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» [1].
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 здесь.
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 [1]:
S0 = 0,7свсtμSg,
где: св — 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 св=0,85.
Читайте также:
сt — термический коэффициент, учитывающий возможность таяния снега от избыточного тепла, которое выделяется через не утепленную кровлю. Принимается он в соответствии с пунктом 10.10 [1]. 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 [1] 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.
Sg — вес снега на 1 м2 горизонтальной поверхности; принимается в зависимости от снегового района РФ (приложение Ж и данным таблицы 10.1 [1]). Например, город Нижний Новгород находится в IV снеговом районе, а, следовательно, Sg = 240 кг/м2.
3. Определение ветровой нагрузки.
Расчет нормативного значения ветровой нагрузки производится в соответствии с разделом 11.1 [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 [1]).
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 S0 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 [1].
Так, в соответствии с данным пунктом коэффициент надежности для временно распределенных нагрузок принимается:
-
Читайте также:
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.
Нагрузка от веса кровли
Уклон скатов крыш в различных нормативных документах выражается по разному: в виде безразмерных величин (отношения высоты к половине пролета), в процентах и градусах (рис. 13). Самое понятное определение уклона в виде безразмерных единиц. Когда крыша строится, то конечно же, никто не измеряет наклон скатов в градусах транспортиром. Если при строительстве отсутствует проектная документация, задающая высоту устройства конька, поступают проще: измеряют пролет здания, находят центр и от него вверх с помощью ровной деревянной рейки выносят высоту равную, например, половине пролета (уклон 1 : 1) или трети половины пролета (уклон 1 : 3), или любую другую. Процентное определение уклона, на взгляд многих строителей, только запутывает работу.
-
Читайте также:
рис. 13. Взаимосвязь между безразмерной величиной уклона скатов крыши, углом в градусах и процентах
На уклон скатов крыши влияет и вид кровельного материала, так как при строительстве необходимо учитывать размер кровельного материала, способ его крепления, технологичность укладки и предусмотреть дальнейшую его ремонтопригодность и доступность обслуживания. Для скатных крыш применяют различные кровельные материалы: стальные оцинкованные листы, плоские и волнистые асбестоцементные и битумные листы, керамическую, цементную и металлическую черепицу, рубероид и другие. Выбор кровельного материала определяет величину угла наклона крыши. Чем плотнее материал кровли и герметичнее его стыки, тем меньше может быть уклон крыши, и наоборот, чем мельче размеры штучного кровельного материала, например, черепицы, тем круче должна быть крыша. Это объясняется не только большим количеством соединений малоразмерных деталей, а значит, возможным протеканием, но и большим весом кровли. Чем тяжелее кровельный материал, тем больший угол наклона нужно придать скатам. Рекомендуемые уклоны скатных крыш приведены в таблице 5.
Необходимо отметить, что в таблице приведены рекомендованные практикой и нормативными документами уклоны скатов кровель из различных материалов и их усредненный вес на квадратный метр. Однако рынок строительных материалов намного богаче, фирмы-изготовители кровельных материалов постоянно совершенствуют свою продукцию: снижают вес и модернизируют технические характеристики изделий. При выборе конкретного материала на кровлю лучше использовать техническую документацию фирмы-изготовителя.
В вес кровли входит вес обрешетки. Обрешеткой называют несущий элемент кровли, к которому собственно крепится сама кровля. Различают два вида обрешеток: сплошная и разреженная (рис. 14). Чтобы определить требуемый вид обрешетки и шаг установки решетин, нужно заранее определиться с видом кровельного покрытия.
рис. 14. Обрешетки скатных крыш
Разреженная обрешетка делается под жесткие кровельные материалы, то есть под те материалы, которые сами способны нести на себе снеговую и ветровую нагрузку и при этом не прогибаться и, тем более, не разрушаться. Разреженную обрешетку выполняют из деревянных жердей или пиленых брусков. В настоящее время в продаже появились П-образные оцинкованные металлические решетины. Шаг установки решетин и размер их сечения зависят от вида кровельного материала.
Под кровли из крупноразмерных штучных элементов: асбестоцементные листы среднего и унифицированного профиля длиной до 1,3 м и цементноволокнистые листы шаг раскладки обрешетки выбирают таким, чтобы под каждым листом оказалось три решетины. Обычно шаг решетин составляет 60 см под асбестоцементные и цементноволокнистые листы любой унифицированной длины. Сечение решетин обычно принимается 60×60 мм, можно и меньше, например, 40×60 мм, но тогда их нужно устанавливать чаще. Под волнистые целлюлозобитумные листы типа ондулин шаг обрешетки выбирается от имеющегося уклона скатов крыши. Он выбирается размером 45 см для уклонов от 1 : 6 до 1 : 4 и 60 см — для уклонов более 1 : 4. Для крыш с уклоном скатов менее 1 : 6 под ондулин делается сплошная обрешетка.
Под кровли из малоразмерных штучных элементов, например, из черепицы, шаг обрешетки принимается таким, чтобы каждая отдельная черепица легла на две решетины. Он может составлять от 16 до 40 см. Самый распространенный шаг примерно 33 см. При расчете веса кровельного покрытия лучше заранее определиться с выбором типа черепицы и уточнить шаг обрешетки. Обрешетку под черепицу при однослойном покрытии стелют из обрезных брусков сечением 50×50 или 50×60 мм, при двухслойном или тяжелой штампованной черепицей — сечением 60×60 мм.
При устройстве кровель из стального профилированного настила и его разновидности металлочерепицы, шаг решетин выбирается исходя из несущей способности материала. Обычно он составляет 35–40 см и равен поперечному шагу профиля металлочерепицы. Для обрешетки используются доски шириной примерно 100 мм.
Под мягкие кровельные материалы делается сплошная обрешетка. Применяемый для определения типа обрешетки термин — «сплошная» совсем не означает, что доски решетин прибиваются впритирку друг к другу. Обычно таким образом крепятся только две верхних и две нижних решетины, остальные образуют между собой зазор от 2 до 5 см. Решетины могут быть изготовлены из окромленого (ровного обрезанного с двух сторон по длине) или не кромленого теса толщиной 2–2,5 см. При применении не кромленых досок их располагают по скату кровли по типу комель к вершине, обзол с не кромленого теса должен быть обязательно снят.
Обрешетку под стальную кровлю выполняют сплошной или разреженной. Разреженную обрешетку делают из брусков сечением 50×50 мм, досок — 50×120 (140) мм, сплошную — из досок толщиной 30–40 мм. Бруски располагают через 200–250 мм друг от друга. Через каждые 1,4 м прибивают доски такой же толщины, как бруски, шириной до 140 мм (более широкие доски могут коробиться), которые необходимы для стыковки на них лежачих фальцев картин. Верх крыши — конек сбивают из досок шириной 200 мм.
В последнее время при использовании новейших кровельных покрытий стали часто использоваться контробрешетки. Контробрешеткой называют вторую, чаще всего сплошную обрешетку, выполненную под углом к первой. Угол наклона контробрешетки делают примерно равным 45°. Наклон решетин не только увеличивает пространственную жесткость крыши, но и позволяет сделать практически любую кровлю, за исключением, пожалуй, только черепичной, но при желании можно сделать и ее.
Количество обрешетки для односкатной крыши
Можно обратиться к СНиП, в которых имеется подробная и точная информация о правилах установки всех элементов кровли.
Для мягких кровельных материалов часто используется сплошная обрешетка, когда расстояние между планками составляет 2-2,5 см. В этом случае расчет обрешетки сводится к делению длины кровли на ширину планки плюс 2 см на зазор.
Более жесткие виды материала не требуют сплошной обрешетки и расчет делается исходя из расстояния между планками, применяющегося для данного вида кровли.
Более простым решением будет использование онлайн-калькуляторов, осуществляющих специализированный расчет по указанному кровельному материалу. Полученные данные следует уточнить при помощи пересчета на другом онлайн-калькуляторе.
Как произвести расчет ветровой и снеговой нагрузки на кровлю в зависимости от региона проживания
При этом, реальность гораздо суровее, чем это выглядит на первый взгляд, и воздействие на кровлю не ограничивается определенным износом материала.
Оно передается практически всем несущим элементам постройки — в первую очередь, стенам здания, на которые непосредственно опирается вся крыша, а в конечном счете — фундаменту.
Пренебрегать всеми создающимися нагрузками нельзя, это приведет к скорому (иногда — внезапному) разрушению постройки.
Подбираем тип снегозадержателя по его форме и назначению
Уголковые, или пластинчатые снегобарьеры
Уголковые снегозадержатели – это самый простой и популярный вариант снегозащиты крыши. Это небольшие металлические полосы с двумя упорами, защищенные цветным полимером. Поэтому эти кровельные элементы легко подобрать под общий цвет самого покрытия.
Точечные снегозадержатели из металла
А еще, удобнее всего на крыше из профлиста работать именно с точечными снегозадержателями:
Снегостопоры из поликарбоната
Трубчатые снегозадержатели
И вот еще один вид трубчатых снегозадержателей:
Решетчатые системы снегозадержания
Для кровли из профнастила решетчатые снегозадержатели подходят замечательно, и при этом они еще и служат определенной декорацией внешнего вида крыши.
Типы нагрузок на кровлю
Основными и наиболее опасными воздействиями на кровлю и на всю конструкцию в целом являются:
- Снеговые нагрузки.
- Ветровые нагрузки.
При этом, снеговые действуют в течение определенных зимних месяцев, отсутствуя в теплое время, тогда как ветер создает воздействие круглый год. Ветровые нагрузки, имея сезонные колебания силы и направления, в той или иной степени присутствуют постоянно и опасны периодически случающимися шквальными усилениями.
Кроме того, интенсивность этих нагрузок имеет разный характер:
- Снег создает постоянное статическое давление, которое можно регулировать путем очистки крыши и удаления скоплений. Направление действующих усилий постоянно и никогда не меняется.
- Ветер действует непостоянно, рывками, внезапно усиливаясь или утихая. Направление может изменяться, что заставляет все конструкции крыши иметь солидный запас прочности.
Внезапный сход с крыши больших масс снега может причинить ущерб имуществу или людям, оказавшимся в местах падения. Кроме того, периодически случаются кратковременные, но чрезвычайно разрушительные атмосферные явления — ураганные ветра, сильные снегопады, особенно опасные при наличии мокрого снега, который на порядок тяжелее обычного. Предсказать дату таких событий практически невозможно и в качестве защитных мер можно лишь увеличивать прочность и надежность кровли и стропильной системы.
Сбор нагрузок на кровлю
Лучшие 5 вариантов самодельных конструкций
А самые лучшие идеи и мастер-классы изготовления самодельных снегозадержателей мы вам продемонстрируем.
Вариант #1 — бревно и бугели
Самая незатейливая конструкция, которая замечательно справляется с функциями снегозадержания – это бревно и бугели. Где устанавливаются специальные опоры и кладется бревно, либо имитирующие его железные трубы, как это часто делают сегодня.
Согласитесь, такой вариант – еще и самый экологичный из всех существующих. Если вам понравилась эта идея, в качестве материала отлично подходит березовое бревно, которое отличается прочностью и долговечностью.
А вот полезная для вас информация установки бревен в качестве надежной системы снегозадержания:
Вариант #2 — снегозадержатели-терка
Вот самый простой пример изготовления крепких снегозадержателей из стальных отрезков:
Достаточно надежный и проверенный вариант, и некоторые небольшие современные фирмы периодически выпускают подобную продукцию. А для вас изготовление таких снегозадержателей – работа двух-трех дней и всего один металлический лист 1х1 метра в расход.
Вариант #3 — уголковые снегозадержатели
Кроме того, такие самодельные уголковые снегозадержатели устанавливайте не сплошной линией, а в шахматном порядке. Так будет надежнее.
Вариант #4 — решетчатые снегозадержатели
Те решетчатые снегоуловители, которые вы изготовите своими руками, проживут намного дольше. Хотя бы потому, что вы попросту не будет экономить каждый миллиметр на деталях. Посмотрите, какими прочными выглядят такие поделки:
Что касается технологии монтажа, фиксировать металлические снегозадержатели необходимо при помощи саморезов для металла, чтобы резиновые прокладки предотвращали от повреждения поверхности кровли в местах сверления дыр.
Вариант #5 — трубчатые снегозадержатели
Отметьте для себя, что крепление для таких необычных снегозадержателей не так уж сложно и придумать:
Отлично подходит и такой вариант самодельного крепления:
Вот еще один замечательный вариант для кровли из профнастила:
Разве вы не сможете сделать нечто подобное? Да запросто!
Зависимость нагрузок от угла наклона крыши
Угол наклона крыши определяет площадь и мощность контакта кровли с ветром и снегом. При этом, снеговая масса имеет вертикально направленный вектор силы, а ветровое давление, вне зависимости от направления — горизонтальный.
Поэтому, принимая угол наклона более крутым, можно снизить давление снежных масс, а иногда и полностью исключить возникновение скоплений снега, но, при этом, увеличивается «парусность» крыши, ветровые напряжения возрастают.
Очевидно, что для снижения ветровых нагрузок идеальной была бы плоская кровля, тогда как именно она не позволит скатываться массам снега и поспособствует образованию больших сугробов, при таянии способных промочить всю постройку. Выходом из ситуации является выбор такого угла наклона, при котором максимально удовлетворяются требования как по снеговой, так и по ветровой нагрузкам, а они в разных регионах имеют индивидуальные значения.
Зависимость нагрузки от угла крыши
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.
Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона
Количество осадков — показатель, напрямую зависящий от географии
региона. Более южные районы снега почти не видят, более северные имеют постоянное сезонное количество снеговых масс.
При этом, высокогорные районы, вне зависимости от географической широты, имеют высокие показатели по количеству выпадающего снега, что, в сочетании с частыми и сильными ветрами, создает массу проблем.
Строительные Нормы и Правила (СНиП), соблюдение положений которых является обязательным к выполнению, содержат специальные таблицы, отображающие нормативные показатели количества снега на единицу поверхности в разных регионах.
Эти данные являются основой расчетов снеговых нагрузок, поскольку они вполне достоверны, а также приводятся не в средних, а в предельных значениях, обеспечивающих должный запас прочности при строительстве крыши.
Тем не менее, следует учитывать устройство кровли, ее материал, а также — наличие дополнительных элементов, вызывающих скопления снега, поскольку они могут существенно превышать нормативные показатели.
Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона на схеме ниже.
Регион снеговой нагрузки
Что это такое?
В нашей стране в зимнюю пору опасность представляют не только холода и пронизывающие ветры. Серьезный риск может быть связан со снеговой нагрузкой. Так называют фактор, оказывающий прямое воздействие на срок службы и надежность эксплуатации различных построек. Даже если зима сухая, давление от снега на кровлю и несущие конструкции может быть очень значительно; при увлажнении сила давления существенно нарастает.
Снеговая нагрузка позволяет четко рассчитывать:
- кровлю;
- стропила;
- несущие стены;
- фундамент здания.
Может возникнуть вопрос — что будет, если все же проигнорировать нормативную в СП по регионам или расчетную нагрузку от снежной массы. На первый взгляд, без таких нормативных актов строительство и ремонт зданий проводились веками и даже тысячелетиями. Однако надо учитывать, что именно невозможность точного расчета сильно вредила людям, и глупо отказываться от такого преимущества, которое есть у современных строителей и планировщиков. Рассчитывая несущие конструкции здания, все специалисты исходят из так называемого метода предельных состояний. В разряд этих состояний относят все события, когда кровельные элементы и другие части перестают исполнять свои функции (не могут сопротивляться новым воздействиям либо исчерпывают необходимый запас прочности).
Если он исчерпан, то здание практически немедленно складывается, обрушивается. Но даже если этого не произойдет, то эксплуатировать постройку дальше будет невозможно. Потребуется демонтаж поврежденных или изношенных конструкций. Понадобится строго полная замена всех кровельных материалов, не исключая металлочерепицы и профнастила. Также стоит отметить, что иногда под влиянием воздействующих на крышу сил образуются статические или динамические деформации, которые не разрушают конструкцию, однако, делают ее непригодной для использования.
В норме — и это четко прописывается и в ГОСТ, и в стандартах других стран — снеговая нагрузка рассчитывается по первому состоянию. Это позволяет подойти к проблеме максимально серьезно. Необходимо понимать, что подобная нагрузка на уровне кровли обычно больше, чем у земли. Это связано с доминирующим направлением ветра и уклоном кровли. На отдельных участках снежинки концентрируются в большей степени, чем на иных местах.
Значение снегового воздействия на 1 кв. м. кровельной поверхности составляет по районам (в Паскалях):
- 1 — 500;
- 2 — 1000;
- 3 — 1500;
- 4 — 2000;
- 5 — 2500;
- 6 — 3000;
- 7 — 3500;
- 8 — 4500.
Вот несколько примеров городов из каждого района с определенной нагрузкой по снегу:
- 1-й Астрахань, Благовещенск;
- 2-й Владивосток, Волгоград, Иркутск;
- 3-й Великий Новгород, Брянск, Белгород, Владимир, Воронеж, Екатеринбург;
- 4-й Архангельск, Барнаул, Иваново, Златоуст, Казань, Кемерово
- 5-й Киров, Магадан, Мурманск, Набережные Челны, Новый Уренгой, Пермь;
- 6-й вне густонаселенных мест;
- 7-й Петропавловск-Камчатский;
- 8-й вне густонаселенных мест.
Расчет снеговой нагрузки на плоскую крышу
Расчет несущих конструкций выполняется по методу предельных состояний, то есть таких, когда испытываемые усилия вызывают необратимые деформации или разрушения. Поэтому прочность плоской кровли должна превышать величину снеговой нагрузки для данного региона.
Для элементов крыши существует два типа предельных состояний:
- Конструкция разрушается.
- Конструкция деформируется, выходит из строя без полного разрушения.
Расчеты ведутся по обоим состояниям, имея целью получить надежную конструкцию, гарантированно выдерживающую нагрузку без последствий, но и без излишних затрат строительных материалов и труда. Для плоских крыш значения снеговых нагрузок будут максимальными, т.е. поправочный коэффициент уклона равен 1.
Таким образом, согласно таблицам СНиП, общий вес снега на плоской кровле составит величину норматива, умноженную на площадь кровли. Значения могут достигать десятки тонн, поэтому зданий с плоскими крышами в нашей стране практически не строят, особенно в регионах с высокими нормами осадков в зимнее время.
Нагрузка на плоскую крышу
Какие функции у систем снегозадержания?
Итак, все существующие системы снегозадержания (и вы не придумаете здесь ничего нового, поверьте) делятся на два типа:
Кстати! Будет интересно узнать: Использование рубероида для гидроизоляции фундамента
Скажем даже больше: по возможности самодельные снегозадержатели на крышу делаются декоративными, необычными, что придает изюминку всему экстерьеру дома. Ведь что может быть лучше ручной работы?
Потрясающе, не правда ли?
Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн
Пример расчета снеговой нагрузки поможет наглядно продемонстрировать порядок действий, а также покажет возможную величину давления снега на конструкции дома.
Снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается с помощью следующей формулы:
где S — давление снега на квадратный метр кровли.
Sg — нормативная величина снеговой нагрузки для данного региона.
µ — поправочный коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на разных углах наклона кровли. От 0° до 25° значение µ принимается равным 1, от 25° до 60° — 0,7. При углах наклона кровли свыше 60° снеговая нагрузка не учитывается, хотя в реальности бывают скопления мокрого снега и на более крутых поверхностях.
Произведем подсчет нагрузки на кровлю площадью 50 кв.м, угол наклона — 28° (µ=0,7), регион — Московская область.
Тогда нормативная нагрузка составляет (по данным СНиП) 180 кг/кв.м.
Умножаем 180 на 0,7 — получаем реальную нагрузку 126 кг/кв.м.
Полное давление снега на кровлю составит: 126 умножаем на площадь кровли — 50 кв.м. Результат — 6300 кг. Таков расчетный вес снега на крыше.
Снеговое воздействие на кровлю
Сбор нагрузок — основы
Нагрузки, действующие на конструкции зданий и его основание, можно условно отнести к трем группам:
- Собственный вес строительных материалов, из которых выполнено здание;
- Эксплуатационная (полезная) нагрузка от людей, мебели и оборудования;
- Временная нагрузка естественного происхождения — ветер и снег.
В зависимости от цели расчета, выбирается подходящая методика сбора нагрузок. Например, для расчета балки перекрытия, необходимо знать распределенную (линейную) нагрузку на балку в кг/м. Для этого, сначала нужно собрать нагрузку на один квадратный метр перекрытия, а затем умножить получившееся значение на расстояние между балками. Таким образом, если балки лежат через 0,5 м, погонная нагрузки на балку будет в два раза меньше чем на один квадратный метр перекрытия. А если расстояние между центрами соседних балок — 2 м, то погонная нагрузка будет в два раза больше собранной на один квадратный метр.
Напоследок, нужно учесть собственный вес балки.
Пример сбора нагрузок на балку
Собственный вес конструкций
Пол из фанеры на деревянных лагах. Начинаем собирать нагрузки сверху вниз.
- Ламинат. Объем равен 1 м х 1 м х 0,008 м = 0,008 кубических метра. Объемный вес ламината смотрим в таблице плотностей или в паспорте изделия. 1000 кг/куб. м. Вес одного квадратного метра покрытия равен 0,008 х 1000 = 8 кг.
- Подложка. Объем 0,003 куб. м. Плотность 200 кг. Вес 1 кв. м = 0,003 х 200 = 0,6 кг.
- Фанера. Объем 0,012 куб. м. Плотность 650 кг/куб. м. Вес 1 кв. м = 0,012 х 650 = 7,8 кг.
- Брус 75 х 40 мм с шагом 508 мм. Объем на 1 квадратный метр 1 м х 0,075 м х 0,040 м х (1/0,508) = 0,0059 куб. м. Плотность 500 кг/куб. м. Вес 0,0059 х 500 = 2,95 кг.
- Дощатый настил 40 мм. Объем 0,04 куб. м. Плотность 500 кг/куб. м. Вес 0,04 х 500 = 20 кг.
Аналогично, подсчитаем вес потолка.
- Дощатый настил 25 мм. 12,5 кг.
- Каркас ГКЛ. 5 кг.
- Лист ГКЛ 9,5 мм. 7,5 кг.
- Шпатлевка. 3кг.
- Краска 2кг.
Полезная нагрузка
В зависимости от назначения помещения, принимаем полезную нагрузку из таблицы 8.3 в СНиПе «Нагрузки и воздействия». Например, для жилого помещения, нормативная нагрузка принимается равной 150 кг/кв. м.
Заносим данные о всей распределенной по площади нагрузке в общую таблицу.
| Наименование нагрузки | Нормативная в кг/кв. м | Коэффициент | Расчетная в кг/кв. м |
| Ламинат | 8 | ||
| Подложка | 0,6 | ||
| Фанера | 7,8 | ||
| Брус 75 х 40 мм с шагом 508 мм | 2,95 | ||
| Дощатый настил 40 мм | 20 | ||
| Дощатый настил 25 мм. 12,5 кг | 12,5 | ||
| Каркас ГКЛ. 5 кг | 5 | ||
| Лист ГКЛ 9,5 мм. 7,5 кг | 7,5 | ||
| Шпатлевка. 3кг | 3 | ||
| Краска 2кг | 2 | ||
| Полезная нагрузка | 150 | ||
| Итого: | 219,35 |
Предположим, что балки нужно установить с шагом 0,9 м. Тогда на один погонный метр балки будет действовать вес от 0,9 кв. м площади. Или 0,9 х 219,35 = 197,415 кг/м.
Добавим собственный вес балки, если программа расчета его не учитывает. 0,1 м х 0,2 м х 1 м х 500 кг/куб. м = 10 кг.
Итого, для расчета по нормативной нагрузке, например, на прогиб балки, нужно использовать значение погонной нагрузки 197,4 кг/м + 10 кг/м = 207,4 кг/м.
Если сечение балки в процессе расчета будет корректироваться, нужно будет пересчитать ее собственный вес.
Важно! Для расчета балки на прочность, нужно использовать не нормативную, а расчетную нагрузку, которая учитывает значение коэффициентов надежности. Смотрите как это сделать в статье: «Коэффициенты надежности при сборе нагрузок». В ней мы заполним пустующие ячейки результирующей таблицы.
Расчет деревянных элементов покрытия: обрешетки и стропильной ноги
1. Расчет несущих элементов покрытия
Стропильные ноги рассчитывают как свободно лежащие балки на двух опорах с наклонной осью. Нагрузка на стропильную ногу собирается с грузовой площади, ширина которой равна расстоянию между стропильными ногами. Расчетная временная нагрузка q должна быть расположена на две составляющие: нормальную к оси стропильной ноги и параллельно к этой оси.
2.1.1. Расчет обрешетки
Принимаем обрешетку из досок сечением 50´50 мм (r = 5,0 кН/м), уложенных с шагом 250 мм. Древесина — сосна. Шаг стропил 0,9 м. Уклон кровли 35 0 .
Расчет обрешетки под кровлю ведется по двум вариантам загружения:
а) Собственный вес кровли и снег (расчет на прочность и прогиб).
б) Собственный вес кровли и сосредоточенный груз.
1.Принимаем бруски 2-го сорта с расчетным сопротивлением Ru=13 МПа
и модулем упругости Е=1´10 4 МПа .
2.Условия эксплуатации Б2 (в нормальной зоне), mв=1
; mн=1,2 для монтажной нагрузки при изгибе.
4.Плотность древесины r=500 кг/м 3
.
5.Коэффициент надежности по нагрузке от веса оцинкованной стали gf=1,05
; от веса брусков gf=1,1 .
6.Нормативный вес снегового покрова на 1м 2 горизонтальной проекции поверхности земли S=2400 Н/м 2
.
Расчетная схема обрешетки
Сбор нагрузки на 1м.п. обрешетки, кН/м
где S
— нормативное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной
поверхности земли, принимаемое по табл. 4 [4], для IV снегового рай-
m
— коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к
снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый по п. 5.3 – 5.6 [4].
При загружении балки равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса и снега наибольший изгибающий момент равен:
При углах наклона кровли a³10° учитывают, что собственный вес кровли и обрешетки равномерно распределен по поверхности (скату) крыши, а снег — по ее горизонтальной проекции :
Mx = M cos a = 0.076 cos 29 0 = 0.066 кН´м
My= M sin a = 0.076 sin 29 0 = 0.036 кН´м
Прочность брусков обрешетки проверяют с учетом косого изгиба по формуле:
где Mx
и My — составляющие расчетного изгибающего момента относительно главных осей X и Y.
Ry=13 МПа
— расчетное сопротивление древесины изгибу.
gn=0,95
— коэффициент надежности по назначению.
Момент инерции бруска определяем по формуле:
Прогиб в плоскости, перпендикулярной скату:
Прогиб в плоскости, параллельной скату:
где Е=10 10 Па
— модуль упругости древесины вдоль волокон.
Проверка прогиба:
,
где
= — предельно допустимый относительный прогиб, определяемый по табл. 16 [5].
При загружении балки собственным весом и сосредоточенным грузом наибольший момент в пролете равен:
Проверка прочности нормальных сечений:
где Ry=13 МПа
— расчетное сопротивление древесины изгибу.
gn=0,95
— коэффициент надежности по назначению.
Условия по первому и второму сочетаниям выполняются, следовательно принимаем обрешетку сечением b´h=0,05´0,05 с шагом 250 мм.
2.1.2. Расчет стропильных ног
Рассчитаем наслонные стропила из брусьев с однорядным расположением промежуточных опор под кровлю из оцинк. кр. железо. Основанием кровли служит обрешетка из брусков сечением 50
50 мм с шагом =0,25 м . Шаг стропильных ног =1,0 м . Материал для всех деревянных элементов – сосна 2-го сорта. Условия эксплуатации – Б2.
Район строительства – г. Вологда.
Расчетная схема стропильной ноги
Бруски обрешетки размещены по стропильным ногам, которые нижними
концами опираются на мауэрлаты (100
100), уложенные по внутреннему обрезу наружных стен. В коньковом узле стропила скрепляются двумя дощатыми накладками. Для погашения распора стропильные ноги стянуты ригелем – двумя парными досками. Угол наклона кровли 29 0 .
Производим сбор нагрузок на 1 м 2 наклонной поверхности покрытия, данные заносим в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 Сбор нагрузки на 1м.п. стропильной ноги, кН/м
где S
— нормативное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по табл. СНиП 4 [4], для IV снегового района S= 2,4 кПа ;
m
— коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый по п. 5.3 – 5.6 [4].
Производим статический расчет стропильной ноги как двухпролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой. Опасным сечением стропильной ноги является сечение на средней опоре.
Изгибающий момент в этом сечении:
кН м
Вертикальное давление в точке С, равное правой опорной реакции двухпролетной балки составляет:
=0,265 кН
При симметричной нагрузке обоих скатов вертикальное давление в точке С удваивается:
кН.
Раскладывая это давление по направлению стропильных ног, находим сжимающее усилие в верхней части стропильной ноги:
Растягивающее усилие в ригеле равно горизонтальной проекции усилия N.
Проверяем сечение стропильной ноги.
Из условия прочности при изгибе определяем требуемый момент инерции, вводя коэффициент 1,3 для возможности восприятия сечением продольной силы и момента.
м 3
Сечение Æ16см удовлетворяет требованиям. Wx=409,6 см 3
, Jx=3276,8 см 4 . Производим проверку сечения на сжатие с изгибом:
Навигация по записям
Добавить комментарий Отменить ответ
This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.
Воздействие на стропила и кровельное покрытие
Расчет нагрузок на стропила и кровлю складывается из двух слагаемых:
- Постоянная нагрузка. Это — собственный вес стропил и кровельного покрытия, утеплителя и гидроизоляции, всех элементов крыши.
- Временная нагрузка. Учитываются длительные или кратковременные усилия разной направленности, вызываемые весом снега в зимний период, воздействием ветра и т.п.
Постоянная нагрузка определяется суммированием веса всех элементов, присутствующих на крыше, причем учитывается и полезная нагрузка — вес расширительных баков, обшивки чердака, окон или иных предметов, нагружающих крышу и подкровельное пространство.
Если для постоянных нагрузок расчет не выглядит чем-то сложным, то учесть природные факторы будет сложнее. Потребуются данные о преобладающих направлениях и силе ветра, случаях ураганных шквалистых проявлений, количество снега в зимнее время, его качественные показатели — сухой снег намного легче, чем мокрый.
Расчет снеговой нагрузки производится по формуле:
S = Sg * µ
где Sg — вес снега на 1 кв м плоскости, выпадающий в данной местности.
µ — поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона кровли (для плоских крыш до 25° он равен 1, для более крутых — 0,7).
При наклоне кровли от 60° и выше вес снега не учитывается.
Ветровая нагрузка вычисляется так:
W = Wo * k
Wo — нормативный показатель силы ветра для данной местности.
k — поправочный коэффициент, учитывающий тип местности и высоту над землей.
Обе формулы показывают нагрузку на 1 кв.м., для получения полного значения надо результат умножить на площадь крыши.
Следует также понимать, что данные расчеты не всегда учитывают предельные нагрузки или частные случаи — например, скопления снега или единичные сильные порывы ветра, нетипичные для данной местности, но иногда случающиеся. Для того, чтобы иметь гарантию прочности, надо принимать нагрузку с запасом в 15% — 20% от расчетной.
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.
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 полученияинформации о выходе новых статей и для возможности скачивать рабочие файлы программпрошу 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!
Учет снеговых нагрузок на имеющихся кровлях ↑
Естественно лучше всего на стадии строительства учесть все факторы снеговых нагрузок и внести их в составляющийся проект. Но, что следует проверять или учитывать в варианте, когда дом уже построен?
- В готовом здании следует замерять угол наклона скатов . Оптимально если это значение будет составлять от 45 до 60 градусов, тогда снежный покров попросту не будет накапливаться на поверхности, сдвигаясь с кровельного настила.
Равномерно распределить по поверхности снеговые потоки помогут приспособления смонтированные на настил – снегозадержатели и снегорезы. Такие элементы «разобьют» всю массу на несколько частей, распределив их приблизительно равномерно на всей площади. Также в зависимости от обрешетки подбирается тип снегозадержателей , на сплошных вариантах возможен монтаж трубчатых барьерных типов устройств, в других вариантах лучше устанавливать снегорезы, разбивающие снежный поток на отдельные части.
- Во избежание накопления больших объемов снега на карнизах крыши, следует подумать о системе подогрева. Монтаж нагревательного кабеля по кромке кровельного настила поможет устранить намерзание глыб снега и льда. Управление системой можно осуществлять в автоматическом и ручном режимах.
Кровли уже построенных зданий, как правило, уже рассчитаны под определенную снеговую нагрузку данного региона, однако дополнительные мероприятия и приспособления помогут устранить негативные последствия, как самого перегруза, так, и сопутствующих процессов (протечки, разрушения настила и прочих).
Установка снегозадержателей на крышу своими руками
Как установить снегозадержатели на крышу? Если вы самостоятельно решили установить снегозадержатели, то вам нужно учесть тип кровли и количество осадков.
После этого уже купить то, что вам нужно и начать сам процесс монтирования.
Кстати! Будет интересно узнать: Расчет арматуры для ленточного фундамента частного дома
По сути здесь нет ничего сложного, просто нужно знать некоторые правила установки такой конструкции.
Если вы строите дом с нуля, или меняете крышу, сразу задумайтесь об установке таких конструкций. Это поможет вам сэкономить время, силы и нервы.
Сам процесс установки не занимает много времени и не требует серьёзных подготовок. Достаточно знать пару правил и пошагово исполнять имеющийся алгоритм действий.
Так как металлочерепица самый распространённый вариант кровли, стоит рассмотреть вариант установки именно на такую поверхность. Более подробно о монтаже снегозащиты на металлочерепицу здесь.
На крышу такого плана можно принимать разные типажи конструкций:
- трубчатые;
- решетчатые;
- уголковые.
Монтаж снегозадержателей трубчатого типа:
Монтаж трубчатого снегозадержателя
Важно помнить, что крепить систему необходимо только над стеной несущего типа.
Расчет снеговых нагрузок в соответствии строительным нормам ↑
Без учета климатических особенностей зим в данном регионе крыша может попросту не выдержать выпавшего количества снега, стропильные конструкции деформируются с дальнейшими разрушениями.
Зная массу осадков, уже можно рассчитать воздействие снега на поверхность по толщине выпавшего покрова. Для чего в СНиПе (строительные нормы и правила 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» параграф 10) включены формулы, по которым можно произвести расчеты. Но, следует знать именно среднюю толщину снежного покрова для конкретного региона и соответственно создаваемые воздействия. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (1,1 MiB, 1 563 hits)
Чтобы можно было сделать точный расчет, составлена карта страны, где территория разбита на 8 регионов с приблизительно одинаковыми условиями.
- Например, для Москвы и Подмосковья нагрузка составляет приблизительно 180/126 кг/м³,
- район Нижнего Новгорода – 240/168 кг/м³,
- а в горных районах этот показатель может варьироваться 560/392 кг/м³.
С учетом таких данных проводится расчет полной снеговой нагрузки на кровлю с применением такой формулы:
S – это искомая полная снеговая нагрузка;
S расч – расчетная снеговая нагрузка (смотрим по карте, уточняем конкретно по своему региону);
µ — коэффициент, учитывающий угол наклона кровли.
Значение уклона кровли берут зависимо от следующих показателей:
- При наклоне скатов менее чем на 25 градусов – единица;
- Наклон от 25 до 60 градусов – коэффициент 0,7;
- При уклонах скатов более чем на 60 градусов, данный показатель не учитывается вообще.
То есть, имея такие данные довольно просто сделать расчеты. Например, для района Нижнего Новгорода расчетная снеговая нагрузка имеет показатель 240 кг, дом проектируется со скатами под углом в 30 градусов, значит, подсчет имеет следующий вид — 240×0,7=168 кг/м³. После чего можно подобрать соответствующие детали стропильной конструкции кровли.
Плоские типы крыш ↑
Подобные типы конструкций крыши неприемлемы для регионов с большим количеством осадков в холодное время года, так на такой поверхности будут накапливаться большие объемы снега. Результатом станет чрезмерное давление снега на конструкцию. В областях с теплым климатом, кровли подобного типа должны иметь запас прочности, а также сплошную обрешетку. Обязательным условием является монтаж подогрева карнизов, для удаления осадков со свесов через водосточные системы.
Проектируя строительство гаражей , хозяйственных построек или беседок с плоским накрытием, руководствуются такими же правилами и расчетами снеговых нагрузок, как и для обычных двухскатных (или более) типов крыш. Однако для плоских кровельных конструкций на таких постройках лучше подобрать стропила с более толстых материалов, а обрешетку монтировать сплошной.
Установка 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.
Кстати! Будет интересно узнать: Расчет буронабивных свайно-ростверковых и столбчатых фундаментов
Также СНиП описывает основные конструкции и геометрические размеры снегозадержателей, места их установки и принцип действия.
