Расчет снеговой нагрузки на кровлю: нормативная снеговая нагрузка и правила проектирования

Принцип работы крыши: предельные состояния

Итак, снеговые нагрузки на крышу рассчитываются в двух предельных состояниях — на разрушение и прогиб.

Проще говоря, это способность всей конструкции выдержать внешнее воздействие — если только она не подвергнется локальному повреждению или неприемлемой деформации.

То есть до тех пор, пока крыша не будет повреждена настолько, что потребует ремонта.

Предел несущих способностей крыши

Как мы уже упоминали, мы различаем в общей сложности два пограничных состояния. Первый — это момент, когда стропильная конструкция исчерпала свою несущую способность, включая прочность, устойчивость и долговечность.

При достижении этого предела крыша начинает разрушаться.

Этот предел обозначается как σ ≤ r или τ ≤ r. С помощью этой формулы профессиональные кровельщики рассчитывают, какая нагрузка еще допустима для конструкции, а какая превысит ее. Другими словами, это расчетная нагрузка.

Для этого расчета необходима такая информация, как вес снега, угол наклона, ветровая нагрузка и мертвая нагрузка на крышу. Также важно, какая система стропил, обрешетки и даже теплоизоляции была использована.

Стандартная нагрузка рассчитывается с использованием таких данных, как высота здания и угол наклона. Ваша задача — рассчитать расчетную и стандартную нагрузку и преобразовать их в нагрузку линии.

Для этого существует специальный документ — СП 20. 13330. 2011 в пп. 4.2.10.12; 11.1.12.

Предел крыши на прогиб стропильной конструкции

Второе предельное состояние указывает на чрезмерную деформацию, статические или динамические нагрузки на крышу. В этот момент в конструкции возникают недопустимые прогибы, настолько большие, что обнажаются стропила.

В результате оказывается, что стропильная система цела, не повреждена, но все же требует ремонта, без которого она не сможет продолжать функционировать.

Такой предел нагрузки рассчитывается по формуле f ≤ f. Это означает, что стропила не могут превысить определенное предельное состояние под нагрузкой.

А для балки перекрытия существует своя формула — 1/200, которая означает, что прогиб не может быть больше, чем 1 к 200 от измеренной длины балки.

И правильно рассчитывать снеговую нагрузку для обоих предельных состояний одновременно. Это означает, что ваша задача при расчете количества снега и его воздействия на крышу не допустить большего прогиба, чем это возможно.

Вот ценное обучающее видео для «терпеливых» на эту тему:

Таблица снеговых и ветровых районов по городам России

Федеральная структура	Город	Снеговой район	Ветровой район
Адыгея	Майкоп	2	1
Алтайский край	Барнаул	4	3
Алтайский край	Бийск	4	1
Алтайский край	Рубцовская	3	3
Амурская область	Благовещенск	1	3
Архангельская область	Архангельск	4	2
Архангельская область	Северодвинск	4	2
Астраханская область	Астрахань	1	3
Башкортостан	Нефтекамск	5	2
Башкортостан	Салават	5	3
Башкортостан	Стерлитамак	5	3
Башкортостан	Уфа	5	2
Белгородская область	Белгород	3	2
Белгородская область	Старый Оскол	3	2
Брянская область	Брянск	3	1
Бурятия	Улан-Удэ	1	3
Владимирская область	Владимир	3	1
Владимирская область	Ковров	4	1
Владимирская область	Муром	3	1
Волгоградская область	Волгоград	2	3
Волгоградская область	Волжский	2	3
Волгоградская область	Камышин	3	2
Вологодская область	Вологда	4	1
Вологодская область	Череповец	4	1
Воронежская область	Воронеж	3	2
Дагестан	Дербент	2	5
Дагестан	Махачкала	2	5
Дагестан	Хасавюрт	2	5
Забайкальский край	Чита	1	2
Ивановская область	Иваново	4	1
Иркутская область	Ангарск	2	3
Иркутская область	Братск	3	2
Иркутская область	Иркутск	2	3
Калининградская область	Калининград	2	2
Калмыкия	Элиста	2	3
Калужская область	Калуга	3	1
Калужская область	Обниск	3	1
Камчатский край	Петропавловск-Камчатский	7	7
Кемеровская область	Кемерово	4	3
Кемеровская область	Киселевск	4	2
Кемеровская область	Ленинск-Кузнецкий	4	3
Кемеровская область	Новокузнецк	4	3
Кемеровская область	Прокопьевск	4	2
Кировская область	Киров	5	1
Костромская область	Кострома	4	1
Краснодарский край	Краснодар	2	6
Краснодарский край	Новороссийск	2	5
Краснодарский край	Сочи	2	4
Красноярский край	Ачинск	4	3
Красноярский край	Красноярск	3	3
Красноярский край	Норильск	5	3
Курганская область	Курган	3	2
Курская область	Курск	3	2
Ленинградская область	Санкт-Петербург	3	2
Липецкая область	Елец	3	2
Липецкая область	Липецк	3	2
Магаданская область	Магадан	5	5
Марийская Республика	Йошкар-Ола	4	1
Мордовия	Саранск	3	2
Московская область	Балашиха	3	1
Московская область	Железнодорожный	3	2
Московская область	Жуковский	3	1
Московская область	Коломна	3	1
Московская область	Красногорск	3	1
Московская область	Люберцы	3	1
Московская область	Москва	3	1
Московская область	Мытищи	3	1
Московская область	Ногинск	3	1
Московская область	Одинцово	4	1
Московская область	Орехово-Зуево	3	1
Московская область	Подольск	3	1
Московская область	Серпухов	3	1
Московская область	Химки	3	1
Московская область	Щелково	3	1
Московская область	Электросталь	3	1
Мурманская область	Мурманск	5	4
Нижегородская область	Арзамас	4	2
Нижегородская область	Дзержинск	4	1
Нижегородская область	Нижний Новгород	4	1
Новгородская область	Великий Новгород	3	1
Новосибирская область	Новосибирск	4	3
Омская область	Омск	3	2
Оренбургская область	Оренбург	4	3
Оренбургская область	Орск	4	2
Орловская область	Орел	3	2
Пензенская область	Пенза	3	2
Пермский край	Пермь	5	2
Приморский край	Артем	3	4
Приморский край	Владивосток	2	4
Приморский край	Находка	2	5
Приморский край	Уссурийск	2	3
Псковская область	Великие Луки	3	1
Псковская область	Псков	3	1
Республика Карелия	Петрозаводск	2	5
Республика Коми	Сыктывкар	5	1
Республика Коми	Ухта	5	2
Ростовская область	Батайск	2	3
Ростовская область	Волгодонск	2	3
Ростовская область	Новочеркасск	2	3
Ростовская область	Новошахтинск	2	3
Ростовская область	Ростов-на-Дону	2	3
Ростовская область	Таганрог	2	3
Ростовская область	Шахты	2	3
Рязанская область	Рязань	3	1
Самарская область	Волжский	4	3
Самарская область	Новокуйбышевск	4	3
Самарская область	Самара	4	3
Самарская область	Сызрань	3	3
Самарская область	Тольятти	4	3
Саратовская область	Балаково	3	3
Саратовская область	Саратов	3	3
Саратовская область	Энгельс	3	3
Сахалинская область	Южно-Сахалинск	4	4
Свердловская область	Екатеринбург	3	2
Свердловская область	Каменск-Уральск	3	1
Свердловская область	Нижний Тагил	4	2
Свердловская область	Первоуральск	4	2
Северная Осетия	Владикавказ	2	–
Смоленская область	Смоленск	3	1
Ставропольский край	Невинномысск	2	5
Ставропольский край	Ставрополь	2	5
Тамбовская область	Тамбов	3	2
Татарстан	Альметьевск	5	2
Татарстан	Казань	4	2
Татарстан	Набережные Челны	5	2
Татарстан	Нижнекамск	5	2
Тверская область	Тверь	4	1
Томская область	Томск	4	3
Томская область	Новомосковск	3	1
Тульская область	Тула	2	1
Тува	Кызыл	2	1
Тюменская область	Тобольск	4	2
Тюменская область	Тюмень	3	2
Удмуртия	Ижевск	5	1
Ульяновская область	Димитровград	4	2
Ульяновская область	Ульяновск	4	2
Хабаровский край	Комсомольск-на-Амуре	4	3
Хабаровский край	Хабаровск	2	3
Хакасия	Абакан	2	3
Ханты-Мансийский автономный округ	Нефтеюганск	4	2
Ханты-Мансийский автономный округ	Нижневартовск	5	2
Ханты-Мансийский автономный округ	Сургут	4	2
Челябинская область	Златоуст	4	2
Челябинская область	Копейск	3	2
Челябинская область	Магнитогорск	4	3
Челябинская область	Миасс	3	2
Челябинская область	Челябинск	3	2
Чеченская Республика	Грозный	2	4
Чувашия	Новочебоксарск	4	2
Республика Чувашия	Чебоксары	4	2
Якутия	Якутск	2	2
Ямало-Ненецкий автономный округ	Новый Уренгой	5	2
Ямало-Ненецкий автономный округ	Ноябрьск	5	2
Ярославская область	Рыбинск	4	1
Ярославский район	Ярослав	4	1

Ветровая нагрузка. Расчет

Шаг 1: Обозначьте номер ветрового района на карте

Карта штормовых зон в России

Шаг 2: Используйте номера площадей на диаграмме для определения значений регулирования ветровой нагрузки.

Ветровой район	Wo (кгс/м2)
Iα	0.17 (17)
I (кгс/м2)	0.23 (23)
II	0.30 (30)
III	0.38 (38)
IV	0.48 (48)
V	0.60 (60)
VI	0.73 (73)
VII	0.85 (85)

Шаг 3: Рассчитайте ветровую нагрузку, используя уравнение

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z от поверхности земли дается следующим уравнением:

Wm = Woks

Wo — нормативное значение ветрового давления, принятое из таблицы ветровых районов Российской Федерации;

s — аэродинамический коэффициент;

k — коэффициент, учитывающий изменение давления ветра с высотой z, определяется по таблице в зависимости от типа грунта;

• A — Открытые побережья океанов, озер и водохранилищ. Пустыни, луга, лесостепи, тундра.
• B — Городские районы, леса и другие территории, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 метров.
• C — Городские районы с высотой зданий более 25 метров.

При определении ветровой нагрузки тип грунта может зависеть от расчетного направления ветра.

Более подробную информацию об определении ветровой нагрузки см. в документации.

Важно: Необходимо соблюдать нормальные условия для накопления снега на крыше. Важно понимать, что мокрый снег намного тяжелее, чем соответствующий сухой снег. Поэтому стоит принять это во внимание при расчете.

Учет снеговых нагрузок на имеющихся кровлях

Конечно, лучше всего учитывать все факторы снеговой нагрузки на этапе строительства и включать их в проект. Однако что необходимо проверить или учесть после того, как дом построен?

Необходимо измерить угол наклона скатов готового здания. Оптимально, если это значение находится в пределах от 45 до 60 градусов, тогда снежный покров просто не будет скапливаться на поверхности, перемещаясь с настил крыши.

Совет: Однако, в этом случае необходимо учитывать еще один фактор — ветер. Чем больше шаг, тем выше будет конструкция, и, следовательно, воздействие ветра усилится.

Равномерному распределению снежного потока по поверхности помогут устройства, установленные на крыше — снегозадержатели и снегорезы. Такие элементы «разбивают» всю массу на несколько частей, распределяя ее более или менее равномерно по всей поверхности.

В зависимости от обрешетки тип снегозадержателей может быть различным; на твердых типах можно установить трубчатый барьер, в других случаях лучше установить снегоотбойники, которые разбивают поток снега на отдельные части.

Совет: Однако при установке таких устройств следует соблюдать осторожность.

На скатах крыш с углом наклона более 5 градусов рекомендуется устанавливать снегозадержатели, иначе это может привести к накоплению больших масс снега на поверхности опалубки.

Чтобы избежать накопления большого количества снега на карнизах крыши, рассмотрите возможность использования системы обогрева. Установка нагревательного кабеля вдоль края настила крыши поможет предотвратить замерзание глыб снега и льда.

Управление системой может осуществляться как автоматически, так и вручную.

Стоит знать, что помимо непосредственного уменьшения и устранения давления снега на настил крыши, гидроизоляция также является хорошей идеей.

Образование даже небольшого количества инея на поверхности создает препятствие для стока воды, что может привести к проникновению влаги в кровельный материал.

Крыши существующих зданий обычно рассчитаны на опред. снеговую нагрузку в данном регионе, но доп. меры и приспособления помогут устранить негативные последствия, как самой перегрузки, так и сопутствующих процессов (протечки, разрушение настила и др.).

Нормативная снеговая нагрузка в вашей местности

Когда люди говорят о снеговой нагрузке на крышу, они имеют в виду, сколько килограммов снега может быть размещено на каждом квадратном метре крыши, если она действительно может выдержать этот вес до деформации конструкции.

Проще говоря, сколько снега может скапливаться на крыше каждую зиму без опасения, что он сломает крышу или подорвет всю стропильную систему.

Эти расчеты производятся еще на стадии проектирования дома. Прежде всего, изучите все данные в специальных таблицах и картах СП 20.3330.2011 «Нагрузки и воздействия». Исходя из этого, выясните, будет ли запланированное вами строительство надежным.

Например, если, согласно расчетам, она должна надежно выдерживать слой снега в 200 килограммов на квадратный метр, вам придется позаботиться о том, чтобы снежная шапка на крыше была не выше одной высоты.

Однако если на крыше уже лежит более 20-30см снега, и известно, что прогнозируется дождь, лучше его убрать.

Поэтому, чтобы узнать нормативную снеговую нагрузку в районе, где вы строите свой дом, обратитесь к такой карте:

Кроме того, этот коэффициент не применяется к зданиям, которые хорошо защищены от ветра другими зданиями или высоким лесом. Ваше расчетное уравнение будет выглядеть следующим образом:

• Для первого предельного состояния, в котором рассчитывается прочность, используйте уравнение         qp. Sn = q×µ,
• Для второго предельного состояния, при котором рассчитывается возможный прогиб крыши, используйте формулу ԛn. Sn = 0,7q×µ.

Как вы уже заметили, для второй группы предельных состояний вес снега следует учитывать с коэффициентом 0,7, т.е. сама формула будет выглядеть следующим образом: 0,7q.

Удельный вес: такой легкий и тяжелый снег

Теперь перейдем к практике. Если вы живете в России, а не на беззимнем южном континенте, вы знаете, как выглядит снег на самом деле: невероятно легкий и невероятно тяжелый.

Например, тот же пушистый снежок в холодную и сухую погоду при температуре -10 градусов Цельсия будет иметь плотность около 10 килограммов на кубический метр.

Но снег на рубеже осени и зимы, который долгое время лежал на горизонтальных и наклонных поверхностях и «скопился», имеет массу гораздо выше — от 60 килограммов на кубический метр.

Кстати, 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 должен быть легким и беспроблемным, знайте, что здесь таится определенная опасность. Рыхлый снег, как никакой другой, быстро впитывает любые осадки в виде дождя и превращается в мокрый снег.

А его нахождение на крыше, где нет правильно организованного водоотвода, чревато большими проблемами.

Кроме того, удельный вес снега значительно увеличивается весной, во время продолжительной оттепели. Сухой уплотненный снег имеет среднюю плотность от 200 до 400кг на кубический метр.

И не упускайте из виду важный момент, если снег лежит на крыше уже долгое время, а вы не счищали новый снег. Тогда, независимо от плотности, она будет иметь тот же вес, хотя визуально сама «крышка» уменьшится вдвое.

В особенно влажном климате удельный вес снега весной достигает 700кг на кубический метр!

Читайте также: Сращивание досок по длине для балок перекрытия: как нарастить, какие способы соединения используются для удлинения?

Расчет нагрузок и угла наклона на примере односкатного навеса

На этапе подготовки к возведению крыши необходимо учесть следующие моменты:

• угол продольного наклона;
• снеговая нагрузка
• ветровая нагрузка;
• воздействие на землю.

Пример: Односкатный навес для машины с расчетами снеговой и ветровой нагрузки

Мы используем формулы из СНиПовских нагрузок. Расчет снеговых и ветровых нагрузок производится согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Уклон наклона кровли

Для того чтобы крыша выдерживала снеговую нагрузку, а дождевая вода не задерживалась, сделайте уклон. Все понимают, что чем круче горка, тем быстрее она катится вниз.

Однако, если угол наклона слишком крутой, снег не будет задерживаться, но крыша будет > подвержена воздействию ветровых сил — увеличится ветровая нагрузка, которая давит под разными углами в зав-ти от направления ветра и воздействует на опоры.

Для того чтобы найти правильный шаг, необходимо учитывать принцип сочетания нагрузок:

Угол наклона выбирается в зависимости от региона:

• 15-30 градусов — универсальный угол наклона карниза, подходит для односкатных крыш из любых материалов.
• 9-20 градусов — открытые и ветреные участки;
• 45-60 градусов — снежные районы;

С уклоном разобрались, теперь перейдем к расчету нагрузок.

Рассчитываем снеговую нагрузку

Снеговая нагрузка рассчитывается по формуле:

S = Sg *μ

где

Sg — расчетное значение веса снежного покрова на 1м горизонтальной поверхности земли;

μ — поправочный коэффициент в зависимости от уклона крыши (μ = 1 при уклоне менее 25°, μ = 0 при уклоне более 60°).

Определите значение Sg по карте и таблице снегового района:

Ссылка на карту снежного района

Так, в Москве и области, Омске и Тюмени в III снеговом районе значение Sg составит 1,8кПа, а в Уфе и Надымском снеговом районе V, соответственно, Sg = 3,2кПа.

Переведем кПа (килопаскали) в привычные для нас килограммы на квадратный метр (кг/м2) для этого разделим значение кПа на 0,00980665 и получим снеговую нагрузку горизонтальной поверхности в том или ином месте.

(В Уфе, согласно таблице, снеговая нагрузка на горизонтальную поверхность Sg = 3,2 кПа:0,00980665 = 326кг/м2)

Пример расчет снеговой нагрузки в Московской области, при наклоне кровли 15 градусов:

Если принять универсальный угол наклона крыши равным 15 градусам, то формула расчета выглядит следующим образом:

S = Sg *μ = 1,8кПа

Переведем из килопаскалей в килограммы 1,8:0,00980665 = 183кг/м2

Мы узнали, что наш навес должен выдерживать 183кг снега на квадратный метр.

В то же время, помимо снега, на навес будет воздействовать сила ветра.

Ветровая нагрузка — расчет по формуле

Значения ветровой нагрузки на грунт определяются по формуле:

W = Wо *k*s

где,

Wо — стандартное значение давления ветра в зависимости от района;
k — коэффициент, учитывающий изменение давления ветра с высотой;
s — аэродинамический коэффициент.

Значение давления ветра  Wо и поправочный коэффициент высоты k определены в СНиП 2.01.07-85.

Пример: рассчитаем ветровую нагрузку на нашу кровлю под углом 15 градусов в Московской области

Итак, возьмем ту же односкатную конструкцию вагонки с уклоном 15 градусов.

Нам нужно найти значения: Wо, k, s и подставить их в формулу для расчета ветровой нагрузки.

Московская область находится в ветровом регионе 1, поэтому Wо = 0,23кН/м².

Ссылка на карту ветров

k — фактор для учета изменения давления ветра с высотой z

Коэффициент k будет равен 0,5, поскольку высота здания менее 5м, а тип местности — B.

Аэродинамический коэффициент s (Приложение 4 СНиП) s = cp1 + cp2 см. график ниже.

Согласно графику, значение cp1 увеличивается на 0,2 каждые 5 градусов. Следовательно, для 15° он будет равен 1,6.

Значение cp2 увеличивается на 0,05 каждые 5 градусов, следовательно, в нашем случае cp2 = 0,45.

s = 1,6+ 0,45

Общая ветровая нагрузка:

W = Wо *k*s = 0,23*0,5*(1,6+0,45) = 0,24кН/м².

Пересчет килоньютонов в кг:

0,24*101,97 = 25кг/м²

Снеговой мешок и температура воздуха

Термин «снежный мешок» используется для описания снега на крыше, толщина которого превышает средний показатель по региону. Или проще: если он более 50см на глаз.

Как правило, мешки со снегом скапливаются на не очень ветреной стороне крыши и там, где расположены мансардные окна и другие элементы крыши.

Именно в этих местах устанавливаются сдвоенные и усиленные стропильные ноги или делается сплошная обрешетка. Кроме того, по всем правилам, должна быть специальная подложка, чтобы избежать протечек.

Поэтому плотность снега в теплых регионах России всегда выше, чем в более холодных. Ведь в этих районах снег зимой взбивается солнцем, и верхние слои снега давят на нижние.

Учтите также, что снег, который перемещается с места на место, увеличивает свой удельный вес по крайней мере в два раза. Из-за всего этого в середине зимы средний удельный вес обычно составляет 280 + — 70кг на кубический метр.

А весной, во время сильной оттепели, мокрый снег может весить почти тонну! Можете ли вы представить себе, что на вашей крыше одновременно находится несколько тонн снега?

Поэтому тот факт, что во время строительства несколько рабочих одновременно висят на стропилах, не следует воспринимать как показатель устойчивости крыши. Несколько человек, конечно, не весят одновременно несколько тонн.

Обратите внимание, что средняя температура января также учитывается при расчете стандартной нагрузки. Смотрите карту в СП 20.13330.2011, чтобы узнать, какая из них у вас:

Если окажется, что средняя температура в январе у нас менее 5 градусов Цельсия, то коэффициент снижения снеговой нагрузки 0,85 будет неприменим. Поскольку из-за такой температуры зимний снег будет постоянно таять снизу, образуя лед и оседая на крыше.

Наконец, чем больше угол наклона, тем меньше снега всегда остается, поскольку он постепенно сползает под собственным весом. А на тех крышах, угол наклона которых составляет 60 градусов и более, снега не остается вообще.

Поэтому в данном случае коэффициент µ должен быть равен нулю. В то же время для угла наклона 40° µ составляет 0,66, для угла наклона 15° — 0,33, а для угла наклона 45° — 0,5.

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

Количество осадков — это фактор, напрямую связанный с географией региона.
В более южных регионах снега почти не бывает, в то время как в более северных регионах снег выпадает постоянно.

С другой стороны, в высокогорных районах, независимо от широты, выпадает большое количество снега, что в сочетании с частыми и сильными ветрами создает множество проблем.

Строительные нормы и правила (СНиП), которые необходимо соблюдать, содержат таблицы, показывающие количество снега на единицу площади в различных регионах.

ПРИМЕЧАНИЕ: Следует учитывать нормальное состояние снежных масс в данной местности. Мокрый снег в несколько раз тяжелее сухого.

Эти данные являются основой для расчета снеговых нагрузок, поскольку они достаточно надежны и приводятся в виде предельных, а не средних значений, чтобы обеспечить достаточный запас прочности конструкции крыши.

Тем не менее, необходимо учитывать конструкцию крыши, материал кровли и наличие дополнительных элементов, вызывающих накопление снега, так как они могут значительно превышать стандартные значения.

Снеговая нагрузка на квадратный метр крыши в зависимости от региона представлена на карте ниже.

Район снеговой нагрузки

Ветер и распределение снега на двух скатах

В регионах, где средняя скорость ветра выше 4м/с во все три зимних месяца, на плоских крышах и крышах с уклоном от 7 до 12 градусов снег частично сдувается, и норматив следует немного уменьшить, умножив количество снега на 0,85.

В остальных случаях он должен быть равен единице, или его можно не использовать, что вполне логично.

В этом случае ваша формула будет выглядеть следующим образом:

• расчет на прочность Qr.cn = q×µ×c;
• расчет для прогиба Qn.cn = 0,7q×µ×c.

Накопление снега на крыше также напрямую зависит от ветра. Важна форма крыши, ее расположение по отношению к господствующим ветрам и угол наклона (не в смысле того, насколько легко сходит снег, а в смысле того, легко ли ветер его сдувает).

В результате всего этого на крыше может оказаться меньше снега, чем на плоской поверхности, или больше. Кроме того, два ската одной крыши могут иметь совершенно разную высоту снежного покрова.

Объясним последнее утверждение более подробно. Например, снежная буря, что бывает нередко, постоянно смещает снежинки в подветренную сторону.

Это приводит к тому, что конек крыши задерживает ветер, снижая скорость схода снега, и снежинки оседают больше на одной стороне, чем на другой.

Это означает, что на одной стороне крыши может быть меньше снега, чем обычно, а на другой — гораздо больше. И это тоже нужно учитывать, потому что получается, что в этом случае на одном склоне скапливается почти в два раза больше снега, чем на земле!

Для расчета снеговой нагрузки использовалась следующая формула: для скатных крыш с углом наклона 20 градусов, но менее 30, процент накопления снега будет составлять 75% с наветренной стороны и 125% с подветренной.

Этот процент рассчитывается, исходя из количества снега на ровной поверхности. Значение всех этих коэффициентов приведено в нормативном документе СНиП 2.01.07-85.

И если вы определите, что ветер в вашем регионе будет создавать заметную разницу в снежном покрове на разных склонах, то сдвоенные стропила нужно будет располагать с подветренной стороны:

Если у вас вообще нет данных о розе ветров для вашего региона или они неточны, то выбирайте максимальную нагрузку для защиты — как если бы оба ската вашей крыши находились с подветренной стороны, и на них всегда будет больше снега, чем на земле.

Что же происходит с мешком снега на подветренной стороне? Он постепенно сползает вниз и прижимается к свесу крыши, пытаясь его сломать.

Именно поэтому в нормах говорится, что свес крыши должен быть равномерно усилен, в зависимости от кровельного материала.

Что получаем в итоге всего

После всех расчетов мы получаем состав конструктивных элементов, количество балок, вес крыши, включая снеговую и ветровую нагрузки, и можем рассчитать общий вес крыши.

Остается оценить распределение веса на стену, сравнив его с прочностью материала стены, и убедиться, что стена выдержит.

Здесь стоит помнить, что запас прочности стены должен составлять не менее 25-30%, поскольку даже в спокойных регионах нередки сильные ветры или обильные снегопады, и пиковая нагрузка может кратковременно превысить расчетную.

Как правило, такие воздействия кратковременны, и стропильная система их выдерживает, но если стена не имеет запаса прочности, то, как вы понимаете, она может разрушить соединение мауэрлата со стеной.

Поэтому обратите внимание на этот вопрос, воспользуйтесь этой статьей, если не рассчитайте все сами, то проконтролируйте расчеты дизайнера.

Нагрузки воспринимаемые стропильными конструкциями

В зависимости от продолжительности нагрузки различают две группы нагрузок: постоянные и временные (непрерывные, кратковременные, специальные).

• Для постоянных нагрузок необходимо учитывать нагрузку, возникающую от веса самой конструкции: покрытия крыши, веса стропильной конструкции, веса теплоизоляционного слоя и веса отделочных материалов потолка;
• Кратковременные нагрузки включают вес людей и обслуживающего оборудования в зоне обслуживания и ремонта крыши, полную снеговую нагрузку расчетной величины и ветровую нагрузку;
• Сейсмические силы, например, должны рассматриваться как особые нагрузки.

Расчеты стропильных конструкций в предельных состояниях первой и второй групп нагрузок следует выполнять с учетом их неблагоприятного сочетания.

Таблица ветровых и снеговых нагрузок по субъектам и городам России

Федеральная структура	Город	Площадь снега	Ветреный регион
Адыгея	Майкоп	2	1
Алтайский край	Барнаул	4	3
Алтайский край	Бийск	4	1
Алтайский край	Рубцовская	3	3
Амурская область	Благовещенск	1	3
Архангельская область	Архангельск	4	2
Архангельская область	Северодвинск	4	2
Астраханская область	Астрахань	1	3
Башкортостан	Нефтекамск	5	2
Башкортостан	Салават	5	3
Башкортостан	Стерлитамак	5	3
Башкортостан	Уфа	5	2
Белгородская область	Белгород	3	2
Белгородская область	Старый Оскол	3	2
Брянская область	Брянск	3	1
Бурятия	Улан-Удэ	1	3
Владимирская область	Владимир	3	1
Владимирская область	Ковров	4	1
Владимирская область	Муром	3	1
Волгоградская область	Волгоград	2	3
Волгоградская область	Волжский	2	3
Волгоградская область	Камышин	3	2
Вологодская область	Вологда	4	1
Вологодская область	Череповец	4	1
Воронежская область	Воронеж	3	2
Дагестан	Дербент	2	5
Дагестан	Махачкала	2	5
Дагестан	Хасавюрт	2	5
Забайкальский край	Чита	1	2
Ивановская область	Иваново	4	1
Иркутская область	Ангарск	2	3
Иркутская область	Братск	3	2
Иркутская область	Иркутск	2	3
Калининградская область	Калининград	2	2
Калмыкия	Элиста	2	3
Калужская область	Калуга	3	1
Калужская область	Обниск	3	1
Камчатский край	Петропавловск-Камчатский	7	7
Кемеровская область	Кемерово	4	3
Кемеровская область	Киселевск	4	2
Кемеровская область	Ленинск-Кузнецкий	4	3
Кемеровская область	Новокузнецк	4	3
Кемеровская область	Прокопьевск	4	2
Кировская область	Киров	5	1
Костромская область	Кострома	4	1
Краснодарский край	Краснодар	2	6
Краснодарский край	Новороссийск	2	5
Краснодарский край	Сочи	2	4
Красноярский край	Ачинск	4	3
Красноярский край	Красноярск	3	3
Красноярский край	Норильск	5	3
Курганская область	Курган	3	2
Курская область	Курск	3	2
Ленинградская область	Санкт-Петербург	3	2
Липецкая область	Елец	3	2
Липецкая область	Липецк	3	2
Магаданская область	Магадан	5	5
Марийская Республика	Йошкар-Ола	4	1
Мордовия	Саранск	3	2
Московская область	Балашиха	3	1
Московская область	Железнодорожный	3	2
Московская область	Жуковский	3	1
Московская область	Коломна	3	1
Московская область	Красногорск	3	1
Московская область	Люберцы	3	1
Московская область	Москва	3	1
Московская область	Мытищи	3	1
Московская область	Ногинск	3	1
Московская область	Одинцово	4	1
Московская область	Орехово-Зуево	3	1
Московская область	Подольск	3	1
Московская область	Серпухов	3	1
Московская область	Химки	3	1
Московская область	Щелково	3	1
Московская область	Электросталь	3	1
Мурманская область	Мурманск	5	4
Нижегородская область	Арзамас	4	2
Нижегородская область	Дзержинск	4	1
Нижегородская область	Нижний Новгород	4	1
Новгородская область	Великий Новгород	3	1
Новосибирская область	Новосибирск	4	3
Омская область	Омск	3	2
Оренбургская область	Оренбург	4	3
Оренбургская область	Орск	4	2
Орловская область	Орел	3	2
Пензенская область	Пенза	3	2
Пермский край	Пермь	5	2
Приморский край	Артем	3	4
Приморский край	Владивосток	2	4
Приморский край	Находка	2	5
Приморский край	Уссурийск	2	3
Псковская область	Великие Луки	3	1
Псковская область	Псков	3	1
Республика Карелия	Петрозаводск	2	5
Республика Коми	Сыктывкар	5	1
Республика Коми	Ухта	5	2
Ростовская область	Батайск	2	3
Ростовская область	Волгодонск	2	3
Ростовская область	Новочеркасск	2	3
Ростовская область	Новошахтинск	2	3
Ростовская область	Ростов-на-Дону	2	3
Ростовская область	Таганрог	2	3
Ростовская область	Шахты	2	3
Рязанская область	Рязань	3	1
Самарская область	Волжский	4	3
Самарская область	Новокуйбышевск	4	3
Самарская область	Самара	4	3
Самарская область	Сызрань	3	3
Самарская область	Тольятти	4	3
Саратовская область	Балаково	3	3
Саратовская область	Саратов	3	3
Саратовская область	Энгельс	3	3
Сахалинская область	Южно-Сахалинск	4	4
Свердловская область	Екатеринбург	3	2
Свердловская область	Каменск-Уральск	3	1
Свердловская область	Нижний Тагил	4	2
Свердловская область	Первоуральск	4	2
Северная Осетия	Владикавказ	2	–
Смоленская область	Смоленск	3	1
Ставропольский край	Невинномысск	2	5
Ставропольский край	Ставрополь	2	5
Тамбовская область	Тамбов	3	2
Татарстан	Альметьевск	5	2
Татарстан	Казань	4	2
Татарстан	Набережные Челны	5	2
Татарстан	Нижнекамск	5	2
Тверская область	Тверь	4	1
Томская область	Томск	4	3
Томская область	Новомосковск	3	1
Тульская область	Тула	2	1
Тува	Кызыл	2	1
Тюменская область	Тобольск	4	2
Тюменская область	Тюмень	3	2
Удмуртия	Ижевск	5	1
Ульяновская область	Димитровград	4	2
Ульяновская область	Ульяновск	4	2
Хабаровский край	Комсомольск-на-Амуре	4	3
Хабаровский край	Хабаровск	2	3
Хакасия	Абакан	2	3
Ханты-Мансийский автономный округ	Нефтеюганск	4	2
Ханты-Мансийский автономный округ	Нижневартовск	5	2
Ханты-Мансийский автономный округ	Сургут	4	2
Челябинская область	Златоуст	4	2
Челябинская область	Копейск	3	2
Челябинская область	Магнитогорск	4	3
Челябинская область	Миасс	3	2
Челябинская область	Челябинск	3	2
Чеченская Республика	Грозный	2	4
Чувашия	Новочебоксарск	4	2
Республика Чувашия	Чебоксары	4	2
Якутия	Якутск	2	2
Ямало-Ненецкий автономный округ	Новый Уренгой	5	2
Ямало-Ненецкий автономный округ	Ноябрьск	5	2
Ярославская область	Рыбинск	4	1
Ярославский район	Ярослав	4	1

Стропильная часть кровли

Нагрузки на м² объяснены, теперь нужно рассчитать стропильную часть. Наиболее важной частью стропильной системы является мауэрлат.

Это балка, которая крепится к верхнему краю стены и служит для равномерного распределения нагрузки от крыши на стены дома. Расчетных значений не существует, но есть некоторые правила.

Во-первых, наиболее предпочтительны квадратные пиломатериалы.

Во-вторых, он устанавливается таким образом, чтобы оставить не менее 3см (предпочтительно 5) до углов ширины несущей стены. Другими словами, если верхняя часть стены имеет толщину 40см, то ширина муэрлака составит 30см.

Диаграмма нормативных снеговых нагрузок и коэффициента m. Другие значения коэффициента m приведены в СНиП 2.01.07-85.

В-третьих, при тонкой стене (например, из монолитного железобетона) швеллер устанавливается с нахлестом 3-5см, например, при толщине стены 10см ширина швеллера будет 20см.

Это делается для того, чтобы края стены, которые наиболее уязвимы, не были повреждены при перераспределении нагрузки. Расчет стропил лучше производить с помощью программ, доступных в Интернете, включая онлайн расчеты.

Главный принцип — вводить все данные точно, обращая внимание на включение всех структурных элементов.

Следует отметить, что не все подобные программы учитывают прогиб в своих результатах. Прогиб — это свойство стропил отклоняться на определенную величину в мм под нагрузкой, и чем длиннее стропила, тем больше прогиб.

Если у вас нет такой возможности в программе, вы можете использовать любой справочник материалов, чтобы найти рассчитанную для вас балку и определить, сколько прогибов приходится на погонный метр.

Поправочный коэффициент прост: если прогиб превышает допустимый (10-15мм), необходимо увеличить сечение балки на 20%. Это означает, что балка 50х200мм, рассчитанная программой, заменяется на 50х240мм.

Расчет снеговых нагрузок в соответствии строительным нормам

Без учета климатических особенностей зим в регионе крыша просто не выдерживает выпадающего количества снега, стропила деформируются, вызывая дальнейшие повреждения.

Примечание: Масса свежевыпавшего снега составляет около 100 килограммов на кубический метр объема, мокрый снег тяжелее — 300кг/м³.

Зная массу осадков, уже можно рассчитать влияние снега на поверхность через толщину выпавшего покрова.

Для этого в СНиП (Строительные нормы и правила 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» параграф 10) приведены формулы, которые можно использовать для выполнения расчета.

Однако, необходимо знать среднюю толщину снежного покрова для региона и, соответственно, результирующие эффекты.

Для точных расчетов была составлена карта страны, на которой территория была разделена на 8 регионов с примерно равными условиями:

1. Например, для Москвы и Московской области нагрузка составляет примерно 180/126кг/м³,
2. в Нижегородской области — 240/168кг/м³,
3. а в горных районах это значение может колебаться в пределах 560/392кг/м³.

Учитывая эти данные, общая снеговая нагрузка на крышу рассчитывается по следующей формуле:

S — расчетная суммарная снеговая нагрузка;

Sg — расчетная снеговая нагрузка (смотрите карту и ориентируйтесь на свой регион);

µ — это коэффициент, учитывающий уклон крыши.

Уклон крыши принимается в зависимости от следующих факторов:

• Для склонов менее 25 градусов — коэффициент 1;
• Склоны от 25 до 60 градусов — коэффициент 0,7;
• При уклонах более 60 градусов этот фактор вообще не учитывается.

То есть, имея эти данные, довольно легко произвести расчеты.

Например, для Нижегородского района Нижнего Новгорода расчетная снеговая нагрузка имеет значение 240кг, дом запроектирован с уклоном 30 градусов, поэтому расчет производится следующим образом — 240 × 0,7 = 168кг/м³.

Затем можно выбрать подходящие детали стропильной конструкции крыши.

Плоские типы крыш

Этот тип конструкции крыши не подходит для регионов с большим количеством осадков в холодное время года, так как на такой поверхности будет скапливаться большое количество снега. Результатом будет чрезмерное давление снега на конструкцию.

В теплом климате этот тип крыши должен иметь запас прочности и сплошную обрешетку. Свесы крыши должны быть утеплены, чтобы отвести осадки от свесов через водосточную систему.

Совет: Уклон в сторону водостоков в таких ситуациях должен превышать 2 градуса, чтобы обеспечить полный сток осадков.

Проектируйте строительство гаражей, хозяйственных построек или беседок с плоской крышей, следуя тем же принципам и расчетам снеговой нагрузки, что и для обычных крыш с двумя (или более) скатами.

Однако для плоских конструкций крыш таких зданий лучше выбирать стропила из более толстых материалов и устанавливать сплошную обрешетку.

Зависимость нагрузок от угла наклона крыши

Угол наклона крыши определяет площадь и силу контакта крыши с ветром и снегом. В этом случае снеговая нагрузка имеет вертикальный вектор силы, а давление ветра, независимо от направления, имеет горизонтальный вектор силы.

Поэтому, приняв более крутой уклон, можно уменьшить давление снежных масс, а иногда и вовсе устранить его, но при этом увеличивается «парусность» крыши и возрастает нагрузка от ветра.

Этот факт заставляет искать «золотую середину», то есть оптимальный угол наклона крыши, максимально снижающий давление снега и в то же время создающий как можно меньше препятствий для ветра.

Очевидно, что плоская крыша идеально подходит для снижения ветровой нагрузки, поскольку она препятствует скатыванию массы снега вниз и способствует образованию больших сугробов, которые после таяния могут намочить все здание.

Решение заключается в выборе уклона, который наилучшим образом соответствует требованиям как снеговой, так и ветровой нагрузки, которые различаются в зависимости от региона.

Зависимость угла наклона крыши от нагрузки

Формула фактической снеговой нагрузки на кровлю

Еще один важный момент. Часто снеговая нагрузка рассчитывается с таким простым и понятным конечным результатом, как n-ое количество килограммов на квадратный метр крыши.

Но сама стропильная система гораздо сложнее, и оценивать давление только на ее сплошную площадь крыши не совсем корректно.

Дело в том, что каждый элемент стропильной системы принимает на себя определенную нагрузку, которая изначально была рассчитана только на него, а не на всю крышу сразу. И именно поэтому необходимо переводить единицы кг/м2 в единицы кг/м, т.е. килограммы на метры.

Это означает измерение линейной нагрузки на стропила, или обрешетку, карниз и обрешетку. И все это линейные структуры, с нагрузкой, действующей вдоль продольной оси каждой из них:

Если мы возьмем одно стропило, то это нагрузка, действующая непосредственно на него. А чтобы изменить площадь общей нагрузки на крышу, нужно изменить ширину шага стропил.