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.

• 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.

Хотите произвести расчет стропильной системы быстро, без изучения теории и с достоверными итогами? Воспользуйтесь онлайн калькулятором на сайте!

Вы можете себе представить человека без костей? Точно так же скатная крыша без стропильной системы больше похожа на строение из сказки про трех поросят, которую запросто сметет природной стихией. Крепкая и надежная система стропил - залог долговечности конструкции крыши. Чтобы качественно сконструировать систему стропил, необходимо учесть и спрогнозировать основные факторы, влияющие на прочность конструкции.

Принять во внимание все изгибы крыши, поправочные коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, снос снега ветром, уклон скатов, все аэродинамические коэффициенты, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и так далее - рассчитать все это максимально приближенно к реальной ситуации, а также учесть все нагрузки и искусно собрать их сочетания - задача не из легких.

Если хотите разобраться досконально - список полезной литературы приведен в конце статьи. Конечно, курс сопромата для полного понимания принципов и безукоризненного расчета стропильной системы в одну статью не уместить, поэтому приведем основные моменты для упрощенной версии расчета .

Классификация нагрузок

Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:

1) Основные :

• постоянные нагрузки : вес самих стропильных конструкций и крыши,
• длительные нагрузки - снеговые и температурные нагрузки с пониженным расчетным значением (используются при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость),
• переменное кратковременное влияние - снеговое и температурное воздействие по полному расчетному значению.

2) Дополнительные - ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки.

3) Форс-мажорные - взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.

Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.

Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:

a) Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.

b) Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.

Для более простого расчета применяется только первый способ.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Для подсчета снеговой нагрузки используют такую формулу: Ms = Q x Ks x Kc

Q - вес снегового покрова, покрывающий 1м2 плоской горизонтальной поверхности крыши. Зависит от территории и определяется по карте на рисунке № X для второго предельного состояния - расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).

Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответсвенно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби - числитель), либо берется из таблицы №1:

Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.

Ks - поправочный коэффициент на угол наклона кровли.

• Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).
• Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.
• Для остальных он равен 1.

Угол наклона крыши можно определить онлайн калькулятором крыши соответствующего типа.

Kc - коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.

Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.

Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала - снег может обломить свес, если он неправильных размеров.

Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

С давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.

В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю - поднять с подветренной стороны.

Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько - часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.

Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.

Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу

Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности ,

где Wo - нагрузка ветровая давления, определяемая по карте

Kv - коэффициент поправки ветрового давления, зависящий от высоты здания и местности.

Kc - аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии конструкции крыши и направления ветра. Значения отрицательные для подветренной стороны, положительные для наветренной

Для односкатной крыши необходимо взять коэффициент из таблицы для Ce1.

Для упрощения расчета значение C проще взять максимальным, равным 0,8.

Расчет собственного веса, кровельного пирога

Для расчета постоянной нагрузки нужно рассчитать вес кровли (кровельного пирога -смотрите на рисунке X ниже) на 1 м2, полученный вес нужно умножить на поправочный коэффициент 1,1 - такую нагрузку стропильная система должна выдерживать в течение всего срока эксплуатации.

Вес кровли складывается из:

1. объем леса (м3), используемого в качестве обрешетки, умножается на плотность дерева (500 кг/м3)
2. веса стропильной системы
3. вес 1м2 кровельного материала
4. вес 1м2 веса утеплителя
5. вес 1м2 отделочного материала
6. вес 1м2 гидроизоляции.

Все эти параметры легко получить уточнив эти данные у продавца, либо посмотреть на этикетке основные характеристики: м3, м2, плотность, толщина, - произвести простые арифметические операции.

Пример: для утеплителя плотностью в 35 кг/м3, упакованного рулоном толщиной 10 см или 0,1 м, длиной 10м и шириной 1.2м, вес 1 м2 будет равен (0.1 х 1.2 х 10) х 35 / (0.1 х 1.2) = 3.5 кг/м2. Вес остальных материалов можно рассчитать по тому же принципу, только не забывайте сантиметры в метры переводить.

Чаще всего нагрузка кровли на 1 м2 не превышает 50 кг, поэтому при расчетах закладывают именно эту величину помноженную на 1.1, т.е. используют 55 кг/м2, которая сама по себе взята запасом.

Еще данные можно взять из таблицы ниже:

Собираем нагрузки

По упрощенному варианту теперь необходимо сложить все найденные выше нагрузки простым суммированием, мы получим итоговую нагрузку в килограммах на 1 м2 крыши.

Расчёт стропильной системы

После сбора основных нагрузок можно уже определить основные параметры стропил.

Считаем по формуле: N = шаг стропил x Q , где

N - равномерная нагрузка на стропильную ногу, кг/м
шаг стропил - расстояние между стропилами, м
Q - рассчитанная выше итоговая нагрузка на крышу, кг/м²

Из формулы ясно, что изменением расстояния между стропилами можно регулировать равномерную нагрузку на каждую стропильную ногу. Обычно шаг стропил находится в диапазоне от 0,6 до 1,2 м. Для крыши с утеплением при выборе шага разумно ориентироваться на параметры листа утеплителя.

Вообще при определении шага установки стропил лучше исходить из экономических соображений: высчитать все варианты расположения стропил и выбрать самый дешевый и оптимальный по количественному расходу материалов для стропильной конструкции.

• Расчет сечения и толщины стропильной ноги

В строительстве частных домов и коттеджей, при выборе сечения и толщины стропила, руководствуются таблицей приведенной ниже (сечение стропила указано в мм). В таблице усредненные значения для территории России, а также учтены размеры строительных материалов, представленных на рынке. В общем случае, этой таблицы достаточно для того, чтобы определить, какого сечения нужно приобретать лес.

Однако, не следует забывать, что размеры стропильной ноги зависят от конструкции стропильной системы, качества используемого материала, постоянных и переменных нагрузок оказываемых на кровлю.

На практике при постройке частного жилого дома чаще всего используют для стропил доски сечением 50х150 мм (толщина x ширина).

Самостоятельный расчет сечения стропил

Как уже упоминалось выше, стропила рассчитываются по максимальной нагрузке и на прогиб. В первом случае учитывают максимальный момент изгиба, во втором - сечение стропильной ноги проверяется на устойчивость прогибу на самом длинном участке пролета. Формулы достаточно сложные, поэтому мы выбрали для вас упрощенный вариант.

Толщину сечения (или высоту) рассчитаем по формуле:

a) Если угол крыши < 30°, стропила рассматриваются как изгибаемые

H ≥ 8,6 x Lm x √(N / (B x Rизг))

b) Если уклон крыши > 30°, стропила изгибаемо-сжатые

H ≥ 9,5 x Lm x √(N / (B x Rизг))

Обозначения:

H, см - высота стропила
Lm, м - рабочий участок самой длинной стропильной ноги
N , кг/м - распределённая нагрузка на стропильную ногу
B, см - ширина стропила
Rизг , кг/см² - сопротивление древесины изгибу

Для сосны и ели Rизг в зависимости от сорта древесины равен:

Важно проверить, не превышает ли прогиб разрешенной величины.

Величина прогиба стропил должна быть меньше L/200 - длина проверяемого наибольшего пролета между опорами в сантиметрах деленная на 200.

Это условие верно при соблюдении следующего неравенства:

3,125 x N x (Lm )³ / (B x H ³) ≤ 1

N (кг/м) - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги
Lm (м) - рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны
B (см) - ширина сечения
H (см) - высота сечения

Если значение выходит больше единицы, необходимо увеличить параметры стропила B или H .

Используемые источники:

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия с последними изменениями 2008г.
2. СНиП II-26-76 «Кровли»
3. СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»
4. СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия»
5. А.А.Савельев «Стропильные системы» 2000 г.
6. К-Г.Гётц, Дитер Хоор, Карл Мёлер, Юлиус Наттерер «Атлас деревянных конструкций»

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

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).

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).

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.

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)

Тема о снеге в сентябре не очень актуальна даже для нас — жителей Сибири. Однако… «сани» уже должны быть готовы, не смотря на то, что пока мы еще продолжаем ездить на «телегах». Приходят на память моменты, когда после обильного снегопада зимой и перед таянием снега весной...

Собственники различных строений — от бань, навесов и теплиц до огромных бассейнов, стадионов, цехов, складов — озадачиваются двумя вытекающими один из другого вопросами: «Выдержит или не выдержит кровля скопившуюся на ней массу снега? Сбрасывать этот снег с крыши или нет?»

Снеговая нагрузка на кровлю – вопрос серьезный и не терпящий дилетантского подхода. Попробую по возможности кратко и доступно изложить информацию о снеге и оказать помощь в решении выше озвученных вопросов.

Сколько весит снег?

Всем, кому приходилось убирать снег лопатой, хорошо известно, что снег бывает и очень легким и неимоверно тяжелым.

Пушистый легкий снежок, выпавший в относительно морозную погоду с температурой воздуха около -10˚C имеет плотность порядка 100 кг/м3.

В конце осени и в начале зимы удельный вес снега, лежащего на горизонтальных и слабо наклонных поверхностях, обычно составляет 160±40 кг/м3.

В моменты продолжительных оттепелей удельный вес снега существенно начинает расти (снег «садится» как весной), достигая иногда значений в 700 кг/м3. Именно поэтому в более теплых районах плотность снега всегда больше, чем в холодных северных местностях.

К середине зимы снег уплотняется под действием солнца, ветра и от давления верхних слоев сугробов на нижние слои. Удельный вес становится равным 280±70 кг/м3.

К концу зимы под действием более интенсивного солнца и февральских ветров плотность снежного наста может стать равной 400±100 кг/м3, иногда достигая 600 кг/м3.

Весной перед обильным таянием удельный вес «мокрого» снега может быть 750±100 кг/м3, приближаясь к плотности льда — 917 кг/м3.

Снег, который сгребли в кучи, перебросили с места на место, увеличивает в 2 раза свой удельный вес.

Наиболее вероятная среднестатистическая плотность «сухого» уплотнившегося снега находится в пределах 200…400 кг/м3.

Для получения информации о выходе новых статей и для возможности скачивать рабочие файлы программ прошу вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.

Введите адрес своей электронной почты, нажмите на кнопку «Получать анонсы статей», подтвердите подписку в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту !

Убирать снег с крыш или нет?

Необходимо понимать простую вещь – масса снега, лежащего на крыше, при отсутствии снегопадов остается неизменной независимо от плотности!!! То есть то, что снег «стал тяжелее» нагрузку на кровлю не увеличило!!!

Опасность заключается в том, что слой рыхлого снега может впитать в себя, как губка, осадки в виде дождя. Вот тогда общая масса воды в разных своих видах, находящаяся на крыше, резко возрастет — особенно при отсутствии стока, а это очень опасно.

Для корректного ответа на вопрос об уборке снега с крыши необходимо знать, на какую нагрузку она спроектирована и построена . Необходимо знать — какое давление распределенной нагрузки — сколько килограммов на квадратный метр – крыша реально может держать до начала недопустимых деформаций конструкции.

Для объективного ответа на этот вопрос необходимо обследовать крышу, составить новую или подтвердить проектную расчетную схему, выполнить новый расчет или взять результаты старого проектного. Далее следует опытным путем определить плотность снега – для этого вырезается образец, взвешивается и считается его объем, а далее – удельный вес.

Если, к примеру, кровля по расчетам должна выдерживать удельное давление 200 кг/м2, плотность снега, определенная опытным путем составляет 200 кг/м3, то это означает, что снеговые сугробы не должны быть глубиной более 1 м.

При наличии на кровле снегового покрытия глубиной более 0,2…0,3 м и высокой вероятности дождя с последующим похолоданием, необходимо принять меры по сбросу снега.

Нормативная и расчетная снеговая нагрузка.

Запомним несколько «аксиом». Если на простой односкатной или двускатной крыше угол уклона покрытия больше 60 ˚ , то считается, что снега на такой крыше быть не может (μ =0) . Он весь «скатится». Если угол уклона покрытия меньше 30 ˚ , то считается, что весь снег на такой крыше лежит тем же слоем, как и на земле (μ =1) . Все остальные случаи – промежуточные значения, определяемые линейной интерполяцией. Например, при угле равном 45 ˚ только 50% выпавшего снега будет лежать на кровле (μ=0,5).

Проектировщики ведут расчет по предельным состояниям, которые делят на две группы. Переход за предельные состояния первой группы это – разрушение и утрата объекта. Переход за предельные состояния второй группы это – превышение прогибами допустимых пределов и, как следствие, необходимость ремонта объекта, возможно — капитального. В первом случае в расчете используют расчетную снеговую нагрузку, равную увеличенной на 40% нормативной нагрузке. Во втором случае расчетная снеговая нагрузка – это нормативная снеговая нагрузка.

Расчет в Excel снеговой нагрузки по СП 20.13330.2011.

При отсутствии на вашем компьютере программы MS Excel, можно воспользоваться свободно распространяемой очень мощной альтернативой — программой OOo Calc из пакета Open Office.

Перед началом работы найдите в Интернете и скачайте СП 20.13330.2011 со всеми приложениями.

Часть важных материалов из СП 20.13330.2011 находятся в файле, который подписчики сайта могут скачать по ссылке, размещенной в самом конце этой статьи.

Включаем компьютер и начинаем расчет в Excel снеговой нагрузки на покрытия.

В ячейки со светло-бирюзовой заливкой запишем исходные данные, выбранные по СП 20.13330.2011. В ячейках со светло-желтой заливкой считаем результаты. В ячейках с бледно-зеленой заливкой разместим исходные данные, мало подверженные изменениям.

В примечаниях ко всем ячейкам столбца C поместим формулы и ссылки на пункты СП 20.13330.2011!!!

1. Открываем Приложение Ж в СП 20.13330.2011 и по карте «Районирование территории Российской Федерации по весу снегового покрова» определяем для местности, где построено (или будет построено) здание номер снегового района. Например, для Москвы, Санкт-Петербурга и Омска – это III снеговой район. Выбираем соответствующую строку с записью III в поле с выпадающим списком, расположенном поверх

Подробно о том, как работает функция ИНДЕКС совместно с полем со списком можно прочитать .

2. Считываем массу снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности землиSg в кг/м2 для выбранного района

3. Принимаем в соответствии с п. 10.5-10.9 СП 20.13330.2011 значение коэффициента, учитывающего снос снега с покрытий зданий ветром Ce

в ячейке D4: 1,0

Ce — пишите 1,0.

4. Назначаем в соответствии с п. 10.10 СП 20.13330.2011 значение термического коэффициента Ct

в ячейке D5: 1,0

Если не понимаете, как назначать Ct — пишите 1,0.

5. Назначаем в соответствии с п. 10.4 по Приложению Г СП 20.13330.2011 значение коэффициента перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии μ

в ячейке D6: 1,0

Вспоминаем «аксиомы» из предыдущего раздела статьи. Не помните и ничего не понимаете — пишите 1,0.

6. Считываем нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S 0 в кг/м2, рассчитанное

в ячейке D7: =0,7*D3*D4*D5*D6 =128

S0 =0.7*Ce *Ct * μ * Sg

7. Записываем в соответствии с п. 10.12 СП 20.13330.2011 значение коэффициента надежности по снеговой нагрузке γ f

в ячейке D8: 1,4

8. И, наконец считываем расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S в кг/м2, рассчитанное

в ячейке D9: =D7*D8 =180

S = γ f * S 0

Таким образом, для «простых» зданий третьего снегового района при μ =1 расчетная снеговая нагрузка равна 180 кг/м2. Этому соответствует высота снежного покрова 0,90…0,45 м при плотности снега 200…400 кг/м3 соответственно. Выводы делать каждому из нас!

Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора скачать файл ПОСЛЕ ПОДПИСКИ на анонсы статей.

ОСТАЛЬНЫМ можно скачать просто так... - никаких паролей нет!

Жду ваши комментарии, уважаемые читатели!!! Профессионалов – строителей прошу «бить не сильно». Статья написана не для специалистов, а для широкой аудитории.

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.

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.

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.