Вы сами собираетесь проектировать и строить дом? Тогда Вам без процедуры сбора нагрузок на кровлю (или другими словами, на несущие конструкции крыши) не обойтись. Ведь только зная нагрузки, которые будут действовать на кровлю, можно определить минимальную толщину железобетонной плиты покрытия, рассчитать шаг и сечение деревянных или металлических стропил , а также обрешетки .
Данное мероприятие регламентируется СНиПом 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция" .
Сбор нагрузок на кровлю производится в следующем порядке:
1. Определение собственного веса конструкций крыши.
Сюда, например, для деревянной крыши входят вес покрытия (металлочерепица, профнастил, ондулин и т.д.), вес обрешетки и стропил, а также масса теплоизоляционного материала, если предусматривается теплый чердак или мансарда.
Для того, чтобы определить вес материалов нужно знать их плотность, которую можно найти .
2. Определение снеговой (временной) нагрузки.
Россия находится в таких широтах, где зимой неизбежно выпадает снег. И этот снег необходимо учитывать при конструировании крыши, если, конечно, Вы не хотите лепить снеговиков у себя в гостиной и спать на свежем воздухе.
Нормативное значение снеговой нагрузки можно определить по формуле 10.1 :
S 0 = 0,7с в с t μS g ,
где: с в - понижающий коэффициент, который учитывает снос снега с крыши под действием ветра или других факторов; принимается он в соответствии с пунктами 10.5-10.9. В частном строительстве он обычно равен 1, так как уклон крыши дома там чаще всего составляет более 20%. (Например, если проекция крыши составляет 5м, а ее высота - 3м, уклон будет равен 3/5*100=60%. В том случае, если у вас, например, над гаражом или крыльцом предусматривается односкатная крыша с уклоном от 12 до 20%, то с в =0,85.
с t - термический коэффициент, учитывающий возможность таяния снега от избыточного тепла, которое выделяется через не утепленную кровлю. Принимается он в соответствии с пунктом 10.10 . В частном строительстве он равен 1, так как практически не найдется человека, который на не утепленном чердаке поставит батареи.
μ - коэффициент, принимаемый в соответствии с пунктом 10.4 и приложением Г в зависимости от вида и угла наклона кровли. Он позволяет перейти от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Например, для следующих углов наклона односкатной и двускатной кровли коэффициент μ имеет значения:
- α≤30° → μ=1;
- α≤45° → μ=0,5;
- α≤60° → μ=0.
Остальные значения определяются по методу интерполяции.
Примечание: коэффициент μ может иметь значение меньше 1 только в том случае, если на крыше нет конструкций, задерживающих снег.
S g - вес снега на 1 м2 горизонтальной поверхности; принимается в зависимости от снегового района РФ (приложение Ж и данным таблицы 10.1 ). Например, город Нижний Новгород находится в IV снеговом районе, а, следовательно, S g = 240 кг/м2.
3. Определение ветровой нагрузки.
Расчет нормативного значения ветровой нагрузки производится в соответствии с разделом 11.1 . Теорию здесь расписывать не буду, так как весь процесс описан в СНиПе.
Примечание: Ниже Вы найдете 2 примера, где подробно расписана данная процедура.
4. Определение эксплуатационной (временной) нагрузки.
В том случае, если Вы захотите использовать крышу как место для отдыха, то Вам необходимо будет учесть нагрузку равную 150 кг/м2 (в соответствии с таблицей 8.3 и строкой 9 ).
Данная нагрузка учитывается без снеговой, т.е. в расчете считается либо та, либо другая. Поэтому с точки зрения экономии времени в расчете целесообразно использовать большую (чаще всего это снеговая).
5. Переход от нормативной к расчетной нагрузке.
Этот переход осуществляется с помощь коэффициентов надежности. Для снеговой и ветровой нагрузок он равен 1,4. Поэтому для того, чтобы перейти, например, от нормативной снеговой нагрузки к расчетной необходимо S 0 умножить на 1,4.
Что касается нагрузок от собственного веса конструкций крыши и ее покрытия, то здесь коэффициент надежности принимается по таблице 7.1 и пункту 8.2.2 .
Так, в соответствии с данным пунктом коэффициент надежности для временно распределенных нагрузок принимается:
1,3 - при нормативной нагрузке менее 200 кг/м2;
1,2 - при нормативной нагрузке 200 кг/м2 и более.
6. Суммирование.
Последним этапом производится складывание всех нормативных и расчетных значений по всем нагрузкам с целью получения общих, которые будут использоваться в расчетах.
Примечание: если Вы предполагаете, что по заснеженной кровле будет кто-то лазить, то к перечисленным нагрузкам для надежности Вы можете добавить временную нагрузку от человека. Например, она может равняться 70 кг/м2.
Для того, чтобы узнать нагрузку на стропила или необходимо преобразовать кг/м2 в кг/м. Это производится путем умножения расчетного значения нормативной или расчетной нагрузки на полупролет с каждой стороны. Аналогично собирается нагрузка на доски обрешетки.
Например, стропила лежат с шагом 500 мм, а обрешетины - с шагом 300 мм. Общая расчетная нагрузка на кровлю составляет 200 кг/м2. Тогда нагрузка на стропила будет равна 200*(0,25+0,25) = 100 кг/м, а на доски обрешетки - 200*(0,15+0,15) = 60 кг/м (см. рисунок).
Теперь для наглядности рассмотрим два примера сбора нагрузок на кровлю.
Пример 1. Сбор нагрузок на односкатную монолитную железобетонную кровлю.
Исходные данные.
Район строительства - г. Нижний Новгород.
Конструкция крыши - односкатная.
Угол наклона кровли - 3,43° или 6% (0,3 м - высота крыши; 5 м - длина ската).
Размеры дома - 10х9 м.
Высота дома - 8 м.
Тип местности - коттеджный поселок.
Состав кровли:
1. Монолитная железобетонная плита - 100 мм.
2. Цементно-песчаная стяжка - 30 мм.
3. Пароизоляция.
4. Утеплитель - 100 мм.
5. Нижний слой гидроизоляционного ковра.
6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.
Сбор нагрузок.
| Вид нагрузки | Норм. |
Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Монолитная ж/б плита (ρ=2500 кг/м3) толщиной 100 мм Цементно-песчаная стяжка (ρ=1800 кг/м3) толщиной 30 мм Пенополистирол (ρ=35 кг/м3) толщиной 100 мм
Временные нагрузки: |
250 кг/м2 3,5 кг/м2 |
275 кг/м2 70,2 кг/м2 4,6 кг/м2 |
|
| ИТОГО | 489,1 кг/м2 | 604 кг/м2 |
S 0 = 0,7с t с в μS g = 0,7·1·1·1·240 = 168 кг/м2.
где: с t = 1, так как кровля у нас утепленная, а, следовательно, через нее не выделяется такого количества тепла, которое могло бы приводить к таянию снега на крыше; термический коэффициент принимается в соответствии с п.10.10 .
с в = 1; коэффициент сноса снега принимается по п.10.9 .
μ = 1, так как кровля односкатная с уклоном менее 30º; принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,
Sg = 240 кг/м2; принимается в соответствии с п.10.2 и таблицей 10.1 , так как Нижний Новгород относится к IV снеговому району.
W = W m + W p = 13,6 кг/м2.
W m = W 0 k(z в)с = 23·0,59·1 = 13,6 кг/м2.
где: W 0 = 23 кг/м2, так как г. Нижний Новгород относится к I ветровому району; нормативное значение ветрового давления принимается в соответствии с пунктом 11.1.4, таблицей 11.1 и приложением Ж
k(z в) = k 10 (z в /10) 2α = 0,59, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d → z в =h=8 м и тип местности строительства В; коэффициенты принимаются в соответствии с п.11.1.6 таблицей 11,3, также коэффициент k(z в) можно определить методом интерполяции по таблице 11.2 .
с = 1, так как рассчитываемая крыша обладает небольшой площадью и расположена под углом к горизонту, данным коэффициентом пренебрегаем; принимается в соответствии с пунктом 11.1.7 и приложение Д .
Пример 2. Сбор нагрузок на двухскатную деревянную кровлю (сбор нагрузок на стропила и обрешетку).
Исходные данные.
Район строительства - г. Екатеринбург.
Конструкция крыши - двухскатная стропильная с обрешеткой под металлочерепицу.
Угол наклона кровли - 45° или 100% (5 м - высота крыши, 5 м - длина проекции одного ската).
Размеры дома - 8х6 м.
Ширина крыши - 11 м.
Высота дома - 10 м.
Тип местности - поле.
Шаг стропил - 600 мм.
Шаг обрешетки - 200 мм.
Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.
Состав кровли:
1. Обшивка из досок (сосна) - 12х100 мм.
2. Пароизоляция.
3. Стропила (сосна) - 50х150 мм.
4. Утеплитель (минплита) - 150 мм.
5. Гидроизоляция.
6. Обрешетка (сосна) - 25х100 мм
7. Металлочерепица - 0,5 мм.
Сбор нагрузок.
Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.
| Вид нагрузки | Норм. |
Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Обшивка из досок (сосна ρ=520 кг/м3) Стропила (сосна ρ=520 кг/м3) Утеплитель (минплита ρ=25 кг/м3) Обрешетка (сосна ρ=520 кг/м3) Металлочерепица (ρ=7850 кг/м3) Примечание: вес паро- и гидроизоляции не учитывается в связи с их малым весом. Временные нагрузки: |
|
|
|
| ИТОГО | 112,4 кг/м2 | 152,4 кг/м2 |
Вес стропил:
М ст = 1·0,05·0,15·520 = 3,9 кг - вес стропил, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как в связи с шагом 600 мм попадает только одна стропилина.
Вес обрешетки:
М ст = 1·0,025·0,1·520·1/0,2 = 6,5 кг - вес обрешетки, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как шаг обрешетки составляет 200 мм (попадает 5 досок).
Определение нормативной нагрузки от снега:
S 0 = 0,7с t с в μS g = 0,7·1·1·0,625·180 = 78,75 кг/м2.
где: с t = 1; так как через кровлю выделения тепла не производится п.10.10 .
с в = 1; п.10.9 .
μ = 1,25·0,5 = 0,625, так как кровля двухскатная с углом наклона к горизонту от 30º до 60º (2 вариант); принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,
Sg = 180 кг/м2; так как Екатеринбург относится к III снеговому району (п.10.2 и таблица 10.1 ).
Определение нормативной нагрузки от ветра:
W = W m + W p = 14,95 кг/м2.
где: W p = 0, так как здание небольшой высоты.
W m = W 0 k(z в)с = 23·0,65·1 = 14,95 кг/м2.
где: W 0 = 23 кг/м2, так как г. Екатеринбург относится к I ветровому району; по п.11.1.4, таблицы 11.1 и приложении Ж .
k(z в) = 0,65, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d (h = 10 м - высота дома, d = 11 м - ширина крыши) → z в =h=10 м и тип местности строительства А (открытая местность); коэффициент принят по таблице 11.2 .
Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну стропилину:
q норм = 112,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 67,44 кг/м.
q расч = 152,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 91,44 кг/м.
Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну доску обрешетки:
q норм = 112,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 22,48 кг/м.
q расч = 152,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 30,48 кг/м.
При проектировании крыши, нужно учитывать нагрузки, действующие на нее — снеговую и ветровую. Чтобы определиться с показателями этих величин, можно обратиться в специальную строительную организацию, где инженеры помогут вам с расчетами. Но если хотите все сделать самостоятельно и не сомневаетесь в своих силах, то здесь Вы найдете необходимые формулы с подробным описанием величин, которые понадобятся при расчёте. Итак, для начала разберемся, что же представляют из себя эти нагрузки и почему их обязательно необходимо учитывать.
Российский климат очень разнообразен. Важно понимать, что на крышу строящегося дома будут оказывать влияние изменение температур, ветровое давление, осадки и другие физико-механические факторы. Причем степень их влияния напрямую будет зависеть от района строительства. Всё это будет оказывать давление не только на ограждение крыши — кровлю, но и на несущие конструкции, такие как стропила и обрешётка. Надо понимать, что дом — это единая конструкция. По цепной реакции нагрузка от крыши передается на стены, а от них — на фундамент. Поэтому важно рассчитать все до мелочей.
Снежный покров, образующийся в зимние периоды на крыше дома, оказывает на нее определенное давление. Чем севернее район, тем больше снега. Кажется, что и угроза поломок выше, но стоит быть более осторожным при проектировании дома в районе, где происходит периодическая смена температур, способная вызвать таяние снега и последующее его промерзание. Средний вес снега 100 кг/м3, а вот в сыром состоянии он может достигать 300 кг/м3. В таких случаях снеговая масса может стать причиной деформации стропильной системы, гидро- и теплоизоляции, что повлечёт за собой протечки кровли. Такие погодные условия скажутся и на быстром и неравномерном сходе снегового покрова с крыши, что может быть опасным для человека.
Чем больше уклон кровли, тем меньше снеговых отложений на ней будет задерживаться. Но если ваша кровля имеет сложную форму, то в местах стыка кровли, где образуются внутренние углы, может собираться снег, что будет способствовать образованию неравномерной нагрузки. Лучше устанавливать снегозадержатели в районах, где количество осадков достаточно велико, чтобы снег, собравшийся возле края карниза, не мог повредить систему водостока. Уборку снега можно осуществлять самостоятельно, но этот процесс нельзя назвать стопроцентно безопасным.
Для того, чтобы обеспечить безопасный сход снега и предотвратить образование сосулек, применяют систему кабельного обогрева. Ей можно управлять автоматически или вручную. Зависит от вашего желания и выбора. Нагревательные элементы такой системы располагают по всему краю крыши перед водосточным желобом.
Для России значение снеговой нагрузки будет зависеть от района строительства. Определить, какой вес снегового покрова будет в вашем районе, поможет специальная карта.
Технология расчета снеговой нагрузки: S=Sg*m, где Sg - расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице, а 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.
Определение снеговой нагрузки местности
| Снеговой район | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Вес снегового покрытия Sg (кгс/м2) | 80 | 120 | 180 | 240 | 320 | 400 | 480 | 560 |
Коэффициент m зависит от угла наклона ската кровли, при углах наклона ската кровли:
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.
Ветер оказывает боковое давление на стены дома и крышу. Воздушный поток, сталкиваясь с препятствием, распределяется, уходя вниз к фундаменту и наверх в карнизный свес крыши. Если не рассчитывать давление ветра, то кровельное покрытие может просто сорвать от ураганного ветра. Такое разрушение не всегда можно исправить каким-то косметическим ремонтом, зачастую это приводит к необходимости замены кровли. Важным показателем при расчете воздействия ветра учитывают аэродинамический коэффициент. Он зависит от угла уклона кровли. Чем круче скат, тем нагрузка будет больше, и ветер будет стараться «опрокинуть» крышу. Если же угол вашей кровли небольшой, то ветер будет воздействовать на крышу подобно подъёмной силе, стараясь сорвать и отнести ее прочь. Для того, чтобы этого не случилось, нужно правильно соблюдать конструкцию кровли. Устойчивость стропильной системы зависит от обеспечения пространственной жесткости, которая складывается из правильного сочетания в ней раскосов, подкосов и диагональных связей, а также жесткого крепления их между собой. Помимо этого, ветер может переносить предметы, которые при столкновении с крышей будут оставлять механические повреждения. Чтобы этого не произошло, нужно внимательно выбирать кровельное покрытие и правильно организовывать обрешетку для его укладки.
Давление ветра, как и вес снегового покрова, будет зависеть от района строительства. Определить районирование можно по размещённой ниже карте.
Технология расчёта ветровой нагрузки
Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по таблице ниже в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:
А – открытые побережья морей, озёр 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.
| Высота z, м | Коэффициент k для типов местности | ||
|---|---|---|---|
| ≤ 5 | 0,75 | 0,50 | 0,40 |
| 10 | 1,00 | 0,65 | 0,40 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,50 | 1,10 | 0,80 |
| 60 | 1,70 | 1,30 | 1,00 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,00 | 1,60 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,90 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,10 | 1,80 |
| 250 | 2,65 | 2,30 | 2,00 |
| 300 | 2,75 | 2,50 | 2,20 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥ 480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
Примечание: при определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.
Ветровая и снеговая нагрузки при проектировании навесов
Особое внимание расчёту необходимо уделить тем, кто задумался о проектировании навеса – например, для беседки или стоянки автомобиля. Обычно в таких случаях используют экономичную конструкцию, не имеющую достаточную жесткость. Поэтому нельзя игнорировать давление снега. Рекомендуется чистить снег вовремя, не допуская образования снежного покрова толщиной более 30 см. Для навеса, выполненного из дерева, надёжнее будет сделать сплошную обрешётку и усиленные стропила. Если же вы выбрали металлическую конструкцию, то она должна иметь соответствующую толщину профиля. В любом случае, для выбора материалов необходимой жесткости, лучше использовать результаты расчета.
Примеры расчёта снеговой и ветровой нагрузок для Москвы и Московской области
Пример №1: Расчёт снеговой нагрузки
Исходные данные:
регион: Москва
уклон кровли: 35 градусов
Найдем полное расчётное значение снеговой нагрузки S:
полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле: S=Sg*m
по карте зон снегового покрова территории РФ определяем номер снегового района для Москвы: в нашем случае — это III, что соответствует по таблице весу снегового покрытия Sg=180 (кгс/м2);
коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие для угла крыши в 35 градусов m=0,7
получаем: S=Sg*m = 180*0,7 = 126 (кгс/м2)
Пример №2: Расчёт ветровой нагрузки
Исходные данные:
регион: Москва
уклон кровли: 35 градусов
высота здания: 20 метров
тип местности: городские территории
Найдем полное расчётное значение ветровой нагрузки W:
Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле: W=Wo*k ,
По карте зон ветрового давления по территории РФ определяем для Москвы регион I
Нормативное значение ветровой нагрузки, соответствующее I району, принимаем Wo=23(кгс/м2)
Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл. 6 k=0,85
Получаем: W=Wo*k = 23*0,85 = 19,55(кгс/м2)
Тема о снеге в сентябре не очень актуальна даже для нас — жителей Сибири. Однако… «сани» уже должны быть готовы, не смотря на то, что пока мы еще продолжаем ездить на «телегах». Приходят на память моменты, когда после обильного снегопада зимой и перед таянием снега весной...
Собственники различных строений — от бань, навесов и теплиц до огромных бассейнов, стадионов, цехов, складов — озадачиваются двумя вытекающими один из другого вопросами: «Выдержит или не выдержит кровля скопившуюся на ней массу снега? Сбрасывать этот снег с крыши или нет?»
Снеговая нагрузка на кровлю – вопрос серьезный и не терпящий дилетантского подхода. Попробую по возможности кратко и доступно изложить информацию о снеге и оказать помощь в решении выше озвученных вопросов.
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 получения информации о выходе новых статей и для возможности скачивать рабочие файлы программ прошу 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 !
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.
Нормативная и расчетная снеговая нагрузка.
при проектировании и строительстве объектов? Ответ на этот вопрос изложен для специалистов в СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Мы не станем «забирать хлеб» у строителей-проектировщиков и углубляться в варианты геометрических типов покрытий, углов скатов, коэффициентов сноса снега и прочие сложности. Но общий алгоритм составим и программу его реализующую напишем. Мы научимся определять нормативное и расчетное снеговое давление на горизонтальную проекцию покрытия для объектов в любой интересующей нас местности России.Запомним несколько «аксиом». Если на простой односкатной или двускатной крыше угол уклона покрытия больше 60 ˚ , то считается, что снега на такой крыше быть не может (μ =0) . Он весь «скатится». Если угол уклона покрытия меньше 30 ˚ , то считается, что весь снег на такой крыше лежит тем же слоем, как и на земле (μ =1) . Все остальные случаи – промежуточные значения, определяемые линейной интерполяцией. Например, при угле равном 45 ˚ только 50% выпавшего снега будет лежать на кровле (μ=0,5).
Проектировщики ведут расчет по предельным состояниям, которые делят на две группы. Переход за предельные состояния первой группы это – разрушение и утрата объекта. Переход за предельные состояния второй группы это – превышение прогибами допустимых пределов и, как следствие, необходимость ремонта объекта, возможно — капитального. В первом случае в расчете используют расчетную снеговую нагрузку, равную увеличенной на 40% нормативной нагрузке. Во втором случае расчетная снеговая нагрузка – это нормативная снеговая нагрузка.
Расчет в Excel снеговой нагрузки по СП 20.13330.2011.
При отсутствии на вашем компьютере программы MS Excel, можно воспользоваться свободно распространяемой очень мощной альтернативой — программой OOo Calc из пакета Open Office.
Перед началом работы найдите в Интернете и скачайте СП 20.13330.2011 со всеми приложениями.
Часть важных материалов из СП 20.13330.2011 находятся в файле, который подписчики сайта могут скачать по ссылке, размещенной в самом конце этой статьи.
Включаем компьютер и начинаем расчет в Excel снеговой нагрузки на покрытия.
В ячейки со светло-бирюзовой заливкой запишем исходные данные, выбранные по СП 20.13330.2011. В ячейках со светло-желтой заливкой считаем результаты. В ячейках с бледно-зеленой заливкой разместим исходные данные, мало подверженные изменениям.
В примечаниях ко всем ячейкам столбца C поместим формулы и ссылки на пункты СП 20.13330.2011!!!
1. Открываем Приложение Ж в СП 20.13330.2011 и по карте «Районирование территории Российской Федерации по весу снегового покрова» определяем для местности, где построено (или будет построено) здание номер снегового района. Например, для Москвы, Санкт-Петербурга и Омска – это III снеговой район. Выбираем соответствующую строку с записью III в поле с выпадающим списком, расположенном поверх
Подробно о том, как работает функция ИНДЕКС совместно с полем со списком можно прочитать .
2. Считываем массу снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности землиSg в кг/м2 для выбранного района
3. Принимаем в соответствии с п. 10.5-10.9 СП 20.13330.2011 значение коэффициента, учитывающего снос снега с покрытий зданий ветром Ce
в ячейке D4: 1,0
Ce — пишите 1,0.
4. Назначаем в соответствии с п. 10.10 СП 20.13330.2011 значение термического коэффициента Ct
в ячейке D5: 1,0
Если не понимаете, как назначать Ct — пишите 1,0.
5. Назначаем в соответствии с п. 10.4 по Приложению Г СП 20.13330.2011 значение коэффициента перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии μ
в ячейке D6: 1,0
Вспоминаем «аксиомы» из предыдущего раздела статьи. Не помните и ничего не понимаете — пишите 1,0.
6. Считываем нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S 0 в кг/м2, рассчитанное
в ячейке D7: =0,7*D3*D4*D5*D6 =128
S0 =0.7*Ce *Ct * μ * Sg
7. Записываем в соответствии с п. 10.12 СП 20.13330.2011 значение коэффициента надежности по снеговой нагрузке γ f
в ячейке D8: 1,4
8. И, наконец считываем расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S в кг/м2, рассчитанное
в ячейке D9: =D7*D8 =180
S = γ f * S 0
Таким образом, для «простых» зданий третьего снегового района при μ =1 расчетная снеговая нагрузка равна 180 кг/м2. Этому соответствует высота снежного покрова 0,90…0,45 м при плотности снега 200…400 кг/м3 соответственно. Выводы делать каждому из нас!
Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора скачать файл ПОСЛЕ ПОДПИСКИ на анонсы статей.
ОСТАЛЬНЫМ можно скачать просто так... - никаких паролей нет!
Жду ваши комментарии, уважаемые читатели!!! Профессионалов – строителей прошу «бить не сильно». Статья написана не для специалистов, а для широкой аудитории.
Снег приятная радость для многих, а порой для них же огромное бедствие, особенно когда его много. В определение веса важно понимать по его расчетам в первую очередь для строителей, да бы не обрушивались кровли.
Масса удельного веса снега на 1м³ в зависимости от характеристики |
||
| Характеристика снега | Удельный вес (г/см³) | Вес 1 м³ (кг) |
| Сухой снег | 0.125 | 125 |
| Свежевыпавший пушистый сухой | от 0,030 до 0,060 | от 30 до 60 |
| Мокрый снег | до 0.95 | до 950 |
| Мокрый свежевыпавший | от 0,060 до 0,150 | от 60 до 150 |
| Свежевыпавший осевший | от 0,2 до 0,3 | от 200 до 300 |
| Ветрового (метелевого) перенос | от 0,2 до 0,3 | от 200 до 300 |
| Сухого осевшего старого | от 0,3 до 0,5 | от 300 до 500 |
| Сухого фирна (плотный снег) | от 0,5 до 0,6 | от 500 до 600 |
| Мокрого фирна | от 0,4 до 0,8 | от 400 до 800 |
| Мокрого старого | от 0,6 до 0,8 | от 600 до 800 |
| Глетчерного льда | от 0,8 до 0,96 | от 800 до 960 |
| Лежачий снег более 30 суток | 340-420 | |
В некоторых странах снег является отличным строительным материалам, например при возведение Иглу у эскимосов, а на праздники для строительства оригинальных скульптур.
Формирование снега как природного явления
Снег – природное явление, образующееся из-за кристаллизации маленьких капелек воды в атмосфере и впадающее на землю в виде осадков. Формирование снега осуществляется в атмосфере, когда микроскопические частички воды начинают группироваться вокруг таких же размеров частичек пыли и кристаллизироваться. Изначально размер образующихся ледяных кристаллов не превышает 0,1 мм. Но в процессе падения к земной поверхности, в зависимости от температуры внешней среды, они начинают «обрастать» другими водяными замерзшими кристаллами и пропорционально увеличиваться.
Узорная форма снежинок образуется из-за определённой структуры молекул воды. Обычно это шестиконечные узорчатые фигуры, с возможным углом между гранями либо 60, либо 120 градусов. При этом основной «центральный» кристалл образует форму шестиугольника с правильными гранями. А присоединившиеся в процессе падения кристаллические лучи могут придавать снежинке самой разнообразной формы. Учитывая, что в процессе падения снежинки подвергаются воздействию ветра, перепадов температур, могут повторно наращивать количество кристаллов, в конечном итоге они набирают не только плоской, но и объемной формы. С виду это может показаться нагромождением замерзших капелек воды, но если присмотреться внимательно, то в изначальной структуре все такие присоединения будут иметь правильные углы.
Как правило, цвет снега белый. Это связано с наличием в его внутренней структуре воздуха. Фактически снег на 95% состоит из воздуха. Именно это и обусловливает «легкость» снежинок, а также плавное приземление на твердые поверхности. В дальнейшем, когда свет проходит через кристаллизованную воду с учетом воздушных прослоек и начинает рассеиваться, снежинка приобретает видимый белый цвет. Но это классический вариант. Если же в атмосфере будут находиться другие элементы, в том числе и крошечные частички пыли, гари, загрязненного производственными выбросами воздушными смесями – снег может приобретать и другие оттенки.
Обычно снежинки имеют размеры, не превышающие 5 мм в диаметре. Но в истории известны случаи образования снежинок «гигантов», когда размеры каждого «экземпляра достигали в диаметре до 30 см. В то же время, учитывая множество факторов, влияющий на процесс формирования этих природных творений, считается, что найти две одинаковые снежинки просто невозможно. И даже если визуально вам кажется, что они полностью похожи, присмотревшись к ним под микроскопом вы поймете, что это далеко не так. Вариаций их возможных форм сегодня неограниченное количество.
Сколько весит 1 куб снега – зависимости от зависимостей
- От температуры окружающей среды
- От времени с момента осадков
- От дополнительных осадков в виде дождя
- От плотности слеживания
Отличной вам погоды в доме!
На прочность и долговечность конструкций крыш существенное влияние оказывают снег, ветер, дождь, перепады температуры и другие физико-механические факторы, воздействующие на здание.
Расчет несущих конструкций зданий и сооружений выполняют по методу предельных состояний, при которых конструкции теряют способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получают недопустимые деформации или местные повреждения.
Предельных состояний, по которым производится расчет несущих конструкций крыши, может быть два:
- Первое предельное состояние достигается в том случае, когда в строительной конструкции исчерпана несущая способность (прочность, устойчивость, выносливость), а попросту, происходит разрушение конструкции. Расчет несущих конструкций ведется на максимально возможные нагрузки. Это условие записывается формулами: σ ≤ R или τ ≤ R, означающими, что напряжения развивающиеся в конструкции при приложении нагрузки не должны превышать предельно допустимых;
- Второе предельное состояние характеризуется развитием чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок. В конструкции происходят недопустимые прогибы, раскрываются узлы сочленений. Однако в целом конструкция не разрушается, но дальнейшая ее эксплуатация без ремонта невозможна. Это условие записывается формулой: f ≤ f нор, означающей, что прогиб появляющийся в конструкции при приложении нагрузки не должен превышать предельно допустимого. Нормируемый прогиб балки, для всех элементов крыши (стропил, прогонов и брусков обрешетки) составляет L/200 (1/200 длины проверяемого пролета балки L), см.
Расчет стропильной системы скатных крыш ведется по обоим предельным состояниям. Цель расчета: не допустить разрушения конструкций либо их прогиба выше допустимого предела. Для снеговых нагрузок, действующих на крышу, несущий каркас крыши рассчитывается по первой группе состояний - на расчетный вес снегового покрова S. Эту величину принято называть расчетной нагрузкой, ее можно обозначить, как S рас. Для расчета по второй группе предельных состояний: вес снега учитывается по нормативной нагрузке - эту величину можно обозначить, как S нор. . Нормативная снеговая нагрузка отличается от расчетной коэффициентом надежности γ f = 1,4. То есть расчетная нагрузка должна быть в 1,4 раза выше, чем нормативная:
S рас. = γ f × S нор. = 1,4× S нор.
Точную нагрузку от веса снегового покрова, требуемую для расчета несущей способности стропильных систем в конкретном месте строительства, нужно выяснить в районных строительных организациях или установить по картам СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия», вложенным в этот Свод Правил.
На рис. 3 и таблице 1 показаны нагрузки от веса снегового покрова для расчета по первой и второй группе предельных состояний.
Таблица 1
рис. 3. Районирование территории Российской Федерации по весу снегового покроваВлияние на снеговую нагрузку угла наклона крыши, ендов и слуховых окон
В зависимости от уклона крыши и направления преобладающих ветров снега на крыше может быть значительно меньше и, как ни странно, больше, чем на плоской поверхности земли. При возникновении в атмосфере таких явлений, как снежный буран или метель, снежинки, подхваченные ветром, переносятся на подветренную сторону. После прохождения препятствия в виде конька крыши скорость движения нижних потоков воздуха снижается по отношению к верхним и снежинки оседают на крышу. В результате с одной стороны крыши снега лежит меньше нормы, а с другой больше (рис. 4).
рис. 4. Образование снеговых «мешков» на крышах с уклонами скатов от 15 до 40°
Снижение и увеличение снеговых нагрузок, зависящих от направления ветра и угла наклона скатов, изменяется коэффициентом µ, который учитывает переход от веса снегового покрова на земле к снеговой нагрузке на кровле. Например, на двухскатных крышах с углом скатов выше 15° и меньше 40° с наветренной стороны будет лежать 75%, а с подветренной 125% от того количества снега, который лежит на плоской поверхности земли (рис. 5).
рис. 5. Схемы нормативных снеговых нагрузок и коэффициенты µ (значение коэффициентов µ учитывающих более сложную геометрию крыш приведено в СНиП 2.01.07-85)
Толстый слой снега, скапливающийся на крыше и превышающий средненормативную толщину, называется снеговым «мешком». Они скапливаются в ендовах - местах, где пересекаются две крыши и в местах с близко расположенными слуховыми окнами. Во всех местах, где высока вероятность возникновения снегового «мешка», ставят спаренные стропильные ноги и выполняют сплошную обрешетку. Также здесь делают подкровельную подложку, чаще всего из оцинкованной стали, вне зависимости от материала основного покрытия кровли.
Снеговой «мешок», образующийся с подветренной стороны, постепенно сползает и давит на свес кровли, пытаясь обломить его, поэтому свес кровли не должен превышать размеры, рекомендуемые изготовителем кровельного покрытия. Например, для обычной шиферной кровли его принимают равным 10 см.
Направление преобладающего ветра определяется по розе ветров для данного региона строительства. Таким образом, после проведения расчета с наветренной стороны будут установлены одиночные стропила, с подветренной - спаренные. Если данные по розе ветров отсутствуют, необходимо рассматривать схемы равномерно распределенных и не равномерно распределенных снеговых нагрузок в их наиболее неблагоприятных сочетаниях.
С увеличением угла наклонов скатов снега на крыше остается меньше, он сползает под собственным весом. При углах скатов, равных или больше 60°, снега на крыше совсем не остается. Коэффициент µ в этом случае равен нулю. Для промежуточных значений углов скатов µ находится методом прямой интерполяции (усреднением). Так, например, для скатов с углом наклона 40° коэффициент µ будет равен 0,66, для 45° - 0,5, а для 50° - 0,33.
Таким образом, требуемые для подбора сечения стропил и шага их установки, расчетная и нормативная нагрузки от веса снега учитывающие углы наклонов скатов (Q µ.рас и Q µ.нор), должны быть умножены на коэффициент µ:
S µ.рас = S рас ×µ
S
µ.нор = S нор ×µ .
Влияние ветра на снеговую нагрузку
На пологих крышах с уклонами до 12% (примерно до 7°), проектируемых на местности типов A или B происходит частичный снос снега с крыши. В этом случае расчетная величина нагрузки от веса снега должна быть уменьшена применением коэффициента c e , но не менее чем c e = 0,5. Коэффициент c e вычисляется по формуле:
c e = (1,2-0,4√k )×(0,8+0,002l c ),
где l c - расчетный размер принимаемый по формуле l c = 2b — b 2 /l , но не более 100 м; k - принимается по таблице 3 для типов местности A или B; b и l - наименьшие размеры ширины и длины покрытия в плане.
На зданиях с крышами уклоном от 12 до 20% (примерно от 7 до 12°) расположенных на местности типов A или B, велчина коэффициента c e = 0,85. Снижение снеговой нагрузки коэффициентом c e = 0,85 не распространяется:
- на крыши зданий в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше -5°С, так как периодически образующаяся наледь препятствует сносу снега ветром (рис. 6);
- у перепадов высот зданий и парапетов (подробности в СП 20.13330.2016), так как парапеты и разноуровневые крыши, примыкающие друг к другу препятствуют сдуванию снега.
рис. 6. Районирование территории Российской Федерации по средней месячной температуре воздуха, °С, в январе
Во всех других случаях, для скатных крыш применяется коэффициент c e = 1. Формулы определения расчетной и нормативной нагрузки от веса снега, учитывающие ветровой снос снега, будут выглядеть так:
S с.рас. = S рас. × c e
- для первого предельного состояния;
S
с.нор. = S нор. × c e
- для второго предельного состояния
Влияние температурного режима здания на снеговую нагрузку
На зданиях с повышенным тепловыделением (с коэффициентом теплопередачи более 1 Вт/(м²×°C)) снижение снеговой нагрузки происходит за счет таяния снега. При определении снеговых нагрузок для неутепленных покрытий зданий с повышенными тепловыделениями, приводящими к таянию снега, при уклонах кровли свыше 3% и обеспечении надлежащего отвода талой воды следует вводить термический коэффициент c t = 0,8. В остальных случаях c t = 1,0.
Формулы определения расчетной и нормативной нагрузки от веса снега, учитывающие термический коэффициент:
S t.рас. = S рас. × c t
- для первого предельного состояния;
S
t.нор. = S нор. × c t
- для второго предельного состояния
Определение снеговой нагрузки с учетом всех факторов
Снеговая нагрузка определяется произведением нормативной и расчетной нагрузки, взятой по карте (рис.3) и таблице 1 на все влияющие коэффициенты:
S снег.рас. = S рас. × µ × c e
× c t
- для первого предельного состояния (расчет на прочность);
S снег.нор. = S нор. × µ × c e
× c t
- для второго предельного состояния (расчет на прогиб)
