 0,5W, Qм = 2Qк = W, N = 1,35W и расстояние между крепежами lк = Fкр/1,35W, где Fкр – прочность полосы рулонного материала шириной 5 см.
У крепежного элемента в точке М (см. рисунок) при воздействии ветра происходят следующие процессы: усилие Н, с одной стороны, сдвигает полоску, как гвоздимого материала, по основанию под кровлю, с другой стороны, тоже сдвигает, но уже как склеенного в нахлестке на ширину 100 мм, а поперечная сила Qм выдергивает крепеж. Таким образом, в работу кровельного ковра (в его расчет) включены все элементы кровли.
3. Итак, для расчета механически закрепленной кровли необходимо знать не только ветровую нагрузку на крепежный элемент и его прочность Qм на выдергивание, но и показатели кровельного рулонного материала при вышеуказанных воздействиях: прочность на гвоздимость* (Нгв), склейки нахлестки (Нск) и прочность при продольном растяжении (Fкр).
Здесь необходимо отметить следующий нюанс. Практика показывает, что кровельный ковер срывает ветром, как правило, в весенне-летний период, когда у его материалов снижаются прочностные показатели, поэтому их надо определять при температурах 50–70 °С (черная поверхность кровли может нагреваться до 70–80 °С). Это позволит оценить работу кровельного ковра с учетом условий эксплуатации: при давлении ветра, может быть, выдернется крепежный элемент из основания под кровлю, а может быть, скорее разорвется кровельный материал при повышенных температурах или, может быть, расползется склеенная нахлестка из-за размягчения приклеивающего состава. По самому слабому показателю можно уточнять расстояние между крепежами либо заменять рулонный материал другим с лучшими показателями. Если по расчету крепеж не выдерживает ветровую нагрузку, его также меняют на другой или уменьшают расстояние между крепежными элементами.
Несколько слов о кровлях высотных зданий. По-нашему мнению, на таких зданиях целесообразно применять только сплошь приклеенную кровлю, все слои ограждающей части покрытия должны быть склеены и выполнены из плотных (непористых) материалов.
Приведенная в статье фотография разрушения практически всех слоев покрытия высотной ТЭС показывает силу ветра и некачественное проектирование и строительство. Представим, что на кровле ТЭС высотой 82 м были бы качественно выполнены следующие слои покрытия: железобетонные плиты, приклеенные к ним теплоизоляционные плиты, например из пеностекла, с проклеенными между ними швами, на эти плиты наклеены два слоя наплавляемого рулонного материала. При скорости 35 м/с (~ 125 км/ч), которая приведена в статье, давление ветра будет около 75 кгс/м2, а на высоте 82 м оно возрастет до величины: 75х1,85х3,6 500 кгс/м2, где 1,85 — коэффициент, учитывающий повышение давления по высоте, а 3,6 – аэродинамический коэффициент в углу кровли ТЭС (см. статью). В соответствии с ГОСТ 30693-2000 «Мастики кровельные и гидроизоляционные. Общие технические условия» адгезия битумных составов должна быть не менее 1 кгс/см2 (10 т/м2). Сравнение этого показателя с ветровой нагрузкой в пользу кровли.
Наибольшая скорость ветра была зарегистрирована 12 апреля 1934 г. в США: она составила 416 км/ч (115 м/с), что соответствует давлению около 800 кгс/м2. Если бы такой ветер пронесся над кровлей вышеуказанной ТЭС, то давление на кровлю составило бы 800х1,85х3,6 = 5328 кгс/м2, но, несмотря на это, конструкция кровли (крыши) устояла бы, а если бы кровля была наклеена полосами или точечно (25–35 % площади), то адгезия снизилась бы до 2,5 т/м2 и в этом случае кровлю сорвало бы.
В заключение хотелось бы отметить следующее. Ветер – это серьезно, и «ветровая» проблема актуальна, так как ураганные ветры в последние годы все чаще стали «посещать» нашу страну. Эту проблему надо решать общими усилиями наших кровельных фирм, организаций, занимающихся строительной аэродинамикой, проектированием, исследованием, и других учреждений под эгидой Национального кровельного союза. Накоплен определенный отечественный опыт, имеется анализ европейских методик (судя по статье), поэтому пришло время, по-нашему мнению, этот опыт переложить в «Руководство по проектированию кровель при ветровых нагрузках» с последующей его корректировкой и, может быть, будущей переработкой в национальный нормативный документ. Если это не сделаем, то будем, по- прежнему, заглядывать в «строгие» зарубежные стандарты.
Руководитель отдела кровель ОАО «ЦНИИПромзданий» А.М. Воронин