65. Расчет покрытий. Применение снеговой нагрузки на поверхность.

Расчет стропил

Если вы строите дом самостоятельно, и у вас нет достаточных знаний в области инженерии и архитектуры, то расчет нагрузки на крышу можно заказать в специализированной организации или у частного проектировщика. Если же постройка не столь требовательна к техническим расчетам, то все можно сделать своими собственными силами. Как правильно рассчитать длину стропил? Она зависит от углов скатов крыши и от ее формы. Сперва следует ознакомиться с нормативной документацией. Для этого потребуется СНиП и приложенные карты к изменениям в этом документе (они были обновлены в 2008 году). Оптимальный шаг между стропилами рассчитывают исходя из возможного предела расстояния, после которого конструкции разрушится полностью или частично. Расчет снеговой нагрузки на кровлю … Расчет снеговой нагрузки на кровлю … Расчет снеговой нагрузки на кровлю … Расчет снеговой нагрузки на кровлю … При частичном разрушении выходят из строя различные элементы и узлы системы. Так, допустимый прогиб элементов конструкции стропил, ног, прогонов или раскосов не должен быть более 0,5% длины прогона или пролета. Полное разрушение наступает при превышении максимально допустимых нагрузок, поэтому крайне важно сделать правильный расчет стропил изначально. Рассчитывать необходимо оба варианта, так как важно знать пределы стойкости стропильной системы.

Нагрузки воспринимаемые стропильными конструкциями

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать две группы нагрузок постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые).

• К постоянным нагрузкам необходимо отнести нагрузку от веса самой конструкции: кровельного покрытия, веса стропильной конструкции, веса теплоизоляционного слоя и веса материалов отделки потолка;
• К кратковременным нагрузкам относят: вес людей, ремонтного оборудования в зоне обслуживания и ремонта кровли, снеговую нагрузку с полным расчётным значением, ветровую нагрузку;
• К особым нагрузкам. например, относят сейсмическое воздействие.

Расчёт стропильных конструкций по предельным состояниям первой и второй групп нагрузок следует выполнять с учётом неблагоприятного их сочетания.

Особенности снеговой нагрузки

Прежде чем приступать к этой части, необходимо определить положение дома на карте снеговых нагрузок России, и получить данные в формате Х кгс/м2. Это вес снега выпадающего на 1 м2 горизонтальной поверхности. Углы склона скатов дадут поправочный коэффициент:

• меньше 25 градусов – 1;
• при углах меньше 60 градусов 0,7;
• и при более острых углах (например, 75 градусов) снеговой нагрузки не будет, поскольку такой скат обеспечивает до 100% схода снега при выпадении.

После учета данного результата, необходимо учесть воздействие ветров, которые считается по таблицам ветровых влияний в зависимости от высоты дома и места расположения, и, получив расчет веса 1 м2, перейти к стропильной части.

Схема образования снеговых мешков. Пример для крыш с уклонами скатов от 20 до 30 град.

ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА.

I Вариант — посмотреть ваш населенный пункт в таблице ниже.II Вариант — определите на карте номер ветрового района интересующего вас местоположения и переведите их в килограммы, по приведенной ниже таблице.

1. Определите номер вашего ветрового района на карте
2. сопоставьте цифру с цифрой в таблице

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

W=WO*K

Wo — нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ.

k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности.

• А — открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры.
• B — городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями более 10 м.

*При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчётных направлений ветра.

• 5 м.- 0,75 А / 0.5 B .
• 10 м.- 1 А / B°.
• 20 м.- 1,25 А / B

Сбор нагрузок на кровлю и стропила

По этой причине в местах с повышенной снеговой нагрузкой строительство домов производится с углом наклона от 45° до 60°. Но даже при такой крутизне у сложной конфигурации крыши по причине большого количества сложных соединений и примыканий будет неравномерная нагрузка.

● Антиобледенительная система с кабельным обогревом действенно помогает предотвратить образованию наледи и сосулек. Данная система в ручном или автоматическом режиме управления контролирует установленный по всему периметру крыши нагревательный элемент.

● Расчёт конструкции в процессе проектирования идёт в зависимости от воздействия нагрузки. Вес снега в среднем составляет 100 кг/м³, но в мокром состоянии вес снег может достигать и 300 кг/м³. Исходя из толщины снегового слоя, можно достаточно легко рассчитать нагрузку на всю площадь крыши.

Толщину снежного покрова необходимо измерять на открытом участке, но для увеличения запаса прочности эту величину надо будет умножить на 1,5. Ввиду региональных климатических условий есть карта снеговой нагрузки. Основные правила и требования СНиП построены согласно этой карте.

● Полная снеговая нагрузка на крышу рассчитывается по формуле: S=Sрасч.×μ

S – полная снеговая нагрузка; Sрасч. – расчётное значение веса снега на 1 м² горизонтальной поверхности земли; μ – расчётный коэффициент, учитывающий наклон кровли.

Карта расчетных снеговых нагрузок в регионах России СНиП оговаривает следующие значения коэффициента μ:

— при уклоне крыши менее, чем 25° его значение равняется единице; — при величине уклона от 25° до 60° он имеет значение 0,7; — если уклон составляет более 60°, то при расчёте нагрузки расчетный коэффициент не учитывается.

Установка снегозадержателей эффективно борется со сползанием снега с карниза крыши. При их установке нет нужды в ручной очистке крыши от снега. Если нормативная снеговая нагрузка на превышает 180 кг/м², то устанавливаются трубчатые конструкции, а при более плотном весе снежного покрова применяются снегозадержатели в несколько рядов.

● Случаи использования снегозадержателей, согласно СНиП:

При уклоне 5% и более с наружным водостоком снегозадержатели монтируются на расстоянии 0,6-1,0 метра от края кровли.

При использовнии трубчатых снегозадержателей под ними должна быть сплошная обрешётка крыши.

Кроме этого, СНиП описывает основные конструкции и геометрические размеры снегозадержателей, а также места их установки и принцип действия.

Плоские типы крыши, особенно в частном домостроении, в регионах со значительной снеговой нагрузкой практически не используются. На плоской крыше накапливается очень большое количество снега и при расчёте нагрузки необходимо обеспечить серьёзный запас прочности несущей конструкции. На горизонтальной поверхности крыши организация водосточной системы должна предусматривать уклон в сторону водосточной воронки не менее 2º и наличие системы подогрева кровли.

Расчёт основных нагрузок позволит наиболее оптимально решить вопрос выбора конструкции стропильной системы и обеспечит долгий срок службы кровельного покрытия с сохранением надёжности и безопасности. При использовании результатов расчётов и исходя из значений нагрузки можно будет легче определиться с выбором типа крыши и кровельного материала с необходимыми характеристиками.

Использование материалов сайта при условии обязательной гиперссылки на данный ресурс.

Использование в расчетах

Для примера использования новой функции возьмем плоскую кровлю здания, ограждённую парапетом высотой 1.2 м. В одной из части покрытия разместим лестнично-лифтовой узел высотой 2.8 м. Здание расположим в третьем снеговом районе с нормативным значением веса снегового покрова равным 1.5 Мпа

Снеговая нагрузка возле парапета

Рисунок 3. Схема распределения снеговой нагрузки в районе парапета

Исходные данные:

h=1,2м; b=2х1,2=2,4м; µ=2h/S0=2х1,2/1,5=1,6. Принимаем µ=1,6., b=2.4 м

Снеговая нагрузка возле лестнично-лифтового узла

Рисунок 4. Схема распределения снеговой нагрузки в районе лестнично-лифтового узла

h=4 м, d=8,5 м µ=2h/S0=2х4/1,5=5,34 µ=2 при 5<d≤10 м b1=2h=8 м Принимаем µ=2., b=8 м

Для приложения нагрузки необходимо иметь четыре точки, две из них будут находится в углах архитектурных элементов, две другие можно настроить с помощью сети построения.

Рисунок 5

Точки выделения также появляются на концах нагрузок на поверхность

Рисунок 6

Получаем картину сплошного покрытия снеговой нагрузки с учетом снеговых мешков

Рисунок 7. Схема загружения покрытия снеговой нагрузкой

Во вкладке анализ и документирование можно посмотреть полученные значения нагрузок, распределенные на конечные элементы

Рисунок 8. Распределение нагрузки на пластинчатые КЭ

Примечание:

• Данный тип загружения можно прикладывать не только на архитектурные, но и на конечные элементы с последующим расчетом
• Все нагрузки, попадающие в область отверстий, автоматически исключатся из расчета.

Сегодня мы узнали о новом типе нагрузки на расчетную схему в ЛИРА , которая позволит задать равномерные и переменные снеговые нагрузки в модель, а также избежать дополнительных расчетов.

Стропильная часть кровли

Нагрузки на м квадратный выяснили, теперь нам необходимо рассчитать стропильную часть. Важнейшим элементом стропильной системы является мауэрлат. Это балка, которая устанавливается на верхний край стены и служит для равномерного перераспределения весовой нагрузки крыши на стены дома. Расчетных значений здесь нет, но есть определенные правила.

Во-первых, наиболее предпочтителен брус квадратного сечения.

Во-вторых, устанавливается он с таким расчетом, чтобы до углов несущей стены по ширине осталось не менее 3 см (лучше 5). Иначе говоря, при толщине верней части стены в 40 см ширина мауэрлата составит 30 см.

Схема нормативных снеговых нагрузок и коэффициента m. Другие значения коэффициента m приведены в СНиП

В-третьих, при тонкой стене (например, из монолитного армированного бетона), мауэрлат устанавливается с перекрытием 3-5 см, например, при толщине стены в 10 см, ширина мауэрлата будет 20 см.

Делается это для того, чтобы при перераспределении нагрузок не повреждались края стены, наиболее подверженные разрушению. Расчет стропил лучше производить при помощи программ, которые доступны в интернете, в том числе для расчета он-лайн. Главное правило тут – точно и аккуратно внести все данные, убедится, что учтены все конструктивные элементы.

Обратим внимание, что не все программы такого рода учитывают в итогах прогиб. Прогиб – это свойство стропил прогибаться на определенную величину в мм, при нагрузках, и чем длиннее балка, тем больше прогиб

Если в программе такой опции нет, можно в любом справочнике материалов найти рассчитанную для вас балку, и уточнить какой прогиб на погонный м она имеет.

Поправочный коэффициент простой, при прогибе больше допустимого (10-15 мм) необходимо увеличить сечение балки на 20%. То есть балку 50х200 мм, рассчитанную программой заменяем на 50х240 мм.

Что получаем в итоге всего

После проведения всех расчетов получим состав конструктивных элементов, количество балок, вес крыши с учетом снеговой и ветровой нагрузки, и сможем просчитать общий вес крыши. Останется оценить распределение весового воздействия на стену, сравнив ее с прочностью материала стены, и убедиться, что стена выдержит.

Здесь стоит иметь в виду, что запас прочности стены должен составлять не менее 25-30%, ведь даже в спокойных регионах не редкость очень сильные ветры или обильные снегопады, и пиковая нагрузка может кратковременно превысить расчетную. Как правило, такие воздействия скоротечны, и стропильная система выдержит, но если у стены нет запаса прочности, то сами понимаете, может произойти разрушение связки мауэрлат – стена.

Поэтому отнеситесь с вниманием к данному вопросу, используйте эту статью, чтобы если и не рассчитать все самому, то проконтролировать расчеты проектировщика.

Географический фактор

Вес снега напрямую зависит от региона. Естественно, что этот показатель больше в северных областях и уменьшен в южных. Но существует особенное место – возле гор либо на высокой части холмов. Да иногда дома строятся и здесь, и владельцам постоянно приходится сталкиваться с проблемой сильного снежного и ветрового воздействия. Это происходит в любых географических точках, поскольку такова специфика высокогорных участков планеты.

На основе строительных норм и правил (СНиП) предлагаются подробные таблицы. Они объясняют допустимый уровень снега на территории различных регионов.

На основе предложенной информации можно с уверенностью рассчитывать необходимую прочность и наклон крыши. Но не стоит отбрасывать особенности материала, использованного для образования покрытия крыши. Дополнительные факторы, приводящие к увеличению скопления снежного покрова на крыше, не менее важны. В совокупности все это может значительно превысить нормативные показатели, предложенные в таблице.

Снеговой мешок и температура воздуха

«Cнеговым мешком» называет тот снег на крыше, который превышают средние нормативы на толщину, характерные для конкретной местности. Или более просто: если выше 50 см на глаз.

Обычно снеговые мешки скапливается на не ветреной стороне крыши и в местах, где расположены слуховые окна и другие элементы крыши. Как раз в таких местах и ставят сдвоенные и усиленные стропильные ноги, либо вообще делают сплошную обрешетку. Кроме того, здесь по всем правилам должна быть специальная подкровельная подложка, чтобы избежать протечек.

Поэтому в более теплых регионах России плотность снега получается всегда больше, чем в холодных. Ведь в таких местностях зимой снег уплотняется под действием солнца, верхние слои сугроба давят на нижние. Учитывайте также, что снег, который перебрасывает с места на место увеличивает свой удельный вес минимум в два раза. Благодаря всему этому средний удельный вес обычно равен посреди зимы 280 + — 70 кг на кубический метр.

А весной в период обильного таяния мокрый снег способен весить почти тонну! Можете ли вы себе представить, что на вашей крыше находится одновременно сразу несколько тонн снега? Вот почему тот факт, что в процессе строительства крыши на стропильной системе висят сразу несколько рабочих и это якобы говорит о ее прочности, во внимание брать не стоит. Ведь пару человек точно не весят сразу несколько тонн.

Учитывайте, что в расчете нормативной нагрузки также принимается во внимание средняя температура воздуха в январе. Какая именно у вас, смотрите уже по карте СП :

Если окажется, что у вас средняя температура в январе меньше, чем 5 градусов по Цельсию, то коэффициент снижения снеговой нагрузки 0,85 тогда не применяется. Ведь из-за такой температуры снег зимой постоянно будет подтаивать снизу, образовывая наледь и задерживаясь на крыше.

И, наконец, чем больше угол ската, тем меньше на нем всегда остается снега, ведь тот постепенно сползает под собственным весом. А на тех крышах, у которых угол наклона больше или равен 60 градусов, снега не остается вообще. Поэтому в таком случае коэффициент µ должен быть равен нулю. В это же время для ската с углом 40° µ равен 0,66, 15° – 0,33 и для 45° градусов – 0,5.

Снеговая нагрузка по районам таблица

Если удобнее сориентироваться по списку, найдите его в таблице городов.

Если не уверены в безопасности своей тентовой конструкции, обратитесь к специалистам ТД «Автопак». Мы всегда поможем рассчитать нагрузки, подобрать материал тента и каркаса. А вы получите гарантию от мастеров своего дела и надежного партнера на будущее.

Зачем учитывать давление снега?

Снеговая нагрузка, карта зонального распределения по территории Российской Федерации

Понятно, что на огромной территории Российской Федерации среднестатистическое количество осадков, в виде снега, существенно различается по регионам. По результатам многолетних наблюдений и вычислений, составлена карта территории страны, на которой указаны восемь различных зон по уровню снеговой нагрузки.

Таблица зонального распределения территории РФ по среднему значению снеговой нагрузки

Снеговая нагрузка рассчитывается по 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 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.

Для простых зданий и построек снеговая нагрузка на плоскую крышу рассчитывается, исходя из прочности и несущей способности самого слабого звена конструкции:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Важно! В последнем случае расчет полотна кровельного материала проверяется не по среднему значению прочности на разрыв, а именно в местах, где снеговая нагрузка действует в наиболее неблагоприятных условиях.

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 усилие разрыва, действующее на кровельное полотно, 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.

Строительный песок: сколько кубов в тонне

Удельный вес песка на 1 куб. м объема вычисляется посредством формулы:

m = V*p, где

m – масса материла;

V – объем;

p – уровень плотности.

С применением этой формулы вы сможете узнать по таблице, сколько в тонне кубов песка, и каков его удельный вес в рамках общепринятой единицы объема. Для 1 куб. м вес материала приравнивается к показателю его плотности, а насыпную плотность обычно можно узнать у поставщиков, занимающихся продажей и доставкой.

Для расчета веса песка необходимо знать его объем и плотность.

На заметку! На вес оказывает влияние еще один показатель – уровень влажности. Чаще всего он составляет 6-7%. Если материал мокрый, это значение увеличивается до 20%. Указанную разницу необходимо прибавить к массе песка.

Расчет снеговых нагрузок в соответствии строительным нормам

Без учета климатических особенностей зим в данном регионе крыша может попросту не выдержать выпавшего количества снега, стропильные конструкции деформируются с дальнейшими разрушениями.

На заметку

Вес свежего выпавшего снега составляет порядка 100 килограмм на 1 кубометр объема, мокрый тяжелее – 300 кг/м³.

Зная массу осадков, уже можно рассчитать воздействие снега на поверхность по толщине выпавшего покрова. Для чего в СНиПе (строительные нормы и правила «Нагрузки и воздействия» параграф 10) включены формулы, по которым можно произвести расчеты. Но, следует знать именно среднюю толщину снежного покрова для конкретного региона и соответственно создаваемые воздействия.

Чтобы можно было сделать точный расчет, составлена карта страны, где территория разбита на 8 регионов с приблизительно одинаковыми условиями.

1. Например, для Москвы и Подмосковья нагрузка составляет приблизительно 180/126 кг/м³,
2. район Нижнего Новгорода – 240/168 кг/м³,
3. а в горных районах этот показатель может варьироваться 560/392 кг/м³.

С учетом таких данных проводится расчет полной снеговой нагрузки на кровлю с применением такой формулы:

S – это искомая полная снеговая нагрузка;

S расч – расчетная снеговая нагрузка (смотрим по карте, уточняем конкретно по своему региону);

µ – коэффициент, учитывающий угол наклона кровли.

Значение уклона кровли берут зависимо от следующих показателей:

• При наклоне скатов менее чем на 25 градусов – единица;
• Наклон от 25 до 60 градусов – коэффициент 0,7;
• При уклонах скатов более чем на 60 градусов, данный показатель не учитывается вообще.

То есть, имея такие данные довольно просто сделать расчеты. Например, для района Нижнего Новгорода расчетная снеговая нагрузка имеет показатель 240 кг, дом проектируется со скатами под углом в 30 градусов, значит, подсчет имеет следующий вид – 240×0,7=168 кг/м³. После чего можно подобрать соответствующие детали стропильной конструкции кровли.

Плоские типы крыш

Подобные типы конструкций крыши неприемлемы для регионов с большим количеством осадков в холодное время года, так на такой поверхности будут накапливаться большие объемы снега. Результатом станет чрезмерное давление снега на конструкцию. В областях с теплым климатом, кровли подобного типа должны иметь запас прочности, а также сплошную обрешетку. Обязательным условием является монтаж подогрева карнизов, для удаления осадков со свесов через водосточные системы.

Уклон плоскостей скатов в сторону водосточных воронок при таких ситуациях должен превышать показатель в 2 градуса, что обеспечит полноценный сток осадков.

Проектируя строительство , хозяйственных построек или с плоским накрытием, руководствуются такими же правилами и расчетами снеговых нагрузок, как и для обычных двухскатных (или более) типов крыш. Однако для плоских кровельных конструкций на таких постройках лучше подобрать стропила с более толстых материалов, а обрешетку монтировать сплошной.