Что такое полезная нагрузка на крышу
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]:
S0 = 0,7свсtμSg,
где: св – 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 св=0,85.
сt – 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:
– α≤30° → μ=1;
– α≤45° → μ=0,5;
– α≤60° → μ=0.
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.
Sg – 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, Sg = 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 S0 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.
Состав кровли:
1. Монолитная железобетонная плита – 100 мм.
2. Цементно-песчаная стяжка – 30 мм.
3. Пароизоляция.
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.
| Вид нагрузки | Норм. | Коэф. | Расч. |
Постоянные нагрузки: – 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. Временные нагрузки: – снег – ветер | 250 кг/м2 3,5 кг/м2 168 кг/м2 13,6 кг/м2 | 1,1 1,3 1,4 1,4 | 275 кг/м2 4,6 кг/м2 235,2 кг/м2 19 кг/м2 |
| ИТОГО | 489,1 кг/м2 | 604 кг/м2 |
Определение нормативной нагрузки от снега:
S0 = 0,7сtсвμSg = 0,7·1·1·1·240 = 168 кг/м2.
где: сt = 1, так как кровля у нас утепленная, а, следовательно, через нее не выделяется такого количества тепла, которое могло бы приводить к таянию снега на крыше; термический коэффициент принимается в соответствии с п.10.10 [1].
св = 1; коэффициент сноса снега принимается по п.10.9 [1].
μ = 1, так как кровля односкатная с уклоном менее 30º; принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г [1],
Sg = 240 кг/м2; принимается в соответствии с п.10.2 и таблицей 10.1 [1], так как Нижний Новгород относится к IV снеговому району.
Определение нормативной нагрузки от ветра:
W = Wm + Wp = 13,6 кг/м2.
где: Wp = 0, так как здание небольшой высоты.
Wm = W0k(zв)с = 23·0,59·1 = 13,6 кг/м2.
где: W0 = 23 кг/м2, так как г. Нижний Новгород относится к I ветровому району; нормативное значение ветрового давления принимается в соответствии с пунктом 11.1.4, таблицей 11.1 и приложением Ж [1]
k(zв) = k10(zв/10)2α = 0,59, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d → zв=h=8 м и тип местности строительства В; коэффициенты принимаются в соответствии с п.11.1.6 таблицей 11,3, также коэффициент k(zв) можно определить методом интерполяции по таблице 11.2 [1].
с = 1, так как рассчитываемая крыша обладает небольшой площадью и расположена под углом к горизонту, данным коэффициентом пренебрегаем; принимается в соответствии с пунктом 11.1.7 и приложение Д [1].
Пример 2. Сбор нагрузок на двухскатную деревянную кровлю (сбор нагрузок на стропила и обрешетку).
Исходные данные.
Район строительства – г. Екатеринбург.
Конструкция крыши – двухскатная стропильная с обрешеткой под металлочерепицу.
Угол наклона кровли – 45° или 100% (5 м – высота крыши, 5 м – длина проекции одного ската).
Размеры дома – 8х6 м.
Ширина крыши – 11 м.
Высота дома – 10 м.
Тип местности – поле.
Шаг стропил – 600 мм.
Шаг обрешетки – 200 мм.
Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.
Состав кровли:
1. Обшивка из досок (сосна) – 12х100 мм.
2. Пароизоляция.
3. Стропила (сосна) – 50х150 мм.
4. Утеплитель (минплита) – 150 мм.
5. Гидроизоляция.
6. Обрешетка (сосна) – 25х100 мм
7. Металлочерепица – 0,5 мм.
Сбор нагрузок.
Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.
| Вид нагрузки | Норм. | Коэф. | Расч. |
Постоянные нагрузки: – обшивка из досок (сосна ρ=520 кг/м3) – стропила (сосна ρ=520 кг/м3) – утеплитель (минплита ρ=25 кг/м3) – обрешетка (сосна ρ=520 кг/м3) – металлочерепица (ρ=7850 кг/м3) Примечание: вес паро- и гидроизоляции не учитывается в связи с их малым весом. Временные нагрузки: – снег – ветер | 0,63 кг/м2 3,9 кг/м2 3,75 кг/м2 6,5 кг/м2 3,93 кг/м2 78,75 кг/м2 14,95 кг/м2 | 1,1 1,1 1,3 1,1 1,05 1,4 1,4 | 0,7 кг/м2 4,3 кг/м2 4,9 кг/м2 7,2 кг/м2 4,1 кг/м2 110,3 кг/м2 20,9 кг/м2 |
| ИТОГО | 112,4 кг/м2 | 152,4 кг/м2 |
Вес стропил:
Мст = 1·0,05·0,15·520 = 3,9 кг – вес стропил, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как в связи с шагом 600 мм попадает только одна стропилина.
Вес обрешетки:
Мст = 1·0,025·0,1·520·1/0,2 = 6,5 кг – вес обрешетки, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как шаг обрешетки составляет 200 мм (попадает 5 досок).
Определение нормативной нагрузки от снега:
S0 = 0,7сtсвμSg = 0,7·1·1·0,625·180 = 78,75 кг/м2.
где: сt = 1; так как через кровлю выделения тепла не производится п.10.10 [1].
св = 1; п.10.9 [1].
μ = 1,25·0,5 = 0,625, так как кровля двухскатная с углом наклона к горизонту от 30º до 60º (2 вариант); принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г [1],
Sg = 180 кг/м2; так как Екатеринбург относится к III снеговому району (п.10.2 и таблица 10.1 [1]).
Определение нормативной нагрузки от ветра:
W = Wm + Wp = 14,95 кг/м2.
где: Wp = 0, так как здание небольшой высоты.
Wm = W0k(zв)с = 23·0,65·1 = 14,95 кг/м2.
где: W0 = 23 кг/м2, так как г. Екатеринбург относится к I ветровому району; по п.11.1.4, таблицы 11.1 и приложении Ж [1].
k(zв) = 0,65, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d (h = 10 м – высота дома, d = 11 м – ширина крыши) → zв=h=10 м и тип местности строительства А (открытая местность); коэффициент принят по таблице 11.2 [1].
с = 1.
Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну стропилину:
qнорм = 112,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 67,44 кг/м.
qрасч = 152,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 91,44 кг/м.
Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну доску обрешетки:
qнорм = 112,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 22,48 кг/м.
qрасч = 152,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 30,48 кг/м.
Поделиться статьей с друзьями:
Выбрали участок дома, решили вопрос с площадью жилого помещения, определись с материалом стен, решили вопрос с фундаментом.
Лично для себя я решил, что буду строить дом не более 150 кв.м. из сухого профилированного бруса. Осталось только возвести крышу.
Как же спроектировать правильную и надежную крышу?
От грамотной конструкции кровли зависит долговечность дома и комфорт жителей. Ошибки, возникшие при проектировании и возведении кровли, в дальнейшем обойдутся очень и очень дорого.
Крыша – это главный источник теплопотерь дома, до 40% тепла уходит через кровлю. Допущенные ошибки при проектировании могут увеличить этот процент, и дом перестанет вообще держать теплый воздух, который всегда поднимается вверх.
Наличие больших сосулек и влажные потолки в помещениях под крышей – это первые признаки плохой кровли.
Так же крыша осуществляет защиту дома от всех климатических и погодных проявлений. Все нагрузки, которые нам преподносит матушка-природа передаются практически всем несущим элементам: стенам, на которые и опирается крыша, а впоследствии фундаменту. Поэтому ни в коем случае пренебрегать всеми нагрузками нельзя.
Основным элементом крыши, которая воспринимает и противостоит всем видам нагрузок, является стропильная система. И чтобы крыша надежно противостояла всем воздействиям окружающей среды, необходимо сделать правильный расчет.
В данном материале будем делать расчет ветровой и снеговой нагрузок.
Можно произвести расчет самостоятельно, а можно с помощью отличного онлайн калькулятора
Все домостроители должны знать о двух типах природных нагрузок:
1. Ветровая нагрузка – постоянный характер.
2. Снеговая нагрузка – временный характер.
Если снег создает статическое давление, которое регулируется чисткой крыши, то ветер осуществляет действие непостоянно, рывками, внезапно усиливаясь или утихая. Из-за изменчивости направления ветра конструкция крыши обязана иметь солидный запас прочности.
От угла наклона крыши зависит площадь и мощность ее контакта с ветром и снегом.
В случае крутого угла наклона – снижается давление снега, но ветровые напряжения возрастают из-за увеличения «парусности» кровли.
Если крыша крутая (угол > 30°), то ветер давит на один из скатов и стремится её опрокинуть.
В случае если угол крыши приближается к развернутому, ветровые нагрузки снижаются, но усиливается снеговая нагрузка.
Если крыша пологая (угол < 30°), то подъёмная аэродинамическая сила, возникающая при огибании её ветром, а также турбулентности под свесами стремятся эту крышу приподнять.
Снеговая нагрузка на крышу дома в зависимости от угла.
Поэтому важно найти «золотую середину» – оптимальный угол наклона крыши.
Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона.
Ни для кого не секрет, что каждый географический регион имеет свои показатели осадков.
Строительные Нормы и Правила (СНиП) содержат специальные таблицы, отображающие нормативные показатели количества снега на единицу поверхности в разных регионах. Данные СНиПов являются основой расчетов снеговых нагрузок. Так же следует учитывать устройство крыши, материалы и дополнительные элементы в конструкции, которые могут повлиять на скопление снега, тем самым превысить нормативные показатели.
Расчет снеговой нагрузки
Карта №1 – вес снега на 1 м² крыши
Приведу пример расчета снеговой нагрузки на кровлю дома.
Нам понадобится следующая формула:
S = Sg * µ,
где S — давление снега на квадратный метр кровли;
Sg — нормативная величина снеговой нагрузки для данного региона (см. карту №1);
- µ — поправочный коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на разных углах наклона кровли:
от 0° до 25° – значение µ = 1, - от 25° до 60° – значение µ = 0,7.
Свыше 60° – снеговая нагрузка не учитывается, но в реальности бывают скопления мокрого снега и на более крутых поверхностях.
Задача: кровля площадью 50 кв.м, угол наклона – 32°, регион проживания – Тюмень. Каков будет вес снега на крыше?
Решение:
Нормативная нагрузка по данным СНиП = 180 кг/м².
Если угол наклона равен 32°, то µ = 0,7.
180*0,7 = 126 кг/м² – реальная нагрузка.
Рассчитываем полное давление на всю кровлю: 126*50 = 6300 кг.
6300 кг. снега будет лежать на нашей крыше зимой.
Расчет ветровой нагрузки
Значение ветровой нагрузки производится аналогичным образом.
Wm = Wo·k·c,
где Wm – нормативное значение основной средней ветровой нагрузки, кг/м2;
Wo – нормативное значение ветрового давления, кг/м2;
Значение ветрового давления
k – коэффициент, который учитывает влияние высоты на давление ветра; с – аэродинамический коэффициент.
K – коэффициент, значения которого, в зависимости от высоты здания и характера местности, сведены в следующую таблицу:
C – аэродинамический коэффициент, в зависимости от конфигурации здания и крыши может принимать значения от минус 1,8 (крыша поднимается – угол < 30°), до плюс 0,8 (ветер давит на крышу – угол > 30°).
Задача: кровля площадью 50 кв.м, угол наклона – 32°, дом одноэтажный с высотой конька от земли – 6 м., регион проживания – Тюмень. Какова средняя ветровая нагрузка?
Решение:
Wo = 32 кг/м².
K = 1
С = 0,8
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm= 32*1,0*0,8 = 25,6 кг/м².
При проведении расчетов необходимо учитывать независимость снеговых и ветровых нагрузок друг от друга, а также — одновременность их воздействия.
В нашем случае:
Снеговая нагрузка – 126 кг/м².
Ветровая нагрузка – 25,6 кг/м².
Общая нагрузка на кровлю — это сумма обоих значений = 151 кг/м².
На стропильную систему, кроме ветровой и снеговой нагрузок, также действуют нагрузки от элементов крыши:
1. вес кровли;
2. вес чернового настила и обрешётки;
3. вес утеплителя (в случае утеплённой мансарды);
4. вес самой стропильной системы.
В следующих материалах разберемся с расчетом вышеупомянутых нагрузок .
Для чего нам это надо? Продавцы некоторых видов кровельных материалов в качестве одного из положительных свойств отмечают их лёгкость, что по их заверениям, приведёт к значительной экономии пиломатериалов при изготовлении стропильной системы. И чтобы не быть обманутым, необходимо понимать, как производятся расчеты!!!
Подписывайся.
Стропильная система крыши — одна из важнейших конструкций дома, которая требует при проектировании и монтаже учета ветровых, снеговых и постоянных нагрузок от кровельного пирога.
На начальных этапах проектирования дома у заказчика уже имеется определенное видение формы крыши и того, каким кровельным материалом она будет покрыта. Выбрав металлочерепицу, битумную черепицу или иной финишный материал, в дальнейшем не рекомендуется его радикально менять. Это обусловлено тем, что конструкция стропильной системы просчитывается в том числе с учетом веса и несущей способности кровельного материала.
Стропильная система крыши должна быть смонтирована в соответствии со строительными нормами. Вся конструкция должна рассчитываться так, чтобы с учетом кровельного материала крыша выдерживала снеговую и ветровую нагрузки, собственный вес, вес теплоизоляционных материалов и внутренней обшивки. Все перечисленные нагрузки и их расчет для крыши подробно рассмотрены в данном обзоре.
Нагрузки на крышу
В зависимости от продолжительности действий нагрузки на крышу подразделяются на два вида:
- Постоянные.
- Временные.
К постоянным нагрузкам относится собственный вес крыши, который складывается из:
- Веса стропильной системы и обрешетки.
- Кровельного материала.
- Веса теплоизоляционного слоя (если кровля утеплена).
- Веса отделочных материалов внутренней стороны кровли (на мансардных этажах).
Временные нагрузки на крышу подразделяются на:
- Длительные — снеговые нагрузки и температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями.
- Кратковременные — снеговые нагрузки и температурные климатические воздействия с полным нормативным значением, ветровые нагрузки, гололедные нагрузки, нагрузки от людей и ремонтных материалов (возникают во время монтажа, ремонта и обслуживания крыши)
- Особые — сейсмическое воздействие на стропильную систему.
Перейдем к детальному анализу каждого типа нагрузки.
Нагрузка от кровли
На силовую конструкцию крыши существенное влияние оказывает ее собственный вес. И в данном пункте подробно рассмотрено влияние на нагрузку от кровли таких постоянных составляющих, как кровельный материал, теплоизоляционный слой и внутренняя отделка.
Для покрытия скатных крыш могут применяться следующие материалы:
- Металлочерепица.
- Керамическая черепица.
- Цементно-песчаная черепица.
- Мягкая битумная черепица.
- Оцинкованная сталь с фальцами.
- Волнистые асбестоцементные листы (шифер).
- Волнистые битумные листы (ондулин).
- Гонт (дранка).
У каждого вида кровельного материала свой вес из расчета на квадратный метр. С учетом веса и конструкционных особенностей материала подбирается оптимальный и допустимый угол наклона крыши.
Чем плотнее материал и герметичнее способ его укладки, тем меньше может быть уклон крыши и наоборот — чем мельче размеры (например черепица), тем круче должна быть крыша. Также существует зависимость, в которой с увеличением веса кровли увеличивается и угол наклона стропильной системы.
Рассмотрим рекомендуемые уклоны скатных крыш в зависимости от массы кровельного материала:
| Кровельный материал | Уклон крыши | Масса 1 м²⁄кг |
| Асбестоцементный волнистый шифер толщиной до 5 мм | от 1 : 10 до 1 : 2 | 10 — 11 |
| Асбестоцементный волнистый шифер толщиной свыше 5 мм | от 1 : 5 до 1 : 1 | 11 — 13 |
| Волнистые битумные листы (ондулин) | от 1 : 10 и более | 4 |
| Мягкая битумная черепица | от 1 : 10 и более | 8 — 15 |
| Оцинкованная сталь с одинарными фальцами | от 1 : 4 и более | 3 — 6,5 |
| Оцинкованная сталь с двойными фальцами | от 1 : 5 и более | 3 — 6,5 |
| Керамическая черепица | от 1 : 5 до 1 : 0,5 | 50 — 60 |
| Цементная черепица | от 1 : 5 до 1 : 0,5 | 45 — 70 |
| Металлочерепица | от 1 : 5 и более | 3,6 — 5,5 |
Угол ската крыши может выражаться как в градусах, так и в процентах и дробью (отношение высоты крыши к пролету). Измерить угол ската смонтированной крыши можно при помощи специального инструмента (уклономер, транспортир, строительные уровни с поворотными линейками, лазерные измерители). Когда же речь идет о создании новой кровли, то для определения и задания нужного уклона удобно пользоваться дробным отношением высоты конька к длине пролета.
Уклон кровли = Высота в коньке, м ⁄ Половина пролета, м. Если нужно выразить в процентном отношении, то: Уклон кровли = (Высота в коньке, м ⁄ Половина пролета, м) × 100.
Следующая схема с указанием кровельных материалов наглядно показывает уклон крыши как в градусах, так и в отношении высоты к пролету:
| 1) Стружка, гонт, щепа. | |
| 2) Черепица, асбестоцементные и битумные плитки, сланцевые плитки. | |
| 3) Рулонные материалы четырехслойных кровель с защитным слоем гравия, втопленного в горячую мастику, а также лотки ендов таких же кровель. | |
| 4) Рулонные материалы трехслойных кровель с защитным слоем гравия, втопленного в горячую мастику. | |
| 5) Рулонные материалы трехслойных кровель без защитного слоя. | |
| 6) Рулонные материалы для двухслойных кровель, наклеиваемые на горячих и холодных мастиках, металлочерепица. | |
| 7) Волнистые асбестоцементные листы унифицированного профиля. | |
| 8) Черепица. | |
| 9) Асбестоцементные листы усиленного профиля. | |
| 10) Листовая сталь. | |
| 11) Асбестоцементные листы обыкновенного профиля. | |
| h — высота конька. | |
| l ⁄ 2 — расстояние по горизонтали (проекция) от конька до карнизного свеса. |
Рассмотрев таблицу и схему, стоит отметить, что вес кровельного материала из одной группы может отличаться. Производители имеют свои технологии производства, и их продукция отличается толщиной, составом. Поэтому при выборе конкретного материала стоит изучить техническую документацию.
Если помещения под крышей планируется делать жилыми, то в состав кровельного пирога добавляется слой утеплителя. И нагрузка от утеплителя рассчитываются исходя из его толщины и удельного веса.
Таблица удельного веса разных видов утеплителя:
| Вид утеплителя | Показатели удельного веса (плотности), кг ⁄ м³ | |
| минимальный | максимальный | |
| Минеральная вата | 50 | 200 |
| Пенопласт | 100 | 150 |
| Экструдированный пенополистирол | 28 | 60 |
| Пеноизол | 10 | 10 |
| Вспененный полиэтилен | 24 | 60 |
| Пеностекло | 100 | 400 |
В нежилых (холодных) чердаках утепляется только перекрытие, и в этом случае утеплитель не учитывается в расчете нагрузки на крышу.
Нагрузку оказывает и отделка внутренней части мансардной крыши. В зависимости от применяемого материала (гипсокартон, фанера, вагонка) меняется и вес обшивки, воздействующей на стропильную систему.
Для расчета нагрузки от обшивки внутренней части кровельного пирога необходимо объемный вес используемого материала умножить на его толщину. В качестве примера рассмотрим обшивку крыши изнутри влагостойкими гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм (0,0125 м). Объемный вес гипсокартона 850 кг ⁄ м³ умножаем на 0,0125 м и получаем значение 10,6 кг ⁄ м².
Стропильная система и обрешетка крыши в разрезе нагрузок
В данном пункте рассмотрена очередная составляющая постоянных нагрузок — вес стропильной системы и обрешетки. И прежде чем приступать к раскрытию вопроса, следует выделить основные элементы стропильной системы крыши:
| 1) Стропильная нога — важная часть стропильной системы на которой крепится обрешетка. Сечение стропильной ноги зависит того из чего она изготовлена, веса обрешетки и кровельного материала, а так же возможных снеговых и ветровых нагрузок. |
| 2) Коньковый прогон — это формирующий верхнюю часть крыши брус, на который упираются стропильные ноги. |
| 3) Стойка — это опирающиеся на лежни столбики, которые удерживают коньковый прогон. |
| 4) Подкос — диагональный конструкционный элемент, предназначенный для соединения стропил и передачи от них напряжений сжатия. |
| 5) Лежень — горизонтально расположенное бревно (брус), подложенное под основные элементы стропильной системы. |
| 6) Мауэрлат — элемент из бруса (бревна), уложенный сверху в тех частях наружной стены, где происходит опирание стропил. |
| 7) Обрешетка — решетчатая конструкция поверх стропил, усиливающая пространственную структуру крыши и являющаяся основанием для крепления кровельного материала. |
Раскрывая вопрос нагрузок от кровли в разрезе стропильной системы особое внимание стоит уделить подбору сечения, шага стропил и обрешетки. С задачей определения оптимальных параметров стропильных ног справится простая в использовании программа «Стропила 1.0.1.». Поэтому далее более детально будет рассмотрена тема обрешетки крыши.
Чтобы определить требуемый вид и шаг обрешетки, необходимо заранее определиться с видом кровельного покрытия:
- Обрешетку для металлочерепицы монтируют из брусков 40 (50) × 50 мм или 60 × 60 мм, которые укладываются на определенном расстоянии друг от друга. Обычно шаг обрешетки составляет 35 — 40 см (зависит от длины волны).
- Для битумной черепицы или рулонного кровельного материала делается сплошной настил из досок, влагостойкой фанеры или влагостойкой ориентированно-стружечной плиты (ОСП, OSB).
- Под кровли из крупноразмерного асбесто-цементного шифера шаг обрешетки подбирается так, чтобы под каждым листом оказалось как минимум три решетины (обычно шаг обрешетки составляет 60 см).
- Под волнистые битумные листы (ондулин) шаг обрешетки выбирается в зависимости от уклона: 45 см для уклонов от 1 : 6 до 1 : 4, 60 см для уклонов более 1 : 4, сплошная обрешетка для уклонов менее 1 : 6.
- Под кровли из малоразмерных штучных элементов (керамическая черепица) шаг обрешетки принимается таким, чтобы каждая черепица ложилась на две решетины.
Рекомендуемая толщина сплошного настила обрешетки:
| Шаг стропил, мм | Толщина фанеры, мм | Толщина OSB, мм | Толщина досок, мм |
| 600 | 12 | 12 | 20 |
| 900 | 18 | 18 | 23 |
| 1200 | 21 | 21 | 30 |
| 1500 | 27 | 27 | 37 |
Древесина обрешетки перед монтажом должна быть высушена, иначе стропильная конструкция может подвергнутся деформации и порче кровли.
Вес деревянной конструкции стропильной системы рассчитывается исходя из выбранного материала и его объема. Для элементов из хвойных пород дерева объемный вес 1 м³ принимается равным 500 — 550 кг ⁄ м³. Объемный вес фанеры или OSB (ОСП) ≈ 600 — 650 кг ⁄ м³.
Снеговая нагрузка на кровлю
Снеговая нагрузка на кровлю определяется произведением расчетного значения веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемого в соответствии с картой районирования по весу снегового покрова и коэффициента (μ) перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.
Районирование территории Российской Федерации по весу снегового покрова:
Значения снеговой нагрузки в зависимости от региона:
| Регион | Снеговая нагрузка |
| 1 | 80 — 56 кг ⁄ м² |
| 2 | 120 — 84 кг ⁄ м² |
| 3 | 180 — 126 кг ⁄ м² |
| 4 | 240 — 168 кг ⁄ м² |
| 5 | 320 — 224 кг ⁄ м² |
| 6 | 400 — 280 кг ⁄ м² |
| 7 | 480 — 336 кг ⁄ м² |
| 8 | 560 — 392 кг ⁄ м² |
Коэффициент μ зависит от угла наклона ската кровли:
- μ = 1 при углах наклона ската кровли менее 25° (1 : 2,5).
- μ = 0,7 при углах наклона ската кровли от 25° (1 : 2,5) до 40° (1 : 1,3).
- μ = 0,66 для скатов крыши с углом наклона 40° (1 : 1,3).
- μ = 0,5 для скатов с углом наклона 45° (1 : 1).
- μ = 0,33 для скатов с уклоном 50° (1 : 0,85).
- μ = 0 при углах скатов равных или больше 60° (1 : 0,55).
Снижение и увеличение снеговых нагрузок также зависит от направления ветра. Например, на двухскатных крышах с углом скатов от 20° до 30° с наветренной стороны будет лежать 75%, а с подветренной — 125% от того количества снега, который лежит на горизонтальной поверхности земли.
Слой снега, превышающий среднюю нормативную толщину, скапливается в ендовах и местах с близко расположенными слуховыми окнами. Во всех этих местах для дополнительной прочности устанавливаются спаренные стропильные ноги и сплошная обрешетка. Также здесь делаются подкровельные подложки из оцинкованной стали вне зависимости основного кровельного покрытия.
Скопление снега, образующееся с подветренной стороны, постепенно сползает и давит на свес крыши. Поэтому свес кровельного материала без обрешетки не должен превышать размеры, рекомендуемые изготовителями. Например для шиферной кровли свес материала, выходящего за границы стропильной системы, не должен превышать 10 см.
Ветровая нагрузка на кровлю
Направление преобладающего ветра определяется по розе ветров для конкретного региона строительства. Данная информация важна, так как:
- При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания. У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, а другая — по касательной ударяет в карнизный свес.
- Ветровой поток, воздействующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает воздух с подветренной стороны и устремляется прочь.
В итоге на крыше возникают три силы, способные сорвать ее и опрокинуть:
- Две касательные с наветренной стороны.
- Подъемная сила с подветренной стороны, образующаяся от разности давлений воздуха.
- Еще одна сила (нормальная) от давления ветра воздействует перпендикулярно склону и старается вдавить скат крыши внутрь.
В зависимости от угла скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем круче крыше, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные. Высокую крышу ветер старается опрокинуть.
На пологих влияние сил изменяется и преобладают касательные силы. Пологую крышу ветер старается приподнять, сорвать и унести.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки (Wm) определяется по формуле:
Wm = Wo × k(z) × c, где:
- Wo — расчетное значение ветрового давления по карте районирования территории.
- k(z) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для конкретных высот(z).
- c — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того, с какой стороны находится скат по отношению к ветру (подветренной или наветренной).
Рассмотрим каждую составную часть формулы и начнем с районирования территории по давлению ветра:
Таблица определения ветровой нагрузки местности:
| Ветровой район | Ветровая нагрузка Wo, кгс ⁄ м² (кПа) |
| Ia | 17 (0,17) |
| I | 23 (0,23) |
| II | 30 (0,3) |
| III | 38 (0,38) |
| IV | 48 (0,48) |
| V | 60 (0,6) |
| VI | 73 (0,73) |
| VII | 85 (0,85) |
Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по следующей таблице:
| Высота z, м | Коэффициент k для типов местности | ||
| А | В | С | |
| ≤ 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,5 | 1,1 | 0,8 |
| 60 | 1,7 | 1,3 | 1,0 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,0 | 1,6 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,9 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,1 | 1,8 |
| 250 | 2,65 | 2,3 | 2,0 |
| 300 | 2,75 | 2,5 | 2,2 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥ 480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
Расшифровка типов местности:
- А — открытые побережья морей, озер и водохранилищ. пустыни, степи, лесостепи, тундра.
- В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.
- С — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.
Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки для участков крыши:
| Уклон | F | G | H | I | J |
| При ветре в скат крыши | |||||
| 15° | -0,9; 0,2 | -0,8; 0,2 | -0,9; 0,2 | -0,4 | -1,0 |
| 30° | -0,5; 0,7 | -0,5; 0,2 | -0,9; 0,2 | -0,4 | -0,5 |
| 45° | 0,7 | 0,7 | 0,6 | -0,2 | -0,3 |
| 60° | 0,7 | 0,7 | |||