Cнеговая нагрузка. Как расчитать снеговую и ветровую нагрузку на крышу Рассчитать снеговую нагрузку калькулятор
На прочность и долговечность конструкций крыш существенное влияние оказывают снег, ветер, дождь, перепады температуры и другие физико-механические факторы, воздействующие на здание.
Расчет несущих конструкций зданий и сооружений выполняют по методу предельных состояний, при которых конструкции теряют способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получают недопустимые деформации или местные повреждения.
Предельных состояний, по которым производится расчет несущих конструкций крыши, может быть два:
- Первое предельное состояние достигается в том случае, когда в строительной конструкции исчерпана несущая способность (прочность, устойчивость, выносливость), а попросту, происходит разрушение конструкции. Расчет несущих конструкций ведется на максимально возможные нагрузки. Это условие записывается формулами: σ ≤ R или τ ≤ R, означающими, что напряжения развивающиеся в конструкции при приложении нагрузки не должны превышать предельно допустимых;
- Второе предельное состояние характеризуется развитием чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок. В конструкции происходят недопустимые прогибы, раскрываются узлы сочленений. Однако в целом конструкция не разрушается, но дальнейшая ее эксплуатация без ремонта невозможна. Это условие записывается формулой: f ≤ f нор, означающей, что прогиб появляющийся в конструкции при приложении нагрузки не должен превышать предельно допустимого. Нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.
Расчет стропильной системы скатных крыш ведется по обоим предельным состояниям. Цель расчета: не допустить разрушения конструкций либо их прогиба выше допустимого предела. Для снеговых нагрузок, действующих на крышу, несущий каркас крыши рассчитывается по первой группе состояний - на расчетный вес снегового покрова S. Эту величину принято называть расчетной нагрузкой, ее можно обозначить, как S рас. Для расчета по второй группе предельных состояний: вес снега учитывается по нормативной нагрузке - эту величину можно обозначить, как S нор. . Нормативная снеговая нагрузка отличается от расчетной коэффициентом надежности γ f = 1,4. То есть расчетная нагрузка должна быть в 1,4 раза выше, чем нормативная:
S рас. = γ f × S нор. = 1,4× S нор.
Точную нагрузку от веса снегового покрова, требуемую для расчета несущей способности стропильных систем в конкретном месте строительства, нужно выяснить в районных строительных организациях или установить по картам СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия», вложенным в этот Свод Правил.
На рис. 3 и таблице 1 показаны нагрузки от веса снегового покрова для расчета по первой и второй группе предельных состояний.
Таблица 1
рис. 3. Районирование территории Российской Федерации по весу снегового покроваВлияние на снеговую нагрузку угла наклона крыши, ендов и слуховых окон
В зависимости от уклона крыши и направления преобладающих ветров снега на крыше может быть значительно меньше и, как ни странно, больше, чем на плоской поверхности земли. При возникновении в атмосфере таких явлений, как снежный буран или метель, снежинки, подхваченные ветром, переносятся на подветренную сторону. После прохождения препятствия в виде конька крыши скорость движения нижних потоков воздуха снижается по отношению к верхним и снежинки оседают на крышу. В результате с одной стороны крыши снега лежит меньше нормы, а с другой больше (рис. 4).
рис. 4. Образование снеговых «мешков» на крышах с уклонами скатов от 15 до 40°
Снижение и увеличение снеговых нагрузок, зависящих от направления ветра и угла наклона скатов, изменяется коэффициентом µ, который учитывает переход от веса снегового покрова на земле к снеговой нагрузке на кровле. Например, на двухскатных крышах с углом скатов выше 15° и меньше 40° с наветренной стороны будет лежать 75%, а с подветренной 125% от того количества снега, который лежит на плоской поверхности земли (рис. 5).
рис. 5. Схемы нормативных снеговых нагрузок и коэффициенты µ (значение коэффициентов µ учитывающих более сложную геометрию крыш приведено в СНиП 2.01.07-85)
Толстый слой снега, скапливающийся на крыше и превышающий средненормативную толщину, называется снеговым «мешком». Они скапливаются в ендовах - местах, где пересекаются две крыши и в местах с близко расположенными слуховыми окнами. Во всех местах, где высока вероятность возникновения снегового «мешка», ставят спаренные стропильные ноги и выполняют сплошную обрешетку. Также здесь делают подкровельную подложку, чаще всего из оцинкованной стали, вне зависимости от материала основного покрытия кровли.
Снеговой «мешок», образующийся с подветренной стороны, постепенно сползает и давит на свес кровли, пытаясь обломить его, поэтому свес кровли не должен превышать размеры, рекомендуемые изготовителем кровельного покрытия. Например, для обычной шиферной кровли его принимают равным 10 см.
Направление преобладающего ветра определяется по розе ветров для данного региона строительства. Таким образом, после проведения расчета с наветренной стороны будут установлены одиночные стропила, с подветренной - спаренные. Если данные по розе ветров отсутствуют, необходимо рассматривать схемы равномерно распределенных и не равномерно распределенных снеговых нагрузок в их наиболее неблагоприятных сочетаниях.
С увеличением угла наклонов скатов снега на крыше остается меньше, он сползает под собственным весом. При углах скатов, равных или больше 60°, снега на крыше совсем не остается. Коэффициент µ в этом случае равен нулю. Для промежуточных значений углов скатов µ находится методом прямой интерполяции (усреднением). Так, например, для скатов с углом наклона 40° коэффициент µ будет равен 0,66, для 45° - 0,5, а для 50° - 0,33.
Таким образом, требуемые для подбора сечения стропил и шага их установки, расчетная и нормативная нагрузки от веса снега учитывающие углы наклонов скатов (Q µ.рас и Q µ.нор), должны быть умножены на коэффициент µ:
S µ.рас = S рас ×µ
S
µ.нор = S нор ×µ .
Влияние ветра на снеговую нагрузку
На пологих крышах с уклонами до 12% (примерно до 7°), проектируемых на местности типов A или B происходит частичный снос снега с крыши. В этом случае расчетная величина нагрузки от веса снега должна быть уменьшена применением коэффициента c e , но не менее чем c e = 0,5. Коэффициент c e вычисляется по формуле:
c e = (1,2-0,4√k )×(0,8+0,002l c ),
где l c - расчетный размер принимаемый по формуле l c = 2b — b 2 /l , но не более 100 м; k - принимается по таблице 3 для типов местности A или B; b и l - наименьшие размеры ширины и длины покрытия в плане.
На зданиях с крышами уклоном от 12 до 20% (примерно от 7 до 12°) расположенных на местности типов A или B, велчина коэффициента c e = 0,85. Снижение снеговой нагрузки коэффициентом c e = 0,85 не распространяется:
- на крыши зданий в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше -5°С, так как периодически образующаяся наледь препятствует сносу снега ветром (рис. 6);
- у перепадов высот зданий и парапетов (подробности в СП 20.13330.2016), так как парапеты и разноуровневые крыши, примыкающие друг к другу препятствуют сдуванию снега.
рис. 6. Районирование территории Российской Федерации по средней месячной температуре воздуха, °С, в январе
Во всех других случаях, для скатных крыш применяется коэффициент c e = 1. Формулы определения расчетной и нормативной нагрузки от веса снега, учитывающие ветровой снос снега, будут выглядеть так:
S с.рас. = S рас. × c e
- для первого предельного состояния;
S
с.нор. = S нор. × c e
- для второго предельного состояния
Влияние температурного режима здания на снеговую нагрузку
На зданиях с повышенным тепловыделением (с коэффициентом теплопередачи более 1 Вт/(м²×°C)) снижение снеговой нагрузки происходит за счет таяния снега. При определении снеговых нагрузок для неутепленных покрытий зданий с повышенными тепловыделениями, приводящими к таянию снега, при уклонах кровли свыше 3% и обеспечении надлежащего отвода талой воды следует вводить термический коэффициент c t = 0,8. В остальных случаях c t = 1,0.
Формулы определения расчетной и нормативной нагрузки от веса снега, учитывающие термический коэффициент:
S t.рас. = S рас. × c t
- для первого предельного состояния;
S
t.нор. = S нор. × c t
- для второго предельного состояния
Определение снеговой нагрузки с учетом всех факторов
Снеговая нагрузка определяется произведением нормативной и расчетной нагрузки, взятой по карте (рис.3) и таблице 1 на все влияющие коэффициенты:
S снег.рас. = S рас. × µ × c e
× c t
- для первого предельного состояния (расчет на прочность);
S снег.нор. = S нор. × µ × c e
× c t
- для второго предельного состояния (расчет на прогиб)
Вес снега в зимний период создает значительную нагрузку на стропильную систему крыши, а через нее – на фундамент здания. Расчет снеговой нагрузки на кровлю необходим как для определения параметров конструкции крыши, так и при проектировании основания, где важным значением является полный вес дома. В этой статье рассматриваются методики определения веса снежного покрова на крыше дома, определяется, какую угрозу он несет людям и конструкциям жилища. Информация будет полезна всем людям, проживающим в регионах со снежными и длительными зимами, планирующим строить частный дом.
Типы нагрузок на кровлю
Основными нагрузками, воздействующими на кровлю, являются:
Вес снега .
.Они имеют разную степень и характер воздействия на кровлю и стропильную систему в целом. Снеговая нагрузка более статична, все изменения происходят относительно медленно и плавно. Исключением может быть только лавинообразный сход больших сугробов, характерный для современных видов металлических кровельных покрытий. Кроме того, снег лежит в течение нескольких месяцев, в летнее время нагрузки отсутствуют.
Для ветра время года значения не имеет, он способен подниматься и зимой, и летом. Ветер опасен своей непредсказуемостью, его невозможно предвидеть и как-то подготовиться. Чаще всего, сильные ветра длятся недолго, но последствия бывают весьма плачевными. При этом, сильные порывы, создающие заметное давление на конструкции дома, случаются относительно редко.
В большинстве случаев ветровая нагрузка минимальна и не имеет постоянного значения. Эпизодический характер и неравномерность ветровых проявлений создают существенные сложности при определении реальной нагрузки на конструкции дома, поэтому принято учитывать максимальные табличные величины для данного региона.
Зависимость нагрузок от угла наклона крыши
Снеговая и ветровая нагрузки имеют обратную зависимость от угла наклона крыши. Ветер направлен параллельно поверхности земли, для него являются помехой любые вертикальные объекты. Снег ложится на плоскость и давит на нее в направлении сверху-вниз. Поэтому, чем круче угол наклона скатов крыши, тем значительнее ветровые нагрузки и, наоборот, слабее давление снежных сугробов. Поэтому для снижения ветровых нагрузок надо уменьшать угол наклона, а для снижения нагрузок снеговых – увеличивать.
Такое несоответствие требует от проектировщика точного знания о величине снегового покрова и силе преобладающих в регионе ветров, возможности и частоте шквалистых порывов. Иначе можно получить чрезмерно крутую кровлю, образующую сильный парус, или слишком плоскую, не позволяющую снегу скатываться вниз по наклонной плоскости.
Кровля должна быть спроектирована с учетом возможности скатывания снега вниз по наклонной плоскости Источник pxhere.com
Чем опасны снеговые нагрузки
Высокие снеговые нагрузки опасны по нескольким позициям:
Создание чрезмерного давления на стропильную систему, вызывающего прогиб , провисание покрытия или разрушение несущих элементов крыши.
Появление дополнительной нагрузки на стены дома , а через них – на фундамент .
Большой вес снега опасен при внезапном сходе сугробов с крыши, так как могут пострадать оказавшиеся внизу люди , автомобили или иное имущество .
Кроме того, большое количество снега при повышении температуры начинает подтаивать, образуя на поверхности кровли слой льда. Он плотный и тяжелый, хорошо удерживается на поверхности, постепенно увеличивая свою толщину. Во время оттепелей этот лед скатывается вниз и причиняет сильный ущерб всем предметам, на которые упадет. Необходимо помнить, что относительно тонкий слой льда в 5 см на поверхности ската площадью 20 м 2 весит около тонны.
Расчет снеговой нагрузки на плоскую кровлю показывает величину воздействия снега на горизонтальную плоскость. Угол наклона скатов учитывается специальными коэффициентами. Считается, что при наклоне более 75° снеговая нагрузка отсутствует, хотя на практике случается налипание мокрого снега и на вертикальные плоскости. В этом таится еще одна опасность, когда конструкции дома оказываются неподготовленными для приема значительного давления.
На нашем сайте Вы можете ознакомиться с от лучших строительных компаний с безупречной репутацией на рынке. Вы можете выбрать или из любого современного строительного материала. Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».
Особенности распределения снеговой нагрузки на поверхности крыши
Снеговая нагрузка распределяется на поверхности кровли по-разному, равномерно по всей площади, или с заметным перекосом в подветренную сторону. Иногда на склонах нарастают огромные свисающие пласты, которые создают соответствующее давление на карнизную часть кровли.
Такие перекосы способны деформировать или разрушить конструкции стропил, создать значительное давление на фундамент. Необходимо понимать, что и равномерная нагрузка от веса снега воздействует на конструкции дома крайне неблагоприятным образом. Существуют регионы, где толщина снежного покрова превышает 2 м. В таких условиях крайне важно принимать правильные углы наклона скатов, чтобы снеговые массы могли скатываться с них, не достигая чрезмерной толщины и не создавая непосильной нагрузки для опорных конструкций.
Величина снежного покрова более 2 метров - непосильная нагрузка для опорных конструкций Источник ko.decorexpro.com
Определение давления снега на кровлю по СНиП
При появлении необходимости определить, какая нагрузка от снега на крышу существует в данном регионе, сразу возникает масса вопросов. Прежде всего, каким образом можно узнать величину снежного покрова? Прямое измерение линейкой полезной информации не даст – каждая зима имеет свои особенности, бывают малоснежные сезоны, когда уровень осадков меньше обычного.
Величина снегового воздействия может быть определена с помощью приложений СНиП. Существует карта РФ, в которой очерчены и пронумерованы все регионы, имеющие одинаковую величину снежного покрова. Рассмотрим актуальную на сегодня редакцию этого приложения:
Для определения снегового давления на кровлю надо отыскать интересующую точку на карте и выяснить, к какому снеговому району она принадлежит. Затем используем таблицу:
| Снеговые районы РФ | Величина нагрузки кг/м² |
|---|---|
| 1 | 80 |
| 2 | 120 |
| 3 | 180 |
| 4 | 240 |
| 5 | 320 |
| 6 | 400 |
| 7 | 480 |
| 8 | 560 |
Если площадь крыши известна, то определить вес снега не составит труда – надо просто разделить ее на табличное значение для данного региона. Но полученное значение показывает нагрузку на горизонтальную плоскость. Для учета угла наклона используется поправочный коэффициент. Он найден опытным путем и имеет следующие значения:
При угле наклона до 25° – 1.
При угле наклона от 25 до 60° – 0,7.
При угле наклона более 75° – 0.
Нулевое значение поправочного коэффициента принято потому, что считается, что такой наклон обеспечивает самостоятельный сход снега со скатов, и давление отсутствует. Для таких крыш нередко используют снегозадержатели, препятствующие слишком массированному сходу снега.
Самые популярные производители и строительные компании собраны на выставке и представлены на нашем сайте. Здесь Вы можете найти контакты, выбрать и заказать любую услугу, среди которых , . Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».
Расчет снеговой нагрузки онлайн калькулятор
Для расчета веса снега на крыше существует еще один способ. Это – применение онлайн-калькулятора, специализированного ресурса, автоматически выполняющего расчеты по исходным данным пользователя. Споры о пользе онлайн-калькуляторов ведутся с самого первого дня их появления. Большинство пользователей убеждено, что, при необходимости выполнить качественный расчет снеговой нагрузки на кровлю, калькулятор бесполезен.
Полагаться на неизвестный алгоритм в таком ответственном вопросе опасно. Сторонники использования этих ресурсов утверждают, что критерием качества работы подобных ресурсов может служить дублирование расчета на других калькуляторах. Сложно сказать определенно, кто из них прав. Однако, учитывая относительную простоту самостоятельного расчета, гораздо правильнее совершить эти несколько арифметических действий самостоятельно.
Расчёт снеговой нагрузки на крышу в Московской области
В качестве примера рассмотрим, как рассчитывается снеговая нагрузка на кровлю в Московской области. Исходные данные:
Дом с двумя скатами , общая площадь кровли 64 м 2 .
Угол наклона скатов составляет 36°.
По карте снеговых районов определяем, к какому из них принадлежит Московская область. Это 3 район. По таблице получаем удельную величину нагрузки, равную 180 мг/м 2 .
64 × 180 = 11520 кг.
Полученное значение надо умножить на коэффициент уклона. В рассматриваемом случае он равен 0,7. Тогда получаем:
11520 × 0,7 = 8064 кг.
Вес снега будет составлять 8т и 64 кг. Как можно видеть, никакой сложности этот расчет не представляет, требуется выполнить буквально 2 действия.
Простые понятные арифметические действия для вычисления величины снеговой нагрузки Источник domik.ua
Видео описание
В видеоуроке проводится ликбез по предмету сопромат. В доступной форме излагается материал для расчета конструкций дома с учетом снеговой нагрузки:
Онлайн калькулятор кровли
Чтобы узнать примерную стоимость кровли различных типов, воспользуйтесь следующим калькулятором :
В заключение
Следует еще раз напомнить о важности и ответственности подобных расчетов. Они понадобятся в нескольких ситуациях, будут влиять на несущую способность фундамента и стропил. Забывать или пренебрегать величиной снеговой нагрузки не следует – только что рассматриваемый расчет показал, что на кровле небольшого дома в относительно малоснежной Московской области лежит 8 т снега. Если количество осадков в регионе больше, как и площадь крыши, воздействие будет гораздо интенсивнее, что может привести к разрушению. Рисковать нет смысла, лучше выполнить все необходимые расчеты вовремя.
Ключевая особенность нашего климата – сезонность. Как следствие изменяются факторы воздействия на крыши домов: количество осадков, сила, направление ветра и прочие. Снеговая нагрузка на кровлю одна из основных составляющих проекта будущего строительства, с учетом которой определяется тип стропильной системы, параметры материала, вариант обрешетки и кровельного настила.
Что следует знать о таких воздействиях, и их учете на стадии проектирования строительства?
Как снег влияет на кровлю
Понятно, что выпавший на поверхность кровли снег имеет массу, что создает давление на всю систему. Однако создаваемая нагрузка неравномерна и постоянно изменяется.
- В течение холодного времени года снежный покров возрастает. Но главная опасность в чередовании оттепелей и заморозков, в результате которых возрастает масса даже одного слоя.
На заметку
Стоит знать, что оттаивание и замерзание снега уплотняет его, и как следствие растет масса.
- Снежный покров не является статичным, он находится в постоянном движении: сползает со скатов, сдувается ветром. Следствием этого на различных участках крыши давление распределяется неравномерно. В особенности этот фактор проявляется на кровлях с нестандартными конфигурациями (так называемые ломаные типы).
- Так как снег сползает по скату, его большая масса скопляется на свесах, что также не влияет благотворно на кровельную конструкцию.
- Снеговой покров создает воздействия не только на сам кровельный настил и стропильную систему, но и на водостоки, результатом чего часто является обрушение последних.
Чтобы устранить или снизить неблагоприятное влияние снеговой нагрузки на крыши, разработана целая концепция решения проблемы. Она включает в себя очистку поверхности на уже имеющихся накрытиях, изменение конструкций, или расчет, и закладку определенных свойств еще на этапе проекта возводящегося дома.
Учет снеговых нагрузок на имеющихся кровлях
Естественно лучше всего на стадии строительства учесть все факторы снеговых нагрузок и внести их в составляющийся проект. Но, что следует проверять или учитывать в варианте, когда дом уже построен?
- В готовом здании следует замерять . Оптимально если это значение будет составлять от 45 до 60 градусов, тогда снежный покров попросту не будет накапливаться на поверхности, сдвигаясь с кровельного настила.
Однако в таком случае нужно учесть еще один фактор – ветер. Чем больше угол наклона скатов, тем более высокой будет конструкция, а значит, возрастет влияние ветра.
Равномерно распределить по поверхности снеговые потоки помогут приспособления смонтированные на настил – снегозадержатели и снегорезы. Такие элементы «разобьют» всю массу на несколько частей, распределив их приблизительно равномерно на всей площади. Также в зависимости от обрешетки подбирается , на сплошных вариантах возможен типов устройств, в других вариантах лучше устанавливать снегорезы, разбивающие снежный поток на отдельные части.
Однако с установкой подобных приспособлений нужно соблюдать осторожность. на скаты крыш с углом наклона более 5 градусов, в противном случае это может привести к накоплению значительных масс снега на поверхности настила.
- Во избежание накопления больших объемов снега на карнизах крыши, следует подумать о системе подогрева. Монтаж по кромке кровельного настила поможет устранить намерзание глыб снега и льда. Управление системой можно осуществлять в автоматическом и ручном режимах.
Важно знать, что кроме непосредственных методов снижения и устранения снежного давления на кровельный настил стоит озаботиться гидроизоляцией. Образование даже незначительной наледи на поверхности создает препятствие для потока воды, в результате чего влага может попасть под материал крыши.
Кровли уже построенных зданий, как правило, уже рассчитаны под определенную снеговую нагрузку данного региона, однако дополнительные мероприятия и приспособления помогут устранить негативные последствия, как самого перегруза, так, и сопутствующих процессов (протечки, разрушения настила и прочих).
Расчет снеговых нагрузок в соответствии строительным нормам
Без учета климатических особенностей зим в данном регионе крыша может попросту не выдержать выпавшего количества снега, стропильные конструкции деформируются с дальнейшими разрушениями.
На заметку
Вес свежего выпавшего снега составляет порядка 100 килограмм на 1 кубометр объема, мокрый тяжелее – 300 кг/м³.
Зная массу осадков, уже можно рассчитать воздействие снега на поверхность по толщине выпавшего покрова. Для чего в СНиПе (строительные нормы и правила 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» параграф 10) включены формулы, по которым можно произвести расчеты. Но, следует знать именно среднюю толщину снежного покрова для конкретного региона и соответственно создаваемые воздействия.
Чтобы можно было сделать точный расчет, составлена карта страны, где территория разбита на 8 регионов с приблизительно одинаковыми условиями.
- Например, для Москвы и Подмосковья нагрузка составляет приблизительно 180/126 кг/м³,
- район Нижнего Новгорода – 240/168 кг/м³,
- а в горных районах этот показатель может варьироваться 560/392 кг/м³.
С учетом таких данных проводится расчет полной снеговой нагрузки на кровлю с применением такой формулы:
S – это искомая полная снеговая нагрузка;
S расч – расчетная снеговая нагрузка (смотрим по карте, уточняем конкретно по своему региону);
µ – коэффициент, учитывающий угол наклона кровли.
Значение уклона кровли берут зависимо от следующих показателей:
- При наклоне скатов менее чем на 25 градусов – единица;
- Наклон от 25 до 60 градусов – коэффициент 0,7;
- При уклонах скатов более чем на 60 градусов, данный показатель не учитывается вообще.
То есть, имея такие данные довольно просто сделать расчеты. Например, для района Нижнего Новгорода расчетная снеговая нагрузка имеет показатель 240 кг, дом проектируется со скатами под углом в 30 градусов, значит, подсчет имеет следующий вид – 240×0,7=168 кг/м³. После чего можно подобрать соответствующие детали стропильной конструкции кровли.
Плоские типы крыш
Подобные типы конструкций крыши неприемлемы для регионов с большим количеством осадков в холодное время года, так на такой поверхности будут накапливаться большие объемы снега. Результатом станет чрезмерное давление снега на конструкцию. В областях с теплым климатом, кровли подобного типа должны иметь запас прочности, а также сплошную обрешетку. Обязательным условием является монтаж подогрева карнизов, для удаления осадков со свесов через водосточные системы.
Уклон плоскостей скатов в сторону водосточных воронок при таких ситуациях должен превышать показатель в 2 градуса, что обеспечит полноценный сток осадков.
Проектируя строительство , хозяйственных построек или с плоским накрытием, руководствуются такими же правилами и расчетами снеговых нагрузок, как и для обычных двухскатных (или более) типов крыш. Однако для плоских кровельных конструкций на таких постройках лучше подобрать стропила с более толстых материалов, а обрешетку монтировать сплошной.
Собственный вес конструкции крыши
Кроме снеговых нагрузок стоит учесть массу самой кровельной конструкции. Делается это для снижения давления на стены постройки, а также, чтобы крыша не разрушилась под собственным весом, догруженным выпавшими осадками.
Оптимальное значение для жилых домов приблизительно 50 килограмм на 1 метр площади.
Расчет проводится путем суммирования массы 1м² каждого слоя кровельного пирога, и умножением на коэффициент 1,1. Например, вес 1 квадрата обрешетки с досок сечением 25 мм составляет около 15 кг/1м², теплоизолятор 100 мм – 10 кг/1м², настил из металлочерепицы 4-5 кг/м² (зависит от толщины листа). Итого, имеем 15+10+4= 29 ×1,1=31,9 кг/1м². Также не стоит забывать о массе стропил.
С учетом этих показателей выбираются оптимальные варианты материалов, а также типы обрешетки и стропил. Впоследствии такой подход позволит менять кровельный настил без опасений разрушения имеющейся конструкции.
Расчет снеговых воздействий на перекрытие, это одна из составляющих проекта будущего дома, которую не стоит не учитывать. Пренебрежение простыми расчетами, и небрежный подбор соответствующего варианта конструкции накрытий могут привести к серьезным последствиям вплоть до разрушения.
В особенности расчеты снеговых нагрузок важны для сложных по конфигурации вариантов кровли, так как неравномерное распределение осадков на поверхности создаст перегруженные участки. В таком случае следует подобрать более прочные материалы для создания большего запаса прочности на таких частях крыш.
Если сделать все правильно, то подобная кровля прослужит эксплуатационный срок без проблем, и даже при смене материала кровельного настила.
При строительстве кровли особое внимание следует уделять расчету ее несущей способности, так как на конструкцию постоянно воздействует огромное количество сил. Одной из сил, которая действует на крышу, является снеговая нагрузка, соответственно с которой и строится крыша. Именно она определяет, насколько толстыми будут несущие элементы и то, каким образом построить систему стропил. Значение ее высчитывают по специальной формуле, согласно СНиП.
Снеговая нагрузка и ее отрицательное влияние
Обычно со скатной крыши в течение суток удаляется до 5 % снежного покрова. Он сдувается ветром, сползает или покрывается настом. Но оставшееся количество отрицательно влияет не только на конструкцию, но и на человека:
- Вес снега может возрасти во время резкого мороза после потепления. В таком случае возможны деформации стропильной системы, гидроизоляции и теплоизоляции.
- Снеговая нагрузка на крышах, которые имеют сложную конструкцию, как правило, распределяется неравномерно.
- Снег, сползающий к карнизу, может нести опасность для находящихся рядом людей, поэтому обязательна установка снегозадержателей.
- Сползающий снег помимо опасности для человека, может нанести вред водосточной системе. Именно поэтому нужно его вовремя счищать или устанавливать снегозадержатели.
Очистка кровли от снеговой массы
Наиболее эффективным способом убрать снег с крыши, является ручная уборка. Но она очень опасна для самостоятельного проведения без предварительной подготовки. Именно поэтому, правильно рассчитанная снеговая нагрузка способна помочь не убирать постоянно снег.
Положительное влияние на сход снега оказывает угол наклона ската крыши. Наиболее оптимальным вариантом кровли для регионов, где велика вероятность большого количества снега, составляет от 45 до 60 градусов.
Для того чтобы уменьшить наледь и предотвратить образование сосулек, можно установить по периметру крыши кабельный подогрев. Он может иметь автоматизированное или ручное управление.
Расчет нагрузки снега на кровлю
Еще на этапе проектирования кровли для исключения повреждений ее конструкции при обильных осадках, проводят расчетные мероприятия. Средний вес снега составляет 100 кг на куб. метр, а влажные осадки весят еще больше, что составляет 300 кг на 1 куб. метр. Зная эти примерные величины, можно достаточно просто произвести расчет допустимой снеговой нагрузки.
Но для этого также понадобится знание толщины выпадающего слоя снега. Измерить этот показатель можно на ровном участке, а полученное число умножить на коэффициент, который предполагает запас и равняется 1,5. Для того чтобы учесть региональный показатель, можно использовать специальную карту. Она стала основой для получения правил СНиП и других нормативов. В целом показатель определяется по следующей формуле:
S=S расч. * μ
В соответствии с данной формулой, ее составляющие расшифровываются так:
- S расч — значение веса на квадратный метр горизонтальной площадки.
- μ - коэффициент наклона кровли.
Обычно, как говорилось ранее, расчеты производятся по карте снеговых нагрузок, которая представлена ниже:
В соответствии со СНиП существуют такие показатели коэффициента наклона кровли:
- Если уклон кровли составляет менее 25 градусов, то коэффициент равен 1.
- Если уклон кровли находится в пределах от 25 до 60 градусов, то коэффициент будет равен 0,7.
- При уклоне более 60 градусов, коэффициент можно и вовсе не учитывать.
При этом учитывается и та сторона, с которой дует ветер. Это нужно, так как с наветренной стороны снега будет в любом случае меньше, чем с подветренной.
Для того чтобы лучше понять, каким образом производится расчет снеговой нагрузки, представим наглядный пример для Московской области. Рассчитываемая кровля имеет уклон, равный 30 градусам. Итак, согласно требованиям СНиП, производим расчет:
- В карте находим, месторасположение Московской области и выявляем, что она относится к третьему климатическому району. Здесь значение нагрузки на крышу равно 180 кг на 1 кв. метр.
- Согласно формуле, подсчитываем общий показатель веса снега. Для этого 180 умножаем на коэффициент, равный 0,7. Получаем число 126 кг на кв. метр.
- Уже по этому показателю создается стропильная система, которая рассчитывается по максимальным числам.
Помимо такого варианта, существует полный расчет, который также представлен в СНиП и имеет там соответствующую таблицу. Расчет ведется по следующей формуле:
Q1 = m*Q
Здесь в качестве показателя коэффициента выступает m , который рассчитан по методу интерполяции. При уклоне крыши в 30 градусов он равен 1, а при 60 градусах - 0.
Q - это та снеговая нагрузка, которая указана в таблице СНиП.Может быть произведен расчет нормативного показателя. Для этого нужно пользоваться атласом, в котором зафиксированы изменения СНиПа или же высчитывать показатель по формуле: Q2 = 0,7* Q* m. Если расчет производится для той конструкции, которая монтируется на территориях с постоянными ветрами, сносящими снег с крыши, то необходимо в формулу добавлять коэффициент C. Он равен 0,85. Но для добавления этого показателя есть целый ряд условий. Это скорость ветра не ниже 4 м/с, среднемесячная температура в зимние месяцы не выше -5 градусов, а уклон должен находится в пределах от 12 до 20 градусов.
Важно! Если непонятно, как рассчитать нагрузку самостоятельно, то лучше обратиться к специалистам.
Особенности установки снегозадержателей
Если правильно выполнена конструкция крыши с учетом расчетов, то снег с крыши можно и не убирать. А для того чтобы не было сильного сползания, устанавливаются в обязательном порядке снегозадержатели. Такие конструкции очень удобны и помогают не убирать снег с кровли во время сильных осадков.
Обычно устанавливаются снегозадержатели трубчатого типа, которые можно применять при снеговой нагрузке не более 180 кг на 1 кв. метр. Если вес снежного покрова больший, то конструкции устанавливаются в несколько рядов. СНиП регулирует случаи и правила, когда установка снегозадержателей необходима:
- Уклон более 5 %, а также имеется наружный водосток.
- От края крыши до установленного снегозадержателя должно быть минимально 0,6 м.
- Если устанавливаются трубчатые конструкции, то под ними предусматривается только сплошная обрешетка.
Особенности расчета снеговой нагрузки для плоских кровель
На кровле плоского типа скапливается достаточно большое количество снега, поэтому обязательно должны быть соблюдены все требования по расчету снеговой нагрузки, чтобы кровля могла выдерживать такой вес на протяжении длительного времени.
На большей территории России плоские кровли не создают, так как слой снега может создавать чрезмерную нагрузку на конструкцию стропил. Но, если все-таки проект дома предусматривает именно такую железобетонную или другую крышу и заменить ее нельзя, то при монтаже необходимо предусмотреть систему подогрева, чтобы обеспечить качественное стекание воды с нее.
Важно! Плоская кровля должна иметь минимальный уклон, который равняется 2 градусам, чтобы вода со всей поверхности могла стекать без проблем.
Заключение
Расчет снеговой нагрузки на кровлю поможет создать оптимальную конструкцию стропильной системы, а также сохранит в хорошем состоянии кровельное покрытие. Правильность расчета зависит от теоретических знаний в этой области, которые можно получить, прочитав данную статью.
Вы сами собираетесь проектировать и строить дом? Тогда Вам без процедуры сбора нагрузок на кровлю (или другими словами, на несущие конструкции крыши) не обойтись. Ведь только зная нагрузки, которые будут действовать на кровлю, можно определить минимальную толщину железобетонной плиты покрытия, рассчитать шаг и сечение деревянных или металлических стропил , а также обрешетки .
Данное мероприятие регламентируется СНиПом 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция" .
Сбор нагрузок на кровлю производится в следующем порядке
1. Определение собственного веса конструкций крыши.
Сюда, например, для деревянной крыши входят вес покрытия (металлочерепица, профнастил, ондулин и т.д.), вес обрешетки и стропил, а также масса теплоизоляционного материала, если предусматривается теплый чердак или мансарда.
Для того, чтобы определить вес материалов нужно знать их плотность, которую можно найти .
2. Определение снеговой (временной) нагрузки.
Россия находится в таких широтах, где зимой неизбежно выпадает снег. И этот снег необходимо учитывать при конструировании крыши, если, конечно, Вы не хотите лепить снеговиков у себя в гостиной и спать на свежем воздухе.
Нормативное значение снеговой нагрузки можно определить по формуле 10.1 :
S 0 = 0,7с в с t μS g ,
где: с в - понижающий коэффициент, который учитывает снос снега с крыши под действием ветра или других факторов; принимается он в соответствии с пунктами 10.5-10.9. В частном строительстве он обычно равен 1, так как уклон крыши дома там чаще всего составляет более 20%. (Например, если проекция крыши составляет 5м, а ее высота - 3м, уклон будет равен 3/5*100=60%. В том случае, если у вас, например, над гаражом или крыльцом предусматривается односкатная крыша с уклоном от 12 до 20%, то с в =0,85.
с t - термический коэффициент, учитывающий возможность таяния снега от избыточного тепла, которое выделяется через не утепленную кровлю. Принимается он в соответствии с пунктом 10.10 . В частном строительстве он равен 1, так как практически не найдется человека, который на не утепленном чердаке поставит батареи.
μ - коэффициент, принимаемый в соответствии с пунктом 10.4 и приложением Г в зависимости от вида и угла наклона кровли. Он позволяет перейти от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Например, для следующих углов наклона односкатной и двускатной кровли коэффициент μ имеет значения:
- α≤30° → μ=1;
- α≤45° → μ=0,5;
- α≤60° → μ=0.
Остальные значения определяются по методу интерполяции.
Примечание: коэффициент μ может иметь значение меньше 1 только в том случае, если на крыше нет конструкций, задерживающих снег.
S g - вес снега на 1 м2 горизонтальной поверхности; принимается в зависимости от снегового района РФ (приложение Ж и данным таблицы 10.1 ). Например, город Нижний Новгород находится в IV снеговом районе, а, следовательно, S g = 240 кг/м2.
3. Определение ветровой нагрузки.
Расчет нормативного значения ветровой нагрузки производится в соответствии с разделом 11.1 . Теорию здесь расписывать не буду, так как весь процесс описан в СНиПе.
Примечание: Ниже Вы найдете 2 примера, где подробно расписана данная процедура.
4. Определение эксплуатационной (временной) нагрузки.
В том случае, если Вы захотите использовать крышу как место для отдыха, то Вам необходимо будет учесть нагрузку равную 150 кг/м2 (в соответствии с таблицей 8.3 и строкой 9 ).
Данная нагрузка учитывается без снеговой, т.е. в расчете считается либо та, либо другая. Поэтому с точки зрения экономии времени в расчете целесообразно использовать большую (чаще всего это снеговая).
5. Переход от нормативной к расчетной нагрузке.
Этот переход осуществляется с помощь коэффициентов надежности. Для снеговой и ветровой нагрузок он равен 1,4. Поэтому для того, чтобы перейти, например, от нормативной снеговой нагрузки к расчетной необходимо S 0 умножить на 1,4.
Что касается нагрузок от собственного веса конструкций крыши и ее покрытия, то здесь коэффициент надежности принимается по таблице 7.1 и пункту 8.2.2 .
Так, в соответствии с данным пунктом коэффициент надежности для временно распределенных нагрузок принимается:
1,3 - при нормативной нагрузке менее 200 кг/м2;
1,2 - при нормативной нагрузке 200 кг/м2 и более.
6. Суммирование.
Последним этапом производится складывание всех нормативных и расчетных значений по всем нагрузкам с целью получения общих, которые будут использоваться в расчетах.
Примечание: если Вы предполагаете, что по заснеженной кровле будет кто-то лазить, то к перечисленным нагрузкам для надежности Вы можете добавить временную нагрузку от человека. Например, она может равняться 70 кг/м2.
Для того, чтобы узнать нагрузку на стропила или необходимо преобразовать кг/м2 в кг/м. Это производится путем умножения расчетного значения нормативной или расчетной нагрузки на полупролет с каждой стороны. Аналогично собирается нагрузка на доски обрешетки.
Например, стропила лежат с шагом 500 мм, а обрешетины - с шагом 300 мм. Общая расчетная нагрузка на кровлю составляет 200 кг/м2. Тогда нагрузка на стропила будет равна 200*(0,25+0,25) = 100 кг/м, а на доски обрешетки - 200*(0,15+0,15) = 60 кг/м (см. рисунок).
Теперь для наглядности рассмотрим два примера сбора нагрузок на кровлю.
Пример 1. Сбор нагрузок на односкатную монолитную железобетонную кровлю.
Исходные данные.
Район строительства - г. Нижний Новгород.
Конструкция крыши - односкатная.
Угол наклона кровли - 3,43° или 6% (0,3 м - высота крыши; 5 м - длина ската).
Размеры дома - 10х9 м.
Высота дома - 8 м.
Тип местности - коттеджный поселок.
Состав кровли:
1. Монолитная железобетонная плита - 100 мм.
2. Цементно-песчаная стяжка - 30 мм.
3. Пароизоляция.
4. Утеплитель - 100 мм.
5. Нижний слой гидроизоляционного ковра.
6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.
Сбор нагрузок.
| Вид нагрузки | Норм. |
Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Монолитная ж/б плита (ρ=2500 кг/м3) толщиной 100 мм Цементно-песчаная стяжка (ρ=1800 кг/м3) толщиной 30 мм Пенополистирол (ρ=35 кг/м3) толщиной 100 мм
Временные нагрузки: |
250 кг/м2 3,5 кг/м2 |
275 кг/м2 70,2 кг/м2 4,6 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 489,1 кг/м2 | 604 кг/м2 |
S 0 = 0,7с t с в μS g = 0,7·1·1·1·240 = 168 кг/м2.
где: с t = 1, так как кровля у нас утепленная, а, следовательно, через нее не выделяется такого количества тепла, которое могло бы приводить к таянию снега на крыше; термический коэффициент принимается в соответствии с п.10.10 .
с в = 1; коэффициент сноса снега принимается по п.10.9 .
μ = 1, так как кровля односкатная с уклоном менее 30º; принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,
Sg = 240 кг/м2; принимается в соответствии с п.10.2 и таблицей 10.1 , так как Нижний Новгород относится к IV снеговому району.
W = W m + W p = 13,6 кг/м2.
W m = W 0 k(z в)с = 23·0,59·1 = 13,6 кг/м2.
где: W 0 = 23 кг/м2, так как г. Нижний Новгород относится к I ветровому району; нормативное значение ветрового давления принимается в соответствии с пунктом 11.1.4, таблицей 11.1 и приложением Ж
k(z в) = k 10 (z в /10) 2α = 0,59, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d → z в =h=8 м и тип местности строительства В; коэффициенты принимаются в соответствии с п.11.1.6 таблицей 11,3, также коэффициент k(z в) можно определить методом интерполяции по таблице 11.2 .
с = 1, так как рассчитываемая крыша обладает небольшой площадью и расположена под углом к горизонту, данным коэффициентом пренебрегаем; принимается в соответствии с пунктом 11.1.7 и приложение Д .
Пример 2. Сбор нагрузок на двухскатную деревянную кровлю (сбор нагрузок на стропила и обрешетку).
Исходные данные.
Район строительства - г. Екатеринбург.
Конструкция крыши - двухскатная стропильная с обрешеткой под металлочерепицу.
Угол наклона кровли - 45° или 100% (5 м - высота крыши, 5 м - длина проекции одного ската).
Размеры дома - 8х6 м.
Ширина крыши - 11 м.
Высота дома - 10 м.
Тип местности - поле.
Шаг стропил - 600 мм.
Шаг обрешетки - 200 мм.
Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.
Состав кровли:
1. Обшивка из досок (сосна) - 12х100 мм.
2. Пароизоляция.
3. Стропила (сосна) - 50х150 мм.
4. Утеплитель (минплита) - 150 мм.
5. Гидроизоляция.
6. Обрешетка (сосна) - 25х100 мм
7. Металлочерепица - 0,5 мм.
Сбор нагрузок.
Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.
| Вид нагрузки | Норм. |
Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Обшивка из досок (сосна ρ=520 кг/м3) Стропила (сосна ρ=520 кг/м3) Утеплитель (минплита ρ=25 кг/м3) Обрешетка (сосна ρ=520 кг/м3) Металлочерепица (ρ=7850 кг/м3) Примечание: вес паро- и гидроизоляции не учитывается в связи с их малым весом. Временные нагрузки: |
|
|
|
| ИТОГО | 112,4 кг/м2 | 152,4 кг/м2 |
Вес стропил:
М ст = 1·0,05·0,15·520 = 3,9 кг - вес стропил, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как в связи с шагом 600 мм попадает только одна стропилина.
Вес обрешетки:
М ст = 1·0,025·0,1·520·1/0,2 = 6,5 кг - вес обрешетки, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как шаг обрешетки составляет 200 мм (попадает 5 досок).
Определение нормативной нагрузки от снега:
S 0 = 0,7с t с в μS g = 0,7·1·1·0,625·180 = 78,75 кг/м2.
где: с t = 1; так как через кровлю выделения тепла не производится п.10.10 .
с в = 1; п.10.9 .
μ = 1,25·0,5 = 0,625, так как кровля двухскатная с углом наклона к горизонту от 30º до 60º (2 вариант); принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,
Sg = 180 кг/м2; так как Екатеринбург относится к III снеговому району (п.10.2 и таблица 10.1 ).
Определение нормативной нагрузки от ветра:
W = W m + W p = 14,95 кг/м2.
где: W p = 0, так как здание небольшой высоты.
W m = W 0 k(z в)с = 23·0,65·1 = 14,95 кг/м2.
где: W 0 = 23 кг/м2, так как г. Екатеринбург относится к I ветровому району; по п.11.1.4, таблицы 11.1 и приложении Ж .
k(z в) = 0,65, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d (h = 10 м - высота дома, d = 11 м - ширина крыши) → z в =h=10 м и тип местности строительства А (открытая местность); коэффициент принят по таблице 11.2 .
Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну стропилину:
q норм = 112,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 67,44 кг/м.
q расч = 152,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 91,44 кг/м.
Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну доску обрешетки:
q норм = 112,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 22,48 кг/м.
q расч = 152,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 30,48 кг/м.