Расчет кровли по нагрузке. Правильный расчет стропильной системы крыши. Ознакомление с алгоритмом вычисления

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.

1.
2.
3.
4.

На конструкцию крыши действуют различные силы. Расчет нагрузки на кровлю включает в себя такие воздействия как: вес кровельного материала, стропил и обрешетки, утеплителя, подкладочного ковра, нагрузка снега и ветра. Рассмотрим по отдельности каждую их этих нагрузок.

Расчет стропил

Если вы строите дом самостоятельно, и у вас нет достаточных знаний в области инженерии и архитектуры, то расчет нагрузки на крышу можно заказать в специализированной организации или у частного проектировщика. Если же постройка не столь требовательна к техническим расчетам, то все можно сделать своими собственными силами.

Воздействие силы ветра

Снеговая нагрузка может разрушить крышу, ну а ветровая кроме этого может сорвать покрытие. Чем большим является угол скатов кровли, тем больше будет нагрузка ветра на конструкцию. Чем меньшим будет угол, тем сильнее будет подъемная сила, стремящаяся сорвать крышу. Именно поэтому так важен расчет площади двухскатной крыши. Для начала определяют длину стропильной ноги. Здесь пригодится знания школьного курса геометрии, так как стропило составляет с прилегающими стенами прямоугольный треугольник, поэтому рассчитав длину гипотенузы можно определить необходимый показатель.

Немного сложнее посчитать сечение стропила и расстояние между ними. Для этого проведем расчет ветровой нагрузки на кровлю по формуле: Wр= W*k*C. W - ветровое давление, которое берется из таблиц СНиП. k - коэффициент, зависящий от высоты здания, он также указывается в упомянутом выше нормативном документе. С - аэродинамический коэффициент, используемый для расчета подъемной силы с подветренной и наветренной стороны.

Коэффициент С может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Первый случай возникает, если ветер давит на поверхность скатов, это справедливо для больших углов. Второй случай возникает на пологих крышах, когда ветер «стекает» по скатам. Для противодействия этим силам, в зависимости от шага стропил, в стены дома устанавливают так называемые «ерши». Это металлические штыри, к которым проволокой привязываются стропильные ноги. В ветреных регионах привязывается каждое стропило, при нормальных условиях это делают через одну балку, предварительно выполнив по имеющимся данным.

Расчет балки перекрытия, смотрите на видео:

Нагрузка веса кровли

Серьезное влияние на характеристики стропильной системы оказывает вес самого кровельного материала. При этом различные материалы могут значительно отличаться по своему весу. Чем больше весит кровля, тем больше должен быть угол наклона скатов. Также необходимо знать, как посчитать квадратные метры крыши, так как чем ее площадь больше, тем сильнее она будет зависеть от влияния внешних нагрузок.

Силу давления крыши на стропила можно посчитать, зная характеристика материала. Они зачастую указываются в технических данных или инструкции от производителя. В зависимости от типа кровельного материала выбирается определенный вариант обрешетки. Так, для ее создания используется OSB плита, фанера или обрезная доска. Усредненный вес этих материалов можно узнать из нормативных таблиц или технических данных от производителя. Например, под кровлю из шифера используют бруски сечением 4*6 или 6*6 см, в то время как под битумные гонты - плиты OSB или фанеру.

Расчет квадратуры крыши зависит от ее типа. очень просто для односкатных кровель. В более сложных конструкциях следует разбить крышу на элементарные фигуры - прямоугольники и треугольники, площадь которых легко определяется (подробнее: " "). Также важно учесть свесы кровли на карнизах. Расстояние между стропилами определяется исходя из толщины кровельного материала.

Не меньшее значение имеет и теплотехнический расчет кровли, на основании которого подбирается утеплитель и его толщина. Эти два показателя в значительной степени влияют на общий вес конструкции крыши. Кроме того сюда входит и вес паро- и гидроизоляции, а также внутренней обшивки мансардного помещения. Толщина утеплителя рассчитывается по формуле: Т=R*L. Где R - тепловое сопротивление конструкции, которая будет утепляться, L - коэффициент теплопроводности выбранного утеплителя (выбирается по нормативам СНиП II-3-79).

Предположим, что крыша утепляется стекловатой URSA М-20, дом расположен в центральном регионе. Тогда толщина утеплителя будет составлять: Т=4,7*0,038 = 0,18 м = 18 см. В этом случае 4,7 - тепловое сопротивление, взятое из нормативов СНиП, а 0,038 - коэффициент теплопроводности, который был указан производителем материала. Зная плотность утеплителя (указывается в тех. данных) равную 18-21 кг/м.кв, можно посчитать вес материала.

Аналогичным образом рассчитывается вес гидро- и пароизоляции, а также отделочного материала. Немаловажен также и расчет обогрева кровли, так как он влияет на толщину утеплителя. Также система обогрева, которая будет установлена на чердаке, добавится в вес конструкции крыши.

Для того, чтобы учесть вес самой стропильной конструкции, следует нарисовать ее план. В расчет принимаются средние значения для наслонных стропил и прогонов - 5-10 кг/м.кв, для висячих стропил - 10-15 кг/м.кв. Для получения некоторого запаса прочности конструкции, полученные нагрузки умножаются на коэффициент 1,1.

В целях более точного определения весовых нагрузок на крышу необходимо провести теплотехнический расчет кровли пример которого можно найти на страницах нашего портала.

При строительстве крыши одним из важных технических решений является расчет максимальной снеговой нагрузки, определяющий конструкцию стропильной системы, толщину элементов несущей конструкции. Для России нормативное значение снеговой нагрузки находится по специальной формуле с учетом района местонахождения дома и норм СНиП. Для снижения вероятности последствий от чрезмерного веса снежной массы, при проектировании кровли обязательно выполняют расчет значения нагрузки. Особое внимание уделяется необходимости установки снегозадержателей, препятствующих схождению снега со свеса крыши.

Кроме оказания чрезмерной нагрузки на крышу, снежная масса, иногда, является причиной протечек в кровле. Так, при образовании полосы наледи, свободный сток воды становится невозможным и талый снег вероятней всего попадет в подкровельное пространство. Самые большие снегопады приходятся на долю горных районов, где снежный покров достигает нескольких метров в высоту. Но, наиболее негативные последствия от нагрузки происходят при периодическом оттаивании, наледи и промерзании. При этом возможны деформации кровельных материалов, неправильная работа водосточной системы и лавинообразный поток снега с крыши дома.

Факторы влияния снеговой нагрузки

При расчете нагрузки от снежных масс на скатную кровлю следует учитывать тот факт, что до 5% массы снега испаряется в течение суток. В это время он может сползать, сдуваться ветром, покрываться настом. Вследствие этих трансформаций возникают следующие негативные последствия :

Способы очистки крыши от снега

Целесообразным выходом из ситуации является ручная очистка. Но, исходя из безопасности для человека, выполнять подобные работы крайне опасно. По этой причине расчет нагрузки оказывает значительное влияние на конструкцию кровли, стропильной системы и других элементов крыши. Давно известно, что чем круче скаты, тем меньше снега задержится на крыше. В регионах с большим количеством осадков в зимний период года угол наклона кровли составляет от 45° до 60°. При этом расчет показывает, что большое количество примыканий и сложных соединений обеспечивает неравномерную нагрузку.

Для предотвращения образования сосулек и наледи применяют системы кабельного обогрева. Нагревательный элемент устанавливают по периметру крыши прямо перед водосточным желобом. Для управления системой подогрева используют автоматическую систему управления или вручную контролируют весь процесс.

Расчет массы снега и нагрузки по СНиП

При снегопаде нагрузка может деформировать элементы несущей конструкции дома, стропильную систему, кровельные материалы. С целью предотвращения этого на стадии проектирования выполняют расчет конструкции в зависимости от воздействия нагрузки. В среднем снег весит порядка 100кг/м 3 , а в мокром состоянии его масса достигает 300 кг/м 3 . Зная эти величины, достаточно просто можно рассчитать нагрузку на всю площадь, руководствуясь всего лишь толщиной снегового слоя.

Толщина покрова должна измеряться на открытом участке, после чего это значение умножают на коэффициент запаса - 1,5. Для учета региональных особенностей местности в России используют специальную карту снеговой нагрузки. На её основе построены требования СНиП и других правил. Полная снеговая нагрузка на крышу рассчитывается при помощи формулы :

S=S расч. ×μ;

S расч. – расчетное значение веса снега на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли;

μ – расчетный коэффициент, учитывающий наклон кровли.

На территории России расчетное значение веса снега на 1м 2 в соответствии со СНиП принимается по специальной карте, которая представлена ниже.

СНиП оговаривает следующие значения коэффициента μ:

• при уклоне крыши менее, чем 25° его значение равняется единице;
• при величине уклона от 25° до 60° он имеет значение 0,7;
• если уклон составляет более 60° , расчетный коэффициент не учитывается при расчете нагрузки.

Друзья, У-ра, свершилось и мы рады представить вам онлайн калькулятор для расчета снеговой и ветровой нагрузки, теперь вам не нужно ничего прикидывать на листочке или в уме, все просто указал свои параметры и получил сразу нагрзку. Кроме этого калькулятор умеет считать глубину промерзания грунта, если вам известен его тип. Вот ссылка на калькулятор -> Онлайн Калькулятор снеговой и ветровой нагрузки . Кроме этого у нас появилось много других строительных калькуляторов посмотреть список всех вы можете на этой странице:

Наглядный пример расчета

Возьмем кровлю дома, который находится в Московской области и имеет уклон 30°. В этом случае СНиП оговаривает следующий порядок производства расчета нагрузки :

1. По карте районов России определяем, что Московский регион находится в 3-м климатическом районе, где нормативное значение снеговой нагрузки составляет 180 кг/м 2 .
2. По формуле из СНиП определяем полную нагрузку:180×0,7=126 кг/м 2 .
3. Зная нагрузку от снежной массы, делаем расчет стропильной системы, которая подбирается исходя из максимальных нагрузок.

Установка снегозадержателей

Если расчет выполнен правильно, тогда снег с поверхности крыши можно не убирать. А для борьбы с его сползанием с карниза используют снегозадержатели. Они очень удобны в эксплуатации и освобождают от необходимости удаления снега с кровли дома. В стандартном варианте применяют трубчатые конструкции, которые способны работать, если нормативная снеговая нагрузка не превышает 180 кг/м 2 . При более плотном весе используют установку снегозадержателей в несколько рядов. СНиП оговаривает случаи использования снегозадержателей:

• при уклоне 5% и более с наружным водостоком;
• снегозадержатели устанавливают на расстоянии 0,6-1,0 метра от края кровли;
• при эксплуатации трубчатых снегозадержателей под ними должна предусматриваться сплошная обрешетка крыши.

Также СНиП описывает основные конструкции и геометрические размеры снегозадержателей, места их установки и принцип действия.

Плоские кровли

На плоской горизонтальной поверхности скапливается максимально возможное количество снега. Расчет нагрузок в этом случае должен обеспечивать необходимый запас прочности несущей конструкции. Плоские горизонтальные крыши практически не строят в районах России с большим количеством атмосферных осадков. Снег может скапливаться на их поверхности и создавать чрезмерно большую нагрузку, которая не учитывалась при расчете. При организации водосточной системы с горизонтальной поверхности прибегают к установке подогрева, который обеспечивает стекание воды с крыши.

Уклон в сторону водосточной воронки должен быть не менее 2°, что даст возможность собирать воду со всей кровли.

При строительстве навеса для беседки, стоянки автомобиля, дачного домика особое внимание уделяют расчету нагрузки. Навес в большинстве случаев имеет бюджетную конструкцию, которая не предусматривает влияния больших нагрузок. С целью увеличения надежности эксплуатации навеса используют сплошную обрешетку, усиленные стропила и другие конструктивные элементы. Используя результаты расчета можно получить заведомо известное значение нагрузки и использовать для строительства навеса материалы необходимой жесткости.

Расчет основных нагрузок дает возможность оптимально подойти к вопросу выбора конструкции стропильной системы. Это обеспечит длительную службу кровельного покрытия, повысит его надежность и безопасность эксплуатации. Установка возле карниза снегозадержателей позволяет обезопасить людей от сползания опасных для человека снежных масс. В дополнение к этому отпадает необходимость ручной очистки. Комплексный подход в проектировании кровли также включает вариант монтажа системы кабельного обогрева, которая будет обеспечивать стабильную работу водосточной системы при любой погоде.

При расчете фундамента

Прежде всего, снеговую нагрузку учитывают при расчете максимального веса всего дома. А масса дома, в свою очередь, необходима для того чтобы правильно рассчитать фундамент под дом.

Естественно, что снеговая нагрузка не на прямую воздействует на фундамент, а передается через стены дома, но не учитывать ее, при расчете фундамента, особенно на слабых грунтах – нельзя.

При расчете самой кровли

На кровлю снеговая нагрузка воздействует самым непосредственным образом, причем, если на фундамент она распределяется более или менее ровно, то угадать, где на крыше будет снега больше, а где меньше – сложно, так как это зависит от направления ветра, уклона скатов и многих других факторов.

Поэтому при расчете кровли, снеговая нагрузка должна учитываться как основное воздействие.

Как правильно рассчитать снеговую нагрузку на кровлю

Для полноценного расчета нам необходимо будет рассчитать площадь крыши частного дома. Как это делается – я рассказывал подробно в предыдущих статьях, поэтому останавливаться на этом не будем.

Итак, формула для расчета снеговой нагрузки Q на кровлю выглядит следующим образом:

Q = G * s , где

G – вес снежного покрытия на плоской кровле, который берется из таблицы (кг/м2)
s – поправочный коэффициент, зависящий от уклона кровли

Поправочный коэффициент s, как уже говорилось, зависит от уклона кровли:

• уклон менее 25 градусов – s принимается равным 1
• уклон 25 – 60 градусов – s будет равным 0,7
• уклон более 60 градусов – снеговая нагрузка вообще не учитывается, так как снег на такой кровле задерживаться практически не будет

А что же делать с G?

Вес снежного покрытия на плоской кровле можно найти с помощью таблицы и карты зоны снежного покрова на территории России:

Как видно из таблицы, масса снега на кровле, особенно в заснеженных районах России, может превышать вес самой кровли, поэтому не учитывать снежную нагрузку в зимний период нельзя не учитывать.

Реальный пример расчета снеговой нагрузки на кровлю

Давайте рассчитаем снеговую нагрузку на примере моего дома. Определим максимальный вес снега на 1 метр квадратный, а так же подсчитаем полную массу снега на кровле зимой, для расчета нагрузки на фундамент.

Итак, мой дом находится в районе РФ №3, поэтому Q возьмем равной 180 кг/м 2 .

Уклон кровли дома равен около 40 градусов, поэтому необходимо 180*0,7 = 126 кг/м 2 .

Таким образом максимально возможная снеговая нагрузка на кровлю моего дома равна 126 кг/м 2 .

Для расчета фундамента нам понадобится вся масса снега на кровле, а для этого необходимо сначала рассчитать площадь крыши дома. В моем случае, площадь кровли равна примерно 150 квадратных метров.

M = 126 * 150 = 18 900 кг

Таким образом, снег добавляет к общей массе дома еще 19 тонн. И как такую массу не учитывать?

ВНИМАНИЕ! При расчетах в строительстве всегда необходимо брать запас по прочности, поэтому полученные величины желательно еще умножать на 1,2.

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)