Сбор нагрузок на кровлю: Сбор нагрузок на кровлю и стропила

Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

От собственного веса несущих конструкций крыши.

На начальном этапе сбора нагрузок определяется ориентировочно: вес деревянной обрешётки 10–12 кг/м²; наслонных деревянных стропил и деревянных прогонов 5–10 кг/м²; висячих деревянных стропил, несущих только холодную кровлю 10–15 кг/м².

Совокупность нагрузок.

Зимой на стропильную систему крыши могут действовать одновременно все нагрузки: от веса снега, собственного веса стропильной системы, кровли, утеплителя и давления ветра. В другое время часть этих нагрузок исчезает, например, давление от веса снега, тем не менее, стропила рассчитывают на полную совокупность нагрузок. И после их арифметического сложения умножают на коэффициент надежности 1,1. Другими словами, крыша рассчитывается на самые неблагоприятные условия работы и при этом закладывается дополнительная десятипроцентная прочность (коэффициент 1,1). В старых нормах коэффициент надежности для снеговых нагрузок составлял 1,4. В связи со значительным изменением (увеличением) нормативных значений давлений от веса снега, этот коэффициент в новом СНиПе не указывается его уже учли в нормативах по весу снега и даже с большим значением. Включать его в расчет не нужно.

Как уже говорилось, расчет несущей конструкции крыши (стропил, прогонов и обрешетки) ведется по двум предельным состояниям: на разрушение и прогиб.

• Расчет на разрушение производится на полную нагрузку, действующую на крышу. Она называется расчетной нагрузкой и включает в себя полный вес снега принятый по таблице 1 с учетом наклона скатов, ветровую нагрузку, зависящую от высоты здания и угла наклона скатов, собственный вес крыши (стропил, прогонов, обрешетки, утепления и подшивки).
• Расчет на прогиб ведется для той же суммы нагрузок, но вес снега принимается с понижающим коэффициентом 0,7. Эта нагрузка называется расчетной нормативной нагрузкой или просто нормативной нагрузкой.

Для правильного расчета стропильной системы должны быть собраны два варианта нагрузок действующих по площади (расчетная и нормативная) и переведены в линейные нагрузки.

Приведение нагрузок действующих по площади к нагрузкам действующим на метр длины конструкций крыши.

Все вышеприведенные нагрузки определяются по СНиПам и техническим характеристикам применяемых материалов. Эти нагрузки показывают общее давление от веса снега, слоев кровли и давления ветра и измеряются в килограммах на квадратный метр (кг/м²). Однако в конструкции крыши имеются несколько несущих конструкций: решетины, стропила, прогоны. Каждая из них работает только на ту нагрузку, которая давит непосредственно на нее, а не на крышу в целом. Все перечисленные несущие элементы крыши — это линейные конструкции и должны рассчитываться на давление, действующее на каждый метр длины этого элемента, то есть единица измерения кг/м² должна быть переведена в единицу измерения кг/м.

На каждую отдельно взятую стропилину давит только та нагрузка, которая расположена над ней. Значит, совокупную равномерно распределенную нагрузку нужно умножить на шаг установки стропил (рис. 1). Изменением ширины шага установки стропил, а следовательно, изменением площади сбора нагрузки над стропилом можно увеличивать или уменьшать нагрузку.

рис. 1. Приведение нагрузки действующей по площади к линейной нагрузке.

Обычно шаг установки стропил выбирают конструктивно в зависимости от размеров здания. Например, на стене длиной 6 м можно разместить стропила с шагом в 1 м, в этом случае потребуется 7 стропилин. Однако длина стены в 6 м также хорошо делится и на шаг 1,2 м, тогда получится 6 стропилин или на шаг 1,5 м — потребуется 5 стропилин. Для такой длины стен можно применить шаг установки и в 2, и в 3 м, но будет нужна усиленная обрешетка. Обычно шаг установки стропил не делают более 2 м, а для утепленных крыш его принимают равным размерам плит утеплителя 0,6, 0,8, 1,2 м. Другими словами, шаг установки стропил назначается в каждом конкретном случае свой, в зависимости от длины стен здания так, чтобы на ней разместилось целое число стропильных ног и расстояние между ними было одинаковым. Единственным критерием выбора шага стропил может быть только экономический. Нужно просчитать несколько вариантов установки стропил, найти их сечение и сравнить расход материалов. Наименьшая материалоемкость, при прочих равных, указывает на верность выбранного шага установки стропил.

С шагом установки решетин все обстоит несколько иначе, тут нельзя произвольно взять и изменить между ними расстояние. Чаще всего расстояние между решетинами зависит от применяемого кровельного материала, поэтому он задается строго определенных размеров, а сечение решетин подбирается расчетом. Нагрузка на каждый брусок или доску обрешетки определяется аналогично расчетной нагрузке на стропила, путем произведения нормативной нагрузки на шаг установки решетин.

Место установки прогонов назначается конструктивно и/или после расчета шага и сечения стропил. Они рассчитываются на сосредоточенные силы от давления стропил. Кроме обрешетки, стропил и прогонов, в конструкции крыш имеются и другие несущие элементы, такие как подкосы (подстропильные ноги) и стойки.

Пример сбора нагрузок.

Дано. Регион строительства Сергиево-Посадский р-н Московской обл. Высота строения — 10 м. Двухскатная мансардная крыша с уклоном скатов 30°. Кровля из металлочерепицы по сплошной обрешетке. Мансарда изнутри утеплена теплоизоляцией URSA М-20 толщиной 18 см и обшита одним слоем гипсокартона толщиной 12,5 мм.

Решение

По карте районирования снегового покрова (рис. 3) или карте СНиП 2.01.07-85 определяем, что давление от веса снега для расчета по первой группе предельных состояний составляет 180 кг/м², для расчета по второй группе предельных состояний — 126 кг/м².

По рисунку 5 видим, что крыша с наклоном скатов до 30° включительно, накапливает снеговые мешки на подветренном скате. Увеличение веса снега характеризуется коэффициентом µ=1,25. Следовательно, вес снегового покрова должен быть увеличен на эту величину. Тогда для расчета по первой группе предельных состояний вес снега составит 180×1,25=225 кг/м², а для расчета по второй группе предельных состояний — 126×1,25 = 157,5 кг/м².

По картам районирования средней скорости ветра и температуры января (рис. 6 и 7) видим, что снег с крыши ветром сдуваться не будет, тем более, что это не позволяет сделать и уклон крыши, превышающий 12°. Следовательно, коэффициент учитывающий сдувание снега будет равен с=1. Таким образом, получаем окончательные величины снеговых нагрузок по формулам:

Qр.сн=Q×µ×c=180×1,25×1=225 кг/м² — для первого предельного состояния (на прочность)
Qн.сн=0,7Q×µ×c=0,7×180×1,25×1=157,5 кг/м² — для второго предельного состояния (на прогиб)

По карте районирования ветрового давления (рис. 9) определяем, что давление ветра на крышу будет составлять Wо=32 кг/м², а коэффициент k(z)=0,65, для местности типа Б. Далее по рисунку 10 определяем, что на скаты крыши будет действовать подъемная сила уменьшающая давление ветра, эта величина характеризуется несколькими коэффициентами с. Однако мы эти понижающие коэффициенты использовать не будем, поскольку нам достоверно неизвестно какой из скатов будет с подветренной, а какой с наветренной стороны, поэтому примем с=1
Таким образом, получаем нагрузку от давления ветра равную:

W = Wо×k(z)×c=32×0,65×1=20,8 кг/м²

По техническим характеристикам и теплотехническому расчету рассчитываем вес строительных материалов используемых для строительства крыши:

металлочерепица — 5 кг/м²;
обрешетка — 12 кг/м²;
утеплитель — 4 кг/м²;
гипсокартон — 10,6 кг/м²

Собственный вес стропильной системы временно определяем равным 10 кг/м². В последующих расчетах, когда будет определено сечение конструктивных элементов (стропил) нагрузку нужно будет вновь пересчитать с учетом появившихся размеров стропил.

Теперь можно суммировать все нагрузки для расчета по двум предельным состояниям:

Qр=225+20,8+5+12+4+10,6+10=288 кг/м² — для расчета на прочность
Qн=157,5+20,8+5+12+4+10,6+10=220 кг/м² — для расчета на прогиб

Для получения окончательных данных по нагрузкам увеличим их на 10%, умножим на коэффициент надежности 1,1

Qр=288×1,1=317 кг/м² — для расчета на прочность
Qн=220×1,1=242 кг/м² — для расчета на прогиб

Вот эти цифры и будем использовать для дальнейших расчетов.

Пример приведения нагрузок действующих на 1 м² к нагрузкам действющим на 1 пм.

Дано: для двух типов предельных состояний имеем нагрузки Qр и Qн действующие на 1 м² крыши равными 317 и 242 кг/м². Шаг стропил b=1,2 м.
Решение.
Нагрузку нужно умножить на шаг установки конструктивного элемента ( в данном случае, шаг стропил).

qр=Qр×b=317 кг/м²×1,2 м=381 кг/м
qн=Qн×b=242 кг/м²×1,2 м=291 кг/м

Те же нагрузки, шаг стропил b=0.8 м

Решение.
qр=Qр×b=317 кг/м²×0,8 м=254 кг/м
qн=Qн×b=242 кг/м²×0,8 м=194 кг/м

Те же нагрузки, шаг стропил b=1 м

Решение.
qр=Qр×b=317 кг/м²×1 м=317 кг/м
qн=Qн×b=242 кг/м²×1м=242 кг/м
Аналогично определяются нагрузки и на другие конструктиыные элементы крыши, например, на прогоны, бруски или доски обрешетки.

« назад           далее »

Источник:  «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.

Сбор нагрузок на кровлю пример таблица

— 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.

Нагрузка от веса кровли

На выбор сечения стропил и шага их установки существенное влияние оказывает собственный вес кровли, материал которой, в свою очередь, зависит от уклона скатов крыши.

Скаты одной кровли обычно устраивают с одинаковым уклоном, который выбирают в зависимости от кровельного материала, способа его укладки, архитектурных требований и экономических соображений, а также от района строительства. С крутых кровель, с уклоном 45° и более, быстро удаляется атмосферная вода и снег, что учитывают при строительстве зданий в районах с большим количеством осадков. Но с увеличением уклона повышается стоимость кровли. Например, при возведении кровли с уклоном 45° требуется в полтора раза больше материала, чем для плоской, а при уклоне крыши в 60° — в два раза больше. В тех районах страны, где бывают сильные ветры, наиболее рационально устраивать пологие кровли, так как ветровая нагрузка на скаты таких кровель меньше и наоборот, в заснеженных районах с несильными ветрами, лучше делать крутые скаты, уменьшая снеговую нагрузку за счет скатывания снега.

Уклон скатов крыш в различных нормативных документах выражается по разному: в виде безразмерных величин (отношения высоты к половине пролета), в процентах и градусах (рис. 13). Самое понятное определение уклона в виде безразмерных единиц. Когда крыша строится, то конечно же, никто не измеряет наклон скатов в градусах транспортиром. Если при строительстве отсутствует проектная документация, задающая высоту устройства конька, поступают проще: измеряют пролет здания, находят центр и от него вверх с помощью ровной деревянной рейки выносят высоту равную, например, половине пролета (уклон 1 : 1) или трети половины пролета (уклон 1 : 3), или любую другую. Процентное определение уклона, на взгляд многих строителей, только запутывает работу.

рис. 13. Взаимосвязь между безразмерной величиной уклона скатов крыши, углом в градусах и процентах

На уклон скатов крыши влияет и вид кровельного материала, так как при строительстве необходимо учитывать размер кровельного материала, способ его крепления, технологичность укладки и предусмотреть дальнейшую его ремонтопригодность и доступность обслуживания. Для скатных крыш применяют различные кровельные материалы: стальные оцинкованные листы, плоские и волнистые асбестоцементные и битумные листы, керамическую, цементную и металлическую черепицу, рубероид и другие. Выбор кровельного материала определяет величину угла наклона крыши. Чем плотнее материал кровли и герметичнее его стыки, тем меньше может быть уклон крыши, и наоборот, чем мельче размеры штучного кровельного материала, например, черепицы, тем круче должна быть крыша. Это объясняется не только большим количеством соединений малоразмерных деталей, а значит, возможным протеканием, но и большим весом кровли. Чем тяжелее кровельный материал, тем больший угол наклона нужно придать скатам. Рекомендуемые уклоны скатных крыш приведены в таблице 5.

Ре­ко­мен­ду­е­мые укло­ны скат­ных крыш

Ма­те­ри­ал скат­ной кров­ли	Уклон кры­ши	Мас­са 1 м², кг
Вол­ни­стые а/ц ли­сты: сред­не­го про­фи­ля	от 1 : 10 до 1 : 2	11
уси­лен­но­го про­фи­ля	от 1 : 5 до 1 : 1	13
Вол­ни­стые цел­лю­лоз­но-би­тум­ные ли­сты	от 1 : 10 и более	6
Мяг­кая (гиб­кая) че­ре­пи­ца	от 1 : 10 и более	9–15
Из оцин­ко­ван­ной же­сти: с оди­нар­ны­ми фаль­ца­ми	от 1 : 4 и более	3–6,5
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	5

Необходимо отметить, что в таблице приведены рекомендованные практикой и нормативными документами уклоны скатов кровель из различных материалов и их усредненный вес на квадратный метр. Однако рынок строительных материалов намного богаче, фирмы-изготовители кровельных материалов постоянно совершенствуют свою продукцию: снижают вес и модернизируют технические характеристики изделий. При выборе конкретного материала на кровлю лучше использовать техническую документацию фирмы-изготовителя.

В вес кровли входит вес обрешетки. Обрешеткой называют несущий элемент кровли, к которому собственно крепится сама кровля. Различают два вида обрешеток: сплошная и разреженная (рис. 14). Чтобы определить требуемый вид обрешетки и шаг установки решетин, нужно заранее определиться с видом кровельного покрытия.

рис. 14. Обрешетки скатных крыш

Разреженная обрешетка делается под жесткие кровельные материалы, то есть под те материалы, которые сами способны нести на себе снеговую и ветровую нагрузку и при этом не прогибаться и, тем более, не разрушаться. Разреженную обрешетку выполняют из деревянных жердей или пиленых брусков. В настоящее время в продаже появились П-образные оцинкованные металлические решетины. Шаг установки решетин и размер их сечения зависят от вида кровельного материала.

Под кровли из крупноразмерных штучных элементов: асбестоцементные листы среднего и унифицированного профиля длиной до 1,3 м и цементноволокнистые листы шаг раскладки обрешетки выбирают таким, чтобы под каждым листом оказалось три решетины. Обычно шаг решетин составляет 60 см под асбестоцементные и цементноволокнистые листы любой унифицированной длины. Сечение решетин обычно принимается 60×60 мм, можно и меньше, например, 40×60 мм, но тогда их нужно устанавливать чаще. Под волнистые целлюлозобитумные листы типа ондулин шаг обрешетки выбирается от имеющегося уклона скатов крыши. Он выбирается размером 45 см для уклонов от 1 : 6 до 1 : 4 и 60 см — для уклонов более 1 : 4. Для крыш с уклоном скатов менее 1 : 6 под ондулин делается сплошная обрешетка.

Под кровли из малоразмерных штучных элементов, например, из черепицы, шаг обрешетки принимается таким, чтобы каждая отдельная черепица легла на две решетины. Он может составлять от 16 до 40 см. Самый распространенный шаг примерно 33 см. При расчете веса кровельного покрытия лучше заранее определиться с выбором типа черепицы и уточнить шаг обрешетки. Обрешетку под черепицу при однослойном покрытии стелют из обрезных брусков сечением 50×50 или 50×60 мм, при двухслойном или тяжелой штампованной черепицей — сечением 60×60 мм.

При устройстве кровель из стального профилированного настила и его разновидности металлочерепицы, шаг решетин выбирается исходя из несущей способности материала. Обычно он составляет 35–40 см и равен поперечному шагу профиля металлочерепицы. Для обрешетки используются доски шириной примерно 100 мм.

Под мягкие кровельные материалы делается сплошная обрешетка. Применяемый для определения типа обрешетки термин — «сплошная» совсем не означает, что доски решетин прибиваются впритирку друг к другу. Обычно таким образом крепятся только две верхних и две нижних решетины, остальные образуют между собой зазор от 2 до 5 см. Решетины могут быть изготовлены из окромленого (ровного обрезанного с двух сторон по длине) или не кромленого теса толщиной 2–2,5 см. При применении не кромленых досок их располагают по скату кровли по типу комель к вершине, обзол с не кромленого теса должен быть обязательно снят.

Обрешетку под стальную кровлю выполняют сплошной или разреженной. Разреженную обрешетку делают из брусков сечением 50×50 мм, досок — 50×120 (140) мм, сплошную — из досок толщиной 30–40 мм. Бруски располагают через 200–250 мм друг от друга. Через каждые 1,4 м прибивают доски такой же толщины, как бруски, шириной до 140 мм (более широкие доски могут коробиться), которые необходимы для стыковки на них лежачих фальцев картин. Верх крыши — конек сбивают из досок шириной 200 мм.

В последнее время при использовании новейших кровельных покрытий стали часто использоваться контробрешетки. Контробрешеткой называют вторую, чаще всего сплошную обрешетку, выполненную под углом к первой. Угол наклона контробрешетки делают примерно равным 45°. Наклон решетин не только увеличивает пространственную жесткость крыши, но и позволяет сделать практически любую кровлю, за исключением, пожалуй, только черепичной, но при желании можно сделать и ее.

Сплошная обрешетка из досок в настоящее время почти не применяется ее заменили на сплошную обшивку скатов влагостойкой фанерой или плитами ОСП (OSB) (табл. 6).

Ре­ко­мен­ду­е­мая тол­щи­на сплош­ных об­ре­ше­ток

Шаг стро­пил, мм	Тол­щи­на фа­не­ры, мм	Тол­щи­на ОСП 3, мм	Тол­щи­на до­сок, мм
600 900 1200 1500	12 18 21 27	12 18 21 27	20 23 30 37

Приблизительный вес материала кровельного покрытия можно принять по таблице 5, а вес обрешетки нужно рассчитать исходя из выбранного материала и конструкции кровли. Для деревянных обрешеток применяются бруски хвойных пород. Объемный вес одного кубометра древесины равен 500–550 кг/м³. Если будет использована фанера или ОСП, то их объемный вес равен 600–650 кг/м³.

При определении нагрузки возникающей от собственного веса конструкци необходимо расчетную величину нагрузки увеличить на коэффициент надежности γ_f = 1,1.

Пример 1.2 Сбор нагрузок на плиту покрытия

Имеется плита покрытия здания, расположенного в III снеговом районе. Немного усложним задачу, и рассмотрим не просто покрытие здания, а покрытие ресторана, где установлены столики для посетителей (в хорошую погоду клиенты могут выйти и подышать свежим воздухом). Требуется определить все необходимые данные о нагрузках, действующих на данное покрытие.

Решение

Не будем тратить время на сбор постоянных нагрузок от плиты покрытия и «пирога» кровли (подробный пример подсчета постоянной нагрузки представлен в Пример 1.1 Сбор нагрузок на плиту перекрытия жилого здания ), примем для удобства, что их нормативное и расчетное значения равны, соответственно: q1 = 7,0 кН/м2; q1р = 8,1 кН/м2.

Вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли для III снегового района согласно табл .1 статьи Снеговые нагрузки равен Sg = 1,8 кПа, при плоском покрытии коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие равен μ = 1,0, тогда нормативная кратковременная снеговая нагрузка составит:

ν1 = S0 = 0,7*μ*Sg = 0,7*1,0*1,8 = 1,26 кН/м2.

Расчетное значение кратковременной нагрузки от снега получаем умножением ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке γt = 1,4

ν1р = ν1*γt = 1,26*1,4 = 1,76 кН/м2.

Длительную нагрузку от снега получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,7, т.е:

р1 = 0,7*ν1 = 0,7*1,26 = 0,88 кН/м2;

р1р = р1*γt = 0,88*1,4 = 1,23 кН/м2.

В теплое время года данный участок будет занят посетителями ресторана. По табл.1 статьи Нагрузки от людей, мебели и оборудования (полезные нагрузки) принимаем значение полной нормативной нагрузки от людей не менее 3,0 кПа (3,0 кН/м2). Учитывая коэффициент надежности по ответственности здания γн = 1,0, итоговая кратковременная нагрузка от людей составляет:

ν2 = 3,0*γн = 3,0*1,0 = 3,0 кН/м2.

Длительную нагрузку от людей получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,35, т.е:

р2 = 0,35*ν2 = 0,35*3,0 = 1,05 кН/м2;

р2р = р2*γt = 1,05*1,2 = 1,26 кН/м2.

Все полученные данные запишем в Таблицу 1.

Теперь запишем основные сочетания нагрузок. Поскольку посетители на данном участке покрытия будут находится только в теплое время года, мы должны рассмотреть два варианта загружения покрытия: собственный вес покрытия и кровли + полезная нагрузка от людей, и второй вариант: собственный вес покрытия и кровли + снег и выбрать тот, при котором получаются максимальные нагрузки для расчета плиты на прочность.

Таблица 1.

Сбор нагрузок на плиту покрытия

Как произвести расчет ветровой и снеговой нагрузки на кровлю в зависимости от региона проживания

18.02.2017 1,496 Просмотров

Кровля осуществляет постоянную защиту здания от всех погодных и климатических проявлений, исключая контакт всех материалов с атмосферной или дождевой водой и являясь граничным слоем, отсекающим воздействие морозного воздуха на чердачное помещение.

Таковы основные и наиболее важные функции кровли в представлении неподготовленного человека, они вполне верны, но не отражают полный список функциональных нагрузок и испытываемых напряжений.

При этом, реальность гораздо суровее, чем это выглядит на первый взгляд, и воздействие на кровлю не ограничивается определенным износом материала.

Оно передается практически всем несущим элементам постройки — в первую очередь, стенам здания, на которые непосредственно опирается вся крыша, а в конечном счете — фундаменту.

Пренебрегать всеми создающимися нагрузками нельзя, это приведет к скорому (иногда — внезапному) разрушению постройки.

Типы нагрузок на кровлю

Основными и наиболее опасными воздействиями на кровлю и на всю конструкцию в целом являются:

• Снеговые нагрузки.
• Ветровые нагрузки.

При этом, снеговые действуют в течение определенных зимних месяцев, отсутствуя в теплое время, тогда как ветер создает воздействие круглый год. Ветровые нагрузки, имея сезонные колебания силы и направления, в той или иной степени присутствуют постоянно и опасны периодически случающимися шквальными усилениями.

Кроме того, интенсивность этих нагрузок имеет разный характер:

• Снег создает постоянное статическое давление, которое можно регулировать путем очистки крыши и удаления скоплений. Направление действующих усилий постоянно и никогда не меняется.
• Ветер действует непостоянно, рывками, внезапно усиливаясь или утихая. Направление может изменяться, что заставляет все конструкции крыши иметь солидный запас прочности.

Внезапный сход с крыши больших масс снега может причинить ущерб имуществу или людям, оказавшимся в местах падения. Кроме того, периодически случаются кратковременные, но чрезвычайно разрушительные атмосферные явления — ураганные ветра, сильные снегопады, особенно опасные при наличии мокрого снега, который на порядок тяжелее обычного. Предсказать дату таких событий практически невозможно и в качестве защитных мер можно лишь увеличивать прочность и надежность кровли и стропильной системы.

Сбор нагрузок на кровлю

Зависимость нагрузок от угла наклона крыши

Угол наклона крыши определяет площадь и мощность контакта кровли с ветром и снегом. При этом, снеговая масса имеет вертикально направленный вектор силы, а ветровое давление, вне зависимости от направления — горизонтальный.

Поэтому, принимая угол наклона более крутым, можно снизить давление снежных масс, а иногда и полностью исключить возникновение скоплений снега, но, при этом, увеличивается «парусность» крыши, ветровые напряжения возрастают.

Очевидно, что для снижения ветровых нагрузок идеальной была бы плоская кровля, тогда как именно она не позволит скатываться массам снега и поспособствует образованию больших сугробов, при таянии способных промочить всю постройку. Выходом из ситуации является выбор такого угла наклона, при котором максимально удовлетворяются требования как по снеговой, так и по ветровой нагрузкам, а они в разных регионах имеют индивидуальные значения.

Зависимость нагрузки от угла крыши

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

Количество осадков — показатель, напрямую зависящий от географии

региона. Более южные районы снега почти не видят, более северные имеют постоянное сезонное количество снеговых масс.

При этом, высокогорные районы, вне зависимости от географической широты, имеют высокие показатели по количеству выпадающего снега, что, в сочетании с частыми и сильными ветрами, создает массу проблем.

Строительные Нормы и Правила (СНиП), соблюдение положений которых является обязательным к выполнению, содержат специальные таблицы, отображающие нормативные показатели количества снега на единицу поверхности в разных регионах.

Эти данные являются основой расчетов снеговых нагрузок, поскольку они вполне достоверны, а также приводятся не в средних, а в предельных значениях, обеспечивающих должный запас прочности при строительстве крыши.

Тем не менее, следует учитывать устройство кровли, ее материал, а также — наличие дополнительных элементов, вызывающих скопления снега, поскольку они могут существенно превышать нормативные показатели.

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона на схеме ниже.

Регион снеговой нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на плоскую крышу

Расчет несущих конструкций выполняется по методу предельных состояний, то есть таких, когда испытываемые усилия вызывают необратимые деформации или разрушения. Поэтому прочность плоской кровли должна превышать величину снеговой нагрузки для данного региона.

Для элементов крыши существует два типа предельных состояний:

• Конструкция разрушается.
• Конструкция деформируется, выходит из строя без полного разрушения.

Расчеты ведутся по обоим состояниям, имея целью получить надежную конструкцию, гарантированно выдерживающую нагрузку без последствий, но и без излишних затрат строительных материалов и труда. Для плоских крыш значения снеговых нагрузок будут максимальными, т.е. поправочный коэффициент уклона равен 1.

Таким образом, согласно таблицам СНиП, общий вес снега на плоской кровле составит величину норматива, умноженную на площадь кровли. Значения могут достигать десятки тонн, поэтому зданий с плоскими крышами в нашей стране практически не строят, особенно в регионах с высокими нормами осадков в зимнее время.

Нагрузка на плоскую крышу

Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн

Пример расчета снеговой нагрузки поможет наглядно продемонстрировать порядок действий, а также покажет возможную величину давления снега на конструкции дома.

Снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается с помощью следующей формулы:

где S — давление снега на квадратный метр кровли.

Sg — нормативная величина снеговой нагрузки для данного региона.

µ — поправочный коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на разных углах наклона кровли. От 0° до 25° значение µ принимается равным 1, от 25° до 60° — 0,7. При углах наклона кровли свыше 60° снеговая нагрузка не учитывается, хотя в реальности бывают скопления мокрого снега и на более крутых поверхностях.

Произведем подсчет нагрузки на кровлю площадью 50 кв.м, угол наклона — 28° (µ=0,7), регион — Московская область.

Тогда нормативная нагрузка составляет (по данным СНиП) 180 кг/кв.м.

Умножаем 180 на 0,7 — получаем реальную нагрузку 126 кг/кв.м.

Полное давление снега на кровлю составит: 126 умножаем на площадь кровли — 50 кв.м. Результат — 6300 кг. Таков расчетный вес снега на крыше.

Снеговое воздействие на кровлю

Ветровая нагрузка на кровлю

Расчет ветровой нагрузки производится подобным образом. За основу берется нормативное значение ветровой нагрузки, действующее в данном регионе, которое умножается на поправочный коэффициент высоты здания:

W — ветровая нагрузка на квадратный метр площади.

Wo — нормативная величина по региону.

k — поправочный коэффициент, учитывающий высоту над поверхностью земли.

Имеются три группы значений :

• Для открытых участков земной поверхности.
• Для лесных массивов или городской застройки с высотой препятствий от 10 м.
• Для городских поселений или местностей со сложным рельефом с высотой препятствий от 25 м.

Все нормативные значения, как и поправочные коэффициенты содержатся в таблицах СНиП и должны учитываться при расчетах нагрузок.

В заключение необходимо подчеркнуть большую величину и неравномерность нагрузок, создаваемых снегом и ветрами. Значения, сопоставимые с собственным весом крыши, нельзя игнорировать, такие величины слишком серьезны. Невозможность регулировать или исключать их присутствие заставляет реагировать путем увеличения прочности и правильного выбора угла наклона.

Все расчеты должны опираться на СНиП, для уточнения или проверки результатов рекомендуется использовать онлайн-калькуляторы, которых много в сети. Лучшим способом станет применение нескольких калькуляторов с последующим сравнением полученных величин. Правильный расчет — основа долговременной и надежной службы кровли и всей постройки.

Полезное видео

голоса

Рейтинг статьи

Оценка статьи:

Загрузка…

Adblock
detector

Допустимая нагрузка на крышу здания | Главная Руководства

Автор SF Gate Contributor Обновлено 25 февраля 2021 г.

Крыши находятся под большим давлением. Чтобы оставаться неповрежденной и на месте, крыша должна выдерживать нагрузки, как постоянные, так и временные, которые давят на нее как вниз, так и вверх. Предел нагрузки, которую может выдержать данная крыша, определяется ее конкретной конструкцией, но ожидается, что типичные крыши выдержат несколько обычно ожидаемых нагрузок, таких как вес людей, работающих на ней.

Постоянные нагрузки

По данным Министерства жилищного строительства и городского развития США, постоянная нагрузка на крышу представляет собой вес самой конструкции крыши вместе с любыми постоянно прикрепленными к ней материалами или конструкциями, поэтому она должна быть рассчитана, в первую очередь, чтобы обеспечить себя. Статическая нагрузка типичной крыши с деревянным каркасом, покрытой битумной черепицей, составляет около 15 фунтов на квадратный фут. Нагрузка возрастает при использовании более тяжелого кровельного материала. Крыша из глиняной черепицы может иметь постоянную нагрузку до 27 фунтов на квадратный фут.

Временные нагрузки

Временная нагрузка на крышу — это вес любых временных объектов на крыше. Там, где снег не является проблемой, динамическая нагрузка может исходить от людей, работающих на крыше, и любого оборудования, которое они берут с собой на крышу. Крыша должна быть в состоянии выдержать сумму своей постоянной нагрузки и любой ожидаемой динамической нагрузки, поэтому крыша должна быть спроектирована с пределом нагрузки, учитывающим обе эти нагрузки. Ожидается, что типичная крыша выдержит динамическую нагрузку 20 фунтов на квадратный фут; эта минимальная динамическая нагрузка является дополнением к статической нагрузке, которую должна нести крыша.

Подъемная нагрузка

Когда ветер ударяет в наружную стену здания, энергия ветра рассеивается вдоль стены вверх и вниз. Восходящее движение ветра оказывает подъемную нагрузку на крышу, и крыша должна быть в состоянии сопротивляться этому подъему. Типичный предел подъемной нагрузки предполагает максимальную скорость ветра около 90 миль в час и ожидаемую нагрузку около 20 фунтов на квадратный фут. Большую часть этой нагрузки будет воспринимать статическая нагрузка крыши, толкающая вниз.

Коррекция наклона

При расчете предельной нагрузки предполагается, что нагрузки равномерно давит вниз на площадь горизонтальной поверхности крыши. На крыше с крутым уклоном больший вес давит вниз на относительно меньшую горизонтальную поверхность, поэтому пределы нагрузки на крышу необходимо скорректировать, чтобы учесть эту разницу. На крыше с уклоном от 4 до 12 предел динамической нагрузки обычно снижается с 20 фунтов на квадратный фут до 15 фунтов на квадратный фут, чтобы учесть относительно большую собственную нагрузку на более крутой крыше.

Расчет нагрузки

Чтобы определить, какие элементы каркаса крыши подходят для здания, которое вы проектируете, вы должны сначала определить нагрузки, как постоянные, так и временные, которые будет нести крыша, которую вы хотите построить. Вы должны начать с ознакомления с минимальными требованиями к несущей способности в ваших местных строительных нормах. Книга кодов даст вам минимальные пределы нагрузки и предел прогиба, который является мерой того, насколько стропила могут изгибаться под своей нагрузкой. Затем вы определите пролет стропил крыши, который является измерением горизонтального расстояния от внутренней поверхности коньковой доски до внутренней поверхности стены, которая поддерживает стропила. Используя эти числа в сочетании с таблицами пролетов, которые доступны из таких источников, как Американский совет по дереву, вы можете определить, какие размеры пиломатериалов и породы дерева подходят для ваших стропил.

Ссылки

• Зеленая крыша – пример; Christian Werthmann
• BG Structural Engineering: Постоянные нагрузки
• Министерство жилищного строительства и городского развития США: Расчетные нагрузки для жилищного строительства
• Американский совет по дереву: Понимание нагрузок и использование таблиц пролетов

Нагрузки на конструкции крыши — основы конструкции

Were вас также бросили в первый класс проектирования в универе, и вам пришлось применять нагрузки и комбинации нагрузок, не видя этого раньше и без хорошего руководства?

Что ж, добро пожаловать в клуб 😉

Пару лет назад я тоже был таким 😁

Но этот пост в блоге также предназначен для каждого архитектора, строителя, техника или любого, кто хочет узнать о конструкциях и о том, как применять нагрузки.

Мы максимально просто объясним концепцию нагрузок.

В этом посте мы шаг за шагом покажем вам, какие типы нагрузок необходимо прикладывать к крышам, как их применять, и дадим вам ссылки на руководства по расчетам.

💡 Информация:
Этот пост посвящен нагрузке на крышу, но нагрузки на другие конструкции применяются и рассчитываются таким же образом.

Итак, приступим.

Что такое площадные, линейные и точечные нагрузки?

Итак, прежде чем мы перейдем к различным нагрузкам, нам нужно сначала поговорить о некоторых основах.

Нагрузки на площадь

Нагрузки на площадь , как следует из названия, применяются к площади, и единицей измерения является кН/м2. Площадные нагрузки обычно прикладывают к плитам перекрытий, стенам и фасадным элементам.

Площадная нагрузка на стену

Линейные нагрузки

Линейные нагрузки применяются к балкам, колоннам, стенам, стропилам, прогонам и, возможно, к некоторым другим элементам структурные элементы. Например, вертикальная опорная сила балки может быть приложена как точечная нагрузка к колонне, поддерживающей балку.

Точечная нагрузка на колонну

Для упрощения расчета конструкции трехмерные системные и площадные нагрузки часто преобразуются в двухмерные системные и линейные нагрузки. Но давайте посмотрим на пример, чтобы объяснить это лучше 😊 92} \cdot \frac{4m}{2} = 2,0 \frac{kN}{m} $$

Теперь эту линейную нагрузку можно приложить к балкам.

Пример балки для распределения нагрузки

1. Статическая нагрузка | собственный вес

Итак, давайте посмотрим на крышу из прогонов и ее слои крыши, чтобы увидеть, как мы рассчитываем площадь и линейные постоянные нагрузки.

Крыша из прогонов

Слои крыши в следующей таблице упрощены, и показаны не все необходимые слои.

Элемент	Толщина [мм]	Плотность [кг/м3]	Area load [kN/m2]
OSB board	20	650	0. 13
Insulation	300	100	0.3
Roof tiles			0,65
Сумма			1,08

ГОДА.3} * 0,2 м * 0,1 м = 0,07 \frac{кН}{м} $$

Эти две линейные нагрузки теперь можно сложить

$$ 0,864 \frac{кН}{м} + 0,07 \frac{кН }{m} = 0,934 \frac{kN}{m} $$

Что затем можно применить к двухмерной статической системе.

Постоянная нагрузка на линию | Прогон крыши

2. Ветровая нагрузка

Расчет силы ветра в соответствии с Еврокодом слишком объемен для этого поста.

Мы написали обширные руководства с примерами расчета ветровой нагрузки и площадей для

• скатная крыша и
• плоская крыша.

Обязательно ознакомьтесь с ними, если вам нужно пошаговое руководство.

Ветровая нагрузка в системе 3D

Ветровая нагрузка на следующем рисунке очень упрощена. Обычно крыша имеет разные участки с разными значениями нагрузки, но цель рисунка — подчеркнуть направление нагрузки перпендикулярно стропилам.

Предположим, что ветровая нагрузка равна 1,0 кН/м2 и равномерно распределена. 92} $$

И эту линейную нагрузку можно применить в 2D-системе:

Линейная ветровая нагрузка | Крыша с прогонами

3. Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка рассчитывается в соответствии с EN 1991-1-3.

Вот пошаговые руководства с примерами расчета снеговой нагрузки на плоскую крышу

• и
• скатная крыша

Ознакомьтесь с ними, если хотите узнать больше о снеговой нагрузке.

А теперь⌛: Давайте посмотрим, как снеговая нагрузка воздействует на конструкции. 92} $$

И эту линейную нагрузку можно применить в 2D-системе:

Снежная линейная нагрузка | Крыша прогонов

4.

Временная нагрузка

Значения временной нагрузки можно взять из таблицы 6.2 стандарта EN 1991-1-1 (и национального приложения❗) для различных категорий областей нагрузки, таких как офис, крыша, балкон, лестница и многое другое.

Я советую вам прочитать об этом в коде, чтобы лучше понять. 📖

Итак, как действует динамическая нагрузка на конструкции?

Активная нагрузка в 3D-системе 92} $$

И эту линейную нагрузку можно применить в 2D-системе:

Текущая линейная нагрузка | Прогон крыши

5. Сейсмическая нагрузка

К сожалению, я не знаю точно, как вы прикладываете сейсмические нагрузки к крышам, потому что до сих пор я жил только в регионах с минимальной или отсутствующей сейсмической активностью, где ведущей боковой силой всегда был ветер.

Но вот хорошее видео на YouTube, которое очень хорошо объясняет сейсмические нагрузки.

Заключение

Теперь, когда вы поняли, какие нагрузки действуют на кровлю и как их применять, пришло время понять, как рассчитать нагрузки

1. Снеговая нагрузка на плоскую крышу
2. Ветровая нагрузка на плоскую крышу
3. Ветровая нагрузка на стены

Поскольку на элемент конструкции всегда действует несколько нагрузок.

No related posts.