Словосполучення «вітрові навантаження» - це аж ніяк не примха проектантів, а важливий будівельний параметр, нехтування яким може привести до руйнування будівлі. Ураганні вітри, швидкість яких досягає 100 км / ч, для континентальної Євразії є аномалією, однак імовірність якої не можна виключати, оскільки клімат на планеті змінюється.
Вітрові навантаження мають на увазі не тільки вплив сильних вітрів, але і переміщаються повітряних мас з нормальною швидкістю. Повна відсутність вітру - явище досить рідкісне. У нормі повітряні маси переміщаються зі швидкістю 3-7 м / с. І вже такі переміщення здатні викликати деяку, хоча і не критичну, навантаження на будівельні конструкції, що володіють парусністю. Якщо швидкість вітру перевищує норму, то такий вітер є серйозною небезпекою, особливо при тривалому впливі на будівельні конструкції. Масштаби руйнувань залежать від сили повітряного напору:
- до 20 м / с - дрібні зовнішні пошкодження покрівлі та інших елементів будівлі, а також поломка зелених насаджень;
- від 20 до 30 м / с - пошкодження ліній електропередач та більш значні руйнування елементів будівель;
- від 30 до 50 м / с - зрив покрівлі, руйнування кроквяної конструкції, виривання дерев з коренем, обрив ліній електропередач і зовнішніх трубопроводів;
- понад 50 м / с - стихійні руйнування з масштабними наслідками аж до повної втрати цілісності будівель та інфраструктури.
Сильні вітри і смерчі відносяться до погодних аномалій. Будувати житла, здатні протистояти таким вітрам, теоретично можна, але це дуже дорого. З іншого боку, ще дорожче втратити житло в результаті проектування без урахування значних вітрових навантажень. Особливо це актуально для будинків, які будуються в ветроопасних регіонах.
В негоду будівельних конструкцій загрожує не тільки безпосередньо повітряні маси, а й летять зламані гілки, уламки сусідських дахів, падаючі стовпи і дерева. При цьому постраждати можуть не тільки будівельні конструкції, але і зовнішнє обладнання, наприклад, димоходи, вентиляційні висновки, блоки кондиціонерів, освітлення і т.д.
Говорячи про вітер, не можна не згадати проблему переохолодження будівель. Тривалі вітри здатні буквально видувати тепло з огороджувальних конструкцій, тому останні мають потребу в правильному і достатньому утепленні. Теплоізоляція також покращує акустичний комфорт і мінімізує гул вітру під час сильних поривів.
Особливості проектування. З точки зору аеродинаміки, найкращою формою плану забудови є квадрат або прямокутник з невеликою різницею сторін. Круглі будинки ніхто не будує, оскільки вони незручні для планувальних рішень, тому така форма нами не розглядається. Будь-які відхилення від площини зовнішніх конструкцій розглядаються як чинники, що збільшують вітрові навантаження. Інакше кажучи, будинок, який не боїться вітру, - це обтічний будинок. Крім того, складність архітектури підвищує ймовірність помилок при будівництві, що в свою чергу знижує міцність будови.
У регіонах з великою ймовірністю ураганів, рекомендується будувати приземкуваті будинки з дахом, скати якої розташовані під досить великим кутом. Такий дах краще протистоїть вітровим навантаженням, а також мінімізує задування води під покрівлю. Це не поширюється на багатоповерхові будинки, які, завдяки своїй великій масі, витримують значні вітрові навантаження, хоча і не без пошкоджень.
Оптимальний варіант для даху приватного будинку - двухскатная або чотирьохскатний конструкція, а також плоский дах. Якщо необхідний другий поверх, то краще робити його мансардним. Це дозволить знизити висоту будинку.
При розташуванні плями забудови на плані ділянки і проектуванні будинку особливе значення має так звана роза вітрів. Будинки прямокутної форми необхідно розташовувати таким чином, щоб їх довгі сторони були паралельні напрямку переважаючих вітрів. Коротка сторона такого будинку буде спрямована назустріч вітровому потоку.
Одним з важливих умов будівництво вітростійкістю будинку є надійне підгрунтя. Якщо грунт слабкий, то будинок буде нестійким навіть в районі зі спокійною вітрової обстановкою. Досить надійними вважаються грунти з крупнозернистого піску, а також скласти і глинисті грунти. Рівень грунтових вод у весняний період повинен знаходитися на глибині не вище 2,5 м. Якщо вода після дощу збирається на ділянці в калюжі і довго стоїть, то це несприятливий фактор. Краще шукати суху ділянку. В іншому випадку необхідні додаткові заходи: влаштування дренажу, збільшення потужності фундаменту, роботи по посиленню грунту і т.д. Посилити грунт допомагають дерева з розвиненими кореневими системами, а також штучні геотекстили і георешітки.
Фундамент вітростійкістю будинку при відсутності підвалу повинен бути заглиблений у грунт на 1 м і більше в залежності від географічної широти. При цьому ширина стрічки фундаменту планується на 50 см ширше, яка сягає на ньому стіни. Виняток становлять плитні фундаменти, які, завдяки своїй великій масі стає непохитними.
Оптимальним варіантом для вітростійкістю будинку є відносно недорогий стрічковий фундамент. Залізобетонна стрічка відливається під усіма стінами, а також колонами і опорами. При будівництві на міцних грунтах можна зупинитися і на стовпчастих фундаменті, але тільки в разі, якщо надбудова виконується з легких матеріалів.
Стіни одноповерхових будинків не відчувають великих вітрових навантажень. З практики відомо, що при сильні урагани біля будинку найчастіше зриває дах, але стіни при цьому залишаються на місці. Вітер більше впливає на їх теплову ефективність. Чим сильніше обдувається будинок, тим важче в ньому зберігається тепло. Саме тому фахівці рекомендують з підвітряного боку захищати будівлю високими чагарниками, деревами, парканами, а також допоміжними будівлями. При цьому підвітряні боку будинку повинні мати посилену теплоізоляцію - тільки в цьому випадку додаткових «вітрових» тепловтрат можна буде уникнути.
Що стосується вибору стінового матеріалу, то тут будь-яких обмежень немає. Однак, чим він важче, тим, відповідно до законів фізики, повітряним масам важче зрушити або зруйнувати коробку будинку. У цьому сенсі каркасні будинки менш стійкі до вітрових навантажень. Але і їх можна захистити, зробивши обтічними і надійно закріпивши обшивку.
Виходячи з головних вимог до вітростійкістю дому, - міцності і хорошої теплоізозоляціі, - має сенс розглядати одночасно міцні і теплозберігаючі стінові матеріали або їх комбінацію. Так, чемпіоном по міцності серед стінових матеріалів є повнотіла керамічна цегла. При наявності внутрішніх пустот в цеглі, його міцність знижується, але ростуть теплозберігаючі характеристики. Зовнішні стіни можна зводити в два шари: зовнішній шар - з путсотелого, а внутрішній - з повнотілої. Між цими шарами розташовується шар утеплювача (тришарова стіна). При цьому між утеплювачем і зовнішнім шаром передбачається зазор 3-5 см (вентильований фасад).
Газобетон є дуже слушним стінових матеріалом. Його теплопровідні характеристики дозволяють зводити одношарові стіни. Те ж можна сказати і про керамоблоки. Якщо вибирати газобетон, то краще зупинитися на автоклавном варіанті. Розміри блоків автоклавного газобетону дуже точні, що дозволяють вести кладку на тонкому шві за допомогою клейового розчину. Стіни з цього матеріалу не потрібно вирівнювати звичайним способом, а можна наносити тонкошарову штукатурку, що економить час і ресурси. Міцність газобетонной стіни нижче, ніж у цегляної, але її вистачає, щоб протистояти значному вітровому навантаженні.
Дерев'яні будинки за шкалою вітростійкості відносяться до надійних, особливо виконані з клеєного бруса. Для поліпшення стійкості до вітру, елементи таких будинків скріплюються різьбовими стяжками, а вся конструкція міцно фіксується до капітальних фундаментних анкерів.
Надійного кріплення вимагає і кроквяна система, оскільки вона страждає від вітрових навантажень найбільше. Всі її елементи повинні бути максимально надійно пов'язані між собою, а вся конструкція - прикріплена до коробки.
При бічному вітрі біля стіни виникає повітряне завихрення, велика частина якого вдаряє в карниз і прагне його підняти. В цей же час тиск вітру натискає на скат даху. В результаті кроквяна система відчуває навантаження, спрямовану на деформацію посередині ската, яка в гіршому випадку призводить до зламу крокв. Але є ще одна сила, що діє на дах при сильному вітрі. Йдеться про підйомної силі, яка виникає через різницю тиску з підвітряного боку будинку і зверху нього. При плануванні даху вітростійкістю будинку необхідно враховувати всі три зазначених вектора. Особливу увагу слід приділяти кріпленню водостічної системи, яка страждає від сильного вітру в першу чергу.