Kalkulator Wzmocnień Ogrodzenia - Parcie Wiatru na Przęsło

Ogrodzenie rzadko przewraca się w środku. Przewraca się przy bramie

Po każdej większej wichurze powtarza się ten sam obrazek: kilka przęseł przy wjeździe leży na trawniku, a reszta stoi nietknięta. To nie przypadek i nie wada tych akurat słupków. Norma wiatrowa dzieli ogrodzenie na strefy i pierwszy odcinek od swobodnego końca obciąża wielokrotnie mocniej niż środek. Ten kalkulator liczy parcie wiatru na pojedyncze przęsło w każdej z tych stref oraz moment wywracający, który to parcie wywołuje u podstawy słupka.

Konkretnie. Ogrodzenie pełne wysokie na 1,8 m, ze słupkami co 2,5 m, o łącznej długości 30 m, w strefie wiatrowej 1 i na terenie podmiejskim: przęsło w strefie skrajnej przyjmuje 5,93 kN, co odpowiada ciężarowi około 605 kg zawieszonemu w połowie jego wysokości. To samo przęsło w środku ogrodzenia przyjmuje 2,09 kN. Różnica jest 2,8-krotna, a słupki po obu stronach zwykle są identyczne.

Problem, który to powoduje: na skrajnym odcinku wiatr opływa ogrodzenie z boku i wytwarza podciśnienie po stronie zawietrznej, więc obie strony przęsła działają w tę samą stronę. W środku długiego ogrodzenia tego efektu nie ma, bo powietrze nie ma którędy uciec. Norma opisuje to współczynnikiem cp,net, który dla przęsła pełnego wynosi od 1,2 w środku do 3,4 na skraju.

Trzy sposoby, żeby zejść z obciążenia

Prześwity zamiast pełnej blachy. Przęsło z 20 % prześwitu ma cp,net równe 1,2 we wszystkich strefach naraz. Przy tych samych wymiarach parcie spada z 4,94 kN do 1,74 kN, czyli 2,8 raza. Co więcej, ażurowe ogrodzenie w ogóle nie ma stref: obciążenie jest na całej długości jednakowe.

Narożnik powrotny na końcu. Odcinek zawinięty w głąb działki na długość co najmniej wysokości ogrodzenia obniża cp,net strefy skrajnej z 3,4 do 2,1. Dla tego samego ogrodzenia 1,8 m parcie spada z 5,93 kN do 3,66 kN, czyli o 38 %, i to bez zmiany materiału.

Gęstsze słupki tylko tam, gdzie trzeba. Strefa skrajna sięga 0,3 wysokości ogrodzenia od jego końca, więc przy wysokości 1,8 m to zaledwie 0,5 m. W praktyce oznacza to jedno przęsło, a nie całą elewację działki.

Dane, które trzeba zebrać przed obliczeniem

Wysokość ogrodzenia - mierzona od gruntu do górnej krawędzi przęsła. Ona wyznacza zarówno pole, na które napiera wiatr, jak i wysokość odniesienia w rachunku.
Rozstaw słupków - czyli szerokość jednego przęsła. Typowo od 1,5 do 3,0 m. Im większy rozstaw, tym większa siła na pojedynczy słupek.
Całkowita długość ogrodzenia - od niej zależy stosunek długości do wysokości, a ten decyduje, który wiersz tablicy normowej obowiązuje. Krótkie ogrodzenie jest obciążone łagodniej niż długie.
Wypełnienie przęsła - pełne albo z prześwitami. To pojedynczy parametr o największym wpływie na wynik.
Narożnik powrotny - czy ogrodzenie na końcu zawija się w głąb działki na odcinku co najmniej równym jego wysokości.
Strefa wiatrowa i kategoria terenu - strefa 1 obejmuje większość kraju, strefa 2 pas nadmorski, strefa 3 tereny górskie, gdzie dochodzi jeszcze wysokość nad poziomem morza. Kategoria terenu opisuje otoczenie: działka w szczerym polu dostaje mocniej niż taka sama w gęstej zabudowie.
Odczytaj wyniki - kalkulator poda ciśnienie prędkości, współczynniki dla każdej strefy, siłę na przęsło, moment na słupku oraz porównanie wariantu pełnego z ażurowym.

Współczynniki cp,net z tablicy normowej

Wartości pochodzą z tablicy 7.9 normy PN-EN 1991-1-4, dotyczącej ścian wolnostojących, parapetów, ogrodzeń i tablic. Litery oznaczają strefy odmierzane od swobodnego końca: A to pierwsze 0,3 h, B sięga 2 h, C do 4 h, D obejmuje całą resztę. Symbol l/h to stosunek długości ogrodzenia do jego wysokości.

Wypełnienie i geometria	Strefa A	Strefa B	Strefa C	Strefa D
Pełne, l/h nie większe niż 3	2,3	1,4	1,2	1,2
Pełne, l/h równe 5	2,9	1,8	1,4	1,2
Pełne, l/h co najmniej 10	3,4	2,1	1,7	1,2
Pełne, z narożnikiem powrotnym	2,1	1,8	1,4	1,2
Ażurowe, 20 % prześwitu	1,2	1,2	1,2	1,2

Dla wypełnienia między 0,80 a 1,00 norma dopuszcza interpolację liniową i kalkulator ją stosuje. Ogrodzeń bardziej ażurowych, na przykład siatki albo sztachet z szerokimi prześwitami, ta tablica nie obejmuje: takie konstrukcje liczy się jak kratownice płaskie według innego punktu normy.

Sześć sytuacji z działki

Panele ażurowe 1,5 m, słupki co 2,5 m, 30 m ogrodzenia, strefa 1, teren podmiejski.
Parcie na przęsło 1,74 kN, moment 1,31 kNm. Obciążenie jednakowe na całej długości, bo przy prześwitach strefy znikają.

To samo ogrodzenie, ale zabudowane blachą na pełno.
Parcie skacze do 4,94 kN, moment do 3,71 kNm. Sama wymiana wypełnienia, przy niezmienionych słupkach i fundamentach, zwiększa obciążenie 2,8 raza.

Pełne 1,8 m, słupki co 2,5 m, 30 m, strefa 1, teren podmiejski.
Skrajne przęsło 5,93 kN i 5,34 kNm, środkowe 2,09 kN. Strefa wzmocniona sięga 0,5 m od końca, czyli obejmuje jedno przęsło z dwunastu.

Pełne 2,0 m, 60 m, pas nadmorski, teren otwarty.
Ciśnienie prędkości rośnie do 601 Pa, a parcie na skrajne przęsło do 10,22 kN, czyli równowartości 1043 kg. Moment na słupku 10,22 kNm.

Pełne 1,8 m, 30 m, teren górski na wysokości 800 m nad poziomem morza.
Bazowa prędkość wiatru rośnie z 22 do 28,6 m/s, a parcie do 10,02 kN. To niemal dokładnie tyle, co ogrodzenie wyższe o 20 cm nad samym morzem.

Ta sama działka, dwie różne lokalizacje.
Ogrodzenie 1,8 m w gęstej zabudowie miejskiej dostaje 5,44 kN, a identyczne w szczerym polu 6,59 kN. Otoczenie zmienia wynik o 21 %, choć konstrukcja jest ta sama.

Ściągawka: parcie na skrajne przęsło

Wszystkie wiersze dla ogrodzenia długiego, ze słupkami co 2,5 m, na terenie podmiejskim, bez narożnika powrotnego. Siła podana dla strefy skrajnej, w nawiasie odpowiadający jej ciężar.

Ogrodzenie	Ciśnienie	Siła na przęsło	Moment
1,5 m ażurowe, strefa 1	387 Pa	1,74 kN (178 kg)	1,31 kNm
1,5 m pełne, strefa 1	387 Pa	4,94 kN (504 kg)	3,71 kNm
1,8 m pełne, strefa 1	387 Pa	5,93 kN (605 kg)	5,34 kNm
1,8 m pełne, teren otwarty	431 Pa	6,59 kN (672 kg)	5,93 kNm
2,0 m pełne, pas nadmorski	601 Pa	10,22 kN (1043 kg)	10,22 kNm
1,8 m pełne, 800 m n.p.m.	655 Pa	10,02 kN (1022 kg)	9,02 kNm

Co budzi najwięcej wątpliwości

Czy ten wynik wystarczy, żeby dobrać fundament słupka?

Nie. Kalkulator podaje obciążenie charakterystyczne, czyli wartość wyjściową. Do wymiarowania trzeba ją pomnożyć przez współczynnik częściowy i zestawić z pozostałymi oddziaływaniami, a głębokość i średnica stopy betonowej zależą od nośności gruntu na konkretnej działce. Świadomie nie podajemy gotowych centymetrów fundamentu, bo bez rozpoznania gruntu byłaby to liczba wzięta znikąd.

Skąd wiem, w której jestem strefie wiatrowej?

Strefa 1 obejmuje większość kraju, strefa 2 pas nadmorski, a strefa 3 tereny górskie, gdzie dodatkowo liczy się wysokość nad poziomem morza. Przy strefie 3 różnica jest wyraźna: na wysokości 800 m bazowa prędkość rośnie z 22 do 28,6 m/s, a parcie o dwie trzecie. Jeśli mieszkasz w pasie kilkunastu kilometrów od granicy stref, weź tę mniej korzystną.

Dlaczego ażurowe ogrodzenie nie ma stref?

Bo powietrze przechodzi przez prześwity i nie tworzy się podciśnienie po stronie zawietrznej. Tablica normowa przypisuje wypełnieniu 0,8 jedną wartość 1,2 dla wszystkich czterech stref naraz. Praktyczny wniosek jest taki, że ogrodzenie ażurowe można wykonać jednakowo na całej długości, a pełne wymaga innego traktowania skraju niż środka.

Zabudowałem stare przęsła blachą. Czy coś się zmieniło?

Bardzo dużo. Przejście z prześwitów na pełną blachę przy niezmienionej geometrii zwiększa parcie 2,8 raza: z 1,74 do 4,94 kN na przęsło przy wysokości 1,5 m. Słupki i fundamenty zostały te same, a obciążenie prawie potroiło się. To najczęstsza przyczyna przewracania się ogrodzeń, które przez lata stały bez problemu.

Czy rozstaw słupków ma duży wpływ?

Wprost proporcjonalny. Siła na jeden słupek rośnie liniowo z szerokością przęsła, bo rośnie pole, na które napiera wiatr. Zejście z rozstawu 2,5 m na 2,0 m obniża siłę o jedną piątą. Przy skrajnych przęsłach to najprostsza możliwa poprawka, bo dotyczy jednego czy dwóch słupków, a nie całego ogrodzenia.

Dlaczego ogrodzenie w mieście jest mniej obciążone niż na wsi?

Bo zabudowa hamuje wiatr przy gruncie. Norma opisuje to kategorią terenu: im gęstsze i wyższe otoczenie, tym wolniejszy wiatr na wysokości ogrodzenia. Identyczne przęsło 1,8 m przyjmuje 5,44 kN w gęstej zabudowie i 6,59 kN na otwartym terenie, czyli o 21 % więcej. Działka na skraju osiedla, otwarta na pola, należy do tej gorszej kategorii, nawet jeśli za plecami stoją domy.

Co dokładnie oznacza narożnik powrotny?

To odcinek ogrodzenia zawinięty w głąb działki na końcu, prostopadle do głównej linii, o długości co najmniej równej wysokości ogrodzenia. Zaburza opływ powietrza wokół krawędzi i dlatego norma daje mu osobny wiersz w tablicy, z cp,net równym 2,1 zamiast 3,4. Dla ogrodzenia 1,8 m to spadek parcia z 5,93 do 3,66 kN, czyli o 38 %.

Czy kalkulator uwzględnia osłonięcie przez sąsiednie ogrodzenie?

Nie, i to jest wybór na korzyść bezpieczeństwa. Norma pozwala obniżyć obciążenie, gdy od strony nawietrznej stoi inne ogrodzenie równie wysokie lub wyższe, ale wielkość tej ulgi zależy od odstępu i wypełnienia tamtej przegrody. Pominięcie jej daje wynik zawyżony, nigdy zaniżony. Z tego samego powodu przyjęto współczynnik kierunkowy równy jedności, choć załącznik krajowy dopuszcza dla części kierunków obniżenie do 0,8.