Ветровая нагрузка на кровлю

Ветровые нагрузки

В соответствии со сводом правил 20.13330.2011, основанном на СНиП 2.01.07-85, ветровые нагрузки относятся к кратковременным нагрузкам, а точнее, к типу 5.5е — климатическим нагрузкам. Ветровые нагрузки также относят к динамическим, что обуславливает достаточно сложный процесс расчёта их воздействия. Воздействие ветра разделяется по характеру и природе влияния на 4 типа :

а) основной тип ветровой нагрузки, далее просто «ветровая нагрузка», возникает в силу возникновения подъёмной силы, образующейся при обтекании поверхностей здания потоками воздуха, и наличии статических воздушных масс внутри здания;

б) пиковые ветровые нагрузки, воздействующие на различные конструктивные элементы ограждений и прочего оборудования на кровле. Возникают при порывах ветра, и носят ударный характер воздействия;

в) резонансное вихревое возмущение, возникающее при неравномерном обтекании элементов здания. Вихревые потоки характеры тем, что создают внутри зоны разряжения, в которые происходит затягивание элементов здания;

г) Аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера.

Тип нагрузок г) необходимо учитывать для высотных зданий (здания у которых отношение высоты к наибольшему из линейных размеров > 10).

Полный текст свода правил можно скачать здесь .

Природа возникновения ветровых зон на кровле

Ветер представляет собой перетекание воздушных масс из областей с высоким давлением в области с низким давлением. Точно также при обтекании сооружений ветром, движение воздушных масс создаёт зоны повышенного и пониженного давления. Поверхность, на которую непосредственно падает ветер, называют наветренной, а поверхность, скрытую от ветра массивом здания, называют подветренной. Это можно проиллюстрировать так:

Знак у буквы P означает направление давления: плюс, в случае, если давление направлено внутрь здания, и минус — если наружу. Отрицательное (выталкивающее) давление возникает из-за того, что вместе с ветром оттуда увлекаются статические воздушные массы, тем самым создавая область пониженного (по сравнению с давлением в здании) давления, тем самым создавая всасывание здания в эту область. Тоже происходит и на верхней поверхности сооружения. Однако, в случае верхней поверхности надо рассматривать процессы, происходящие на ней в больших деталях. Поскольку ветровая нагрузка носит динамический характер, она не может быть описана всего лишь числом, и даже некоторым вектором.

Для каждого конкретного ветрового района (здесь можно посмотреть подробную карту ), существует некоторая диаграмма, называемая розой ветров, которая строится на основании многолетних наблюдений, и содержит в себе информацию о повторяемости каждого направления ветра. Также существуют комплексные розы ветров, которые содержат в себе дополнительную информацию, такую как распределение скорости ветра в выбранном направлении.

Поскольку роза ветров даёт лишь информацию о преимущественном направлении ветра, необходимо допускать, что ветер может дуть на рассматриваемое сооружение в любом направлении. Более того, необходимо допускать, что ветер дует в любом направлении с максимальной скоростью. Важно понимать, что даже если вы знаете среднюю скорость ветра в выбранном направлении, знаете стандартное отклонение от средней скорости, то даже интервал +/- 2 стандартных отклонения от средней скорости ветра описывает лишь 95% процентов случаев; интервал в 6 стандартных отклонений описывает уже 97,5% — а это в свою очередь означает, что допустив лишь скорость ветра на 2 стандартных отклонения выше среднего, ваша кровля прослужит три недели, а на 4-ую улетит.

Ветровые зоны на кровле

Теперь когда все необходимые допущения сделаны, можно ввести понятие ветровых зон, которые надо обязательно учитывать при монтаже кровли. Существует три разных ветровых зоны на кровле:

— центральная зона, характеризующаяся однородным протеканием ветра в выбранном направлении;

—краевая зона, которая характеризуется дополнительными вихревыми восходящими и нисходящими потоками, возникающими из-за разделения воздушных масс на краю парапета;

— угловая зона, которая возникает на стыке двух краевых зон, т.е. испытывает воздействие ветра сразу в двух направлениях.

Возникающие ветровые потоки могут быть проиллюстрированы следующим образом:

В краевых зонах создаются вихревые потоки, которые кратно увеличивают отрицательное давление на кровлю и на парапет. В угловых зонах действуют вихревые потоки сразу с двух краев, еще больше увеличивая нагрузку на кровельное полотно. Схематично зоны можно изобразить так:

Противодействие ветровым нагрузкам

На сегодняшний день существуют различные варианты крепления кровельного «пирога» к основанию кровельного покрытия здания: кровельные системы с механическим креплением, балластные кровли и приклеиваемые. Механическое крепление кровельного полотна – наиболее распространённая технология в современном строительстве. Для механического крепления кровельного ковра непосредственно на твердое несущее основание, применяется кровельный металлический саморез и металлическая шайба распределения давления. При укладке кровельных ПВХ-мембран непосредственно на жесткую теплоизоляцию из минераловатных плит, для механического крепления в основном используют телескопические пластиковые кровельные втулки и металлический саморез.

В балластных кровельных системах гидроизоляционное покрытие (ПВХ мембрана) удерживается весом балласта. В роли балласта могут выступать щебёнка, тротуарная плитка, плодородный грунт, железобетонная стяжка и другие материалы, обеспечивающие достаточное прижимное усилие.

Для устройства кровли с механическим креплением мембраны к основанию необходимым является правильный расчет количества крепежных элементов, производимый с учетом ветровых нагрузок.

Как правило, Компании-производители кровельных мембран имеют в своем арсенале программы для расчета ветровых нагрузок и активно сотрудничают с кровельными организациями.

Немаловажным фактором при устройстве кровель с механическим креплением является также и выбор производителя крепежных элементов. ООО «СК «Атлант» многие годы работает в тесном сотрудничестве с поставщиками качественных кровельных покрытий и крепежа. Все изделия прошли необходимые испытания и имеют соответствующие сертификаты.

Что такое ветровая нагрузка

Эта статья по своему строению и порядку изложения будет во многом похожа на статью о снеговой нагрузке. На наш взгляд это логично – мы хотим помочь тем, кто ведет строительство дома своими руками без проекта. Для этого в популярной форме приводятся теоретические выкладки, необходимые для правильного и технически грамотного монтажа крыши своими руками.

Что такое ветровая нагрузка

В словарях дано следующее определение ветровой нагрузки: « … давление ветра на наветренные стороны сооружений (дома, мачты, опоры линий электропередачи и т, п.). Определяется наибольшей скоростью ветра за выбранный более или менее длительный период времени. Зависит от формы обдуваемого сооружения или предмета, его подвижности, способа крепления или условий его движения, назначения и плотности воздуха. Учитывается при проектировании сооружений. Обычно пропорциональна квадрату расчетной скорости ветра.»

Как образуется ветровая нагрузка

Двигаясь, воздушный поток сталкивается со стенами и крышей дома.

При столкновении со стеной поток раздваивается: часть его уходит вниз, а другая часть бьет в карнизный свес крыши.

Ветровой поток, сталкивающийся со скатом крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и уходит прочь от дома.

В этот момент на крышу действует аж четыре силы способные ее сорвать и (или) опрокинуть:

— две касательные с наветренной стороны;

— подъемная сила, с подветренной стороны (образуется от разности давлений воздуха);

— вдавливающая (действует перпендикулярно скату крыши и может деформировать или сломать детали крыши).

Что может произойти при игнорировании ветровой нагрузки

Следует сразу сказать о том, что силы образующие ветровую нагрузку действует негативно на все типы крыш вне зависимости от того каков уклон кровли.

Чем угол ската кровли больше, тем выше значение нормальных сил и меньшее касательных. На пологих же крышах выше значения касательных. Проще говоря, крутые крыши ветер может опрокинуть, а пологие — сорвать и унести.

Поэтому учитывать ветровую нагрузку необходимо как на крутых крышах, так и пологих.

Как избежать негативного воздействия ветровых нагрузок

Есть три основных способа которыми можно обезопасить крышу от негативного воздействия ветровой нагрузки:

1. Правильно смонтировать каркас крыши. Для этого в обязательном порядке следует установить подкосы, раскосы и связать стропила диагональными связями. Правильное устройство обрешетки крыши увеличивает устойчивость крыши.

1. Усиление существующей конструкции крыши. Например, за счет дополнительного крепления стропильных ног.

Нижний конец каждой стропильной ноги прикручивают скруткой из вязальной проволоки к ершу забитому в стену дома. Ерш представляет собой кованый металлический штырь имеющий насечку, направленную против хода выдергивания.

1. Правильный выбор кровельного материала. Крепление натуральной черепицы нельзя назвать надежным, листы металлочерепицы и профнастила имеют большую парусность. Эти кровельные материалы легко срывает с крыши любой сильный ветер.

А вот ондулин лишен этих недостатков. Благодаря креплению 20 фирменными гвоздями он надежно уложен на обрешетке крыше и ему не страшен никакой сильный ветер.

Ну а если какой-нибудь смерч, несущийся на невероятной скорости и сметающий все на своем пути, сорвет листы ондулина, они не причинят вреда людям и животным. Потому что ондулин легок. А вот удар куском натуральной черепицы способен нанести немалые увечья.

Применение предложенных способов поможет защитить крышу дома от разрушения при воздействии на нее сильной ветровой нагрузки.

Расчет кровельных систем

Основной несущей конструкцией крыши является стропильная система. Стропила должны выдерживать не только кровельное покрытие, но и ветровую и снеговую нагрузки. Как правило, основные элементы стропильной системы крыши изготавливают из хвойных пород древесины (не более 20% влажности) и обрабатывают специальными огнебиозащитными составами.

Нагрузки, которые воспринимает стропильная система, бывают постоянные и временные. К временным нагрузкам относятся: люди, выходящие на крышу, оборудование для обслуживания или ремонта, временно установленное на кровле, ветровая и снеговая нагрузка. Особые нагрузки: сейсмическое воздействие на здание (в сейсмоопасных районах). Постоянные нагрузки — это вес самой кровельной конструкции (кровельных материалов, стропил, утеплителя и изоляции, а так же отделки потолка помещения).

Снеговая нагрузка

Значение снеговой нагрузки определяют по формуле S=Sg*µ, где Sg — это расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности, принимается по таблице:

µ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на кровлю.
Коэффициент µ зависит от угла наклона ската кровли:
µ=1 — при углах наклона ската кровли меньше 25°.
µ=0,7 — при углах наклона ската кровли от 25 до 60°.
При углах наклона ската кровли более 60° значение µ в расчёте полной снеговой нагрузки не учитывают.

Ветровая нагрузка

Значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте Z над поверхностью земли определяется по формуле W=Wo*k
Wo — значение ветровой нагрузки, которое принимается по таблице ветрового района России

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

А — открытые побережья, степи, пустыни, тундры.
B — города, лесные массивы и другие местности, которые равномерно покрыты препятствиями высотой более 10 м.
*При определении ветровой нагрузки тип местности может быть различным для разных расчетных направлений ветра.

Карты ветровых и снеговых районов РФ:

Типы стропильных конструкций скатной крыши

По типу строения стропила можно разделить на наслонные и висячие. Основная фигура в стропильной системе — треугольник, поскольку он является наиболее жестким.

Наслонные стропила опираются концами на стены дома, а серединой на промежуточные опоры. Их устанавливают в зданиях с несущей средней стеной или промежуточными опорами. При использовании наслонных стропил расстояние между опорами не должно превышать 6,5 метров. Наличие дополнительных опор позволяет увеличить эту ширину до 12-15 метров. В деревянных домах из оцилиндрованного бревна стропила опираются на верхние венцы, а в каркасных домах — на верхнюю обвязку. В домах из кирпича, камня или блоков в качестве опоры для стропильных балок применяется мауэрлат. При одних и тех же размерах дома крыша с использованием наслонных стропил будет более легкой.

Висячие стропила концами опираются только на стены здания или на мауэрлат (опорный брус), без промежуточных опор. Их применяют в строениях с легкими стенами. Стропильные ноги в такой системе работают на изгиб и сжатие. Конструкция создает горизонтальную распирающую нагрузку, передающуюся стенам. Для уменьшения этой нагрузки применяется металлическая или деревянная затяжка, которая соединяет стропильные ноги. Она располагаться как у основания стропильной ноги, так и выше. И чем выше находится затяжка, тем ее соединение со стропилами должно быть более надежное. Если пролет более 8 метров, то устанавливается «бабка» (стойка с подкосами). Преимущества висячих стропил — это возможность перекрывать большие по размеру пролеты.

При монтаже над несколькими пролетами одной единой стропильной конструкции, висячие и наслонные стропильные фермы возможно чередовать. В местах без промежуточных опор использовать висячие стропила, а в местах с опорами — наслонные стропила.

Мауэрлат

Стропильные ноги опираются не на стены, а на мауэрлат, опорный брус. В деревянных домах мауэрлатом является верхний венец сруба (бревно, брус). Для кирпичных стен это специально устанавливаемый заподлицо с внутренней поверхностью стены брус (с наружной стороны он должен ограждаться выступом кирпичной кладки). Между мауэрлатом и кирпичом обязательно прокладывается слой гидроизоляции из рулонных битумных материалов. Мауэрлат может располагаться по всей длине здания или подкладываться только под стропильную ногу.

1 – мауэрлат; 2 – стропильная нога; 3 – затяжка; 4 – перекрытие.

Коньковый прогон

В верхней части стропильной системы скатной крыши устанавливают прогон, который соединяет между собой стропильные фермы. На коньковом прогоне в дальнейшем и будет сделан конек крыши.

Подбор сечений стропил и других элементов стропильной конструкции

Сечение бруса, который используется для изготовления стропильных ног, будет зависеть от длины стропил, шага их установки и расчетных величин ветровых и снеговых нагрузок по данному региону. В таблице ниже указаны рекомендуемые значения, соответствующие возможным максимальным нагрузкам на стропильную конструкцию для Подмосковья и Москвы. Они не заменят полноценного расчета несущей способности стропильной конструкции, но их можно рассматривать для простых кровельных конструкций. Таблица составлена с учетом ассортимента древесных и пиломатериалов, которые производят российские предприятия по ГОСТу 24454-80 «Необработанная древесина».

Сечения балок указаны миллиметрах

Рекомендуемые сечения других элементов стропильной системы:

• Мауэрлат: брус 100х100мм, 100х150мм, 150х150мм.
• Диагональные лаги и ендовы: брус сечением 100х200мм.
• Прогоны: брус 100х100мм, 100х150мм, 100х200мм.
• Затяжки: бруса 50х150мм.
• Ригели, выступающие опорой для стоек: брус 100х150мм, 100х200мм.
• Материалом для стоек обычно служит брус 100х100мм или 150х150мм.
• Кобылки, доски карнизов и подкосы: брус 50х150мм.
• Лобовые и подшивочные доски: 22-25х100-150мм.

Монтаж и установка стропильной системы

Монтаж стропил ведется по различным технологиям и зависит от конструкции кровли. Крепление стропил выполняют крепежными элементами – гвозди, шурупы, болты, хомуты, скобы. Они так же используются и для укрепления несущей системы крыши. Элементы стропильной системы, которые соприкасаются с блоками или кирпичной кладкой, нужно защитить от гниения. Это делается прокладкой рулонного материала на битумной основе. Так же деревянные части стропильной конструкции необходимо покрыть огнебиозащитой.

Мауэрлат крепится к кладке через штыри. Стропильная нога опирается на мауэрлат и притягивается скруткой из проволоки диаметром около 6мм. При установке стропил первым делом монтируют крайние пары стропильных ног, потом при помощи шнура необходимо проверить параллельность их граней. Далее шнур натягивается по коньку, по нему устанавливают промежуточные пары стропил и тщательно их выравнивают. Если на место установки выхода дымохода, вентиляции или мансардного окна попадает стропило, то допустима вырезка части стропильной ноги с установкой поперечных распорок из бруса такого же сечения. Расстояние от деревянных частей до дымохода по строительным нормам должно быть больше 13 см.

Сбор нагрузок на кровлю и стропила

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» [1].

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 здесь.

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 [1]:

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 [1]. 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 [1] 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:

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 [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 [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 [1]).

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 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 [1].

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.

Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.

1. Монолитная железобетонная плита — 100 мм.

2. Цементно-песчаная стяжка — 30 мм.

4. Утеплитель — 100 мм.

5. Нижний слой гидроизоляционного ковра.

6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.

Сбор нагрузок.

Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.

— 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

Примечание: вес паро- и гидроизоляции не учитывается в связи с их малым весом.

woodbuy.ru

Пиломатериалы со склада в Москве

• Главная
• Пиломатериалы
• Стоимость
• Доставка
• Статьи
• Контакты

Расчет нагрузки на кровлю

Мы понимаем, что не каждый сможет самостоятельно выполнить расчет нагрузки на кровлю, но знать главные факторы, которые влияют на ее устойчивость, необходимо всем. В существующих СНиПах есть специальные таблицы, которые дают возможность подобрать оптимальные строительные конструкции с учетом действующих максимальных нагрузок в данной климатической зоне. Но не все имеют доступ к строительным нормам и правилам. В связи с этим будет полезным всем застройщикам внимательно ознакомиться с содержанием этой статьи. Во время проведения расчета принимается во внимание влияние нескольких факторов:

• Снеговая нагрузка.
• Ветровая нагрузка.
• Вес материалов покрытий и строительных конструкций.

Рассмотрим, как принимается во внимание каждый их этих факторов.

Расчет снеговой нагрузки

Строительные нормы проектирования крыш предписывают обязательно учитывать максимально возможную снеговую нагрузку на несущие элементы крыши. Для каждого климатического региона проживания имеются свои индивидуальные показатели, информация о высоте снежного покрова регулярно предоставляется гидрометеорологическими службами и обобщается в СНиПе. Карты нагрузок должны регулярно обновляться с учетом изменения климатических условий, в справочнике находятся средние данные за последние десть лет наблюдений.

На иллюстрационных картах снеговая нагрузка определяется в Паскалях, для того, чтобы перевести Паскали в более привычные пользователям килограмм-силы необходимо применить коэффициент 0,102. К примеру, 100 Па×0,102=10,2 кг/м 2 . Проектные расчеты веса снежного покрытия проводятся с применением максимального веса снежного покрова, это позволяет получить критические значения нагрузок, при воздействии которых крыша полностью разрушается. Вторая группа расчетов касается допустимых эксплуатационных нагрузок. Воздействие этих нагрузок не должно вызывать нарушений геометрических и линейных характеристик несущих систем.

Карта снежного покрова различных регионов

Как меняется удельный вес снежного покрова

Очень важный вопрос, этот параметр обязательно принимается во внимание во время выполнения инженерных расчетов. Свежевыпавший снег при температуре -10° имеет плотность ≈ 100 кг/м 3 . Этот показатель существенно увеличивается с увеличением температуры окружающей среды и влажности воздуха. Лежалый снег уже весит 160±40 кг/м 3 , а весной удельный вес снежного покрова увеличивается до 700 кг/м 3 . Во время дождя вес снежного покрова еще боле возрастает и достигает значений 900 кг/м 3 . Почти такой же вес имеет кубический метр воды.

В таблицах государственных стандартов указывается вес снежного покрова для каждого региона, именно эти данные необходимо принимать во внимание во время проведения расчета крыши.

Образование снежных мешков

Расчет ветровой нагрузки

Влияние ветровой нагрузки зависит от силы ветра и геометрических особенностей крыши. Более плоские крыши ветер «поднимает» вверх, более крутые крыши ветер пытается просто опрокинуть. Все эти явления описывается в аэродинамике, мы углубляться в эту сложную науку не будем. В общих словах это выглядит так: плоские крыши «работают» как крыло самолета – над ними создается разрежение и появляется поднимающая вверх сила, крыши с большим углом наклона «работают» как парус – появляется опрокидывающая сила. Во время расчетов ветровой нагрузки необходимо принимать во внимание высоту здания над землей, для этого разработаны специальные коэффициенты.

Полученные данные нагрузок необходимо учитывать при выборе способов крепления мауэрлатов к несущим стенам и стропил к мауэрлатам. Кроме того, от полученных значений максимальных нагрузок выбираются виды и количество подстропильных несущих конструкций.

Ветровые нагрузки существенно изменяются в зависимости от типа местности расположения здания. Стандарт различает три типа местности:

• А – полностью открытые районы. Морские побережья, степи, тундра и т. д.
• Б – частично закрытые местности. Небольшие города, лес, поселки и т. д. Высота препятствий для ветра в этих районах не превышает десяти метров.
• С – городские районы, где высота близлежащих построек превышает десять метров.

Виды ветровых нагрузок

Влияние угла наклона скатных крыш на их несущие способности

Этот фактор определяет влияние ветровых нагрузок (о чем мы говорили выше) и влияние снеговых нагрузок. Для ветровых нагрузок угол наклона может полностью изменить направление появляющихся усилий, для снеговых нагрузок угол наклона оказывает влияние на значения максимальной высоты снежного покрова. Чем больше угол наклона – тем меньшее количество снега скапливается на крыше. Для скатных крыш с углом наклона до 25° коэффициент составляет 1,0; для скатных крыш с углом наклона до 60° коэффициент составляет 1,25; для крыш с уклоном более 60° вес снежного покрова можно совеем не принимать во внимание во время проведения расчета. Но на такие крыши большое влияние оказывают ветровые нагрузки, появляется «эффект паруса», вся конструкция может опрокинуться.

Как рассчитывается собственный вес покрытий при расчетах стропильных систем

К вниманию берется вес кровельного покрытия, вес гидроизоляции и утеплителей и вес обрешетки. Каждый вид кровельных покрытий в зависимости от материалов изготовления имеет собственные показатели веса. Производители обязаны давать этот параметр в сопроводительных документах и инструкции по применению. Надо только помнить, что чем больше уклон крыши, тем больше необходимо кровельных материалов, а это, в свою очередь, увеличивает общий вес покрытия.

Как рассчитать собственный вес крыши рассмотрим на простом примере.

Средний удельный вес кровли, кг/м2

Средний удельный вес стены толщиной 150 мм, кг/м2

Средний удельный вес перекрытий, кг/м2

Общий вес равняется сумме трех величин. Имейте в виду, что при расчетах всегда делается «запас», а для этого во внимания принимаются максимальные значения возможных нагрузок. Мы понимаем, что не каждый из вас сразу «бросится» выполнять расчеты самостоятельно. Этого делать не надо, эту работу выполняют проектные организации во время разработки проекта домов.

Расчет снеговой и ветровой нагрузки

Как следует из названия нагрузок, это внешнее давление которое будет оказываться на ангар посредством снега и ветра. Расчеты производятся для того что бы закладывать в будущее здание материалы с характеристиками, которые выдержат все нагрузки в совокупности.
Расчет снеговой нагрузки производится согласно СНиП 2.01.07-85* или согласно СП 20.13330.2016. На данный момент СНиП является обязательным к исполнению, а СП носит рекомендательный характер, но в общем в обоих документах написано одно и тоже.

В СНИП указанно 2 вида нагрузок — Нормативная и Расчетная, разберемся в чем их отличия и когда они применяются:

Нормативная нагрузка — это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, и провисание тента при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости), а так же разрыву тентовой ткани.

Расчетная нагрузка — это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Большим плюсом каркасно-тентовой технологии строительства в этом ситуации является ее свойство по «исключению» этой нагрузки. Исключение подразумевает, что осадки не скапливаются на крыше ангара, благодаря её форме, а так же характеристикам укрывающего материала.

Большим плюсом каркасно-тентовой технологии строительства в этом ситуации является ее свойство по «исключению» этой нагрузки. Исключение подразумевает, что осадки не скапливаются на крыше ангара, благодаря её форме, а так же характеристикам укрывающего материала.

Укрывающий материал
Ангар укомплектовывается тентовой тканью с определенной плотностью (показатель влияющий на прочность) и необходимыми вам характеристиками.

Формы крыши
Все каркасно-тентовые здания имеют покатую форму крыши. Именно покатая форма крыши позволяет снимать нагрузку от осадков с крыши ангара.

Дополнительно к этому стоит отметить, что тентовый материал покрыт защитным слоем полевинила. Полевинил защищает ткань от химических и физических воздействий, а так же имеет хорошую антиадгезию, что способствует скатыванию снега под своим весом.

СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА

Есть 2 варианта определить снеговую нагрузку определенного местоположения.

I Вариант — посмотреть ваш населенный пункт в таблице ниже.

II Вариант — определите на карте номер снегового района, интересующего вас местоположения и переведите их в килограммы, по приведенной ниже таблице.

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

Обратите внимание на понятия «Нормативная нагрузка» и «Расчетная нагрузка».

В СНИП указанно 2 вида нагрузок — Нормативная и Расчетная, разберемся в чем их отличия и когда они применяются:

• *Нормативная нагрузка — это наибольшая нагрузка, отвечающая нормальным условиям эксплуатации, учитываемая при расчетах на 2-е предельное состояние (по деформации). Нормативную нагрузку учитывают при расчетах на прогибы балок, и провисание тента при расчетах по раскрытию трещин в ж.б. балках (когда не применяется требование по водонепроницаемости), а так же разрыву тентовой ткани.
• *Расчетная нагрузка — это произведение нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке. Данный коэффициент учитывает возможное отклонение нормативной нагрузки в сторону увеличения при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для снеговой нагрузки коэффициент надежности по нагрузке равен 1,4 т.е. расчетная нагрузка на 40% больше нормативной. Расчетную нагрузку учитывают при расчетах по 1-му предельному состоянию (на прочность). В расчетных программах, как правило, учитывают именно расчетную нагрузку.

Расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице:

µ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Коэффициент µ зависит от угла наклона ската кровли:

• µ=1 при углах наклона ската кровли меньше 25°.
• µ=0,7 при углах наклона ската кровли от 25 до 60°.
• µ=не учитывают углах наклона ската кровли более 60°Ветровая нагрузка.

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:

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 / 0.65 B°.
• 20 м.- 1,25 А / 0.85 B

Расчет снеговой и ветровой нагрузки на кровлю

К проектированию дома я бы рекомендовал привлекать профессионального конструктора-инженера. Но если у вас небольшой дом простой формы, и есть желание или необходимость самостоятельно рассчитать кровлю или допустим нагрузки на фудамент и на подошву фундамента, то

в этой статье я приведу алгоритм определения нагрузок от кровли, когда я рассчитывал вес дома и нагрузку на подошву фундамента. Кроме постоянной нагрузки — веса самой кровли, который зависит от вашей стропильной системы, от кровельного покрытия, есть ли утеплитель или у вас неотапливаемый чердак, на нее действуют и временные нагрузки — от снега и ветра.

И правильно сконструированная крыша конечно должна сопротивляться этим нагрузкам без деформации и нарушения целостности. Сеговые нагрузки одни из самых значительных, снега зимой на кровле скапливается много, и чем меньше уклон тем больше может быть этот слой снега. Особенно много снега скапливается в районе ендовы, это увеличивает нагрузку на определенную часть кровли.

Поскольку снеговые и ветровые нагрузки меняются в зависимости от региона строительства, то ниже кроме простых формул приведу основные таблицы при расчетах для России:

Снеговая нагрузка

Полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:
S=Sg*m , где
Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 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.

Таблица определения снеговой нагрузки местности:

Карта зон снегового покрова территории РФ

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

Ветровая нагрузка

Расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:
W=Wo*k , где
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.

Таблица определения ветровой нагрузки местности:

К арта ветровых нагрузок

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, озер 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.

В моем случае получились такие цифры:

Снеговая нагрузка: 180кг/кв.м. * 0,7 * 80 кв.м. = 10 тн

Ветровая нагрузка: 23 кгс/кв.м. * 0,65 = 15 кгс/кв.м.

Карта ветровых и снеговых районов России

8 800 100 29 43

Определение снеговой и ветровой нагрузки Вашего региона.

Снеговая нагрузка

Есть два способа определить снеговую нагрузку района расположения объекта:

I. Вариант

1. Определите номер вашего снегового района на карте
2. Сопоставьте цифру с цифрой в таблице

Расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице:

µ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Коэффициент µ зависит от угла наклона ската кровли:

• µ=1 при углах наклона ската кровли меньше 25°.
• µ=0,7 при углах наклона ската кровли от 25 до 60°.
• µ=не учитывают углах наклона ската кровли более 60°

Ветровая нагрузка

Есть два способа определить ветровую нагрузку района расположения объекта:
II. Вариант

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

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

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 / 0.65 B°.
• 20 м.- 1,25 А / 0.85 B

Посмотрите свой город в приведенной ниже таблице

Правила генерации снеговых и ветровых нагрузок по нормам ЕС1

Опция автоматической генерации нагрузок Ветер и Снег2D/3D программы Robot в соответствии с нормами Еврокод 1 базируется на Европейском стандарте EN1991-1-3: 2003 — ветер и EN 1991-1-4: 2005 – снег. Опция способна генерировать нагрузки снег/ветер как в соответствии с основными правилами норм Еврокод 1, так и в соответствии с Национальными Нормативными Документами (NAD) большинства Европейских стран.

Нагрузка генерируется для типовых конструкций цехов с повторяющимися по длине конструкции рамами. Ветровая нагрузка создается в виде постоянных или трапецеидальных нагрузок на стержни в локальном направлении Z. Знак нагрузки зависит от направления ветра, действующего на элемент.

Для конструкции 2D линейная нагрузка на стержень вычисляется, как произведение давления ветра q на расстояние между рамами, то есть на величину шага e. Для крайних рам в расчет берется половина шага. Ветровая нагрузка в соответствии с нормами EC1 генерируется отдельно для каждой из повторяющихся рам, поскольку нормами предусмотрено определение последовательных зон (A, …, J) с различным давлением ветра. Если данная рама и ее шаг относятся более, чем к одной зоне, то значение давления q вычисляется пропорционально участию рамы в каждой из зон, как показано на рисунке:

Давление, действующее на данную площадку, вычисляется, как разность внешнего и внутреннего давления в соответствии с формулой:

• q _b — расчетное среднее значение скоростного напора;
• c _s c _d — коэффициент конструкции как продукт коэффициент размера и динамический коэффициент;
• Ce – коэффициент экспозиции для определения расчетной высоты ze;
• Cpe – коэффициент внешнего давления;
• Cpi – коэффициент внутреннего давления.

Ниже представлен метод расчета компонентов приведенной выше формулы.

Расчетное среднее значение скоростного напора может быть определено непосредственно пользователем или вычислено на основе значения скорости ветра по формуле (4.10(1)):

qb = (1.25/2) * Vb * Vb

В некоторых нормах (EC1-PL и EC1-FR) величина давления определяется выбранным регионом по умолчанию.

Расчетная скорость ветра в приведенной выше формуле вычисляется по формуле (7.2(2)):

Vb= Cdir * Cseason * Vb,0

• Cdir – фактор направления, определяемый пользователем, одинаковый для всех направлений ветра (кроме EC1-PL, где значение Cdir зависит от направления ветра);
• Cseason – зависящий от времени (от сезона) фактор, определяемый пользователем одним и тем же для всех направлений ветра;
• Vb,0 – исходная величина расчетной скорости ветра, имеющаяся в дополнениях для отдельных стран.

Расчетная скорость ветра чаще всего определяется, как скорость, имеющая годовую вероятность превышения p = 0,02, то есть имеющая средний период ожидания 50 лет. Если необходимо принять различный период ожидания, то скорость ветра рассчитывается на основании норм 7.3 ENV 1991-2-3:

Vb,0 = Vb * f (K, p, n),

• K — параметр формы (по умолчанию K = 0.2), определяемый пользователем;
• p — годовая вероятность превышения скорости (по умолчанию p = 0.02), задаваемая непосредственно пользователем или определяемая как обратная величина времени жизни конструкции до разрушения;
• n — репрезентативное значение n , которое предполагается равнымn = 0,5.

Величина коэффициента конструкции задается непосредственно пользователем. По умолчанию используется значение 1.

Коэффициент экспозиции учитывает влияние неровности территории Cr и влияние топографии Co на среднюю скорость ветра, зависящую от высоты z над уровнем земли. Коэффициент неровности определяется по формуле 4.4 EN 1991-1-4. Переменные в этой формуле определяются выбором типа территории в выпадающем списке в соответствии с таблицей 4.1 EN 1991-1-4.

Топографический коэффициент учитывает увеличение скорости ветра в районе изолированных холмов или обрывов. Коэффициент предполагается постоянным и задается пользователем. Величина коэффициента должна быть назначена в соответствии с приложением EN 1991-1-4.

Коэффициент внешнего давления определяется автоматически на основе типа кровли, который распознается программой. Программа распознает следующие типы поверхностей, для которых в соответствии с EN 1991-1-4 назначаются подходящие коэффициенты давления:

• вертикальные стены зданий, коэффициент Cpe назначается в соответствии с таблицей 7.4;
• плоские покрытия, Cpe назначается в соответствии с таблицей 7.6;
• односкатные покрытия, Cpe определяется по таблице 7.7;
• двускатные покрытия, Cpe определяется по таблице 7.8;
• многопролетные покрытия, Cpe определяется в соответствии с чертежом 7.10.

Сводчатые покрытия и купола не поддерживаются базовым алгоритмом генерации нагрузки в нормах EC1. Они доступны в Robot при использовании норм EC1-SERRES.

Коэффициент внутреннего давления определяется по умолчанию в соответствии с 10.2.9 (6) в виде экстремальных значений:

• Cpi = 0,8 при давлении (+),
• Cpi =-0,5 при давлении (-).

Если включена опция Уплотнительная конструкция, то коэффициент Cpi полагается равным нулю.

Снеговые нагрузки генерируются, как постоянные или трапецеидальные нагрузки на стержни, действующие в отрицательном направлении вертикальной глобальной оси Z. Нагрузка относится к проекции длины стержня на горизонтальное направление X. Снеговые нагрузки не прикладываются к вертикальным элементам, то есть к элементам, параллельным оси Z. Для конструкций 2D приложенная к стержню линейная нагрузка вычисляется, как произведение давления снега S на расстояние между рамами, то есть на величину шага e.

Величина снеговой нагрузки подсчитывается по формуле (в зависимости от норм):

S = μi * Ce * Ct * sk

Особые условия – осадки

S = μi * Ce * Ct * Cesl * sk

Особые условия — снегопады

• μi — коэффициент вида снеговой нагрузки, который определяется приведенными ниже соотношениями;
• Ce — коэффициент экспозиции, равный 1.0;
• Ct — температурный коэффициент, равный 1.0;
• Cesl – коэффициент особой снеговой нагрузки, равный 2.0;
• sk — характерное значение снеговой нагрузки на грунт, задаваемое пользователем или зависящее от выбранной зоны.

В пункте 7 ENV 1991-2-3 рассмотрены следующие виды приложения снеговой нагрузки

Значение коэффициента μi определяется по таблице 5.2.

Виды приложения снеговой нагрузки: Распределенная нагрузка — ě ₁ ,α (fig.7.2(i))

Значение коэффициента μi определяется по таблице 5.2.

Виды расположение нагрузки:

• Равномерно распределенная конструкция μ, α ₁ и ě ₁ , α ₂ (rys.5.3 (I))
• Распределенная нагрузка половинной интенсивности 0.5*μ ₁ , α ₁ , действующая на один скат кровли и неравномерно распределенная нагрузка равная ě ₁ , á ₂ , действующая на другой скат кровли (рис.7.3 (ii));
• Неравномерно распределенная нагрузка равная ě ₁ , á ₁ , действующая на один скат кровли, и распределенная нагрузка, составляющей половину интенсивности нагрузки 0.5*ě ₁ , á ₂ , действующей на другой скат кровли (fig.5.3(iii))

Значение коэффициента μi определяется по таблице 5.2.

Виды расположение нагрузки:

• равномерная нагрузка; — схема как показано выше (рис. 5.4(i)).
• Для случаев, когда не выполняются условия, как на рис. B1 — неравномерно распределенная нагрузка конструкция, ě ₁ , á _i на крайних скатах крыши, линейно изменяющаяся схема распределения нагрузки с экстремумом ě ₂ , á _m , где á _m = (á ₁ + á ₂ ) /2 на внутренние скаты крыши (Рис. 5.4(ii)).
• Для случаев, когда выполняются условия, как на рис B1 — неравномерная схема распределения нагрузки, коэффициент ě ₁ (рис.B.1), где ě ₁ — согласно B2(2).

Этот тип крыш не рассчитывается по основному алгоритму создания нагрузки EC1. Они доступны в программе Robot для норм EC1-SERRES.

Кровли с резкими перепадами высоты

Нагрузка от смещения снега не обеспечивается правильно.