СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — основной свод правил, по которому в России назначают расчётные значения постоянных и временных нагрузок на здания и сооружения: собственный вес, снег, ветер, давление кранов, температурные и гололёдные воздействия. Именно этот документ определяет, какую ветровую нагрузку закладывать в каркас, ферму или мачту и с какими коэффициентами надёжности её учитывать.
На этой странице мы разбираем структуру СП 20.13330.2016 и подробно — порядок расчёта ветровой нагрузки: от нормативного значения по ветровому району до пиковой ветровой нагрузки с числовым примером. Конструкторский отдел завода «СтилКонстракшн» (офис в Москве, производство в Брянской области) ежедневно применяет эти формулы при разработке КМ и КМД, поэтому материал ориентирован на практику, а не на пересказ норматива.
Что регламентирует СП 20.13330.2016
СП 20.13330.2016 — актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». Документ обязателен для проектирования зданий и сооружений всех уровней ответственности и входит в перечень нормативов, обеспечивающих соблюдение требований Федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Без корректного сбора нагрузок по этому СП ни один раздел КМ не пройдёт экспертизу.
Свод правил систематизирует нагрузки по характеру действия и продолжительности. Понимание этой классификации — отправная точка любого расчёта: от неё зависит, какие коэффициенты надёжности и какие сочетания нагрузок применять.
| Тип нагрузки | Раздел СП 20.13330.2016 | Примеры | Характер |
|---|---|---|---|
| Постоянные | Раздел 7 | Собственный вес конструкций, вес стационарного оборудования, давление грунта | Действуют постоянно |
| Длительные временные | Раздел 8 | Вес перегородок, складируемых материалов, часть полезной нагрузки перекрытий | Долговременные |
| Кратковременные | Разделы 8–12 | Снеговая, ветровая, крановая, гололёдная нагрузка, нагрузка от людей | Действуют эпизодически |
| Особые | Раздел 6 | Сейсмические воздействия, аварийные нагрузки, просадки грунта | Маловероятные |
Ветровая нагрузка отнесена к кратковременным и регламентируется разделом 11 СП 20.13330.2016. Для стального каркаса именно она наряду со снеговой часто определяет сечения колонн, связей и ферм. Общие принципы сбора нагрузок и составления расчётных сочетаний мы подробно описали в материале расчёт нагрузок на металлоконструкции.
Ветровая нагрузка по СП 20.13330.2016: основные понятия
Раздел 11 СП 20.13330.2016 рассматривает ветровую нагрузку как сумму двух составляющих: средней и пульсационной. Средняя составляющая отражает статическое давление потока, пульсационная — динамическую реакцию сооружения на порывы ветра. Для большинства жёстких зданий малой и средней высоты пульсационную составляющую учитывают упрощённо, для гибких высоких сооружений (мачты, башни, дымовые трубы) — с полным динамическим расчётом.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z определяется по формуле:
wm = w0 · k(ze) · c
- w0 — нормативное ветровое давление, принимается по карте 3 приложения «Районирование территории РФ по давлению ветра» в зависимости от ветрового района;
- k(ze) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; зависит от типа местности (A — открытые побережья и степи, B — городская застройка и лесные массивы, C — городские районы с плотной высотной застройкой);
- c — аэродинамический коэффициент, зависящий от формы сооружения и направления ветра (приложение В.1).
Ниже — нормативные значения ветрового давления по районам, которые используются как исходные данные расчёта.
| Ветровой район | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| w0, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
| w0, кгс/м² | 17 | 23 | 30 | 38 | 48 | 60 | 73 | 85 |
Например, Москва и большая часть Центрального региона относятся к I ветровому району (w0 = 0,23 кПа). Привязка конкретной площадки к району и одновременный сбор снеговой нагрузки удобнее всего выполнять по сводным таблицам и картам снеговых и ветровых нагрузок по регионам России.
Пиковая ветровая нагрузка: что это и когда её считают
Пиковая ветровая нагрузка — это максимальное местное давление (или отсос), которое испытывает отдельный участок ограждающей конструкции в момент порыва ветра. Её вводят, чтобы корректно рассчитать элементы наружного контура: стеновые и кровельные сэндвич-панели, профлист, прогоны, узлы крепления, парапеты, карнизы и угловые зоны фасада. Для каркаса в целом считают среднюю и пульсационную составляющие, а вот для ограждающих элементов СП 20.13330.2016 (раздел 11.1.12) требует учитывать именно пиковые значения.
Пиковое значение ветровой нагрузки определяется по формуле:
wp = w0 · k(ze) · [cp · ν + |cp| · ζ(ze) · ν · 0,5]
На практике для пиковой нагрузки удобнее пользоваться развёрнутой записью через коэффициент пульсаций давления ветра ζ(ze) и коэффициент пространственной корреляции пульсаций ν:
wp = wm · (1 + ζ(ze) · ν)
- wm — средняя составляющая ветровой нагрузки на отметке z;
- ζ(ze) — коэффициент пульсаций давления ветра, принимается по таблице 11.4 СП 20.13330.2016 в зависимости от типа местности и эквивалентной высоты ze;
- ν — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления, принимается по таблицам 11.5–11.6 в зависимости от размеров расчётной поверхности.
Пиковая нагрузка особенно важна в краевых и угловых зонах фасада и кровли, где аэродинамический коэффициент отсоса по абсолютной величине может достигать −1,2…−2,0. Именно недооценка отсоса в углах — частая причина срыва кровельных панелей при ураганном ветре.
Расчёт пиковой ветровой нагрузки по СП 20.13330.2016: пример
Покажем порядок расчёта на числовом примере. Исходные данные: одноэтажное производственное здание из стального каркаса, высота до карниза H = 10 м, площадка во II ветровом районе, тип местности B (городская застройка). Требуется определить среднюю и пиковую ветровую нагрузку на стеновую панель в рядовой зоне фасада.
Шаг 1. Нормативное ветровое давление
Для II ветрового района по карте 3 приложения принимаем w0 = 0,30 кПа.
Шаг 2. Коэффициент k(ze) по высоте
Эквивалентная высота для здания с H ≤ d принимается ze = H = 10 м. Для типа местности B по таблице 11.2 СП 20.13330.2016 при z = 10 м коэффициент k(ze) = 0,65.
Шаг 3. Аэродинамический коэффициент
Для наветренной стены в рядовой зоне по приложению В.1.2 принимаем cp = +0,8 (давление). Для расчёта отсоса на боковой стене использовался бы коэффициент со знаком минус.
Шаг 4. Средняя составляющая
wm = w0 · k(ze) · c = 0,30 · 0,65 · 0,8 = 0,156 кПа (≈ 15,6 кгс/м²).
Шаг 5. Коэффициенты пульсаций
Коэффициент пульсаций давления для типа местности B при ze = 10 м по таблице 11.4: ζ(ze) = 1,06. Коэффициент пространственной корреляции для панели с характерными размерами около 6×3 м по таблицам 11.5–11.6: ν = 0,85.
Шаг 6. Пиковая ветровая нагрузка
wp = wm · (1 + ζ(ze) · ν) = 0,156 · (1 + 1,06 · 0,85) = 0,156 · 1,901 ≈ 0,297 кПа (≈ 29,7 кгс/м²).
Сводим расчёт в таблицу.
| Параметр | Обозначение | Значение | Источник СП 20.13330.2016 |
|---|---|---|---|
| Ветровое давление | w0 | 0,30 кПа | Карта 3, II район |
| Коэффициент по высоте | k(ze) | 0,65 | Таблица 11.2, тип B |
| Аэродинамический коэффициент | c | 0,8 | Приложение В.1.2 |
| Средняя составляющая | wm | 0,156 кПа | Формула 11.1 |
| Коэффициент пульсаций | ζ(ze) | 1,06 | Таблица 11.4 |
| Коэффициент корреляции | ν | 0,85 | Таблицы 11.5–11.6 |
| Пиковая нагрузка | wp | ≈ 0,297 кПа | п. 11.1.12 |
Шаг 7. Расчётное значение
Для проверки прочности крепления панели нормативное пиковое значение умножают на коэффициент надёжности по нагрузке γf = 1,4 (п. 11.1.4): wp,расч = 0,297 · 1,4 ≈ 0,416 кПа. Именно эта величина закладывается в расчёт узлов крепления и прогонов. Аналогичная пошаговая методика для снега изложена в обзоре снеговых и ветровых нагрузок на металлоконструкции, а быстро прикинуть снеговую составляющую можно через калькулятор снеговой нагрузки по СП 20.13330.2016.
Типичные ошибки при расчёте ветровой нагрузки
Расчёт по разделу 11 СП 20.13330.2016 кажется простым, но на экспертизе чаще всего возвращают именно ветровую часть. Перечислим ошибки, которые регулярно встречаются в чужих проектах КМ.
- Неверный тип местности. Тип B назначают «по умолчанию», даже когда здание стоит на открытой площадке за городом (тип A). Разница в коэффициенте k(ze) для A и B достигает 1,5–1,8 раза — нагрузка занижается недопустимо.
- Игнорирование пиковой нагрузки в угловых зонах. Отсос в углах фасада и кровли по модулю значительно больше, чем в рядовой зоне. Расчёт креплений по «средним» коэффициентам приводит к срыву панелей при шквалистом ветре.
- Пропуск пульсационной составляющей для гибких сооружений. Мачты, башни, высокие открытые эстакады требуют динамического расчёта с учётом первой формы колебаний — статической схемы недостаточно.
- Ошибка в эквивалентной высоте ze. Для протяжённых зданий ze зависит от соотношения высоты и поперечного размера; постоянное ze = H применимо не всегда.
- Несогласованность с другими нагрузками. Ветровую нагрузку нужно включать в расчётные сочетания вместе со снеговой и крановой по разделу 6, а не считать изолированно.
Сечения, чувствительные к ветру (ветровые фермы, связи, мачты), проверяются по СП 16.13330. Назначение коэффициентов условий работы и расчётных сопротивлений стали мы разбираем в материале СП 16.13330: стальные конструкции — главный свод правил. Узлы и монтажные стыки, воспринимающие ветровой отсос, выполняются по требованиям СП 70.13330: несущие и ограждающие конструкции.
Где ветровая нагрузка по СП 20.13330 особенно критична
Для большинства одноэтажных каркасов снег нагружает конструкции сильнее ветра. Но есть классы сооружений, где ветровая нагрузка по СП 20.13330.2016 становится определяющей и требует отдельного, как правило динамического, расчёта.
| Тип конструкции | Роль ветровой нагрузки | Что учитывать дополнительно |
|---|---|---|
| Мачты и башни | Основная нагрузка | Пульсационная составляющая, динамика, вихревое возбуждение |
| Большепролётные покрытия, эстакады | Определяет связи и устойчивость | Отсос на кровле, аэродинамика покрытия |
| Высокие производственные здания | Часто соизмерима со снегом | Изменение давления по высоте, корреляция пульсаций |
| Открытые сооружения, навесы | Основная нагрузка | Двустороннее давление, отсос, краевые зоны |
| Стеновые и кровельные ограждения | Пиковая нагрузка | Угловые и краевые зоны, узлы крепления |
Завод «СтилКонстракшн» рассчитывает и изготавливает такие конструкции серийно. Например, мачты и вышки проектируются с полным динамическим расчётом ветрового воздействия, а ветровые фермы воспринимают горизонтальные ветровые усилия и обеспечивают пространственную жёсткость каркаса. Для протяжённых сооружений с ответственной аэродинамикой — например, мостов и эстакад из металлоконструкций — ветровой расчёт ведётся с учётом отсоса и пульсаций по высоте.
Расчёт нагрузок и изготовление металлоконструкций на заводе «СтилКонстракшн»
Сбор нагрузок по СП 20.13330.2016 — это не отдельная услуга, а часть полного цикла работы завода: расчёт, разработка КМ и КМД, изготовление и поставка металлоконструкций. Конструкторский отдел из 50+ инженеров выполняет ветровой и снеговой расчёт под конкретную площадку, район строительства и тип местности заказчика.
Что входит в работу
- привязка площадки к снеговому и ветровому району, определение типа местности;
- расчёт средней, пульсационной и пиковой ветровой нагрузки по разделу 11 СП 20.13330.2016;
- формирование расчётных сочетаний нагрузок и проверка несущих элементов по СП 16.13330;
- разработка чертежей КМ и деталировка КМД с учётом ветровых усилий в узлах;
- изготовление каркаса, ферм, связей и опорных конструкций на производстве в Брянской области.
Производственные возможности
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Производственная мощность | до 6000 т металлоконструкций в год |
| Производственная площадь | 5000 м² |
| Конструкторский отдел | 50+ инженеров (КМ, КМД, расчёты) |
| Офис | Москва |
| Производство | Брянская область |
Прокатные сечения, чувствительные к ветровому отсосу, — например, надколонники из прокатного профиля — изготавливаются с проверкой узлов на расчётные ветровые усилия. Прикинуть сечения металлической фермы под собранные снеговую и ветровую нагрузки помогает калькулятор расчёта металлической фермы.
Нужен расчёт ветровой нагрузки по СП 20.13330.2016 и изготовление металлоконструкций под ключ? Оставьте заявку — инженеры «СтилКонстракшн» выполнят расчёт под ваш регион и подготовят коммерческое предложение с раскладкой по стоимости. Расчёт по типовому объекту занимает 1 рабочий день.
Расчёт ветровой и снеговой нагрузки по СП 20.13330.2016 входит в стоимость разработки КМ. Изготовление металлоконструкций — от 45 000 ₽/т при объёме от 5 т; под ключ с расчётом, КМД, АКЗ и доставкой — от 140 000 ₽/т. Точная цена — по проекту.
Частые вопросы
Чем СП 20.13330.2016 отличается от предыдущей редакции?
СП 20.13330.2016 — актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. В редакции 2016 года уточнены карты районирования по снеговой и ветровой нагрузке, скорректированы коэффициенты пульсаций давления ветра и методика учёта пиковой ветровой нагрузки для ограждающих конструкций. При проектировании всегда нужно использовать действующую редакцию с актуальными изменениями — именно её принимает строительная экспертиза.
Как определить ветровой район для расчёта по СП 20.13330.2016?
Ветровой район определяется по карте 3 приложения «Районирование территории РФ по давлению ветра» СП 20.13330.2016. По району принимается нормативное ветровое давление w0: от 0,17 кПа (район Ia) до 0,85 кПа (район VII). Москва и большая часть Центрального региона относятся к I ветровому району (0,23 кПа). Сводные данные по районам удобно смотреть в наших таблицах снеговых и ветровых нагрузок по регионам России.
Чем пиковая ветровая нагрузка отличается от средней?
Средняя составляющая wm отражает статическое давление ветрового потока и используется при расчёте каркаса в целом. Пиковая нагрузка wp — это максимальное местное давление в момент порыва ветра; она получается умножением средней составляющей на коэффициент (1 + ζ·ν), где ζ — коэффициент пульсаций давления, ν — коэффициент пространственной корреляции. Пиковую нагрузку обязательно учитывают при расчёте ограждающих конструкций: сэндвич-панелей, профлиста, прогонов и узлов их крепления.
Нужно ли учитывать пульсационную составляющую для одноэтажного здания?
Для жёстких зданий малой высоты с первой собственной частотой колебаний выше предельной СП 20.13330.2016 допускает упрощённый учёт пульсаций. Полный динамический расчёт пульсационной составляющей обязателен для гибких высоких сооружений — мачт, башен, дымовых труб, открытых эстакад. Решение о схеме расчёта принимает конструктор по соотношению жёсткости и периода колебаний сооружения.
Какой коэффициент надёжности применять к ветровой нагрузке?
Согласно п. 11.1.4 СП 20.13330.2016, коэффициент надёжности по ветровой нагрузке γf принимается равным 1,4. Расчётное значение нагрузки получают умножением нормативного (в том числе пикового) значения на этот коэффициент. Именно расчётная величина закладывается в проверку прочности и устойчивости несущих элементов и узлов крепления ограждающих конструкций.
Можно ли заказать расчёт ветровой нагрузки и изготовление металлоконструкций в одном месте?
Да. Завод «СтилКонстракшн» выполняет полный цикл: расчёт нагрузок по СП 20.13330.2016, разработку КМ и КМД, изготовление и поставку металлоконструкций. Конструкторский отдел из 50+ инженеров рассчитывает ветровую и снеговую нагрузку под ваш регион, а производство в Брянской области мощностью до 6000 т/год изготавливает каркас. Оставьте заявку — расчёт по типовому объекту занимает 1 рабочий день, после чего вы получаете коммерческое предложение с раскладкой стоимости.