0

publicatie: Geballaste dakbedekkingssystemen

1 Windbelasting

1 Windbelasting

1.1 Achtergronden

Luchtverplaatsingen treden op door drukverschillen. Deze luchtverplaatsingen zijn in beginsel evenwijdig met het aardoppervlak. Door de ruwheid van het aardoppervlak en door de daarop aanwezige obstakels ontstaan er turbulente stromingen. Gebouwen vormen ook obstakels voor de wind. Ze remmen de luchtstroom. Bij het remmen van de luchtstroom wordt een deel van de bewegingsenergie omgezet in luchtdruk op het obstakel. De luchtstroom oefent een druk uit op de schil van het gebouw en daarbij ontstaan er drukverschillen en dus krachten tussen de loef- en leizijde. De windbelasting grijpt aan op de onderdelen van de gevel en het dak.

Uit windtunnelonderzoeken en computermodellen blijkt dat er bij een windaanval op de daken van gebouwen windzuigkrachten ontstaan. Deze windzuigkrachten zijn in de omgeving van de dakrand het hoogst, vooral als de wind aanvalt op een hoek van het gebouw.

Figuur 1
Luchtstroming over een plat dak

1.2 Windzuiging

Bij een windvlaag die aangrijpt op een gevel van een doosvormig gebouw zal windzuiging ontstaan op het dak. De onderdruk zal het grootst zijn in de zone achter de dakrand. In figuur 2 is een indruk gegeven van het verloop van de lokale windvormfactor (zuiging).

Figuur 2
Verloop lokale windvormfactor bij windbelasting op het gebouw

Bij dakbedekkingen brengt men deze lokale windvormfactor in rekening bij de berekening van de windzuiging op de dakbedekking. Bij de berekening van de windbelasting bij geballaste dakbedekkingssystemen maakt men gebruik van de drukvereffeningsfactor Ceq. Deze drukvereffeningsfactor bij geballaste daken is erop gebaseerd dat slechts een gedeelte van de optredende windbelasting daadwerkelijk op de dakbedekking zal optreden. Bij de externe windzuiging op de dakbedekking zal er een interne onderdruk tussen de dakbedekking en de onderconstructie ontstaan. Deze interne onderdruk kan ontstaan bij een potentiële geringe beweging van de dakbedekking met ballastlaag bij windbelasting. De externe windbelasting van een tijdelijke vlaag zal gedeeltelijk door de onderdruk tussen de dakbedekking en de onderconstructie worden opgenomen. Er behoeft dus slechts een deel van de externe windbelasting op de dakbedekking in rekening te worden gebracht. Dit geldt echter alleen wanneer de onderconstructie en de dakrandconstructie een bepaalde mate van luchtdichtheid hebben en bij de randen de dakbedekking luchtdicht wordt aangesloten. Door de potentiële verplaatsing van de dakbedekking ontstaat dus een gewenste tegenwerkende onderdruk onder de dakbedekking.

Figuur 3
Drukvereffeningsfactor Ceq

1.3 Overdruk

Bij gebouwen waarvan de gevel niet gesloten is, zal bij windbelasting op de gevel een overdruk in het gebouw optreden. Sprekende voorbeelden hiervan zijn hangars of industriehallen met grote overheaddeuren die tijdens windbelasting open kunnen staan. Bij dit soort grote gevelopeningen zal bij windbelasting overdruk in het gebouw optreden.

Figuur 4
Voorbeeld open gebouw

Figuur 4
Voorbeeld open gebouw NEN 6702 geeft aan dat bij dit soort gebouwen rekening moet worden gehouden met een overdrukfactor Cpi van 0,6. Volgens NEN 6702 moet ook bij gesloten gebouwen rekening worden gehouden met een overdrukfactor. Hiervoor geldt Cpi is 0,3.
In beginsel wordt in NEN 6702 en NPR 6708 aangegeven dat bij bepaling van de windbelasting op daken deze overdruk volledig in rekening moet worden gebracht.

Figuur 5
Overdruk in gebouwen

Voor de invloed van de interne overdruk in het gebouw onder geballaste dakbedekkingssystemen kan rekening worden gehouden met de luchtdichtheid van de onderconstructie. Afhankelijk van de luchtdichtheid zal de topwaarde van de interne overdruk zich verzwakt en vertraagd kunnen doorzetten tot onder het geballaste dakbedekkingssysteem.

1.4 Formule windbelasting

De in rekening te brengen windbelasting op geballaste daken wordt volgens NEN 6702/6707 bepaald volgens de formule:

Pd = γf:q (Cpe;loc x Ceq + Cpi) x Pw

waarin:

Pd is de rekenwaarde van de opwaartse belasting in kN/m²
γf;q is de belastingfactor, γf;q = 1,2 (veiligheidsklasse 1)
Ceq is de drukvereffeningsfactor
Cpe;loc is de vormfactor voor lokale externe windzuiging op het dak
Cpi is de vormfactor voor interne overdruk in een gebouw
Pw is de stuwdruk in kN/m² (zie bijlage D)