Расчет ветровой нагрузки на сетчатое ограждение

Расчет ветровой нагрузки на сетчатое ограждение: Основные принципы

3Д и 2Д ограждения в силу сетчатой структуры панелей меньше подвержены воздействию ветра чем глухие заборы, однако, даже у воздухопроницаемой конструкции есть парусность. Грамотный расчет ветровой нагрузки – обязательный этап проектирования надежной и долговечной конструкции.

Нормативная база и основная формула парусности ограждения

В Российской Федерации расчет ветровых нагрузок на сооружения, включая ограждения, регламентируется СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия" (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*).

Коэффициент k учитывает изменение ветрового давления по высоте z и типу местности (открытая, городская, лесная). Для ограждений высотой 2-3 метра на открытой местности (тип А) коэффициент k обычно находится в диапазоне 0.75 - 0.85. Данные берутся из таблицы 11.2 СП 20.13330.2016.

Аэродинамический коэффициент c – безразмерная величина, характеризующая взаимодействие ветра с конструкцией. Для сетчатых ограждений он специфичен из-за их проницаемости.

Определение аэродинамического коэффициента (c)

Для сплошных заборов коэффициент c принимают равным 2.0 (наветренная сторона). Для ограждений с равномерной сквозностью, таких как сетчатые панели, согласно Приложению В.1 СП 20.13330.2016 (пункт В.1.8), коэффициент c вычисляется по формуле:
c = c_0 * (1 - η)
где c_0 – коэффициент для сплошного ограждения (принимается равным 2.0), а η – коэффициент заполнения.

Коэффициент заполнения η – это отношение площади металла к общей площади секции в пределах ячейки. Для панели с квадратной ячейкой со стороной a и диаметром проволоки d он рассчитывается как η ≈ (2 * d) / a.

Например, для панели с ячейкой 50х50 мм (a=0.05 м) и проволокой диаметром 4 мм (d=0.004 м): η = (2 * 0.004) / 0.05 = 0.16. Тогда c = 2.0 * (1 - 0.16) = 1.68.

Для 3D панелей с V-образными изгибами коэффициент η может быть выше, чем у плоской 2D панели с аналогичной ячейкой, из-за увеличения проекции длины проволоки. Расчет η для 3D требует учета реальной площади проекции металла. Значение c=1.68 означает, что ветровая нагрузка на сетчатый забор составит примерно 84% от нагрузки на сплошной забор той же площади.

Распределение нагрузки на элементы ограждения

Нормативная ветровая нагрузка W_m рассчитывается для середины высоты панели. Равномерно распределенная ветровая нагрузка на одну панель Q_p (Н) определяется как произведение W_m на площадь панели A_p (ширина, умноженная на высоту): Q_p = W_m * A_p. Эта нагрузка передается на опорные столбы через точки крепления.

Нагрузка на столб складывается из двух составляющих. Во-первых, это собственная ветровая нагрузка на профиль столба, действующая по всей его высоте и рассчитываемая с учетом коэффициента k(z). Во-вторых, это нагрузки, переданные от прикрепленных панелей. При стандартном креплении по краям на столб приходится нагрузка от половины каждой смежной панели.

Суммарная сила, действующая на столб, создает изгибающий момент M (Н*м) у его основания. Величина этого момента является определяющей для подбора сечения профиля столба, его толщины и расчета фундамента или анкеровки.

Факторы устойчивости конструкции

Устойчивость сетчатого ограждения к ветровой нагрузке зависит от нескольких факторов. Параметры панели включают коэффициент заполнения η (определяемый размером ячейки и диаметром проволоки), наличие дополнительных горизонтальных прутков в 2D панелях и V-образных изгибов в 3D панелях. Эти элементы повышают собственную жесткость панели и сопротивление изгибу.

Способ установки столба определяет способность фундамента воспринимать опрокидывающий момент M. Глубина бетонирования обычно составляет 1/3-1/2 высоты забора, объем бетона обеспечивает сопротивление. Крепление через фланец требует расчета анкеров на вырыв и срез и зависит от прочности основания (бетонная плита, свая). Использование винтовых свай, завинчиваемых ниже глубины промерзания в несущий слой грунта, обеспечивает высокую несущую способность на выдергивание и боковую нагрузку; параметры сваи (диаметр лопасти, толщина металла) подбираются под расчетную нагрузку.