Wiatr to jedno z najważniejszych obciążeń, jakie musi uwzględnić projektant konstrukcji budowlanej. W zależności od regionu Polski jego siła i częstotliwość występowania są bardzo zróżnicowane. Dlatego kraj został podzielony na trzy strefy wiatrowe. Znajomość tego podziału ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa budynków, dachów, masztów, hal czy konstrukcji stalowych.
Co to są strefy wiatrowe?
Strefy wiatrowe to podział terytorium Polski na obszary o różnym charakterystycznym oddziaływaniu wiatru. Różnice wynikają z ukształtowania terenu, położenia geograficznego, odległości od morza, gór oraz ekspozycji na dominujące kierunki wiatrów.
Dane dotyczące obciążeń wiatrem są określone w normie PN-EN 1991-1-4:2008 (Eurokod 1 – Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływania ogólne – Oddziaływania wiatru) oraz w Krajowym Załączniku PN-EN 1991-1-4/NA:2010.
Norma ta zastąpiła starsze przepisy (PN-77/B-02011) i jest obecnie obowiązującym źródłem informacji przy projektowaniu budynków i obiektów inżynierskich.
Strefy wiatrowe w Polsce
Polska została podzielona na trzy strefy wiatrowe, różniące się wartością charakterystycznego ciśnienia prędkości wiatru (q ref) oraz odpowiadającej mu prędkości podstawowej (v ref).
Podstawowe wartości dla poszczególnych stref przedstawia poniższa tabela:
| Strefa wiatrowa | Charakterystyczne ciśnienie prędkości wiatru q ref [kN/m²] | Prędkość podstawowa wiatru v ref [m/s] | Przykładowe regiony |
|---|---|---|---|
| I | 0,22 | 22 | Centralna Polska (Warszawa, Łódź, Lublin, Kielce) |
| II | 0,30 | 24 | Północ kraju (Pomorze, Warmia, Mazury) |
| III | 0,38 | 26 | Wybrzeże, Sudety, Karpaty i obszary górskie |
Wartości te dotyczą wysokości 10 m nad poziomem terenu na obszarze otwartym i stanowią punkt odniesienia do dalszych obliczeń projektowych.
Wpływ wiatru na konstrukcję budynków
Wiatr wywołuje zarówno parcie (nacisk), jak i ssanie (podciśnienie) na powierzchniach budynku – szczególnie na dachach, ścianach bocznych i narożach.
Projektant musi uwzględnić:
-
kierunek i prędkość wiatru,
-
kształt i nachylenie dachu,
-
wysokość budynku,
-
lokalne ukształtowanie terenu (np. doliny, wzgórza, otwarte przestrzenie),
-
przeszkody aerodynamiczne (np. drzewa, sąsiednie budynki).
Dla budynków wysokich, hal przemysłowych, zadaszeń, wiat, masztów i kominów znaczenie obciążenia wiatrem jest kluczowe, gdyż może wpływać nie tylko na stabilność konstrukcji, ale również na drgania, odkształcenia i bezpieczeństwo użytkowników.
Różnice regionalne
Z mapy stref wiatrowych wynika, że:
-
Strefa I (najspokojniejsza wiatrowo) obejmuje centralną część kraju – od Wielkopolski po Mazowsze i Lubelszczyznę.
-
Strefa II obejmuje północne województwa – Pomorze, Kujawy, Warmię i Mazury – gdzie częstsze są silne wiatry zachodnie.
-
Strefa III to tereny najbardziej narażone na silne podmuchy – wybrzeże Bałtyku oraz południowe rejony górskie (Sudety, Karpaty).
W tych obszarach konieczne jest projektowanie mocniejszych konstrukcji dachowych, stosowanie lepszych kotwień i łączników, a także zwiększonego zagęszczenia mocowań pokrycia dachowego.
Czynniki lokalne zwiększające obciążenie wiatrem
W obrębie jednej strefy wiatrowej mogą występować lokalne różnice.
Do czynników zwiększających oddziaływanie wiatru należą:
-
wysokość nad poziomem morza,
-
położenie na terenach otwartych i wzniesieniach,
-
brak naturalnych osłon (drzew, budynków),
-
obecność wąskich dolin lub przesmyków terenowych (efekt tunelowy).
W takich przypadkach projektant ma obowiązek zastosować indywidualne współczynniki ekspozycji (c e) oraz korekty dla kierunku dominującego wiatru.
Obciążenie wiatrem w praktyce projektowej
Podczas projektowania konstrukcji obciążenie wiatrem uwzględnia się w kombinacjach obciążeń zmiennych, razem z oddziaływaniami śniegu, temperatury czy użytkowania.
Projektant oblicza parcie i ssanie wiatru dla każdej powierzchni budynku osobno, stosując współczynniki aerodynamiczne (c p) określone w normie.
W praktyce oznacza to, że np. dach dwuspadowy o dużym kącie nachylenia w strefie III musi mieć zwiększoną ilość łączników pokrycia oraz wzmocnione wiązary, aby bezpiecznie przenieść oddziaływanie wiatru.
Dlaczego znajomość stref wiatrowych jest tak ważna?
Uwzględnienie właściwej strefy wiatrowej już na etapie projektu pozwala:
-
uniknąć przeciążeń konstrukcji i uszkodzeń dachów,
-
zapobiec awariom instalacji wentylacyjnych i kominowych,
-
zoptymalizować grubość i liczbę elementów nośnych,
-
poprawić bezpieczeństwo użytkowników,
-
ograniczyć koszty eksploatacyjne i serwisowe.
Błędne założenia dotyczące obciążenia wiatrem mogą prowadzić do poważnych skutków – od uszkodzeń pokrycia po katastrofy budowlane.
Podsumowanie
Strefy wiatrowe w Polsce to jeden z podstawowych elementów, jakie musi uwzględnić każdy projektant konstrukcji budowlanej.
Znajomość wartości obciążenia wiatrem z normy PN-EN 1991-1-4 Eurokod 1 oraz prawidłowe ich zastosowanie w obliczeniach gwarantują bezpieczeństwo, trwałość i stabilność budynku.
W praktyce każda inwestycja – od domu jednorodzinnego po halę przemysłową – powinna być analizowana indywidualnie, z uwzględnieniem lokalnych warunków terenowych i klimatycznych.
Autor: Redakcja instalacje-budowlane.pl
Źródło: opracowanie własne na podstawie PN-EN 1991-1-4:2008 (Eurokod 1) oraz PN-EN 1991-1-4/NA:2010