Как выполнить расчет снеговой нагрузки на кровлю?

Снеговая нагрузка.

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 СНиП «Нагрузки и воздействия», а конкретно, по картам, вложенным в «Изменения к СНиП » . Необходимо обратить ваше внимание на то, что изменения к СНиПу вступили в силу с 2008 г. и в них переизданы ряд карт, в том числе и карта районирования снегового покрова. «Изменения», это практически новый СНиП, заменяющий СНиП 1985 года. В новой редакции СНиП границы районирования не совпадают со старой картой, а расчет нагрузки от веса снегового покрова гармонизирован со структурой Европейских норм.

На рис. 3 показаны нагрузки от веса снегового покрова для расчета по второй группе предельных состояний (с коэффициентом 0,7). Полная снеговая нагрузка (без коэффициента 0,7) по карте районирования, приведена в таблице 1.

Что такое ветровая нагрузка

Переток воздушных масс вдоль поверхности земли происходит с разной скоростью. Натыкаясь на какое-либо препятствие, кинетическая энергия ветра преобразуется в давление, создавая ветровую нагрузку. Это усилие может ощутить любой человек, двигающийся навстречу потоку. Создаваемая нагрузка зависит от нескольких факторов:

• скорость ветрового потока;
• плотность воздушной струи,— при повышенной влажности, удельный вес воздуха становится больше, соответственно, возрастает величина переносимой энергии;
• форма стационарного объекта.

В последнем случае на отдельные части строительного сооружения действуют силы, направленные в разные стороны, например:

1. На вертикальную стену действует так называемое лобовое усилие, стремящееся сдвинуть объект с места. Противостоять этому усилию помогают несколько конструктивных решений:
2. На крышу, кроме горизонтальных усилий (вдавливающих), действуют и вертикальные силы, образующиеся от разделения воздушного потока при ударе о стену. Вектор воздушного потока стремится поднять крышу, оторвать её от стен.
3. Совокупность всех этих вихревых потоков создают ветровую нагрузку не только на крупные элементы здания, но распространяет свои влияния на все элементы строительного сооружения, — двери, окна, кровлю, водостоки, антенну, дымоход.

Мощность создаваемых усилий обычно пропорциональна квадрату расчётной величины скорости ветра.

Классификация нагрузок

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.

по двум предельным состояниям:

• Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.
• Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Ms = Q × Ks × Kc

• Ms – снеговая нагрузка;
• Q – масса снегового покрова, покрывающая 1м 2 плоской горизонтальной поверхности крыши.

Таблица определения снеговой нагрузки местности

Карта зон снегового покрова территории РФВетровая нагрузка

Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле: W=Wo*k , где Wo-нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ, k-коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл. 6 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы 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;
• С — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

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

Таблица 6

Пример 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.

Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.

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.

Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.

Определение нормативной нагрузки от снега:

S0 = 0,7сtсвμSg = 0,7·1·1·1·240 = 168 кг/м2.

где: сt = 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 [1].

св = 1; коэффициент сноса снега принимается по [1].

μ = 1, так как кровля односкатная с уклоном менее 30º; принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г [1],

Sg = 240 кг/м2; принимается в соответствии с и таблицей 10.1 [1], так как Нижний Новгород относится к IV снеговому району.

Определение нормативной нагрузки от ветра:

W = Wm + Wp = 13,6 кг/м2.

где: Wp = 0, так как здание небольшой высоты.

Wm = W0k(zв)с = 23·0,59·1 = 13,6 кг/м2.

где: W0 = 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 [1]

k(zв) = k10(zв/10)2α = 0,59, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d → zв=h=8 м и тип местности строительства В;  коэффициенты принимаются в соответствии с таблицей 11,3, также коэффициент k(zв) можно определить методом интерполяции по таблице 11.2 [1].

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 [1].

Снеговые нагрузки: что нужно знать

Данный вопрос особенно актуален для тех российских регионов, для которых обильные снегопады не являются редкими. Чтобы определить максимально возможный предел прочности кровли, необходимо производить расчеты с полным весом снежного покрова. Если вы хотите вычислить параметры, при которых высок риск частичного разрушения кровли, необходимо работать с коэффициентом 0,7 — именно на него нужно будет умножать вес снежного покрова, и с этими цифрами уже работать далее.

При проведении расчетов снеговой нагрузки на кровлю учитывайте, что снег обычно постепенно сказывается вниз, что приводит к увеличению давления на свесы карнизов, поэтому при монтаже кровли важно придерживаться рекомендаций производителей по оптимальным и допустимым выпускам кровельных материалов.

Еще один момент: очень важно при расчетах учитывать угол уклона крыши, а также направление ветров, которые преобладают в вашем регионе: с подветренной стороны снега обычно больше, с противоположной — соответственно, меньше.

На что влияет этот показатель?

Обывателю кажется, что снег весит совсем мало и не оказывает сильного давления на поверхность крыши. Однако, накапливающая без регулярной расчистки снежная шапка может увеличивать нагрузку на каркас на 100-300 кг/м2. Конечно, часть снега покидает кровлю естественным путем, сдувается снегом, но остальные 95% массы остаются на скате, из-за чего возникают следующие процессы:

1. В зимы, когда оттепели чередуются с резкими заморозками, снег на поверхности крыши частично трансформируется в лед, частично намокает, в результате чего вес снежной шапки увеличивается в 2-3 раза, а очистить ее, не портя кровельное покрытие, становится невозможно.
2. Если вы выбрали сложную кровлю, которая имеет несколько сопряженных скатов, учитывайте, что снег активнее накапливается в местах примыкания, ендовах и других архитектурных элементах, из-за чего снеговая нагрузка распределяется неравномерно.
3. Снег, стихийно соскальзывающий от конька крыши к кровельному свесу представляет серьезную опасность для здоровья людей, поэтому кровлю оборудую снегозадержателями. В свою очередь задержка снега на свесах увеличивает нагрузку на концы стропильных ног.
4. Неорганизованный сход снега приводит к срыванию элементов водосточной системы.

Вес кровли

Обратите внимание! Расчет веса снега, который предстоит выдерживать крыше во время снегопадов помогает создать долговечную, прочную конструкцию, вырерживающую не одну зиму без угрозы обрушения.

Плоские крыши

Кровля с плоской поверхностью редко используется при накрытии домов, предназначенных для проживания людей, но довольно часто они употребляются в случае сооружения хозяйственных построек и промышленных зданий. В этом случае вся нагрузка от снега ложится на несущую конструкцию. С целью предотвращения скопления снега такие кровли оснащаются системами подогрева и улучшенной системы водостока. Несущая конструкция такой крыши имеет сплошную обрешетку для обеспечения необходимой жесткости.

Снеговую нагрузку на сооружения с таким типом крыш сложно предусмотреть, поэтому при их устройстве необходимо любые влияния рассчитывать по максимуму и брать страховой запас. Расчет снежных нагрузок помогает спроектировать оптимальный вариант кровли и ее покрытия, надежность стропильной системы. Это непосредственно влияет на срок службы построенного дома и безопасность нахождения людей под его стенами в зимний период.

Правильно выбранная и рассчитанная конструкция избавит от проведения трудоемких и рискованных работ по очистке снега. Прибегнув к комплексному устройству кровли и применив систему кабельного обогрева, можно добиться бесперебойной работы водостока независимо от погодного сезона.

Расчет нагрузки снега на кровлю

Еще на этапе проектирования кровли для исключения повреждений ее конструкции при обильных осадках, проводят расчетные мероприятия. Средний вес снега составляет 100 кг на куб. метр, а влажные осадки весят еще больше, что составляет 300 кг на 1 куб. метр. Зная эти примерные величины, можно достаточно просто произвести расчет допустимой снеговой нагрузки.

Но для этого также понадобится знание толщины выпадающего слоя снега. Измерить этот показатель можно на ровном участке, а полученное число умножить на коэффициент, который предполагает запас и равняется 1,5. Для того чтобы учесть региональный показатель, можно использовать специальную карту. Она стала основой для получения правил СНиП и других нормативов. В целом показатель определяется по следующей формуле:

S=S расч. * μ

В соответствии с данной формулой, ее составляющие расшифровываются так:

• S расч — значение веса на квадратный метр горизонтальной площадки.
• μ — коэффициент наклона кровли.

Обычно, как говорилось ранее, расчеты производятся по карте снеговых нагрузок, которая представлена ниже:

В соответствии со СНиП существуют такие показатели коэффициента наклона кровли:

• Если уклон кровли составляет менее 25 градусов, то коэффициент равен 1.
• Если уклон кровли находится в пределах от 25 до 60 градусов, то коэффициент будет равен 0,7.
• При уклоне более 60 градусов, коэффициент можно и вовсе не учитывать.

При этом учитывается и та сторона, с которой дует ветер. Это нужно, так как с наветренной стороны снега будет в любом случае меньше, чем с подветренной.

Для того чтобы лучше понять, каким образом производится расчет снеговой нагрузки, представим наглядный пример для Московской области. Рассчитываемая кровля имеет уклон, равный 30 градусам. Итак, согласно требованиям СНиП, производим расчет:

1. В карте находим, месторасположение Московской области и выявляем, что она относится к третьему климатическому району. Здесь значение нагрузки на крышу равно 180 кг на 1 кв. метр.
2. Согласно формуле, подсчитываем общий показатель веса снега. Для этого 180 умножаем на коэффициент, равный 0,7. Получаем число 126 кг на кв. метр.
3. Уже по этому показателю создается стропильная система, которая рассчитывается по максимальным числам.

Помимо такого варианта, существует полный расчет, который также представлен в СНиП и имеет там соответствующую таблицу. Расчет ведется по следующей формуле:

Q1 = m*Q

Здесь в качестве показателя коэффициента выступает m , который рассчитан по методу интерполяции. При уклоне крыши в 30 градусов он равен 1, а при 60 градусах — 0.

Может быть произведен расчет нормативного показателя. Для этого нужно пользоваться атласом, в котором зафиксированы изменения СНиПа или же высчитывать показатель по формуле: Q2 = 0,7* Q* m. Если расчет производится для той конструкции, которая монтируется на территориях с постоянными ветрами, сносящими снег с крыши, то необходимо в формулу добавлять коэффициент C. Он равен 0,85. Но для добавления этого показателя есть целый ряд условий. Это скорость ветра не ниже 4 м/с, среднемесячная температура в зимние месяцы не выше -5 градусов, а уклон должен находится в пределах от 12 до 20 градусов.

Важно! Если непонятно, как рассчитать нагрузку самостоятельно, то лучше обратиться к специалистам.

Как рассчитать снеговую нагрузку на крышу |

Написано: 14 июля 2020 г.

redcarpett / iStock / Getty Images

В большинстве стран Великобритании не часто бывают сильные снегопады, но инженеры все равно должны учитывать эти расчеты при проектировании зданий . Определить, выдерживают ли кровельные материалы вес — кг / м2 или килограмм на квадратный метр (фунты на квадратный фут или фунты на квадратный фут) — снегопада.

Это давление увеличивается или уменьшается в зависимости от наклона можете рассчитывать снеговую нагрузку в реальном времени для быстрого принятия решений или использовать официальные данные для проектирования нового здания.

Расчет общей снеговой нагрузки

• Вставьте линейку в снег горизонтально в месте, которое соответствует общей высоте снега, и запишите глубину в сантиметрах или дюймах.
• Соберите 0,028 кубического метра (1 кубический фут) снега на земле, выбрав образец, представляющий весь снежный покров, и взвесьте его.

Вставьте линейку в снег горизонтально в месте, которое соответствует общей высоте снега, и запишите глубину в сантиметрах или дюймах.

Преобразуйте измеренную глубину в число, выраженное в метрах или футах. Например, если использовать толщину снега 38 см (15 дюймов): 38 см, разделенные на 1000, дают 0,38 м (15, разделенные на 12 дюймов, дают 1,25 фута).

Соберите 0,028 кубических метра (1 кубический фут) снега на земле, выбрав образец, представляющий весь снежный покров, и взвесьте его. Это количество снега может весить до 91 кг (20 фунтов) в зависимости от того, насколько он пушистый или плотный.

Умножьте высоту снежного покрова на , 4 кг на кубический метр x 0,38 м = 1,52, поэтому сила давления, которое снег оказывает на землю, составляет 1,52 кг на квадратный метр (11,25 фунта на квадратный фут).

Оцените общий вес снега в вашем саду, умножив площадь в квадратных метрах на снеговую нагрузку. Например, если использовать сад размером 25 на 20 метров: 500 умножить на 1,25, получится 625 кг (1378 фунтов) снега. Используйте тот же расчет, чтобы найти общий вес снега на плоской крыше.

Расчет снеговой нагрузки на крышу

• Получите зарегистрированную снеговую нагрузку — максимальную нагрузку, которая может накапливаться на земле — для вашего района.
• Измерьте расстояние по горизонтали от карниза до конька — точки, где крыша самая высокая — и запишите результат, помеченный как «пробег».

Получите зарегистрированную снеговую нагрузку — максимальную нагрузку, которая может накопиться на земле — для вашего региона.

Измерьте расстояние по горизонтали от карниза до конька — точки, где крыша самая высокая — и запишите результат, помеченный как «пробег». Например, рассмотрим крышу длиной 12,2 метра (40 футов).

Найдите подъем. Это разница между высотой самой высокой точки крыши (конька) и высотой внизу карниза — самой низкой точки на крыше. Обозначьте это число как «рост». Например, рассмотрим крышу высотой 3 метра (10 футов).

Преобразуйте информацию о превышении пробега в коэффициент 12. Превышение пробега в нашем примере составляет 3 на 12,2. Выражая это в форме соотношения, наш образец крыши имеет уклон 3:12.

Перейдите к калькулятору снеговой нагрузки и введите требуемую включает в себя снеговую нагрузку на грунт для вашей местности, местности, экспозиции, типа крыши, уклона и пробега. Это даст вам снеговую нагрузку в килограммах на квадратный метр (фунт на квадратный фут) для вашей крыши с уклоном 3:12.

Как снег влияет на кровлю ↑

Понятно, что выпавший на поверхность кровли снег имеет массу, что создает давление на всю систему. Однако создаваемая нагрузка неравномерна и постоянно изменяется.

• В течение холодного времени года снежный покров возрастает. Но главная опасность в чередовании оттепелей и заморозков, в результате которых возрастает масса даже одного слоя.

• Снежный покров не является статичным, он находится в постоянном движении: сползает со скатов, сдувается ветром. Следствием этого на различных участках крыши давление распределяется неравномерно. В особенности этот фактор проявляется на кровлях с нестандартными конфигурациями (так называемые ломаные типы).
• Так как снег сползает по скату, его большая масса скопляется на свесах, что также не влияет благотворно на кровельную конструкцию.
• Снеговой покров создает воздействия не только на сам кровельный настил и стропильную систему, но и на водостоки, результатом чего часто является обрушение последних.

Чтобы устранить или снизить неблагоприятное влияние снеговой нагрузки на крыши, разработана целая концепция решения проблемы. Она включает в себя очистку поверхности на уже имеющихся накрытиях, изменение конструкций, или расчет, и закладку определенных свойств еще на этапе проекта возводящегося дома.