Расчет снеговой нагрузки на кровлю на реальных примерах. Как сделать расчет нагрузки на кровлю Калькулятор расчета снеговой нагрузки

Расчёт снеговой нагрузки по СП 20.13330.2016

Прежде всего необходимо определить что такое нормативная снеговая нагрузка и что такое расчетная снеговая нагрузка.

Нормативная нагрузка — это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости).

Расчетная нагрузка — это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 (п.10.12 СП 20.13330.2016) т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Определение расчетной нагрузки

Расчетная снеговая нагрузка определяется по формуле 10.1 СП 20.13330.2016:

Вес снегового покрова Sg

Sg в формуле — это нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии по данным таблицы 10.1 СП 20.13330.2016 в зависимости от района строительства

Снеговой район определяем по карте 1 приложения Е (карта с нового СП отличается от предыдущего, будьте внимательны при назначении снегового района).

Карту в высоком разрешении можно скачать на сайте Минстроя .

Также есть интерактивная карта, которую можно посмотреть по Этой ссылке .

Снеговая нагрузка на Сахалине определяется по карте 1а СП 20.13330.2016

По Сахалину в СП занижены снеговые нагрузки для некоторых районов. В частности там есть районы, снеговая нагрузка в которых достигает 1000 кг/м². Чтобы узнать вес снегового покрова на о. Сахалин нужно заглянуть в .

Как видим некоторые снеговые нагрузки отличаются от СП, сравнивайте и берите наибольшее.

Вот пара фотографий с острова Сахалин, для тех кто не верит что могут быть такие снеговые нагрузки

Кроме того данные по снеговой нагрузке вы можете найти в ТСН (Территориальные строительные нормы).

Бывает, что в территориальных нормах требования по снеговой нагрузке меньше чем в СП, но хочу отметить один важный момент: ТСН носит рекомендательный характер, СП обязательный, т.е. если в ТСН снеговая нагрузка ниже чем в СП, то нужно пользоваться данным по СП. Например есть ТСН по нагрузкам для Краснодарского края (ТСН 20-302-2002), в нём приведена карта районирования веса снегового покрова. Часть территории Краснодарского края отмечена как 1-ый снеговой район, тогда как в СНиП это 2-ой снеговой район (т.е. нагрузка по СП выше). Если вы строите коттедж или другой объект, не подлежащий экспертизе, то по согласованию с заказчиком вы можете снизить снеговые нагрузку в этих районах до 1-го. Но если объект подлежит экспертизе, то снеговая нагрузка должна приниматься по СП если в ТСН она не будет выше.

Естественно не могли упустить и Крым, теперь Карта снеговых районов есть и для Крыма. Для определения снегового района для республики Крым смотрите карту 1б СП 20.13330.2016

Коэффициент μ

μ — это коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, рассчитываемый согласно приложению Б СП 20.13330.2016. Этот коэффициент отражает форму кровли. Промежуточные значения коэффициента μ определяются линейной интерполяцией.

Для плоской кровли этот коэффициент равен единице. В местах выступов (зенитные фонари, парапеты, примыкание к стене) образуются снеговые мешки, что и отражается в коэффициенте μ, но это тема для отдельной статьи.

Для двухскатной кровли коэффициент μ зависит от уровня уклона:

1) при угле наклона до 30° коэффициент μ равен единице (согласно СНиП 2.01.07-85* до 25°, согласно СП 20.13330.2011 до 30°, лучше принимать до 30° μ=1 т.к. это будет в запас);

2)при угле наклона кровли от 20° до 30° коэффициент μ равен для одной стороны ската 0,75, для другой 1,25;

3) при угле наклона кровли от 10° до 30° и наличии аэрационных устройств по коньку покрытия коэффициент μ принимается по следующей схеме:

4) при угле наклона кровли в промежутке от 10° до 30° считаются по нескольким вариантам, которые приведены выше, в том числе и с μ=1 и принимается наихудший вариант;

5) при угле выше 60° коэффициент μ принимается равным нулю, т.е. снеговая нагрузка не действует на кровлю со слишком большим углом наклона;

6) промежуточные значения следует определять методом линейной интерполяции, т.е. для угла 45° коэффициент μ будет равен 0,5 (30°=1, 60°=0).

Особенно стоит обратить внимание на коэффициент μ при расчете снеговой нагрузки на ступенчатой кровле. Возле стены образуется снеговой мешок, а с верхнего ската снег сбрасывается на нижнюю и здесь μ может быть равен даже 6.

Также для прогонов необходимо ещё дополнительно увеличивать нагрузку на 10% (п.10.4 СП 20.13330.2016), не забываем про это.

Я не буду расписывать здесь остальные варианты, посмотрите их в приложении Б СП 22.13330.2016, а некоторые особенно актуальные мы рассмотрим позже.

Коэффициент Ce

Это коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под давлением ветра (Ce), принимаемый согласно п.10.5-10.9 СП 20.13330.2016.

Для покрытий, защищённых от прямого воздействия ветра, в том числе более высокими зданиями, а также для городской застройки Се=1,0 (п.10.6 СП 20.13330.2016).

Коэффициент Ce учитывающий снос снега с покрытий зданий под давлением ветра для райнов типа А и Б учитывается для плоских (с уклонами до 12% или 6°) кровель однопролетных или многопролетных зданий без зенитных фонарей или других выступающих частей кровли, если здание строится в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца более чем 2 м/с по формуле 10.2 СП 20.13330.2016

k — коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте, принимаемый по таблице 11.2 СП 20.13330.2016 для типов местности А или Б;

lc=(2b-b²/l) — характерный размер покрытия, принимаемый не более 100 м;

b — наименьший размер покрытия;

l — наибольший размер покрытия.

Коэффициент k определяется по таблице 11.2 СП 20.13330.2016 в зависимости от типа местности:

А — открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

B — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

C — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25м (для городских райнов Се=1,0).

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны на расстоянии 30h (h — высота здания) — при высоте здания до 60 м и 2 км — при большей высоте.

z в данной таблице это высота здания до уровня рассматриваемой кровли.

Для покрытий с уклонами от 12 до 20% (от 6° до 11°) однопролетных и многопролетных зданий без фонарей, проектируемых на местности типа А и Б, Ce=0.85 (п.10.7 СП 20.13330.2016).

Снижение нагрузки, учитывающее снос снега, не предусматривается (п.10.9 СП 20.13330.2016):

1) на покрытия зданий в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше минус 5°С (см.таблицу 5.1 СП 131.13330);

2) на участки покрытий, примыкающих к препятствиям (стенам, парапетам и др.) которые мешают сносу снега (см. схемы Б8-Б11 приложения Б СП 20.13330.2016);

3) как было уже сказано для городской застройки Се=1,0.

Думаю нужно также учесть и застройку территории в будущем т.к. если рядом с вашим зданием построят более высокое, то снос снега уменьшится. Я рекомендую использовать коэффициент Ce равным единице, т.к. не факт, что со временем здание не закроет более высокое.

Коэффициент Ct

Для неутепленных покрытий цехов с повышенными тепловыделениями при уклонах выше 3% коэффициент Ct=0.8.

Литература

Интерактивная карта, которую можно посмотреть по Этой ссылке .

Статья про снеговые нагрузки на о. Сахалин ( )

Posted in Tagged ,

Снег выпадает зимой на всей территории России. С крыш его сдувается ветром, он испаряется под солнцем и снова выпадает. Изменение веса меняет изгиб несущих элементов крыши, крепления расшатываются, теряя прочность. Неожиданно большое количество выпавшего снега может стать причиной поломки крыши. Избежать этого можно, если при строительстве произвести расчет снеговой нагрузки.

Вес снежинок – сущая ерунда. Пока на улице будут отрицательные температуры, снег будет идти и накапливаться на крышах. Постепенно лежащий снег становится влажным от солнечного тепла, его плотность увеличивается до 300 кг на кубометр. Вес, которым накопившийся снег давит на поверхность, называется снеговой нагрузкой.

Рассмотрим процесс расчета давления снега на поверхности, чтобы учесть для проектирования достаточно прочных зданий и сооружений.

В России снег – регулярное погодное явление практически на всей территории. Разница в количестве выпадающего снега, продолжительности холодного периода, сезонных ветрах и количестве переходов температур через 0 0 С при окончании зимнего сезона.

Погодные условия отличаются не только в местностях с разными географическими координатами, но и в одном месте в разные годы. Однако многолетние измерения, проводимые метеорологами, позволяют узнать возможный максимум снежных осадков и рассчитать нормативную снеговую нагрузку для каждой местности.

Районное давление снега

Категории отображаются на карте , включенной в СНиП 2.01.07-85. Категории выделены цветом и пронумерованы.

При изменении статистики в границах категорий карта актуализируется. Нормативное значение для своего региона можно узнать, определив категорию места по карте.

Расчетная снеговая нагрузка

Нормативное значение только основа для расчета реально возможного веса снега. Просто использовать нормативное значение для расчета прочности нельзя, так как:

• скаты крыши могут быть наклонными, снег будет разложен на большей площади;
• ветра, сдувающие снег с кровли, в каждой местности свои;
• окружающие строения изменяют влияние ветров;
• теплопроводность крыши может привести к ускоренному таянию и снижению веса.

Для проектирования крыши с необходимой и достаточной надежной конструкцией следует учесть все факторы, влияющие на реальную ситуацию.

Формула расчета

Обязательная для применения проектировщиками формула вычисления снеговой нагрузки дана в СП 20.13330.2016 и выглядит следующим образом: S 0 = c b c t µ S g.

умножается на три коэффициента:

• µ – коэффициент, учитывающий угол наклона ската крыши по отношению к горизонтальной поверхности.
• c t – термический коэффициент. Зависит от интенсивности выделения тепла через кровлю.
• c b – ветровой коэффициент, учитывающий снос снега ветром.

Присутствие в формуле коэффициентов определяет зависимость результата от некоторых условий.

Рассмотрим значения коэффициентов применительно к зданиям с габаритными разменами менее 100 метров и без сложных кровельных форм. Для крупногабаритных зданий или при ломаных рельефах кровли применяются более сложные расчеты.

Зависимость величины снежного давления на квадратный метр от угла наклона ската крыши объясняется тем, что:

1. На плоских или слабонаклоненных кровлях снег не сползает. Коэффициент µ равен 1,0 при наклоне ската до 25°.
2. Расположение кровли под углом к горизонтальной поверхности приводит к увеличению площади кровли, на которую выпадает норма снега для горизонтального квадрата. Коэффициент µ равен 0,7 на углах 25° – 60°.
3. На крутых поверхностях осадки не задерживаются. Коэффициент µ равен 0, если наклон более 60° (нагрузка отсутствует).

Введение в формулу термического коэффициента c t позволяет учесть интенсивность таяния снега от выделения тепла через кровлю. Как правило, кровельный пирог здания проектируют с минимальными потерями тепла в целях экономии, а коэффициент c t при расчетах принимают равным 1,0. Для применения пониженного значения коэффициента 0,8 необходимо, чтобы на здании было неутепленное покрытие с повышенным тепловыделением с наклоном кровли более чем 3° и наличием действенной системы отвода талых вод.

Ветер сносит снег с крыш, снижая давящий на конструкцию вес. Ветровой коэффициент c b можно понизить с 1,0 до 0,85, но только в том случае, если выполняются условия:

1. Есть постоянные ветра со скоростью от 4 м/с и выше.
2. Средняя зимняя температура воздуха ниже 5 0 С.
3. Угол ската кровли от 12° до 20°.

Рассчитанное значение перед применением в проектных решениях умножают на коэффициент надежности γ f = 1,4 , обеспечивая компенсацию теряющейся со временем прочности материалов конструкций.

Пример расчета нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на кровлю проведем для здания, которое проектируется для строительства в Хабаровске. По карте определяем категорию района – II, по категории узнаем максимальное нормативное значение – до 120 кг/м 2 . Здание проектируется с двускатной крышей под углом 35 ° к поверхности. Значит, коэффициент µ равен 0,7.

Предполагается наличие в здании мансарды и применение эффективных теплоизолирующих материалов кровельного пирога. Коэффициент c t равен 1,0.

Здание будет построено в городе, этажность не превышает окружающие строения, расположенные на расстоянии двух высот здания. Коэффициент c b следует принять равным 1,0.

Таким образом, расчетное значение равно: S 0 = c b c t µ S g =1,0*1,0*0,7*120 =94 кг/м 2

Для расчета прочности, и не только конструкции крыши, но и фундамента, несущих элементов строения, применяем коэффициент надежности 1,4, получив для проектных вычислений значение 131,6 кг/м 2 .

К сведению домовладельцев

Рассчитав снеговую нагрузку , следует определить необходимость обустройства системы снегозадержания. Учитывать надо не только возможный сход снег, но и талую воду, образующую сосульки и замерзающую в трубах водостока. Для устранения этих явлений применяются системы обогрева карниза и водостока.

Надежная кровля способна защитить верхнюю и внутреннюю часть здания от всевозможного природного давления. Она удерживает дождевую воду и потоки различного воздуха от проникновения и пагубного воздействия на строительные материалы и целостность конструкций. Но не все разбираются в тонкостях расчета снеговой нагрузки на кровлю, поэтому разберемся в этом вопросе.

Основные функции

Заключаются в тех моментах, которые мы уже рассмотрели, но на самом деле функциональное назначение кровли значительно шире, чем его представляют не особо продвинутые в этом вопросе люди. Дело в том, что воздействие на поверхность кровли кроется не только в ее износостойкости.

Давление внешней среды оказывается почти на все несущие конструкции строения – стены, поскольку крыша стоит на них, фундамент – на него монтируются все, существующие элементы дома. Закрывать глаза на, происходящие нагрузки губительно для здания. Однажды оно может неожиданно разрушится либо покрыться многочисленными трещинами, возможно, проседание крыши и частичный обвал стен.

Для снегозадержания толщина кровли должна быть достаточной, чтобы она просто не проломилась. Необходимо выбирать качественную крышу, которая выдержит даже мешок со снегом на квадратный метр.

Виды

Разновидностей не так мало, как может показаться на первый взгляд. Основные – это снеговое и ветровое воздействие на кровлю.

Снег в зависимости от географического расположения здания способен оказывать давление в определенное время года. А мощный ветер создает опасное воздействие всегда, и поэтому считается более коварным врагом кровли. Но сила воздушных потоков зависит от сезонных колебаний и близости к морю, поскольку здесь чаще зарождаются мощные циклоны способные значительно повредить крышу.

Многие знакомы с разрушительными возможностями смерчей, ураганов, шторма. Но обычно такое воздействие длится недолго и не создает постоянной нагрузки. Итак, снег и ветер воздействует на кровлю разными способами.

Важна интенсивность давления.

1. Снежный покров отличается постоянством статистического давления. Но с помощью очищения крыши можно уменьшить опасность критической ситуации в виде провала или проседания конструкции кровли. В этом случае направление воздействующей силы никогда не меняется.
2. Ветер непостоянен – неожиданно усиливается либо затихает. Направление его воздействия всегда меняется, и это очень опасно для поверхности кровли, поскольку могут пострадать наиболее уязвимые места.

Но снеговой слой, скопившийся на крыше, несет и другую опасность. Мы поняли, что он постоянно давит на кровлю, но иногда способен внезапно сойти с нее под стены здания, в том числе из-за сильного ветра. Это может стать причиной серьезного ущерба различному имуществу либо человеческому здоровью. Но не стоит забывать о комбинировании воздействия снега и сильного ветра. Разрушительная мощь такого союза способна показать всю силу в момент возникновения урагана, смерча или шторма.

Почему-то о такой возможности все забывают. Вероятно потому, что подобные природные явления происходят нечасто. Но рекомендуется подготовиться к их появлению заранее. Для этого необходимо максимально усилить устойчивость кровли и стропильной системы.

Угол наклона важен

Нагрузка напрямую зависит от угла наклона крыши. Так формируется мощность контакта воздушных и снеговых масс с поверхностью кровли. Снег всегда оказывает вертикальное воздействие, а ветер горизонтальное, но с изменением направления давления на кровлю, стены, фундамент. За счет понимания этих особенностей можно уменьшить силу давления данных факторов и образование опасности для целостности и надежности строения.

Если спроектировать более крутой вариант наклона крыши можно значительно снизить возможность давления снега на структурную целостности крыши или полностью избавится от него, поскольку не будет предпосылки для большего скопления осадков на ее поверхности. Но это станет причиной увеличения уязвимости перед ветровым действием. Придется серьезно поразмыслить, как сделать лучше, чтобы получить максимальную выгоду от формы конструкции крыши.

Важно: Необходимо учитывать специфику климатических условий, в которых построен дом. Если зима не проходит длительное время, а ветер не особенно сильный тогда понятно, что крутой наклон оптимальное решение. В других случаях необходимо учитывать направление ветра и создавать крышу с условием наименьшего образования препятствий для воздушных потоков и наилучшего уменьшения накопления снега на ее поверхности. Рекомендуем искать ту самую золотую середину, позволяющую качественно бороться с природными явлениями.

Географический фактор

Вес снега напрямую зависит от региона. Естественно, что этот показатель больше в северных областях и уменьшен в южных. Но существует особенное место – возле гор либо на высокой части холмов. Да иногда дома строятся и здесь, и владельцам постоянно приходится сталкиваться с проблемой сильного снежного и ветрового воздействия. Это происходит в любых географических точках, поскольку такова специфика высокогорных участков планеты.

На основе строительных норм и правил (СНиП) предлагаются подробные таблицы. Они объясняют допустимый уровень снега на территории различных регионов.

Важно: Учитывается нормальное состояние снежного покрова крыши. Необходимо осознавать, что мокрый снег значительно тяжелее сухого аналога. И поэтому рекомендуем учитывать это во время расчетов.

На основе предложенной информации можно с уверенностью рассчитывать необходимую прочность и наклон крыши. Но не стоит отбрасывать особенности материала, использованного для образования покрытия крыши. Дополнительные факторы, приводящие к увеличению скопления снежного покрова на крыше, не менее важны. В совокупности все это может значительно превысить нормативные показатели, предложенные в таблице.

Правильность расчета прежде всего

Тщательно рассчитывайте нагрузку снега на площадь плоской крыши. Для этого нужно опираться на предельные состояния. Когда различные силы способны привести к необратимому изменению структуры кровли. Необходимо не допустить уменьшение прочности ниже допустимых значений, и желательно учитывать присутствие запаса надежности. Не делайте прочность кровли впритык к нормативам, поскольку это, может, обернуться неприятными последствиями.

Состояние крыши характеризуется различными категориями. Например, конструкция пребывает в состоянии разрушения, или же покрытие крыши значительно деформировано, и скоро начнет разрушаться.

Расчет необходимо осуществлять на основе обоих возможных состояний. Но рекомендуем использовать оптимальное решение для достижения результата. Без чрезмерного вложения средств на дорогие строительные материалы и человеческий труд. В ситуации с плоскими крышами применяется поправочный коэффициент на уклон в значении – 1, что считается максимально возможной нагрузкой.

На основе данных из таблицы, предложенной СНиП, общая масса снега, согласно нормативному значению, должна умножаться на площадь, покрытую кровлей. В итоге уровень воздействия, может, составлять десятки тонн. Из-за этого на территории РФ такая конструкции крыши не особо прижилась. Ведь известно, что почти вся Россия располагается в климатических зонах с большим количеством снеговых осадков. В большинстве районов они длятся почти круглый год.

Правильное применение информации об уровне снеговой нагрузки в процессе создания проекта кровли возможно лишь с учетом наличия всей необходимой информации. Рассчитанный коэффициент необходимо правильно переложить на проект кровли, что в особенности касается ее стропильного участка. Хотя мауэрлат не зависит от снежного давления, и укладывается на стены, позволяет надежно распределить давление стропил на их поверхность.

Снег приятная радость для многих, а порой для них же огромное бедствие, особенно когда его много. В определение веса важно понимать по его расчетам в первую очередь для строителей, да бы не обрушивались кровли.

Масса удельного веса снега на 1м³ в зависимости от характеристики
Характеристика снега	Удельный вес (г/см³)	Вес 1 м³ (кг)
Сухой снег	0.125	125
Свежевыпавший пушистый сухой	от 0,030 до 0,060	от 30 до 60
Мокрый снег	до 0.95	до 950
Мокрый свежевыпавший	от 0,060 до 0,150	от 60 до 150
Свежевыпавший осевший	от 0,2 до 0,3	от 200 до 300
Ветрового (метелевого) перенос	от 0,2 до 0,3	от 200 до 300
Сухого осевшего старого	от 0,3 до 0,5	от 300 до 500
Сухого фирна (плотный снег)	от 0,5 до 0,6	от 500 до 600
Мокрого фирна	от 0,4 до 0,8	от 400 до 800
Мокрого старого	от 0,6 до 0,8	от 600 до 800
Глетчерного льда	от 0,8 до 0,96	от 800 до 960
Лежачий снег более 30 суток		340-420

В некоторых странах снег является отличным строительным материалам, например при возведение Иглу у эскимосов, а на праздники для строительства оригинальных скульптур.

Формирование снега как природного явления

Снег – природное явление, образующееся из-за кристаллизации маленьких капелек воды в атмосфере и впадающее на землю в виде осадков. Формирование снега осуществляется в атмосфере, когда микроскопические частички воды начинают группироваться вокруг таких же размеров частичек пыли и кристаллизироваться. Изначально размер образующихся ледяных кристаллов не превышает 0,1 мм. Но в процессе падения к земной поверхности, в зависимости от температуры внешней среды, они начинают «обрастать» другими водяными замерзшими кристаллами и пропорционально увеличиваться.

Узорная форма снежинок образуется из-за определённой структуры молекул воды. Обычно это шестиконечные узорчатые фигуры, с возможным углом между гранями либо 60, либо 120 градусов. При этом основной «центральный» кристалл образует форму шестиугольника с правильными гранями. А присоединившиеся в процессе падения кристаллические лучи могут придавать снежинке самой разнообразной формы. Учитывая, что в процессе падения снежинки подвергаются воздействию ветра, перепадов температур, могут повторно наращивать количество кристаллов, в конечном итоге они набирают не только плоской, но и объемной формы. С виду это может показаться нагромождением замерзших капелек воды, но если присмотреться внимательно, то в изначальной структуре все такие присоединения будут иметь правильные углы.

Как правило, цвет снега белый. Это связано с наличием в его внутренней структуре воздуха. Фактически снег на 95% состоит из воздуха. Именно это и обусловливает «легкость» снежинок, а также плавное приземление на твердые поверхности. В дальнейшем, когда свет проходит через кристаллизованную воду с учетом воздушных прослоек и начинает рассеиваться, снежинка приобретает видимый белый цвет. Но это классический вариант. Если же в атмосфере будут находиться другие элементы, в том числе и крошечные частички пыли, гари, загрязненного производственными выбросами воздушными смесями – снег может приобретать и другие оттенки.

Обычно снежинки имеют размеры, не превышающие 5 мм в диаметре. Но в истории известны случаи образования снежинок «гигантов», когда размеры каждого «экземпляра достигали в диаметре до 30 см. В то же время, учитывая множество факторов, влияющий на процесс формирования этих природных творений, считается, что найти две одинаковые снежинки просто невозможно. И даже если визуально вам кажется, что они полностью похожи, присмотревшись к ним под микроскопом вы поймете, что это далеко не так. Вариаций их возможных форм сегодня неограниченное количество.

Сколько весит 1 куб снега – зависимости от зависимостей

• От температуры окружающей среды
• От времени с момента осадков
• От дополнительных осадков в виде дождя
• От плотности слеживания

Отличной вам погоды в доме!

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 покрова

Влияние 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)