Ветровая нагрузка на натяжные мембранные конструкции: что следует знать заказчикам проектов перед размещением заказа

Ветровая нагрузка является одним из важнейших факторов, которые необходимо учитывать при проектировании и подборе натяжная мембранная конструкция. В отличие от традиционных жестких крыш, мембранные конструкции сохраняют заданную форму за счет сочетания гибких мембранных материалов, стальных каркасов, тросов и сил натяжения.

Для заказчиков, архитекторов, подрядчиков и дистрибьюторов понимание того, как ветер воздействует на натяжную мембранную конструкцию, может помочь избежать изменений в проекте, несоответствия материалов, проблем с водоотводом и непредвиденных затрат на проект.

В данном руководстве изложены основные аспекты ветровой нагрузки, которые покупатели должны обсудить с производитель натяжных мембранных конструкций перед оформлением заказа.

Что такое ветровая нагрузка на мембранную конструкцию, работающую на растяжение?

Под ветровой нагрузкой понимается давление или всасывающая сила, создаваемая ветром при воздействии на сооружение.

В случае натяжной мембранной крыши или навеса ветер не просто давит на плоскую поверхность. Изогнутая геометрия мембраны может приводить к тому, что в разных частях конструкции возникают разные уровни положительного и отрицательного давления.

Фактическая ветровая нагрузка зависит от ряда проектных условий, в том числе:

• Базовая скорость ветра в данном районе
• Географическое положение
• Высота здания или сооружения
• Рельеф местности и окружающие здания
• Форма мембраны
• Искривление крыши
• Пролет конструкции
• Открытые или закрытые условия
• Геометрия кромок и углов
• Опорная стальная конструкция
• Расположение кабелей

Поэтому при проектировании мембранных конструкций не следует использовать одно и то же стандартное значение ветровой нагрузки для всех проектов.

Почему ветровая нагрузка имеет значение для мембранных конструкций, рассчитанных на растяжение

Натяжная мембранная конструкция функционирует как целостная конструктивная система, а не как отдельный кусок ткани.

Ветер может оказывать воздействие на:

• Напряжение в мембране
• Нагрузки на стальные колонны
• Нагрузки на балки и фермы
• Натяжение кабеля
• Точки соединения
• Нагрузки на фундамент
• Анкерные системы
• Укрепление края мембраны
• Дренажные характеристики
• Общая конструктивная устойчивость

В случае более крупных сооружений ветровая нагрузка также может оказывать существенное влияние на требуемый размер стального профиля, проект фундамента, детали соединений и общую стоимость проекта.

Именно поэтому перед окончательным определением формы мембраны и конфигурации конструкции следует учитывать ветровые условия.

Как форма мембраны влияет на аэродинамические характеристики

Геометрия растягиваемой мембранной конструкции напрямую влияет на её поведение под воздействием ветра.

Мембрана с правильно спроектированной двойной кривизной или антикластической формой способна более эффективно распределять растягивающие силы по всей конструкции, чем поверхность с неправильным натяжением.

Геометрия с двойной кривизной

Во многих системах с натяжными мембранами используется антикластическая геометрия, при которой мембрана изгибается в разных направлениях.

Такая геометрия способствует формированию устойчивой натянутой поверхности и обеспечивает передачу нагрузок на несущую конструкцию.

Граничные условия

Края мембраны часто укрепляются и соединяются со стальными конструкциями, тросами или другими несущими элементами.

В этих зонах могут возникать значительные нагрузки, поэтому здесь необходимо предусмотреть соответствующие детали соединений и армирования.

Районы с сильным ветром

Проекты, расположенные в прибрежных районах, на открытой местности, в незащищённых местах или в регионах с частыми штормами, могут потребовать более детального анализа ветровых условий.

Конфигурацию мембраны, несущую раму, систему соединений и фундамент следует рассматривать как единую систему.

Ветровая нагрузка и выбор материала мембраны

Устойчивость к ветровым нагрузкам зависит не только от материала мембраны.

Полиэстер с PVDF-покрытием, стекловолокно с PTFE-покрытием и пленка из ETFE обладают различными физическими и структурными характеристиками, однако пригодность того или иного материала зависит от конкретного проекта в целом.

В случае проектов, где вопрос о выборе материала ещё обсуждается, заказчики могут сравнить основные характеристики Мембранные материалы из ПВДФ, ПТФЭ и ЭТФЭ перед утверждением технического задания.

По этой причине покупателям не следует выбирать мембрану, ориентируясь исключительно на название материала или плотность ткани. Технические характеристики мембраны необходимо оценивать с учетом конструктивных особенностей и условий реализации проекта.

Ветер также оказывает воздействие на стальную конструкцию

Одной из распространенных ошибок при закупке является оценка мембраны отдельно от стального каркаса.

На самом деле ветровые нагрузки передаются через мембрану и систему соединений на несущую конструкцию и, в конечном итоге, на фундамент.

В зависимости от проекта опорная система может включать:

• Стальные колонны
• Стальные балки
• Трубчатые рамы
• Арки
• Кабели
• Натяжные стержни
• Опорные плиты
• Анкерные системы
• Соединения фундамента

Если требуемая устойчивость к ветровым нагрузкам изменится, возможно, потребуется изменить и несущую стальную конструкцию.

Это одна из причин, по которой сметная стоимость проекта, рассчитанная исключительно на основе приблизительных размеров, может не соответствовать окончательной конфигурации конструкции.

Какая информация необходима производителю для оценки ветровой нагрузки?

При запросе коммерческого предложения покупателям следует предоставить как можно больше информации о проекте. Это позволит инженерной команде оценить условия на объекте и определить оптимальный конструктивный подход.

1. Местоположение проекта

Страна, город или координаты проекта помогают инженерной команде определить применимые экологические и конструктивные требования.

2. Габаритные размеры

Укажите приблизительные значения:

• Длина
• Ширина
• Высота
• Пролёт
• Площадь покрытия

3. Тип конструкции

Например:

• Навес над парковкой
• Крыша стадиона
• Навес над входом
• Навес над пешеходной дорожкой
• Навес для бассейна
• Коммерческое наружное сооружение

4. Архитектурные чертежи

Имеющиеся архитектурные чертежи, файлы CAD, эскизы или 3D-модели могут значительно повысить точность предварительной оценки.

5. Условия на объекте

На оценку ветровых нагрузок могут повлиять сведения о прилегающих зданиях, открытой местности, ориентации участка относительно побережья и других условиях местности.

6. Местные требования к проектированию

Если к проекту предъявляются конкретные требования по строительным нормам или инженерным стандартам, о них следует сообщить до начала разработки проекта.

Своевременное предоставление этой информации позволяет избежать ненужных изменений в проекте на этапах подготовки коммерческого предложения и проектирования.

Имеет ли более крупная мембранная конструкция всегда более высокие ветровые нагрузки?

Не обязательно.

Размер является важным фактором, однако реакция на ветер зависит не только от общей площади покрытия.

На окончательный проект могут повлиять следующие факторы:

• Геометрия
• Высота
• Пролёт
• Искривление крыши
• Конструктивное устройство
• Подверженность участка внешним воздействиям
• Местные ветровые условия
• Условия, связанные с проёмами
• Конфигурация кромок

Таким образом, два сооружения со сходной площадью крытой части могут требовать разных конструктивных решений.

Это особенно важно для международных проектов, в которых условия на объекте и проектные требования могут значительно различаться.

Ветровую нагрузку и проектирование водоотвода следует рассматривать комплексно

Ветер — не единственная нагрузка со стороны окружающей среды, которую следует учитывать. Отвод дождевой воды также играет важную роль для мембранных кровель и навесов, подверженных растяжению.

Неправильно спроектированная геометрия мембраны может привести к скоплению воды в определенных местах. Скопление воды создает дополнительную нагрузку и может оказать негативное воздействие на мембрану, несущую конструкцию и соединения.

Поэтому при проектировании мембранной системы необходимо учитывать следующее:

• Угол наклона крыши
• Кривизна мембраны
• Точки водоотвода
• Устройство водосточной системы
• Направление потока воды
• Геометрия несущей стали

В случае крупных или сложных конструкций систему водоотвода следует предусматривать на ранних этапах проектирования, а не добавлять уже после изготовления.

Почему техническая экспертиза должна предшествовать изготовлению

Натяжная мембранная конструкция представляет собой архитектурно-конструкционную систему, изготавливаемую по индивидуальному заказу. Перед началом изготовления необходимо согласовать окончательную форму мембраны, стальной каркас, детали соединений, технические характеристики мембраны и требования к фундаменту.

Типичный рабочий процесс проекта может включать:

Информация о проекте → Предварительное проектирование → Экспертиза конструкций → Выбор мембраны → Детальное проектирование → Изготовление → Контроль качества → Упаковка → Монтаж

Конкретный порядок действий зависит от масштаба проекта и его требований, однако проведение инженерной экспертизы на ранних этапах имеет особое значение для сооружений, подверженных воздействию сильных ветров.

Заказчикам, оценивающим поставщиков, полезно понять, способен ли производитель обеспечить поддержку проекта не только на этапе изготовления мембран, но и в таких аспектах, как координация инженерных работ, подбор материалов, экспертиза конструкций, производство и сопровождение монтажа.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какая информация необходима для расчета ветровой нагрузки на мембранную конструкцию, подверженную растяжению?

К важной информации, как правило, относятся местоположение объекта, размеры конструкции, высота, геометрия мембраны, условия на объекте, предполагаемое назначение, а также любые применимые местные строительные нормы. Архитектурные чертежи или файлы CAD также могут помочь в проведении предварительной оценки.

Влияет ли ветровая нагрузка на выбор материала мембраны?

Ветровая нагрузка является одним из факторов, которые необходимо учитывать при выборе мембранной системы, однако выбор материала также зависит от области применения в конкретном проекте, требуемой долговечности, прозрачности, пожарно-технических характеристик, воздействия окружающей среды и общей конструкции здания.

Можно ли использовать натяжную мембранную конструкцию в районах с сильными ветрами?

Да, мембранные конструкции, рассчитанные на растяжение, могут проектироваться для объектов, подверженных воздействию сильных ветров. Однако при проектировании необходимо учитывать местные ветровые условия, геометрию мембраны, несущую конструкцию, соединения и требования к фундаменту.

Следует ли учитывать дренаж при проектировании мембранных конструкций, подвергающихся растяжению?

Да. Геометрия мембраны и система водоотвода должны учитываться на ранних этапах проектирования. Правильные уклоны, кривизна, точки водоотвода и пути стока воды могут помочь предотвратить нежелательное скопление воды.

Какую информацию необходимо предоставить при запросе предложения по мембранной конструкции, подвергаемой растяжению?

Заказчикам следует указать местоположение объекта, сферу применения, приблизительные размеры, площадь покрытия, чертежи (при наличии), предпочтительный материал мембраны (если известен), требования к ветровой нагрузке, а также ожидания относительно монтажа. Более полная информация, как правило, позволяет составить более полезное предварительное коммерческое предложение.