Phone-trade.ru

Умный дом
17 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет снеговой нагрузки, что нужно учитывать, какие могут быть последствия

Расчет снеговой нагрузки, что нужно учитывать, какие могут быть последствия

В условиях сурового российского климата в зимнее время кровельные конструкции испытывают значительную снеговую нагрузку. Этот фактор надо принять во внимание во время проектирования стропильной система и несущих элементов конструкции. В данной статье мы расскажем о том, как согласно СНиПам произвести расчет снеговой нагрузки на крышах с разным типом стропильной системы.

Расчет давления снежной массы на крышу здания выполняется, в первую очередь, с целью минимизации последствий от чрезмерного давления на кровлю. Поэтому во время оборудования кровли устанавливают снегозадержатели, которые предотвратят соскальзывание снега со свеса крыши. Примечательно, что в разных регионах России показатели снеговых нагрузок могут отличаться.

Стоит отметить, что избыточное количество снега на крыше может не только спровоцировать деформации стропильной системы, но и стать причиной проникновения воды в пространство под кровлей. Происходит это, когда из-за обледенения затрудняется отток воды с крыши, и она начинает просачиваться в щели. Хотя максимальное количество осадков выпадает в горных районах, все же наиболее пагубно на крышу влияет периодическое оттаивание, обледенение и промерзание. Эти явления могут стать причиной разрушения кровельного покрытия, нарушений в работе стоков и соскальзывания снега с крыши.

This article has 2 Comments

Спасибо за статью. 2 замечания
S в формуле 10.1 это не расчётная нагрузка
Пункты 10.? СП носят необязательный характер в соотв.
Перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»,
поскольку туда они не попали

Формула коэффициента сноса снега с покрытий зданий написана не правильно в СП 20.13330.2016 первая цифра 1.4, а у вас 1.2 из СП за 2011 год.

Определение массы снега и нагрузки по СНиП

Чтобы пресечь разрушение кровельных конструкций крыши, при ее проектировании осуществляются расчеты нагрузки от зимних осадков.

  1. Удельный вес обычного снега равен 100 кг/м ³.
  2. Если он мокрый, то его плотность достигает 280 кг/м³.
  3. Масса слежавшегося наста достигает 500 кг/м³.
  4. Кубический метр льда весит 916 кг.

Зная, сколько весит снег, можно спроектировать несущие конструкции крыши, которые его выдержат.

Принимая во внимание эти величины, а также зная, какова средняя толщина снежного покрова в вашем регионе, можно вычислить нагрузки на поверхность кровли.

Особенности определения нагрузки от снеговых масс

Расчет несущей конструкции кровли производится при помощи способа выявления предельных состояний:

  1. Первое из них возникает, если из-за нагрузок была потеряна несущая способность сооружения, и оно разрушается. Расчет конструкции при этом производится на максимум возможных воздействий.

Результат неправильного расчета нагрузки от снега — крыша обвалилась от его тяжести.

Данное положение описывается формулой Q≤R. Это значит, что напряжения, появляющиеся в сооружении от нагрузок, не должны быть больше максимально допускаемых.

  1. 22222Второй вид предельного состояния появляется от слишком сильных деформаций при статической либо динамической нагрузке. Сооружение недопустимо прогибается, сочленяющие узлы в нем могут раскрываться. Крыша не приходит в негодность полностью, но требует ремонта.

Стропильная система выдержала снеговую массу, но покрытие придется ремонтировать.

Данное положение описывает формула F≤Fн. Это означает, что возникающее при нагрузке прогибание сооружения не должно быть выше допустимых значений.

Норма прогиба несущих конструкций кровли (стропила, прогоны, обрешетка) равна l:200. То есть эта величина не должна превышать одну двухсотую протяженности балки в сантиметрах.

Для нагрузок от зимних осадков каркас кровли рассчитывается по первой категории предельных состояний. Тут учитывается вся масса снега Q. Это значение называется расчетной нагрузкой и обозначается как Qр.н.

Для вычислений по второй категории предельных состояний снеговая масса берется с понижающим коэффициентом 0,7. Иными словами — расчет производится при нагрузке составляющей 0,7∙Q. Этот показатель указывается как Qр.н.н. (расчетное значение по норме нагрузки).

Влияние угла уклона кровли на вычисления

Влияние розы ветров на снеговую шапку — на подветренном скате кровли она гораздо больше.

Исходя из наклона кровли и ветровой нагрузки, снега на ней бывает больше либо меньше, чем на горизонтальной поверхности грунта. При буранах, метелях его частички уносятся воздушными потоками на подветренную сторону, где и оседают.

В итоге на одной части кровли снеговая шапка нарастает меньше норматива, на другой больше. При такой увеличенной нагрузке на покрытие и несущие конструкции нужен соответствующий расчет.

Таблицу и карту для расчета можно найти в этом своде правил.

Повышение и понижение снеговой нагрузки на кровлю, на которую влияют роза ветров и уклон скатов, учитывает коэффициент µ. СНиП №2.01.07/85 определяет такие его величины:

  • если угол наклона кровли равен меньше 25˚, то данная величина составляет 1;
  • когда уклон равен 25–60˚, то берется параметр 0,7;
  • при наклоне скатов больше 60 градусов коэффициент не используется.

Как производятся вычисления

Толщина снежного слоя определяется над горизонтальной поверхностью земли. Затем эта величина перемножается на коэффициент 1,5.

Для учета по районам России используется таблица из СП №20.13330/2011. В ней указывается нормативная масса слоя снега над горизонтальной поверхностью почвы:

Также применяется специальная карта из того же свода правил, указывающая снеговые районы РФ:

Карта снеговых районов России.

По ней видно, что, например, в Московской области масса снежного покрова составляет 126/180 кг/м².

Чем уклон скатов крыши больше, тем меньше на ней лежит снега, так как он сходит с нее под собственной тяжестью. При параметре более 60˚ снег на кровле вообще не задерживается. То есть µ=0.

Читать еще:  Какой профнастил лучше для крыши дома

На крутой крыше снега практически не остается, он сползает с нее.

Для промежуточных величин наклона крыши коэффициент определяется способом усреднения. Например:

  • для скатов, наклоненных под углом в 50˚, коэффициент µ составляет 0,33;
  • для 45˚ — 0,5;
  • для 40˚ — 0,66.

Нужные для выбора сечения и шага монтажа стропил, расчетная и нормативная нагрузки от массы снега, вычисляются при умножении полной нагрузки от его веса на коэффициент µ:

  1. Qр.н.=Q∙µ — для первой категории предельных состояний;
  2. Qр.н.н.=(0,7∙Q)∙µ — для второйгруппы.

При расчетах в первом случае полная снеговая нагрузка ищется в таблице из СП №20.13330/2011. При вычислениях во втором случае табличная величина массы снежного слоя перемножается на 0,7. Можно этого и не делать, а определить нагрузку по карте из свода правил, учитывающей типы местности.

Удельный вес: такой легкий и тяжелый снег

А теперь перейдем к практике. Если вы живете в России, а не на южном континенте без зимы, то знаете, каким на самом деле бывает снег: невероятно легким и неимоверно тяжелым. Например, тот же пушистый снежок в морозную и сухую погоду при температуре -10°С будет иметь плотность около 10 кг на кубический метр. А вот снег под конец осени и в начале зимы, который долго лежал на горизонтальных и наклонных поверхностях и «слежался», уже имеет массу куда больше – от 60 килограмм на кубический метр. К слову, узнать плотность снега не сложно – достаточно зимой вырезать большой лопатой образец снега в один кубический метр и взвесить его.

Если мы говорим о рыхлом снеге, который, по идее, легок и не доставляет проблем, то знайте, что здесь таится некая опасность. Рыхлый снег как ни какой другой быстро вбирает в себя все осадки в виде дождя и становится уже мокрым снегом. А его нахождение на крыше, где нет грамотно организованного стока, чревато большими проблемами.

Далее, весной в процессе длительной оттепели удельный вес снега также значительно растет. У сухого уплотненного снега среднестатистическая плотность находится в пределах от 200 до 400 кг на кубический метр. Не упускайте также такой важный момент, когда снег долго оставался лежать на крыше и не было нового снегопада, а вы его не убирали. Тогда независимо от его плотности, он будет иметь всю ту же массу, хотя визуально сама «шапка» стала меньше в два раза. В особо влажном климате весной удельный вес снега достигает 700 кг на кубический метр!

Как выполнить расчет снеговой нагрузки для плоской поверхности

Для самых простых случаев для плоских крыш можно использовать тот же подход, что и для скатных вариантов кровли. Для этого в СНиП 2.01.07-85 приводится методика и алгоритм учета снеговой нагрузки в общем расчете несущей способности крыш. Мало того, всю математику и теорию прочности заложили в специализированную программку- калькулятор. Проще всего не ломать голову в поисках ответа, как рассчитать параметры крыши, а заложить поправочные коэффициенты в калькулятор и получить готовый ответ по размерам балок и перекрытий.

Для простых зданий и построек снеговую нагрузку на плоскую крышу можно считать, исходя из прочности и несущей способности самого слабого звена в конструкции:

  • 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.

К таким местам относятся зоны примыкания к вертикальным стенам, участки, примыкающие к сливным отверстиям, вентиляционным выводам и аэраторам. В этих местах высота снежного покрова может увеличиваться в разы, соответственно, максимальное разрывное усилие на кровельном полотне тоже будет значительно выше среднего значения по крыше.

Условия, перечисленные во втором пункте, используются для навесов с плоской крышей, гаражей и хозяйственных зданий, в конструкции которых общий вклад от снеговой нагрузки в общую величину давления на вертикальные опоры или стены составляет не менее 20% от рекомендуемого запаса прочности.

Еще большее значение имеет снеговая нагрузка для каркасных построек на основе ферм, вертикальных стоек и балок перекрытия, изготовленных из металлопроката без использования бетонных отливок. В этом случае расчет выполняется по устойчивости сварных пролетов и всего здания под максимальной величиной снеговой и ветровой нагрузки. Сведения о толщине и мощности снегового покрытия выбираются из данных метеорологических служб за последние пятьдесят лет.

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

Читать еще:  Материалы для пароизоляции 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.

Скатная крыша

Мало кто знает, что снег на крыше даже в морозный день испаряется до 5% от общей массы. При этом в самом снежном слое происходят различные структурные изменения. Снег может слеживаться, покрываться настом, сдуваться ветром, сползать и таять. От этого могут возникать следующие проблемы:

  • нагрузка при большом слое снега на несущие конструкции здания может возрастать в разы. При превышении расчетной нагрузки, стропильная система начинает деформироваться, следствием чего становится разрыв гидроизоляции, а в худшем случае – обрушение конструкции крыши;
  • на крышах сложной формы в ендовах, на переломах, в примыканиях кровли к вертикальным конструкциям образуются «снежные мешки», которые создают неравномерную нагрузку, превышающую расчетную. Результат тот же, что и в первом случае;
  • снежная масса, сползая, собирается у краев крыши и может сойти вниз в любой момент. Падающие массы снега обладают серьезной разрушительной силой;
  • наледь, образующаяся при периодическом переходе через 0°С, способна повредить кровельное покрытие. Больше всего таким повреждениям подвержены ендовы и места скопления большого количества снега;
  • образование сосулек и их падение на ниже находящиеся конструкции. Угроза для жильцов;
  • деформация водосточной системы. Ее обрушение из-за недостаточно надежного крепления. Повреждение водостоков ледяными пробками.

Что делать? Прежде всего, необходимо максимально утеплить крышу, особенно скаты при наличии жилой мансарды. Если чердак холодный, то утеплять нужно перекрытие. К слову, крыши холодных чердаков значительно менее уязвимы.

Очистка крыши от снега вручную может решить много проблем, но делать это не рекомендуется из соображений безопасности. Разве что в самых крайних случаях. Лучше проектировать крышу так, чтобы необходимости в ручной очистке не возникала.

Чем круче скат крыши, тем меньший слой снега на ней образуется. В регионах, где выпадает много снега, скаты крыш наклоняют под углом 45-60°С. Такие крыши чистить ненужно, поскольку снег на них не задерживается. Соответственно и давление снежных масс на конструкцию крыши оказывается небольшое.

Специалисты не рекомендуют строить дома со сложными крышами в районах, где снега выпадает много и лежит он долго. Причина тому – образование снежных мешков и неравномерная нагрузка на стропильную систему.

Однако крутые крыши не стоит делать там, где не выпадает много снега, поскольку обходятся они дороже пологих. Во избежание лавинного схода снега со скатов крыш, наклоненных менее 45°, устанавливают снегозадержатели – барьеры высотой около 15 см.

Чтобы избежать наледи и сосулек на карнизах, наиболее эффективно устроить электрический кабельный обогрев. Нагревательный кабель укладывают зигзагом полосой 30-50 см по периметру крыши непосредственно перед водостоком. Особенно обогрев необходим недостаточно утепленным крышам, на которых образуется много наледи. Кабельный подогрев может управляться вручную или автоматически.

Чтобы вода без проблем отводилась с крыши зимой, необходимо запроектировать ее без изгибов у карниза. Ледяная пробка чаще всего образуется на горизонтальных участках в районе изгибов. Когда вода начинает переливать через желоба, образуются тяжелые сосульки.

Сколько весит снег? При аномальных снегопадах нагрузка снежного слоя на крыше может превысить расчетную и тогда единственным способом спасти несущую конструкцию является удаление снега вручную. Однако как узнать, превышена нагрузка или нет?

Свежевыпавший снег весит около 100 кг/м³, а мокрый – до 200-300 кг/м³. Исходя из этих данных, можно рассчитать вес снежного покрова, зная его толщину и площадь. Таким образом, сухая снежная шапка высотой 0,5 м окажет нагрузку в 50 кг/м². При этом необязательно лезть на крышу и измерять снежный покров. Это можно сделать во дворе на открытом участке. Величину снежного покрова следует умножить на 1,5 (коэффициент запаса). Если крыша построена с учетом региональных климатических особенностей, то она рассчитана на нормативные для данного региона снеговые нагрузки. Следовательно, необходимо знать эти нормативы, а еще лучше сразу спросить проектировщика на какую снеговую нагрузку он рассчитывает конструкцию крыши. Если это 50 кг/м², то при метровом слое снежного покрова необходимо убрать с крыши минимум половину снега. При этом нужно стараться, чтобы толщина покрова была равномерной. Не забывайте пользоваться страховкой!

Расчет нагрузок

Стропила воспринимают постоянные и временные нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся собственный вес кровли, обрешетки, прогонов и стропил. К временным — снег, ветер, а также полезная нагрузка (если она есть). Расчетная величина снеговой нагрузки — 180 кг/м 2 в горизонтальной проекции крыши. Образовавшийся снеговой мешок может увеличить этот показатель до 400-500 кг/м 2 . При уклоне кровли свыше 60° снеговая нагрузка в расчет не принимается. Расчетная величина ветровой нагрузки — 35 кг/м 2 (нормы снеговой и ветровой нагрузок приведены для средней полосы, куда входит Северо-запад, по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»). Поправку на ветер вносят в расчеты стропил только при уклоне кровли более 30°. Величины перечисленных нагрузок могут корректироваться путем введения поправочных коэффициентов, учитывающих местные климатические условия. Собственный вес кровли и подкровельной конструкции определяется в соответствии с используемым материалом и размерами всего сооружения. Полезная нагрузка на стропила учитывается, в случае использования конструкции подвешенных (к стропильным фермам) потолков, или установленных на них водяных баках, вентиляционных камерах и т. д.

Читать еще:  Фальцевая кровля с самозащелкивающимся фальцем

Конструктор проводит два расчета. Первый — по прочности (где гарантируется, что стропильная нога не сломается), второй — по деформации (где выясняется, насколько может прогибаться такая балка). Так, для мансардной конструкции величина прогиба стропила не должна превышать 1/250 от длины участка. Например, на длине 6 м прогиб может достигать 2 см. Вроде немного, но если превысить эту величину, деформация станет заметна невооруженным глазом. А при больших прогибах крыша может начать напоминать китайскую пагоду.

Снеговая нагрузка.

Полное расчeтное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

где, Sg — расчeтное значение веса снегового покрова на 1м 2 горизонтальной поверхности земли. µ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Расчeтное значение веса снегового покрытия Sg принимается в зависимости от снегового района Российской Федерации. (180 кг для Северо-западного региона)

Коэффициент m зависит от угла наклона ската кровли,

  • при углах наклона ската кровли меньше 25 градусов мю принимают равным 1.
  • при углах наклона ската кровли от 25 до 60 градусов значение мю принимают равным 0,7.
  • при углах наклона ската кровли более 60 градусов значение мю, в расчёте полной снеговой нагрузки, не учитывают.

Ветровая нагрузка.

Расчeтное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:

где, Wo-нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ. (35 кг для Северо-западного региона) k-коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

Таблица определения коэффициента k применительно к коттеджному строительству.

Что отличает полу вальмовую крышу от обычной, щипцовой двух скатной крыши? (рис 3) Накосные стропила, образующие силовой треугольник, послужат прекрасной защитой от сильных порывов ветра.

Для дома прямоугольной формы идеально подходит вальмовая крыша (рис 4). Силовая стропильная конструкция, собранная мастерами своего дела, позволяет выдерживать не только значительные снеговые нагрузки, но и ветровые. Чердачное помещение, как правило оставляют холодным, скаты пологие.

Шатровая крыша, своей формой отдаленно напоминает купол цирка. Идеально подходит для дома квадратной формы. При желании, шатровую крышу можно сделать на доме прямоугольной формы (рис 5). Имеет те же характеристики, что и вальмовая крыша.

Для увеличения жилого пространства под скатами, стали делать «ломаные», или мансардные крыши (рис 6).

Более подробно стоит рассмотреть щипцовую крышу (рис 7). Особую элегантность и выразительность таким домам придают высокие фронтоны. Ендовы обеспечивают сбор дождевого потока, защитят дом от ураганов. Архитектурная сложность обязывает производить строительство в соответствии с ранее разработанным проектом.

Последний, восьмой рисунок, знакомит Вас с основными элементами крыши. Что такое коньковый прогон, и где расположена ендова? Фонарь, как источник дополнительного освещения мансардного этажа. Каминная труба в месте сквозного прохода через кровлю подлежит обязательной герметизации. На лобовую доску будет удобно закрепить систему водосливов.

При проектировании зданий и сооружений необходимо проверить их на прочность от действия всех видов нагрузок согласно «СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия». Одним из видов кратковременных нагрузок являются климатические нагрузки.

Для расчета на снеговые нагрузки необходимо определить схему нагружения, определить нормативное значение снеговой нагрузки с учетом коэффициента сноса снега и произвести расчет. Расчет производится методом конечных элементов, либо аналитическими методами в зависимости от решаемой задачи.

Необходимо проверить несколько различных схем приложения снеговых нагрузок и произвести расчет снегового мешка по каждой схеме нагружения. По результатам расчета мы предоставляем отчет с описанием работы конструкции при действии на нее снеговой нагрузки, а также рекомендации по усилению конструкции, если это необходимо.

Также мы выполняем поверочный расчет на снеговые нагрузки.

Расчет ветровой нагрузки конструкцию

Все типы зданий и сооружений необходимо рассчитывать на ветровые нагрузки.

Ветер вносит особый вклад в работу конструкции здания. Это мощные пиковые значения силы ветра, а также такие явления как галопирование, дивергенция и флаттер, резонансное вихревое возбуждение для высотных зданий. Расчетные ветровые нагрузки определяются как сумма внешней и пульсационной составляющей.

Усилия и перемещения при действии ветровых нагрузок могут достигать критических значений, поэтому необходимо грамотно рассчитывать и оценивать их значения.

Также от воздействия ветровых нагрузок зависит динамическая комфортность пребывания людей в зданиях.

Расчет на предел огнестойкости

Главным показателем огнестойкости зданий и сооружений является предел огнестойкости.

Для определения предела огнестойкости сооружения необходимо произвести расчет на предел огнестойкости согласно «МЕТОДИЧЕСКИМ РЕКОМЕНДАЦИЯМ ПО РАСЧЕТУ ОГНЕСТОЙКОСТИ И ОГНЕСОХРАННОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ».

Современные методы расчета позволяют решить задачу определения предела огнестойкости конструкции (задача теплопроводности) конечно-элементным методом.

Примеры прочностных расчётов

Лицензия на проектирование

Центр инженерных услуг «Модельер» лицензирован на выполнение всех видов проектных работ.

Мы состоим в СРО «Профессиональное объединение проектировщиков Московской области «Мособлпрофпроект», допуск к выполнению: Свидетельство №0588.00-2017-5036154420-П-140.

Теги статьи: Расчет снеговой нагрузки, расчет снеговой нагрузки на кровлю, расчет снегового мешка, предел огнестойкости конструкций расчет, расчет конструкции на ветровую нагрузку, расчет ветровой нагрузки на конструкцию, расчет веса конструкции, расчет снеговых и ветровых нагрузок

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector