В заключение следует отметить, что при проектировании подобных конструкций, помимо учета нагрузок и расчета габаритных размеров (как правило, простого и практически безошибочного), необходимо заранее определиться с типом устройства парапета, площадей вблизи вертикальных конструкций и узлов сбора воды.
Лёгкий метод расчёта снеговой нагрузки на крышу
Климатические условия места расположения здания необходимо учитывать при расчете стропильной конструкции, выборе кровельного покрытия и монтаже всех элементов крыши. Это касается не только промышленных предприятий и жилых зданий, но и частных загородных домов со скатными крышами. Расчет снеговой нагрузки важен, учитывая непредсказуемость российских зим.
«Шапка» на одной из крыш в Подмосковье, создающая снеговую нагрузку.
Чем опасны снеговые нагрузки?
Осадки и особенно снег, скапливающийся на крыше, оказывают большое давление на кровлю. Как видите, чем дальше на север расположен дом, тем больше давление. Однако это верно лишь отчасти. Из-за частых перепадов температуры от плюса к минусу на крыше также образуется лед. Такие глыбы льда гораздо тяжелее. Более того, вес мокрого снега может превышать вес обычного снега до трех раз! Нетрудно догадаться, что это может привести к деформации конструкции крыши.
Последствия протечек из-за неправильного расчета и монтажа кровли.
Кроме того, большое количество снега и льда может повредить водостоки и поставить под угрозу имущество, здоровье или даже жизнь. В частности, по этой причине в систему безопасности крыши встраиваются снегозадержатели, обеспечивающие равномерный отвод воды с поверхности крыши.
Типы нагрузок на кровлю
Снег и ветер оказывают значительное воздействие на крышу во время эксплуатации. Характер воздействия на конструкцию здания различен. Снеговая нагрузка на крышу в основном статична. Она изменяется равномерно, если только не происходит внезапного схода снега, что часто случается с металлическими крышами.
Ветровые нагрузки действуют на крыши независимо от времени года. Они неравномерны и спорадичны. Но средние значения и интенсивность порывов, характерные для данного региона и соответствующей местности, определяются метеорологами. Кровельщики учитывают их при планировании, чтобы избежать чрезвычайных ситуаций, не зависящих от погоды.
Различают их в зависимости от продолжительности воздействия на крышу и здание в целом:
- кратковременные (к ним относят климатические нагрузки, обслуживание конструкций, их ремонт);
- длительные (влияние снега, ветра, температур, если интенсивность ниже нормативных показателей);
- особые (сейсмическая активность, экстремальные погодные условия).
Зависимость нагрузок от угла наклона кровли
При расчете снеговой или ветровой нагрузки на крышу учитывается угол наклона конструкции крыши. Объект, расположенный перпендикулярно земле, всегда воспринимается воздушным потоком как препятствие. Чем больше угол наклона, тем больше ветровая нагрузка на крышу.
Для снеговой нагрузки все наоборот: расчеты показывают, что максимальное давление оказывается на плоскую крышу, в то время как на крутых скатах оно значительно снижается. Оптимальная конфигурация крыши выбирается в зависимости от региональной ситуации, частоты штормов и интенсивности осадков.
Снеговая нагрузка на крышу – определение, в чем опасность, особенности распределения
Снеговая нагрузка на крышу — это вес осадков на 1 м 2 поверхности крыши. Она представляет опасность для здания по следующим причинам:
- высокое давление на стропильную систему, кровельное покрытие, на которое не были рассчитаны при проектировании материалы и конструкции, приводит к нарушению герметичности, прогибам, разрушениям несущих элементов, обвалам;
- снежные массы создают дополнительное давление на стены, фундамент, что нужно учитывать при выборе технологии строительства;
- в период чередования оттепелей и заморозков снег уплотняется, образуется лед, который при толщине 5 см на 20 м 2 весит около 1 тонны, общая нагрузка растет;
- из-за ветра, особенностей геометрии крыши нагрузка при скоплении снежных масс неравномерна, при строительстве кровли нестандартной конфигурации этот факт нужно учитывать.
Когда весной тяжелые снежные массы скатываются с крыши вместе со слоем льда, могут возникнуть механические повреждения элементов здания и водостоков.
Производители рекомендуют действовать по нескольким направлениям, чтобы избежать несчастных случаев. Стоит регулярно очищать поверхность крыши от скоплений снега (если это возможно) и применять конструктивные решения, чтобы избежать высоких снегопадов.
Чтобы избежать большого скопления снега, можно установить систему обогрева на карнизе. Проложенный по краям нагревательный кабель предотвращает образование ледяных корок, и снеговая нагрузка на скатную крышу значительно снижается. Такая система может управляться вручную или автоматически.
Угол наклона также имеет решающее значение. На скатной или односкатной крыше снеговая нагрузка минимальна, если балки наклонены под углом 45-60°. Выпадающая вода почти не прилипает к поверхности. Однако такое решение применимо, если ветровая нагрузка в районе низкая.
Значение расчета
Важно правильно рассчитать снеговую нагрузку на крышу как при проектировании фундамента, так и при проектировании самой крыши. В частности, учитывается вес атмосферных осадков. Рекомендуется увеличить значение, указанное в нормативах, на 15-20%, чтобы избежать перегрузки материалов в экстремальных погодных условиях.
Основная нагрузка от снежных масс передается непосредственно на конструкцию крыши. Нагрузка может многократно увеличиться после теплого периода и последующих заморозков. Ошибки в расчете снеговой нагрузки на кровлю могут привести к деформации конструкций и материалов и нарушению их гидроизоляции и целостности.
Сложные крыши требуют особого внимания к расчетам при проектировании. Эти конструкции характеризуются большим количеством стыков. Архитектура этих конструкций и различные углы наклона крыши вызывают локальное скопление осадков, что приводит к неравномерному распределению снеговой нагрузки. В некоторых районах распределение может меняться многократно.
Нормативная документация
При проектировании стропильной системы рекомендуется руководствоваться правилами снеговой нагрузки на кровлю из СНиП 2.01.07-85 с изменениями 2008 года. Документ содержит карты зон, учитывающие европейские требования к конструкциям. В них указана максимальная снеговая нагрузка на 1 м 2 площади крыши и зоны, поэтому уже сейчас можно проектировать конструкцию с определенным запасом прочности.
Как посчитать габариты крыши?
Расчет начинается с проектирования конструкции, при этом учитываются точные размеры здания, требования к парапету, уклону и системе водоотвода.
Для относительно небольших площадей крыша проектируется с одним общим уклоном в одну сторону (в идеале без противоположных дорожек, террас или зон отдыха, а также с учетом сильных продолжительных ветров).
Для крыш со сложной геометрией стен или большой площадью план делится на отдельные секции с треугольным или ромбовидным уклоном, который направляет влагу к внутренним точкам сбора воды, парапетным желобам или тем же внешним сторонам.
Площадь
Простая форма площади устраняет необходимость в сложных формулах: Площадь плоской крыши определяется путем умножения длины на ширину. В данном случае длина ската определяется по формуле:
Хотя последний параметр невелик, им не следует пренебрегать; допустимая погрешность при расчете размеров плоской крыши составляет ±10 мм, не более.
Высоту
При проектировании таких конструкций необходимый уклон (от 1,5°-3° для функциональных крыш, 3-6° для зеленых, инверсионных и функциональных крыш) выбирается заранее.
Плиты из монолитного бетона, легкие балочные конструкции и конструкции с фундаментом из волнистых листов могут быть наклонены на этапе строительства, но в случае со сборными железобетонными фундаментами отвод воды обычно обеспечивается за счет наклона. Читайте другие наши статьи о строительстве и монтаже плоской крыши своими руками, а также о деревянных балках и каркасном доме.
Необходимая высота подъема рассчитывается путем умножения длины плоской горизонтальной части крыши на тангенс ее уклона. Если необходимо рассчитать объем кровли (для получения количества используемых материалов и их веса), используется простая формула:
- а длина основания разреза (она же – ширина крыши);
- b1 и b2 – мин. и максимальная высота среза (в частном случае b1=0);
- с – длина конструкции.
Толщину
Алгоритм расчета круга и сечения плоских крыш зависит от способа строительства (с изоляционным слоем под, между и над основанием) и типа (классическая или инверсионная, эксплуатируемая или нет).
Количество и порядок укладки слоев определяются заранее и учитываются при выборе высоты парапета (если таковой имеется, расстояние наружного слоя от края кровельного покрытия не должно быть меньше требуемого), при определении точного веса слоя и при планировании систем вентиляции и водоотвода.
Толщина рулонных покрытий, облицовок или кровли определяется производителем, и их добавление не представляет сложности. Основные трудности заключаются в определении количества и толщины отдельных слоев, включая дренажные, армирующие, разделительные или нарастающие слои. Особое внимание уделяется толщине изоляционного слоя, которая обосновывается тепловым расчетом с учетом площади конструкции и параметров самой изоляции.
Сервисы и онлайн-калькуляторы
Большинство распространенных строительных онлайн-калькуляторов (stroy-calc.ru, grandline.ru и им подобные) рассчитывают данную конструкцию как односкатную с минимальным уклоном.
Такой подход приемлем для создания легких пустотных конструкций с балочной системой ригелей, но для расчета железобетонных перекрытий и рабочего уклона кровли эти сервисы подходят плохо. Профессиональные программы, такие как ZVsoft, в этом отношении лучше, но они редко используются в интернете.
Для выбора уклона, теплоизоляции, рулонов покрытия и крепежа полезны сервисы производителей материалов для плоской кровли. В качестве примера можно привести компьютеры компании «ТехноНИКОЛЬ» nav.tn.ru.
На видео вы узнаете, как рассчитать ветровую нагрузку на плоскую крышу с помощью компьютера:
Зачем учитывать давление снега?
Снеговая нагрузка, карта зонального распределения в Российской Федерации.
Очевидно, что среднее количество осадков в виде снега на огромной территории Российской Федерации сильно варьируется от региона к региону. По результатам нескольких лет наблюдений и расчетов была составлена карта территории страны, на которой показаны восемь различных зон с точки зрения снеговой нагрузки.
Таблица распределения зон на территории Российской Федерации по среднему значению снеговой нагрузки
| Снеговые районы Российской Федерации | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| Расчетный вес снегового покрова Q на 1 м² горизонтальной поверхности земли, кПа (кг/м²) | 0,8 (80) | 1,2 (120) | 1,8 (180) | 2,4 (240) | 3,2 (320) | 4,0 (400) | 4,8 (480) | 5,6 (560) |
Снеговая нагрузка рассчитывается по следующей формуле: S=Sg*m, где:
- Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м. кв. горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице;
- m – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;
- расчётное значение веса снегового покрытия Sg принимается в зависимости от снегового района Российской Федерации.
Коэффициент m зависит от угла наклона крыши, для скатов крыши:
- меньше 25 градусов m принимают равным 1;
- от 25 до 60 градусов значение m принимают равным 0,7 (примерно, для каждого уклона свое значение);
- более 60 градусов значение m, в расчёте полной снеговой нагрузки, не учитывают.
Для простых зданий и сооружений снеговая нагрузка на плоскую крышу рассчитывается исходя из прочности и несущей способности самого слабого элемента:
- Расчет на излом или предельно допустимый прогиб плоского перекрытия крыши. Для железобетонных балок и каркасных несущих ферм, из которых сегодня очень любят строить всевозможные павильоны или торговые центры, давление от снеговой нагрузки определяют по максимально допустимому прогибу одиночного элемента перекрытия.
- Для простых конструкций плоской крыши, в которых относительно короткие и жесткие балки имеют запредельный запас прочности, расчет от снеговой нагрузки выполняют по величине устойчивости и несущей способности стен и вертикальных опор.
- В зданиях и постройках, обладающих избыточным запасом прочности, давление на поверхность крыши вследствие снеговой нагрузки берут в расчет для проверки локальной прочности рулонного мягкого покрытия.
На фото: обрушение крыши под снеговой нагрузкой в Гомельской области. Система стропил не выдержала нагрузки.
Важно. В последнем случае расчет полотна кровельного материала контролируется не по средней прочности на растяжение, а именно в тех точках, где снеговая нагрузка действует в наиболее неблагоприятных условиях.
Таблица снеговых и ветровых районов по городам России
Субъект федерации Город Снеговой район Ветровой район Адыгея Майкоп 2 1 Алтайский край Барнаул 4 3 Алтайский край Бийск 4 1 Алтайский край Рубцовск 3 3 Амурская область Благовещенск 1 3 Архангельская область Архангельск 4 2 Архангельская область Северодвинск 4 2 Астраханская область Астрахань 1 3 Башкортостан Нефтекамск 5 2 Башкортостан Салават 5 3 Башкортостан Стерлитамак 5 3 Башкортостан Уфа 5 2 Белгородская область Белгород 3 2 Белгородская область Старый Оскол 3 2 Брянская область Брянск 3 1 Бурятия Улан-Удэ 1 3 Владимирская область Владимир 3 1 Владимирская область Ковров 4 1 Владимирская область Муром 3 1 Волгоградская область Волгоград 2 3 Волгоградская область Волжский 2 3 Волгоградская область Камышин 3 2 Вологодская область Вологда 4 1 Вологодская область Череповец 4 1 Воронежская область Воронеж 3 2 Дагестан Дербент 2 5 Дагестан Махачкала 2 5 Дагестан Хасавюрт 2 5 Забайкальский край Чита 1 2 Ивановская область Иваново 4 1 Иркутская область Ангарск 2 3 Иркутская область Братск 3 2 Иркутская область Иркутск 2 3 Калининградская область Калининград 2 2 Калмыкия Элиста 2 3 Калужская область Калуга 3 1 Калужская область Обниск 3 1 Камчатский край Петропавловск-Камчатский 7 7 Кемеровская область Кемерово 4 3 Кемеровская область Киселевск 4 2 Кемеровская область Ленинск-Кузнецкий 4 3 Кемеровская область Новокузнецк 4 3 Кемеровская область Прокопьевск 4 2 Кировская область Киров 5 1 Костромская область Кострома 4 1 Краснодарский край Краснодар 2 6 Краснодарский край Новороссийск 2 5 Краснодарский край Сочи 2 4 Красноярский край Ачинск 4 3 Красноярский край Красноярск 3 3 Красноярский край Норильск 5 3 Курганская область Курган 3 2 Курская область Курск 3 2 Ленинградская область Санкт-Петербург 3 2 Липецкая область Елец 3 2 Липецкая область Липецк 3 2 Магаданская область Магадан 5 5 Марийская Республика Йошкар-Ола 4 1 Мордовия Саранск 3 2 Московская область Балашиха 3 1 Московская область Железнодорожный 3 2 Московская область Жуковский 3 1 Московская область Коломна 3 1 Московская область Красногорск 3 1 Московская область Люберцы 3 1 Московская область Москва 3 1 Московская область Мытищи 3 1 Московская область Ногинск 3 1 Московская область Одинцово 4 1 Московская область Орехово-Зуево 3 1 Московская область Подольск 3 1 Московская область Серпухов 3 1 Московская область Химки 3 1 Московская область Щелково 3 1 Московская область Электросталь 3 1 Мурманская область Мурманск 5 4 Нижегородская область Арзамас 4 2 Нижегородская область Дзержинск 4 1 Нижегородская область Нижний Новгород 4 1 Новгородская область Великий Новгород 3 1 Новосибирская область Новосибирск 4 3 Омская область Омск 3 2 Оренбургская область Оренбург 4 3 Оренбургская область Орск 4 2 Орловская область Орел 3 2 Пензенская область Пенза 3 2 Пермский край Пермь 5 2 Приморский край Артем 3 4 Приморский край Владивосток 2 4 Приморский край Находка 2 5 Приморский край Уссурийск 2 3 Псковская область Великие Луки 3 1 Псковская область Псков 3 1 Республика Карелия Петрозаводск 2 5 Республика Коми Сыктывкар 5 1 Республика Коми Ухта 5 2 Ростовская область Батайск 2 3 Ростовская область Волгодонск 2 3 Ростовская область Новочеркасск 2 3 Ростовская область Новошахтинск 2 3 Ростовская область Ростов-на-Дону 2 3 Ростовская область Таганрог 2 3 Ростовская область Шахты 2 3 Рязанская область Рязань 3 1 Самарская область Волжский 4 3 Самарская область Новокуйбышевск 4 3 Самарская область Самара 4 3 Самарская область Сызрань 3 3 Самарская область Тольятти 4 3 Саратовская область Балаково 3 3 Саратовская область Саратов 3 3 Саратовская область Энгельс 3 3 Сахалинская область Южно-Сахалинск 4 4 Свердловская область Екатеринбург 3 2 Свердловская область Каменск-Уральский 3 1 Свердловская область Нижний Тагил 4 2 Свердловская область Первоуральск 4 2 Северная осетия Владикавказ 2 – Смоленская область Смоленск 3 1 Ставропольский край Невинномысск 2 5 Ставропольский край Ставрополь 2 5 Тамбовская область Тамбов 3 2 Татарстан Альметьевск 5 2 Татарстан Казань 4 2 Татарстан Набережные Челны 5 2 Татарстан Нижнекамск 5 2 Тверская область Тверь 4 1 Томская область Томск 4 3 Тульская область Новомосковск 3 1 Тульская область Тула 2 1 Тыва Кызыл 2 1 Тюменская область Тобольск 4 2 Тюменская область Тюмень 3 2 Удмуртия Ижевск 5 1 Ульяновская область Димитровград 4 2 Ульяновская область Ульяновск 4 2 Хабаровский край Комсомольск-на-Амуре 4 3 Хабаровский край Хабаровск 2 3 Хакасия Абакан 2 3 Ханты-Мансийский АО Нефтеюганск 4 2 Ханты-Мансийский АО Нижневартовск 5 2 Ханты-Мансийский АО Сургут 4 2 Челябинская область Златоуст 4 2 Челябинская область Копейск 3 2 Челябинская область Магнитогорск 4 3 Челябинская область Миасс 3 2 Челябинская область Челябинск 3 2 Чеченская Республика Грозный 2 4 Чувашия Новочебоксарск 4 2 Чувашская Республика Чебоксары 4 2 Якутия Якутск 2 2 Ямало-Ненецкий АО Новый Уренгой 5 2 Ямало-Ненецкий АО Ноябрьск 5 2 Ярославская область Рыбинск 4 1 Ярославская область Ярославль 4 1
