Лёгкий метод расчёта снеговой нагрузки на крышу

Важно! В этом случае расчет кровельного материала учитывается не на основании среднего показателя прочности на разрыв, а в тех зонах, где снеговая нагрузка проявляется в самых неблагоприятных условиях.

Снеговая нагрузка на крышу

Ситуация, когда снежная масса скапливается на крыше, никого не удивляет. Часто возникает необходимость самостоятельно забираться на кровлю, чтобы убрать слой снега. Даже если снеговая нагрузка была рассчитана с учетом максимального значения при установке крыши, а также при возведении основания и каркаса здания, согласно рекомендациям СНиП 2.01.07-85, часто возникает вопрос: стоит ли проверять правильность расчетов непосредственно на своем доме?

Для регионов с высоким уровнем осадков крыши с уклоном, как правило, имеют значительные преимущества перед плоскими конструкциями, так как большая часть снега на крышах с большим углом наклона либо соскальзывает вниз, либо сдувается ветром.

Зачем учитывать давление снега?

Снеговая нагрузка: карта зонального распределения по территории Российской Федерации

Как известно, на обширной территории Российской Федерации среднее количество осадков в виде снега значительно варьируется в зависимости от региона. На основании многолетних наблюдений и расчетов была составлена карта, которая выделяет восемь различных зон по уровню снеговой нагрузки.

Таблица зонального распределения по среднему значению снеговой нагрузки на территории Российской Федерации

Снеговые районы Российской Федерации	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Расчетный вес снегового покрова Q на 1 м² горизонтальной поверхности, 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 может быть рассчитана по следующей формуле: S = Sg * m, где:

• Sg — это расчетное значение веса снежного покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, которое определяется по таблице;
• m — это коэффициент, позволяющий перейти от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на кровлю;
• расчетное значение веса снегового покрова Sg берется в соответствии со снеговым районом Российской Федерации.

Коэффициент m меняется в зависимости от угла наклона ската крыши:

• при углах наклона меньше 25 градусов m принимается равным 1;
• для углов от 25 до 60 градусов m принимается равным 0,7 (примерно для каждого угла наклона может быть свое значение);
• при углах наклона более 60 градусов коэффициент m в расчете полной снеговой нагрузки не учитывают.

Для простых зданий снеговая нагрузка на плоскую крышу рассчитывается с учетом прочности и несущей способности самого слабого элемента конструкции:

1. Расчет на излом или предельно допустимый прогиб плоского перекрытия крыши. В случае железобетонных балок и каркасных несущих ферм, которые часто используют для строительства павильонов или торговых центров, давление от снеговой нагрузки рассчитывают по максимально допустимому прогибу одиночного элемента перекрытия.
2. Для простых конструкций плоской крыши, где используются относительно короткие и жесткие балки с запасом прочности, расчет снеговой нагрузки проводят по величине устойчивости и несущей способности стен и вертикальных опор.
3. В зданиях с избыточным запасом прочности давление на поверхность крыши от снеговой нагрузки рассчитывается для проверки локальной прочности рулонного мягкого покрытия.

Чем опасны снеговые нагрузки?

Атмосферные осадки, особенно снег, который может скапливаться на крыше, создают значительное давление на конструкцию. Многие думают, что чем севернее расположен дом, тем это давление выше. Хотя это справедливо лишь отчасти, так как из-за частых температурных колебаний от положительных до отрицательных значений на крыше также может образовываться лед. Такие ледяные наросты значительно тяжелее снега. Кроме того, вес увлажненного снега может превышать вес обычного снега в три раза! Учитывая это, понятно, что под его воздействием конструкция крыши может деформироваться.

Последствия протечек кровли, вызванные неправильным расчетом и установкой крыши, могут быть серьезными.

Кроме того, большие массы снега и льда могут повредить водосточные системы и представлять риск для имущества, здоровья и даже жизни людей. Чтобы минимизировать такие риски, в систему безопасности крыши входят снегозадержатели, которые помогают равномерно отводить воду с поверхности крыши.

Карта и формула расчета снеговой нагрузки

Для определения величины снеговой нагрузки необходимо знать два показателя: район России, где расположен дом (это можно узнать с помощью карты ниже), а также угол наклона крыши.

Приложение 5 к СНиПу 2.01.07-85. Для увеличения нажмите на изображение.

Далее необходимо применить формулу:

S = Sg * µ

S – это значение снеговой нагрузки;

Sg – это значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности (определяемое в зависимости от региона на карте по таблице ниже);

µ – это коэффициент нагрузки на поверхность крыши в зависимости от угла ее наклона.

• Если угол наклона меньше 25°, то µ = 1;
• Если угол наклона больше 25°, но меньше 60°, то µ = 0,7;
• Если угол наклона больше 60°, расчет нагрузки не проводится.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Формула, используемая для расчета снеговой нагрузки, выглядит следующим образом: Ms = Q × Ks × Kc, где:

• Ms – снеговая нагрузка;
• Q – масса снежного покрова, который покрывает 1 м² плоской горизонтальной поверхности крыши.

Последнее зависит от конкретного региона и определяется с учетом карты. Для второго предельного состояния — расчета на прогиб (в случае, если дом расположен на стыке двух снеговых зон, выбирается более высокое значение снеговой нагрузки).

Для прочностного анализа по первому типу значение нагрузки выбирается соответственно по карте или берется из таблицы №1:

Первое значение в таблице указано в кПа, в скобках — переведенная величина в кг/м².

Ks – это поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона крыши.

1. Для крыш с крутыми склонами (угол более 60 градусов) снеговые нагрузки не учитываются, и значение Ks=0 (снег не накапливается на крутонаправленных крышах).
2. Для крыш с углом от 25 до 60 градусов коэффициент составляет 0,7.
3. Для всех остальных крыш коэффициент равен 1.

Kc – это коэффициент, который учитывает ветровой снос снега с крыш. Например, для пологих крыш с углом ската 7-12 градусов в районах с ветром скоростью 4 м/с, Kc принимается равным 0,85. Карта отображает районирование по скорости ветра.

Коэффициент сноса Kc не применяется в районах с январской температурой выше -5 градусов, так как на крыше может образоваться ледяная корка, препятствующая сдуву снега. Кроме того, данный коэффициент не учитывается, если здание закрыто от ветра более высокими соседними постройками.

Снег на крыше распределяется неравномерно. Чаще всего на подветренной стороне образуется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изгибов крыши (ендова). Поэтому, если вы хотите, чтобы ваша крыша была прочной, обеспечьте минимальное расстояние между стропилами именно в этих местах, а также следите за рекомендациями производителей кровельных материалов, так как снег может повредить свес, если его размеры окажутся неверными.

Данный расчет, приведенный выше, предложен в простой форме. Для более надежного расчета рекомендуется умножить конечный результат на коэффициент надежности для нагрузки (для снеговой нагрузки он равняется 1,4).

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

Теперь, когда мы разобрались с давлением снега, давайте перейдем к расчетам ветрового воздействия.

Вне зависимости от угла наклона, ветер оказывает значительное воздействие на крышу: он пытается сбросить крутоскатную кровлю и поднять более плоскую крыши со стороны подветра.

При расчетах нагрузки ветра необходимо учитывать его горизонтальное направление, так как он дует двунаправленно: на фасад и на крыше. В первом случае поток воздуха разделяется: часть уходит вниз к фундаменту, а часть оказывает вертикальное давление на свес крыши, пытаясь его поднять.

Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно, вдавливая массу кровли вниз, а также образует завихрения с наветренной стороны, которые огибают конек и затем создают подъемную силу на подветренной стороне, в результате разницы давления с обеих сторон.

Для расчета усредненной ветровой нагрузки используется формула: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности,

где Wo – ветровая нагрузка давления, определяемая по карте;

Kv — поправочный коэффициент ветрового давления, который зависит от высоты здания и окружающей местности.

Kc – аэродинамический коэффициент, который зависит от геометрии конструкции крыши и направления ветра. Значения этого коэффициента могут быть отрицательными для подветренной стороны и положительными для наветренной.

В таблице показываются аэродинамические коэффициенты в зависимости от уклона крыши и соотношения высоты здания к его длине (для двускатной крыши).

Для односкатной крыши коэффициент берется из таблицы для Ce1.

Чтобы упростить расчет, лучше всего взять максимальное значение C, равное 0,8.

Для более надежных результатов рекомендуется умножить на коэффициент запаса прочности по ветровой нагрузке, который равен 1,2.

Ветровая нагрузка на крышу – определение и особенности

Давление на кровлю со стороны воздушного потока называется ветровой нагрузкой. Эта величина является справочным показателем, изложенным в нормативных документах. Она определяется с учетом максимальной скорости ветра для каждого региона и может варьироваться в зависимости от особенностей строительных конструкций, на которые осуществляется давление.

При перемещении воздушного потока это движение приводит к столкновению с препятствиями, что, в свою очередь, вызывает его разделение. В такой ситуации кровля испытывает нагрузки с различных сторон:

• подъемная нагрузка со стороны подветра;
• касательная нагрузка со стороны наветра;
• вдавливающая нагрузка, направленная перпендикулярно к скату крыши.

Игнорировать влияние ветровых нагрузок на крышу при проведении расчетов недопустимо. Эти нагрузки не зависят от сезона и оказывают воздействие на конструкции любой формы в различной степени.

Методика расчета ветровой нагрузки

Расчет ветровой нагрузки на кровлю проводится по формуле:

W = Wo*k, где учитываются следующие параметры

W – удельная ветровая нагрузка;

Wo – нормативный региональный показатель, устанавливаемый по СП 20.133330.2016 п.11.;

k – поправочный коэффициент, который определяется в зависимости от высоты конструкции.

Нормативные данные находятся в СНиП. Показатель выбирается с учетом характеристик конкретной местности.

Эти районы классифицируются на группы:

• открытые участки;
• городская застройка, лесные массивы с высотой рядом стоящих объектов до 10 м;
• города со строениями высотой от 25 м и районы со сложным рельефом.

Ветровые и снеговые нагрузки – независимые показатели. Их рассчитывают отдельно, и результаты суммируются для определения общей нагрузки на кровельную конструкцию.

Как противостоять повышенной ветровой нагрузке

Для предотвращения разрушительного воздействия ветровой нагрузки на крышу, инженеры-строители следуют определенным правилам:

1. Правильный монтаж стропильной системы. Все расчетные параметры учитываются при выборе строительных материалов и схемы сборки каркаса. Обязательно должны быть предусмотрены подкосы, раскосы и ребра жесткости. Для дополнительного усиления конструкции элементы связываются диагональными перекладинами. Важно уделить внимание прочности обрешетки.
2. Правильный выбор кровельного материала. При этом учитывается парусность покрытий. По этому критерию одним из не самых удачных вариантов является металлочерепица, профнастил или шифер. Выбранный кровельный материал должен быть надежно закреплен на основании, чтобы выдерживать большие внешние нагрузки. Ондулин является хорошим выбором, так как обеспечивает максимальную надежность крепления и обладает низкой парусностью.
3. Усиление действующих конструкций. Ошибки проектирования могут быть скорректированы за счет установки дополнительных креплений всех стропильных ног, например, при помощи скрутки проволокой их нижних частей к металлическим штырям, вбиваемым в стены. Для повышения надежности узла можно дополнительно на крепежах сделать насечки, направленные в сторону забивания.

Как снег распределяется на скате?

После свежевыпавшего снега он первоначально равномерно распределяется по поверхности крыши. Однако со временем под действием силы тяжести снег начинает перемещаться вниз. Регулярные циклы таяния и замерзания приводят к тому, что значительное количество снега накапливается в районе карнизных свесов. Именно поэтому установку кабельного обогрева кровли рекомендуется производить по всему периметру крыши — это позволяет растопить снег в самых нагруженных и опасных зонах.

Кабельный обогрев черепицы

На скатах также есть определенные узлы и участки, где снеговая нагрузка значительно превышает среднюю величину. Например, такие зоны, как окрестности дымоходов, ендовы, а также места расположения слуховых и мансардных окон.

В этих опасных зонах рекомендуется укладывать двойные стропила, у которых запас прочности гораздо выше, чем у обычных одиночных стропил.

Снег снегу не равен!

Интересно, что вес снежного покрова одинаковой высоты может различаться в 5-7, а иногда и в 10 раз, в зависимости от возраста снега, влажности воздуха, времени года, количества оттепелей и других факторов. Поэтому определить вес накопившегося на крыше снега без специальных средств почти невозможно!

Как ветер влияет на распределение снега на крыше?

Ветер способен легко переносить снежинки с места на место, что также необходимо учитывать. В зависимости от расположения здания относительно направлений преобладающих ветров, а также от количества скатов крыши и угла их наклона, влияние ветра будет варьироваться. Например, если конек двускатной крыши ориентирован перпендикулярно направлению ветра, то воздух будет переносить снег с наветренного ската на подветренный. В крайних случаях на подветренном скате может скапливаться практически в два раза больше снега!

Снегозадержатели — обязательный элемент безопасной кровли

Для двускатных крыш с углом наклона в диапазоне от 15 до 40 градусов коэффициент накопления снега будет составлять 0,75 на наветренной стороне и 1,25 на подветренной. Полученное значение нужно умножить на удельный вес снега в выбранном регионе, который берется из таблицы 1, а также учитывать коэффициенты m и надежности 1,4.

Численное значение снеговой нагрузки может вызвать удивление у людей, далеких от строительства. Это восприятие снимает страх перед использованием тяжелых кровельных покрытий, таких как керамическая или минеральная черепица, ведь в общем весе нагрузок роль кровельного материала не так значительна. Если правильно рассчитанные стропила легко выдерживают давление двух-трех центнеров снега, то разница между весом квадратного метра кровли — 5 килограммов или 45 килограммов — не так важна.