Jak wykonać obliczenie obciążenia śniegiem i wiatrem pergoli?

Obliczenie obciążenia śniegiem i wiatrem pergoli oznacza określenie zgodnie z normami TS EN 1991-1-3 oraz TS EN 1991-1-4 ilości śniegu, jaki może zalegać na dachu, oraz nacisku, jaki wiatr wywiera na konstrukcję. Na podstawie tego obliczenia ustala się takie parametry, jak przekrój profilu, rozstaw słupów, sposób kotwienia do fundamentu oraz grubość paneli dachowych. Pominięcie tego obliczenia w pergolach z systemem zamkniętym może prowadzić do zapadnięcia się dachu, oderwania paneli lub odkształceń w punktach połączeń.

W projektach pergoli obliczenie obciążeń różni się od bezpośredniego zastosowania standardowego produktu katalogowego. Pod uwagę bierze się strefę obciążenia śniegiem danego regionu, wysokość konstrukcji, kąt nachylenia dachu oraz stopień odsłonięcia terenu wokół. Dlatego dwie pergole o identycznych wymiarach, wybudowane w różnych miastach, mogą mieć inny przekrój profilu.

To obliczenie ustala się nie na etapie oferty przed złożeniem nowego zamówienia na pergolę, lecz na etapie projektu konstrukcyjnego. Nawet jeśli zastosowany system profili posiada aprobatę techniczną, ostatecznego przekroju nie można określić bez uwzględnienia danych o śniegu i wietrze charakterystycznych dla danego regionu.

Dlaczego obliczenie obciążenia śniegiem i wiatrem pergoli jest tak ważne?

W pergolach systemu zamkniętego śnieg opadający na pokrycie dachowe z czasem gromadzi się i zwiększa obciążenie statyczne. Wiatr natomiast wywołuje dodatkowe siły poziome oraz działające ku górze; szczególnie w dachach o niewielkim nachyleniu efekt ssania pokrycia przez wiatr ku górze może zostać przeoczony. Profil dobrany bez wykonania tego obliczenia, nawet jeśli wygląda wystarczająco solidnie, może okazać się niewystarczający pod względem nośności konstrukcyjnej.

To obliczenie ma na celu zapewnienie bezpieczeństwa pod obciążeniem nie tylko samego profilu, ale również śrub połączeniowych, punktów kotwienia w fundamencie oraz klipsów mocujących panele. Zaniedbanie tego typu obliczeń może skutkować uszkodzeniami nieobjętymi ubezpieczeniem ani gwarancją.

pergola systemu zamkniętego

Szczegółowe informacje: systemy pergoli bioklimatycznych

Jak obliczyć obciążenie śniegiem pergoli?

Podstawowym parametrem w obliczeniu obciążenia śniegiem jest charakterystyczne obciążenie śniegiem gruntu dla danego regionu. W Turcji wartość ta różni się w zależności od strefy; w obliczeniach wykonywanych zgodnie z normą TS EN 1991-1-3 obciążenie śniegiem mieści się zwykle w przedziale od 75 kg/m² do 350 kg/m², a dokładna wartość zależy od miasta i wysokości nad poziomem morza, w którym znajduje się projekt. Wartość ta mnożona jest przez współczynnik kształtu dachu, co pozwala wyznaczyć rzeczywiste obciążenie działające na pokrycie.

Wysokość terenu nad poziomem morza, na którym stawiana jest pergola, stanowi w obliczeniu obciążenia śniegiem odrębny współczynnik. Nawet w granicach tej samej gminy pergola postawiona na wzniesieniu i pergola postawiona blisko poziomu morza mogą wymagać zastosowania innej wartości obciążenia śniegiem gruntu. Ponieważ wartości te mogą być okresowo aktualizowane w przepisach budowlanych, zaleca się sprawdzanie aktualnych map i tabel.

Jak kąt nachylenia dachu wpływa na zaleganie śniegu?

Wraz ze wzrostem kąta nachylenia dachu maleje współczynnik zalegania śniegu. Na pokryciach płaskich lub o bardzo niewielkim nachyleniu śnieg zalega dłużej, co zwiększa obciążenie; dlatego w pokryciu pergoli pozostawia się zwykle nachylenie co najmniej 3-5 stopni, korzystne zarówno dla odprowadzania wody/śniegu, jak i dla rozkładu obciążeń.

Jakie czynniki uwzględnia się przy obliczaniu obciążenia wiatrem pergoli?

Obliczenie obciążenia wiatrem wykonuje się zgodnie z normą TS EN 1991-1-4, uwzględniając regionalną referencyjną prędkość wiatru, wysokość konstrukcji, klasę odsłonięcia terenu oraz to, czy pergola jest systemem otwartym, czy zamkniętym. W obliczeniach przyjmuje się zwykle okres powrotu wynoszący 50 lat, czyli jako wartość referencyjną stosuje się prędkość wiatru, której przekroczenie w danym regionie oczekiwane jest raz na 50 lat. W pergolach o otwartych bokach wiatr może przepływać pod pokryciem, przez co ciśnienie rozkłada się inaczej, natomiast w systemach zamkniętych szkłem lub panelami obciążenie wiatrem przenoszone jest bezpośrednio na panel i profil.

norma obciążenia wiatrem TS EN 1991-1-4

Źródło: aluminium

Czym różni się obliczenie obciążeń w pergolach systemu otwartego i zamkniętego?

W pergolach z otwartymi lamelami, których góra nie jest całkowicie zamknięta, wiatr może częściowo przepływać pod pokryciem, dzięki czemu gromadzenie się ciśnienia jest ograniczone; z kolei śnieg może częściowo przesypywać się przez szczeliny między lamelami, co pozwala obliczyć niższe obciążenie śniegiem. W systemach całkowicie zamkniętych panelem szklanym lub poliwęglanowym zarówno śnieg, jak i wiatr gromadzą się w pełni na pokryciu; dlatego obliczona wartość obciążenia w pergolach systemu zamkniętego wychodzi wyższa niż w systemie otwartym o tych samych wymiarach.

W systemach z markizą sterowaną silnikiem lub panelami przesuwnymi ruchomy element pokrycia może się otwierać w przypadku wystąpienia wiatru, dlatego definiuje się inny scenariusz obciążenia niż w przypadku pokrycia stałego. W tego typu systemach czujnik wiatru i mechanizm automatycznego zamykania stają się parametrem projektowym, który bezpośrednio wpływa na założenia obciążeniowe przyjęte w obliczeniach statycznych. W systemach stałych taka elastyczność nie występuje, dlatego od początku uwzględnia się najbardziej niekorzystny scenariusz.

Jak obciążenie śniegiem/wiatrem wpływa na dobór profilu i połączeń?

Obliczone wartości obciążenia sprawdzane są na podstawie momentu bezwładności przekroju profilu aluminiowego lub stalowego. W typowych rozwiązaniach do głównych profili nośnych pergoli stosuje się grubość ścianki 2-3 mm; w regionach o wysokim obciążeniu śniegiem i wiatrem grubość tę oraz wysokość profilu można zwiększyć. W przypadku dwuściennych paneli poliwęglanowych stosowanych na górnym przekryciu standardowa grubość wynosi 10 mm’, jednak w rejonach o dużym obciążeniu można zastosować grubszy panel lub zagęszczony rozstaw płatwi.

Liczba i rozstaw słupów to również bezpośredni wynik obliczenia obciążenia. Pergola o tych samych wymiarach w regionie o niskim obciążeniu może mieć rozstaw słupów wynoszący 3 metry, natomiast w regionie o wysokim obciążeniu rozstaw ten można zmniejszyć poniżej 2 metrów.

przekroj profilu pergoli

Szczegółowe informacje: automatyczne systemy markiz pergolowych

Jak różnica między profilem aluminiowym a stalowym wpływa na obliczenie obciążeń?

Profile aluminiowe, dzięki niskiej wadze i naturalnej odporności na korozję, są wybierane w większości projektów pergoli; mają jednak niższy moduł sprężystości w porównaniu z profilami stalowymi, co oznacza, że przy tym samym obciążeniu mogą wymagać większego przekroju. W dużych, wielkopowierzchniowych projektach, w których spodziewane jest wysokie obciążenie śniegiem/wiatrem, w głównych belkach nośnych można zastosować wzmocnienie stalowe lub stalowy szkielet nośny pokryty aluminium.

Klasa stosowanych śrub oraz jakość spawów w elementach łączących mają decydujące znaczenie dla bezpiecznego przeniesienia obliczonego obciążenia. Na przykład niewystarczająca głębokość kotwienia w połączeniu słupa z płytą podstawy może zniweczyć nawet prawidłowo obliczony przekrój profilu; dlatego raport z obliczenia obciążeń obejmuje zwykle nie tylko profil, ale również szczegóły połączeń. W regionach nadmorskich, ze względu na słone powietrze zwiększające ryzyko korozji, dla profilu dobranego na podstawie tego samego obliczenia obciążeń może pojawić się potrzeba dodatkowej powłoki powierzchniowej lub zastosowania nierdzewnych elementów łączących; nie wpływa to bezpośrednio na nośność, lecz na trwałość tej nośności w czasie. Coroczna kontrola punktów połączeń jest zalecaną praktyką, zwłaszcza przy okresie użytkowania przekraczającym 10 lat.

Dlaczego obliczenie obciążeń staje się bardziej krytyczne w pergolach o dużej rozpiętości?

Wraz ze wzrostem rozpiętości, czyli odległości między słupami i długości belki, moment zginający powstający pod tym samym obciążeniem jednostkowym rośnie proporcjonalnie do kwadratu tej odległości. Dlatego przekrój wystarczający dla pergoli o rozpiętości 4-5 metrów może okazać się niewystarczający przy tym samym obliczeniu obciążeń dla rozpiętości 7-8 metrów, co wymaga zwiększenia przekroju lub dodania słupa pośredniego.

W pergolach o specjalnej geometrii, takich jak dach dwuspadowy lub dach motylkowy, kształt zalegania śniegu może być nieregularny; w zależności od kierunku wiatru po jednej stronie dachu może dochodzić do nawiewania śniegu, a po drugiej do jego zdmuchiwania. W tego typu specjalnych geometriach obliczenie obciążeń wymaga bardziej szczegółowego modelu statycznego niż w standardowych pergolach z płaskim dachem. W takich projektach do oceny mogą zostać włączone dodatkowe dane, takie jak pomiary terenowe czy wyniki badań w tunelu aerodynamicznym.

Jak ocenia się obciążenie śniegiem/wiatrem pergoli w terenie?

W realizowanym przez EncoArt projekcie pergoli systemu zamkniętego, zlokalizowanej na linii brzegowej silnie narażonej na wiatr i pozbawionej osłony, standardowy przekrój profilu przewidziany dla stref wewnętrznych okazał się niewystarczający; w wyniku obliczeń statycznych zwiększono przekrój głównego profilu nośnego, zagęszczono rozstaw słupów oraz zwiększono liczbę kotwień fundamentowych. W ramach tego samego projektu zmniejszono także rozstaw klipsów mocujących panele, pozostawiając dodatkowy zapas bezpieczeństwa na wypadek efektu ssania wiatru. Ten przykład pokazuje, że wymiary katalogowe nie są stosowane bezpośrednio i że każdy projekt wymaga odrębnego obliczenia obciążeń, dostosowanego do regionu, w którym się znajduje. Kontrola obciążeń przeprowadzona po odbiorze projektu potwierdziła, że wyliczony zapas bezpieczeństwa pozostaje adekwatny do warunków panujących w terenie.

Kiedy wymagany jest raport z obliczeń statycznych?

W procedurach uzyskiwania pozwolenia w urzędzie gminy lub przy projektach pergoli o dużej rozpiętości, zazwyczaj powyżej 4 metrów, może być wymagany raport z obliczeń statycznych. W raporcie tym obciążenie śniegiem i wiatrem obliczane jest osobno, a następnie sprawdzana jest najbardziej niekorzystna kombinacja obciążeń, w tym scenariusz jednoczesnego działania śniegu i wiatru. Do obliczonego obciążenia zwykle dodaje się zapas bezpieczeństwa w wysokości 20-30%; zapas ten pełni rolę bufora na tolerancje materiałowe i nieprzewidziane wzrosty obciążenia. Raport ten służy nie tylko do wniosku o pozwolenie, ale także jako dokument referencyjny przy przyszłych remontach lub wnioskach o rozbudowę.

Jakie informacje należy przekazać na etapie projektowania?

Do podstawowych informacji, jakie należy przekazać zespołowi projektowemu w celu prawidłowego obliczenia obciążeń, należą: miasto/gmina, w której stawiana będzie pergola, wysokość nad poziomem morza, rodzaj podłoża lub podłogi, do której zostanie przymocowana konstrukcja, wybrany materiał pokrycia oraz ewentualne wysokie budynki w otoczeniu. Brak pełnych informacji sprawia, że obliczenie odzwierciedla nie rzeczywiste warunki terenowe, lecz przyjęte wartości średnie.

Podsumowując, obliczenie obciążenia śniegiem i wiatrem pergoli to proces inżynierski, w którym wspólnie ocenia się dane klimatyczne regionu, kąt nachylenia dachu, materiał pokrycia oraz przekrój profilu nośnego. Pominięcie tego obliczenia na etapie projektowania w dłuższej perspektywie zagraża bezpieczeństwu konstrukcji i zwiększa potrzebę konserwacji.

Aktualne ceny: Cenniki EncoArt

Bezpłatny pomiar i wycena dla Twojego projektu: Kontakt z EncoArt

Najczęściej zadawane pytania

Według jakich norm wykonuje się obliczenie obciążenia śniegiem/wiatrem pergoli?

Obliczenie obciążenia śniegiem wykonuje się zgodnie z normą TS EN 1991-1-3, a obliczenie obciążenia wiatrem zgodnie z normą TS EN 1991-1-4. Normy te uwzględniają jednocześnie dane klimatyczne regionu oraz geometrię konstrukcji. Wynik stanowi podstawowe dane wejściowe do ustalenia przekroju profilu i szczegółów połączeń.

Czy w pergolach systemu otwartego również potrzebne jest obliczenie obciążeń?

Tak, w pergolach z otwartymi lamelami również ocenia się wpływ wiatru i śniegu, jednak wartość obciążenia wychodzi zwykle niższa niż w systemie zamkniętym. W obliczeniu uwzględnia się rozstaw lameli oraz wysokość konstrukcji. Kontrola statyczna nie powinna być pomijana również w systemach otwartych o dużej rozpiętości.

Czy pergolę można zamontować bez obliczenia obciążenia śniegiem/wiatrem?

W małych, standardowych projektach można wykorzystać ogólne dane inżynierskie producenta, jednak przy dużej rozpiętości lub w regionach o wysokim obciążeniu zaleca się wykonanie odrębnego obliczenia. Profil dobrany bez takiego obliczenia, mimo że pozornie wygląda wystarczająco, w dłuższej perspektywie może stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa. W procedurach uzyskiwania pozwoleń w urzędzie gminy taki raport jest zwykle wymagany.