BUDOWNICTWO   OGÓLNE I MATERIAŁY 

BUDOWLANE

 

projekt 

9

 

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM I WIATREM

Dr inż. Wojciech Słomka, Instytut Inżynierii Ochrony 

Środowiska 

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM

Zgodnie z normą PN-80/B-02010 wartość 
obciążenia charakterystycznego dachu śniegiem S

k

 

przypadającą na 1 m

2

 rozrzutu poziomego określa się z wzoru

S

k

 = Q

k

 · C  [kN/m

2

]

 

gdzie: 

Q

k

  -  obciążenie  charakterystyczne  śniegiem 

gruntu, 

C

  - współczynnik kształtu dachu.

Wartości 

charakterystycznego 

obciążenia 

śniegiem 

gruntu Q

k

, zależne od strefy oznaczonej na mapie Polski należy 

przyjmować jako równe:

- 0,7 kN/m

2

 

w strefie I, 

- 0,9 kN/m

2

 

w strefie II, 

- 1,1 kN/m

2

 

w strefie III,

- 0,003 H ≥ 0,9 - w strefie IV, 
przy czym ustalenie to dotyczy wysokości n.p.m. H ≤ 1000 m; 
dla  terenów  położonych  wyżej  obciążenia  Q

k

  należy  ustalać 

indywidualnie.

MAPA STREF OBCIĄŻENIA 

ŚNIEGIEM

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM

.

Przy  indywidualnym  ustalaniu  wartości  Q

k

  korzysta 

się z zależności

Q

k

 = g

k

 R 

gdzie: g

k

 - charakterystyczna grubość pokrywy 

      śnieżnej na gruncie [m],
R -  średni ciężar objętościowy śniegu 
      przyjmowany jako równy 2,45  kN/m3.

Współczynniki  kształtu  dachu  C  uwzględniają 

wpływ  kształtu  dachu  na    gromadzenie  się  na  nim 
śniegu. 

Wartości  współczynnika  C  dla  najczęściej   

spotykanych 

przypadków 

dachów 

jedno- 

i 

dwuspadowych nieosłoniętych  pokazano na rysunku. 
Dla innych przypadków (w tym dachów osłoniętych)  
należy korzystać bezpośrednio z normy.

OBCIĄŻENIA ŚNIEGIEM

.

OBCIĄŻENIA WIATREM

.

Prądy powietrzne w atmosferze, zwane 
wiatrami, powodują powstawanie różnic w 
ciśnieniu powietrza otaczającego 
(zewnętrznego) i wypełniającego 
(wewnętrznego) budowlę. 
Różnice ciśnienia tworzą układy sił 
zewnętrznych, których oddziaływanie na 
budowlę określa się jako obciążenie wiatrem. 
Występują dwa rodzaje obciążeń wiatrem:

- parcie wiatru spowodowane 
nadciśnieniem
  powietrza otaczającego,
- ssanie wiatru spowodowane 
podciśnieniem
  powietrza.

OBCIĄŻENIA WIATREM

.

Obciążenie  wiatrem  ustala  się  przy  założeniu, 
że  wiatr  wieje  poziomo  z  kierunku  dającego 
najbardziej 

niekorzystne 

obciążenie 

dla 

budowli, 

elementu 

lub 

przegrody, 

oraz  że  wszystkie  powierzchnie  elementów  lub 
przegród 

są 

poddane 

prostopadle 

skierowanemu do nich parciu lub ssaniu wiatru. 

W  przypadku  powierzchni  równoległych  do 
kierunku  działania  wiatru  lub  odchylonych  od 
niego  o  kąt  nie  większy  niż  15°  uwzględnia  się 
także obciążenie styczne.

OBCIĄŻENIA WIATREM

Wartość  obciążenia  charakterystycznego  wiatrem  określa.  się, 
zgodnie 

z 

PN-77/B-02011, według wzoru 

P

k

 = q

k

 C

e

 C β

gdzie:  q

k 

- charakterystyczne ciśnienie prędkości wiatru, 

C

e

 - współczynnik ekspozycji,

C - współczynnik aerodynamiczny,
β

 

- współczynnik działania porywów wiatru.

Charakterystyczne  ciśnienie  prędkości  wiatru  jest  wielkością 
uzyskaną  na  podstawie  średniej  dziesięciominutowej  prędkości 
wiatru  mierzonej  na  poziomie  10  m  w  terenie  otwartym,  której 
wartość jest przekroczona nie więcej niż jeden raz w okresie 50 lat.

Wartości  charakterystycznej  prędkości  wiatru  dla  poszczególnych 
stref  obciążenia  wiatrem  pokazanych  na  mapie  Polski  zawarto  w 
tabeli

 

Wartości  q

k

  podane  w  tabeli  zmniejsza  się  o  20%  dla  budowli  w 

stadium
montażu,  budowli  tymczasowych  o  okresie  użytkowania  nie 
przekraczającym  10  lat,  budowli  o  wysokości  poniżej  5  m  oraz 
budowli  zlokalizowanych  w  III  strefie  w  zamkniętych  dolinach  lub 
kotlinach.  Natomiast  dla  budowli  monumentalnych  wielkość  q

k

 

należy o 20% powiększyć.

Mapa stref

  

obciążenia  wiatrem

OBCIĄŻENIA WIATREM

.

OBCIĄŻENIA WIATREM 

Współczynnik ekspozycji 

Współczynnik ekspozycji uwzględnia wpływ rodzaju 
terenu  i  położenia  rozpatrywanego  fragmentu 
budowli  nad  poziomem  gruntu,  na  ciśnienie 
prędkości wiatru. 
Wiadomo,  że  w  terenie  zabudowanym  prędkość 
wiatru 
w  tych  samych  warunkach  meteorologicznych 
maleje,  a  równocześnie  jest  większa  na  dużych 
wysokościach nad poziomem terenu. 

Rozróżnia się więc trzy rodzaje terenu:
A - otwarty z nielicznymi przeszkodami,
B - zabudowany budynkami o wysokości do 10 m 
     lub zalesiony, 
C - zabudowany budynkami  o wysokości powyżej 10 
m.

OBCIĄŻENIA 
WIATREM

Budowla  jest  przy  tym 
usytuowana  w  terenie  B 
lub  C,  jeżeli  zabudowa 
(lub 

zalesienie) 

w 

promieniu  równym  co 
najmniej 

30 

H 

(H-

wysokość 

budowli) 

odpowiadają  warunkom 
terenu 

B 

lub 

C. 

Zależność 
współczynnika  Ce  od 
wysokości 

nad 

poziomem  terenu  dla 
poszczególnych 
rodzajów 

terenu 

ilustruje  rysunek  2.5 
oraz  dane  zawarte  w 
tabeli  2.10  (dla  budowli 
o H < 100 m).

OBCIĄŻENIA Wiatrem

.

Dla  budowli  o  wysokości  nie  przekraczającej  dwukrotnej 

długości  (mierzonej  prostopadle  do  przyjętego  kierunku 
wiatru),

  tj.  przy  H/L  ≤2,  przyjmuje  się  stałą  wartość  C

e

  na 

całej wysokości określoną na poziomie z = H.

Współczynnik 

aerodynamiczny 

C

uwzględnia 

wpływ kształtu budowli

, 

elementu lub przegrody 

oraz kierunku 

wiatru

 na wielkość 

q

k

. 

Współczynnik ten jest określany przez 
trzy wartości:
- współczynnik po stronie zewnętrznej 
  budowli lub przegrody 

C

z

 

- współczynnik po stronie
  wewnętrznej   

C

w

-współczynnik obciążenia stycznego 

C

t

.

Całkowita wielkość współczynnika 
C

 dla obciążeń normalnych do 

powierzchni przegrody jest różnicą 
algebraiczną współczynników C

z

 

lub C

W

 po obydwóch jej stronach.

Współczynnik C

z

 dla budynków i 

przegród pionowych

Współczynnik C

z

 dla dachów jedno- i 

dwuspadowych

.

Współczynniki C

t

 i C

w

.

OBCIĄŻENIA wiatrem

.

Na  rysunkach  pokazano  wartości  współczynników  C

Z

,  C

t

  i 

C

W

  dla  niektórych  kształtów  budowli  i  dachów.  Przyjmuje 

się  tu,  że 

wymiar  B  jest  mierzony  równolegle  do  kierunku 

wiatru

, 

zaś  wymiar  L  -  prostopadle

.  Należy  zaznaczyć,  że 

współczynniki  C

W

  określa  się  dla  budowli  otwartych,  tzn. 

takich, w których stosunek powierzchni otworów otwartych 
na  stałe  lub  przygotowanych  do  otwierania  do  całkowitej 
powierzchni 

przegrody 

(przewiewność) 

jest 

w 

którejkolwiek z przegród zewnętrznych większy od 35%.

Na  zewnętrznych  powierzchniach  przegród  pionowych  (w 
sąsiedztwie 

narożników) 

oraz 

przykrawędziowych 

i 

przykalenicowych  fragmentach  dachów  może  występować 
wzrost obciążenia ssaniem wiatru znacznie przekraczający 
wartość  ssania  na  pozostałej  części  przegrody.  Obciążenie 
to  określa  się  mianem 

obciążenia  krawędziowego 

(miejscowego

).  Należy  je  uwzględniać  w  obliczeniach 

łączników,  połączeń,  pokryć  itp.  Przyjmuje  się,  że 
obciążenie  to  działa  na  fragmenty  przykrawędziowe  o 
szerokości równej:

-dla przegród pionowych 2 m ≤ 0,2 B ≤ 4 m, (przy B < L); 

-dla połaci dachowych 1 m ≤ 0,1 b ≤ 2 m;

WSPÓŁCZYNNIK DZIAŁANIA PORYWÓW WIATRU

Współczynnik  działania  porywów  wiatru 

β

  uwzględnia  wzrost 

obciążenia
spowodowany  przez  porywy  wiatru  w  stosunku  do  średniej 
dziesięciominutowej wartości obciążenia. 
Wartość  tego  współczynnika  zależy  od  podatności  budowli  na 
dynamiczne działanie wiatru. 

Budynki  o  konstrukcji  murowej  i  żelbetowej  do  wysokości  40 
m

  (a  nawet  więcej)  należą  do  budowli  niepodatnych  na 

dynamiczne działanie wiatru, dla których 

β

 = 1,8.

 

Dla  lekkich  konstrukcji  metalowych  oraz  budowli  smukłych 
(np.  kominy,  wieże)  obowiązuje  sprawdzenie  podatności 
ewentualne  ustalenie  wartości  współczynnika 

β

  według 

postępowania określonego w PN-77/8-02011. 

Do  obliczeń 

elementów  o  małej  powierzchni  (okna,  elementy 

ścian  osłonowych)

  przyjmuje  się 

β

  =  2,2  (niezależnie  od 

podatności budowli na dynamiczne działanie wiatru).

.

Współczynniki aerodynamiczne dla 
obciążeń krawędziowych

MOŻLIWOŚCI POMINIĘCIA OBCIĄŻENIA 

WIATREM

Istnieją  możliwości  pominięcia  obciążenia  wiatrem  w 
obliczeniach  statycznych.  Dotyczy  to  przypadków,  gdy  udział 
obciążeń  wiatrem  w  całości  obciążeń  jest  niewielki,  gdy 
wymiary  przekrojów  konstrukcji  są  uwarunkowane  względami 
użytkowymi i są większe od wymiarów wynikających z warunku 
zapewnienia odpowiedniej nośności konstrukcji a także, gdy są 
spełnione  warunki  zwalniające  od  potrzeby  uwzględniania 
obciążenia  wiatrem  podane  w  innych  normach  dotyczących 
projektowania konstrukcji.

W  przypadku  konstrukcji  tradycyjnych  (drewnianych  i 
murowych) obciążenie wiatrem można pominąć w obliczeniach 
statycznych  (z  wyjątkiem  dachów,  ścian  wypełniających,  rygli 
ściennych itp.) dla następujących warunków

: 

a)

 w obliczeniach budynków drewnianych o ścianach nośnych, 

jeżeli  wysokość  kondygnacji  nie  jest  większa  od  4  m,  zaś 
osiowy  rozstaw  poprzecznych  ścian  usztywniających  nie 
przekracza 6 m;

MOŻLIWOŚCI POMINIĘCIA OBCIĄŻENIA 

WIATREM

b)

  w  obliczeniach  budynków  murowanych,  których 

wysokość nie przekracza podwójnej szerokości (H < 
2B), jeżeli:

-  wysokość kondygnacji

 nie przekracza 3,6 m,

- 

 ściany nośne w układzie podłużnym mają grubość 

   co najmniej 38 cm i nie są osłabione otworami 
   o   powierzchni większej niż 50% ściany, zaś ściany 
   poprzeczne mają grubość co najmniej 25 cm i 
   rozstaw a < 1,5B,
- 

ściany  nośne

  w  układzie  poprzecznym  mają 

grubość 
    co  najmniej  25  cm,  nie  są  osłabione  otworami  o 
powierzchni
    większej  niż  30%  powierzchni  ściany  i  są 
usztywnione 
  podłużnymi ścianami murowanymi z cegły pełnej o 
grubości
    co  najmniej  25  cm  i  długości  co  najmniej  0,33  H 
lub innymi
  konstrukcjami równorzędnymi.