Интернет-магазин 
Принцип работы крыши: предельные состояния
Итак, расчёт снеговой нагрузки на кровлю делают с учетом двух предельных состояний крыши – на разрушение и на прогиб. Говоря простым языком, это именно та способность всей конструкции сопротивляться внешним воздействиям – до того момента, пока она не получит местное повреждение или недопустимую деформацию, то есть пока крыша не будет продавлена или повреждена настолько, что ей понадобится ремонт.
Предел несущих способностей крыши
Как уже было сказано, существует два вида предельных состояний строительных конструкций. Достижение первого предельного состояния стропильной конструкции означает исчерпание ею прочности, устойчивости, выносливости и начало разрушения. Первое предельное состояние покрытия достигается от воздействия расчётной нагрузки, значительную часть которой составляет снеговая.
Согласно п. 4.2. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» величина расчётной снеговой нагрузки рассчитывается, как произведение нормативной на коэффициент надежности по нагрузке γr, который принимается равным 1,4 при расчетах по первому предельному состоянию и равным 1,0 при расчётах по второму предельному состоянию.
Нормативная снеговая нагрузка на крышу рассчитывается в зависимости от различных параметров в соответствии с требованиями п. 10.1 СП 20.13330.2011.
Предел крыши на прогиб стропильной конструкции
Второе предельное состояние говорит о чрезмерных деформациях, статических или динамических нагрузках на крышу. В этот момент в конструкции происходят недопустимые прогибы, да так, что раскрываются сочинения. В итоге получается, что стропильная система как бы цела, не разрушена, но все-таки ей нужен ремонт, без которого она не сможет функционировать дальше.
При расчёте конструкций крыши по второму предельному состоянию должно выполняться условие:
f ≤ fu, где
f — фактический прогиб конструкций покрытия;
fu — допускаемый прогиб согласно нормативным документам.
Для конструкций покрытия СП 20.13330.2011 регламентирует допустимый прогиб в зависимости от пролета (l): от l/150 для пролета 3 м и l/200 для пролета 6 м до l/300 для пролета более 36 м.
Правильно вести расчёт снеговой нагрузки на кровлю сразу по обеим предельным состояниям. То есть ваша задача при расчёте количества снега и его влиянии на крышу не допустить прогиба больше допускаемого.
Нормативная снеговая нагрузка в вашей местности
Когда говорят о расчёте нагрузки снега на крышу, то говорят о том, сколько килограммов снега может приходиться на каждый квадратный метр крыши, пока она реально может держать такой вес до начала деформации конструкции. Говоря простым языком, какой шапке снега можно позволить лежать на крыше каждую зиму без опасения того, что она проломит кровлю или расшатает всю стропильную систему.
Такой расчёт делают еще на стадии проектирования дома. Для этого первым делом вам нужно изучить все данные по специальным таблицам и картам СП 20.3330.2011 «Нагрузки и воздействия». Исходя из этого узнайте, будет ли запланированная ваши конструкция надежной.
Например, если согласно расчётам она должна спокойно выдерживать слой снега в 200 килограмм на каждый квадратный метр, тогда нужно будет внимательно следить за тем, чтобы снежная шапка на крыше не была выше одного метра в высоту. Если снег на крыше уже превышает 20-30 см и вы знаете, что скоро пойдет дождь, то его лучше убрать.
Согласно п. 10.1 СП 20.13330.2011 нормативная нагрузка от снега определяется по формуле:
SO = 0,7 Се × Сt × μ × Sg, где:
Се — коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра, который принимается равным 0,85 для одно- и многопролетных зданий с уклоном кровли от 12 до 20%;
Сt — термический коэффициент, принимаемый равным 0,85 для крыш однопролетных зданий с уклоном от 12 до 20% (п. 10.6 СП 20.13330.2011);
μ — коэффициент перехода от веса снегового покрова на земле к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с п.10.4. СП 20.13330.2011. Коэффициент принимается 1 при уклоне крыши менее 30° и 0 при уклоне более 60°;
Sg — вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с табл. 10.1 СП 20.13330.2011 в зависимости от снегового района, определенного по карте 1, приложения Ж к СП 20.13330.2011.
Удельный вес: такой легкий и тяжелый снег
А теперь перейдем к практике. Если вы живете в России, а не на южном континенте без зимы, то знаете, каким на самом деле бывает снег: невероятно легким и неимоверно тяжелым. Например, тот же пушистый снежок в морозную и сухую погоду при температуре -10°С будет иметь плотность около 10 кг на кубический метр. А вот снег под конец осени и в начале зимы, который долго лежал на горизонтальных и наклонных поверхностях и «слежался», уже имеет массу куда больше – от 60 килограммов на кубический метр. К слову, узнать плотность снега несложно – достаточно зимой вырезать большой лопатой образец снега в один кубический метр и взвесить его.
Если мы говорим о рыхлом снеге, который, по идее, легок и не доставляет проблем, то знайте, что здесь таится некая опасность. Рыхлый снег быстро вбирает в себя все осадки в виде дождя и становится уже мокрым снегом. А его нахождение на крыше, где нет грамотно организованного стока, чревато большими проблемами.
Далее, весной в процессе длительной оттепели удельный вес снега также значительно растет. У сухого уплотненного снега среднестатистическая плотность находится в пределах от 200 до 400 кг на кубический метр. Не упускайте также такой важный момент, когда снег долго оставался лежать на крыше и не было нового снегопада, а вы его не убирали. Тогда независимо от его плотности, он будет иметь всю ту же массу, хотя визуально сама «шапка» стала меньше в два раза. В особо влажном климате весной удельный вес снега достигает 700 кг на кубический метр!
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 обрешётку. Кроме того, здесь по всем правилам должна быть специальная подкровельная подложка, чтобы избежать протечек.
Поэтому в более тёплых 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/м3.
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 её прочности, во внимание брать не стоит. Ведь пару человек точно не весят сразу несколько тонн.
Учитывайте, что в расчёте нормативной нагрузки от снега на крышу также принимается во внимание средняя температура воздуха в январе. Какая именно у вас, смотрите в СП 20.13330.2011.
Если окажется, что у вас средняя температура в январе меньше 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.
Ветер и распределение снега на двух скатах
В тех регионах, где средняя скорость ветра все три зимних месяца превышает 4 м/сек, на пологих крышах и с уклоном от 7 до 12 градусов снег частично сносится, и здесь его нормативное количество следует слегка уменьшить, умножив на 0,85. В остальных случаях он должен быть равен единице, либо его можно не использовать.
Накопление снега на крыше также напрямую зависит от ветра. Значение имеет форма крыши, как она расположена относительно преобладающих ветров и какой угол наклона ее скатов (не в плане того, как легко съезжает снег, а в плане того, легко ли ветру его сносит).
Из-за всего этого снега на крыше может быть как меньше, чем на плоской поверхности земли, так и больше. Плюс на обоих скатах одной крыши может быть абсолютно разная высота снежной шапки.
Поясним подробнее последнее утверждение. Например, такое нередкое явление, как метель, постоянно переносит снежинки на подветренную сторону. И этому препятствует конек крыши, который, задерживая ветер, уменьшает скорость движения снежных потоков, и снежинки оседают больше на одном скате, чем на другом.
Получается, что с одной стороны крыши снега может лежать меньше, чем в норме, а с другой – намного больше. И это тоже нужно учитывать, ведь получается, что в таком случае на одном из скатов собирается почти вдвое больше снега, чем на земле!
Для расчёта снеговой нагрузки на скатную кровлю применяется такая формула: для двухскатных крыш с углом наклона более 20, но менее 30 8градусов, процент накопления снега будет равен 75% с наветренной стороны и 125% – с подветренной. Этот процент высчитывается от количества снежного покрова, который лежит на плоской земле.
И, если вы определили, что ветер в вашем регионе будет создавать ощутимую разницу снежного покроя на разных скатах, то с подветренной стороны нужно будет устроить спаренные стропила. Если же у вас вообще нет данных по розе ветров местности, или они неточны, тогда отдайте предпочтение максимальной нагрузке, чтобы подстраховаться – так, как будто оба ската вашей крыши находятся с подветренной стороны, и на них всегда будет больше снега, чем на земле.
Так что происходит потом со снеговым мешком с подветренной стороны? Он постепенно сползает и давит уже на свес кровли, пытаясь его сломать. Вот почему по правилам свес кровли должен быть равен укреплен, в зависимости от кровельного его покрытия.
Формула фактической снеговой нагрузки на кровлю
Следующий важный момент. Часто расчёт снеговой нагрузки заканчивается получением с такого простого и понятного конечного результата, как определенное количество килограммов на квадратный метр кровли. Но стропильная система сама по себе намного сложнее, и оценивать давление только на ее сплошное покрытие не совсем верно.
Дело в том, что каждый элемент стропильной системы крыши берет на себя определенную нагрузку, которая была изначально рассчитана только на него одного, а не на всю крышу сразу. А поэтому необходимо перевести единицы измерения кг/м2 в единицу измерения кг/м, то есть килограммы, которые воздействуют на линейный метр.
Это значит измерить линейное давление на стропила или обрешётку, свесы и прогоны. А все это – линейные конструкции, нагрузки на которые действуют вдоль их продольной оси.
Если мы возьмем отдельное стропило, на него действует та нагрузка, которая будет приходиться на грузовую площадь, расположенную непосредственно над ним. И чтобы изменить площадь общей нагрузки на крышу, нужно изменить ширину шага установки стропил.
Итог: учёт совокупности всех нагрузок
И, наконец, подведем итог и отметим самую распространенную ошибку при расчёте снеговой нагрузки на крышу. Это – недочет того момента, что все нагрузки действуют в совокупности. Сама стропильная система имеет вес, стоящий на ней человек, утеплитель, кровельный ковер и много чего другого!
Поэтому все нагрузки, которые воздействуют на крышу, нужно суммировать и умножить на коэффициент 1,1. Вот тогда вы получите уже какое-то реальное значение. Почему на 1,1? Чтобы учесть дополнительные неожиданные факторы, вы ведь не хотите, чтобы стропильная система работала на пределе?
В зависимости от полученного значения вам теперь нужно рассчитать шаг установки стропил. Во внимание также нужно будет взять длину стены здания и удобство размещения на ней целого числа стропильных ног при одинаковом расстоянии: например, 90 см, 1,5 метра, 1,2 метра.
Довольно часто решающий критерий выбора шага стропил – экономический, хотя свои условия также диктует выбранное кровельное покрытие. Но помните о том, что при обустройстве крыши все просчитывают так, чтобы стропила легко могли выдержать приходящуюся на них нагрузку. А для этого прикиньте несколько вариантов установки стропил и определите для каждого этого варианта сечение досок и расход материала.
Правильно выбранным шагом считается такой, где материалоемкость самая меньшая, а итоговые свойства остаются такими же. И учитывайте при этом, что, кроме стропил, обрешётки и прогонов еще в конструкции крыши всегда есть такие дополнительные несущие элементы, как стойки.
Данная информация носит исключительно информационный (ознакомительный) характер и не является рекомендацией.
