Расчет допустимой нагрузки на кровлю: рекомендации экспертов

Для того чтобы максимально правильно выполнить расчет снеговой нагрузки на вашу кровлю необходимо учесть множество факторов.

Расчет стропил: что важно знать

Если строительством дома и кровли вы занимаетесь своими силами, но при этом не имеете достаточных архитектурных или инженерных знаний, проведение расчетов лучше доверить профессионалам. Впрочем, в любом случае знание основных правил расчетов не помешает.

Оптимальная длина стропил зависит от формы кровли и углов ее скатов. Перед расчетами необходимо ознакомиться со СНиПом и поправками, которые были приняты позже.

Учитывайте при расчетах следующие моменты: при вычислении шага между соседними стропилами принимают во внимание предел расстояния, после превышения которого кровельная система может начать разрушаться. Расчеты производятся в двух направлениях: рассчитываются нагрузки, при которых высок риск частичного разрушения кровли, и нагрузки, способные привести к полному разрушению крыши.

Расчет снеговой нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на новую кровлю проводится с учетом:

  • Общей площади крыши,
  • Длины конькового пролета,
  • Общей длины хребта и количества этих элементов,
  • Размера карнизных свесов,
  • Длины и количества фронтонных свесов,
  • Количества и длины ендов, которые выходят на карнизный свес,
  • Угла наклона кровельных скатов,
  • Длины и количества снегозадержателей.

Расчет снеговой нагрузки на новую кровлю рекомендуется начинать с определения площади крыши и угла наклона ее скатов, что позволит узнать скорость схождения снежных масс с ее поверхности.

Расчет снеговой нагрузки

Следует помнить о том, что показатели веса снегового покрова для разных районов могут сильно отличаться. Эти данные необходимо узнать по специальной таблице, которую можно без труда найти в интернете.

После того как вы узнаете общую площадь крыши, можно приступать к определению веса кровельного пирога. Для получения этой цифры максимально точно знать вес используемого кровельного материала и площадь крыши.

Вес кровельного пирога будет представлять собой нагрузку, воздействию которой будут подвергаться элементы стропильной системы в процессе эксплуатации. При проведении расчетов необходимо помнить о том, что в принципе вес 1 м² любого кровельного материала в среднем колеблется от 25 до 40 кг.

Материалом, который абсолютно не подходит под это правило, является натуральная черепица, имеющая гораздо больший вес.

Если вы хотите точно узнать весовые характеристики покрытия, то необходимо внимательно изучить сопроводительные документы.

Следует просто сложить вместе все весовые параметры и умножить получившееся число на поправочный коэффициент, равняющийся 1,1. Такие нехитрые расчеты позволят узнать примерный вес любого выбранного кровельного материала.

Расчет снеговой нагрузки

Несмотря на полученные данные, во время того, как вы будете выполнять расчет снеговой нагрузки на вашу кровлю, необходимо учитывать тот факт, что, как правило, при расчетах за основу принимается то, что вес 1 м² кровли равняется 55 кг.

Это связано с тем, что в процессе эксплуатации обветшавшее покрытие может быть заменено другим материалом, имеющим совсем иные весовые данные, это, так или иначе, может стать основной причиной деформации либо повреждения стропильных элементов.

Поэтому если вы готовы рискнуть, то можете использовать реальные данные. Однако большинство специалистов склоняются к тому, что при расчетах необходимо исходить не из реальных данных, а общепринятых параметров, это позволит стропилам получить необходимый запас прочности.

Ошибаются и те, кто считает, что если во время того, как проводится расчет снежной нагрузки на новую кровлю, за основу берется один и тот же показатель, то данные параметры будут одинаковыми для всех крыш.

Однако строить кровлю без проведения этих расчетов абсолютно не допустимо, так как при получении данных, равняющихся 40, 45 и даже 50 кг на 1 м², это не будет представлять собой никакой проблемы.

В то время как при весе кровельного пирога, равняющегося 60 кг на 1 м², при недостаточной толщине стропильных ног вся система окажется настолько слабой, что не сможет выдержать общий вес конструкции, а это рано или поздно приведет к ее обрушению.

Расчет снеговой нагрузки

к оглавлению ^

Особенности проведения расчетов

Если вы проводите самостоятельно расчет нагрузки, то на этом этапе вам придется заняться определением положения строения на карте снеговых нагрузок нашей страны, после чего вы получите данный в формате Х кгс на 1 м², который представляет собой массу снега, выпадающего на 1 м² любой горизонтальной поверхности.

При определении этих данных углы наклона кровельных скатов будут служить поправочным коэффициентом.

Читайте также:  Как из пластиковых бутылок сделать водосточную трубу?

Параметры поправочного коэффициента на основании размера угла кровельных скатов:

  • Если угол наклона кровли менее 25 градусов, то поправочный коэффициент будет равняться 1,
  • В том случае если угол кровельных скатов равняется менее 60 градусов, то коэффициент поправки будет достигать 0,7,
  • При угле наклона кровельных скатов более 60 градусов (так, например, если этот показатель будет равняться 75 градусам) кровля и вовсе не будет подвергаться воздействию этих нагрузок, так как ее параметры обеспечат ей 100% схождение снежных масс.
Расчет снеговой нагрузки

После того как вы выполните расчет снеговой нагрузки, необходимо учесть влияние на кровлю ветровых нагрузок, размеры которых также можно найти в соответствующих таблицах с учетом высоты дома и места расположения строительства. И только после этого следует переходить к расчету сечения стропильных элементов.

Один из самых важных элементов стропильной системы – это мауэрлат, представляющий собой брус, необходимый для передачи и равномерного распределения напряжения на стены сооружения от стропил.

Для расчета сечения опорного бруса пока не создано никаких формул, однако при выборе этого элемента существует целый ряд правил, требующих неукоснительного выполнения.

к оглавлению ^

Пример 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.

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.

Пример Сбор нагрузок на односкатную монолитную железобетонную кровлю.

6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.

Сбор нагрузок.

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

Временные нагрузки:

250 кг/м2

3,5 кг/м2

275 кг/м2

70,2 кг/м2

4,6 кг/м2

ИТОГО 489,1 кг/м2 604 кг/м2

S 0 = 0,7с t с в μS g = 0,7·1·1·1·240 = 168 кг/м2.

где: с t = 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 .

с в = 1; коэффициент сноса снега принимается по .

μ = 1, так как кровля односкатная с уклоном менее 30º; принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,

Sg = 240 кг/м2; принимается в соответствии с и таблицей 10.1 , так как Нижний Новгород относится к IV снеговому району.

W = W m + W p = 13,6 кг/м2.

W m = W 0 k(z в)с = 23·0,59·1 = 13,6 кг/м2.

где: W 0 = 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

k(z в) = k 10 (z в /10) 2α = 0,59, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d → z в =h=8 м и тип местности строительства В; коэффициенты принимаются в соответствии с таблицей 11,3, также коэффициент k(z в) можно определить методом интерполяции по таблице 11.2 .

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 .

Дифференциальный расчёт усилий

Переходим от общего к частному: теперь необходимо установить количественное значение усилий, действующих на каждый элемент фермы. Для этого перечисляем каждый отрезок пояса и заполняющие вставки списком, затем каждый из них рассматриваем как сбалансированную плоскую систему.

Дифференциальный расчёт усилий

Для удобства вычислений каждый соединительный узел фермы можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы воздействий пролегают по продольным осям элементов. Всё, что нужно для вычислений — знать длину сходящихся в узле отрезков и углы между ними.

Начинать нужно с того узла, для которого в ходе вычисления реакции опоры было установлено максимально возможное число известных величин. Начнём с крайнего вертикального элемента: уравнение равновесия для него гласит, что сумма векторов сходящихся нагрузок равна нулю, соответственно, противодействие силе тяжести, действующей по вертикальной оси, эквивалентно реакции опоры, равной по величине, но противоположной по знаку. Отметим, что полученное значение — лишь часть общей реакции опоры, действующая для данного узла, остальная нагрузка придётся на горизонтальные части пояса.

Дифференциальный расчёт усилий

Узел b

  • -100 + S 1 = 0
  • S 1 = 100 кг
Дифференциальный расчёт усилий

Далее перейдём к крайнему нижнему угловому узлу, в котором сходятся вертикальный и горизонтальный сегменты пояса, а также наклонный раскос. Сила, действующая на вертикальный отрезок, вычислена в предыдущем пункте — это давящий вес и реакция опоры. Сила, действующая на наклонный элемент, вычисляется по проекции оси этого элемента на вертикальную ось: из реакции опоры вычитаем действие силы тяжести, затем «чистый» результат делим на sin угла, под которым раскос наклонён к горизонтали. Нагрузка на горизонтальный элемент находится также путём проекции, но уже на горизонтальную ось. Только что полученную нагрузку на наклонный элемент мы умножаем на cos угла наклона раскоса и получаем значение воздействия на крайний горизонтальный сегмент пояса.

Читайте также:  Мягкая кровля или металлочерепица? Плюсы и минусы материалов

Узел a

Дифференциальный расчёт усилий
  • -100 + 400 — sin(33,69) · S 3 = 0 — уравнение равновесия на ось у
  • S 3 = 300 / sin(33,69) = 540,83 кг — стержень 3 сжат
  • -S 3 · cos(33,69) + S 4 = 0 — уравнение равновесия на ось х
  • S 4 = 540,83 · cos(33,69) = 450 кг — стержень 4 растянут

Таким образом, последовательно переходя от узла к узлу, необходимо вычислить действующие в каждом из них силы. Обратите внимание, что встречно направленные векторы воздействий сжимают стержень и наоборот — растягивают его, если направлены противоположно друг от друга.

Дифференциальный расчёт усилий

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

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.

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 кровлю онлайн

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

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

Снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается с помощью следующей формулы:

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:

Роза ветров

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.

Более подробно о кровельных нагрузках вы можете узнать из этого видео:

Расчёт металлочерепицы для двускатной крыши

Двускатная крыша под металлочерепицу будет состоять из стропил, обрешетки. Расчет стропил двухскатной крыши: в среднем расстояние между стропильными ногами при таком виде крыши составляет 60 см – 1 м. Но также нужно учитывать угол положения скатов. Если уклон крыши более 45°, то шаг стропил может быть увеличен до 1,4 м. Если крыша пологая, шаг уменьшается до 0,6 − 0,8 м. Затем длину ската нужно разделить на шаг. Полученное значение будет означать количество стропил, которые необходимы для создания кровли двускатной крыши.

Как рассчитать металлочерепицу на крышу с одинаковыми скатами:

  • Сделать замеры длины конька и ширины скатов.
  • Выбрать металлочерепицу. От ее габаритов зависит, сколько листов потребуется приобрести.
  • Сделать расчет листов для ширины ската: длина конька / ширину профиля металлочерепицы.
  • Сделать расчет листов для длины скатов: длина скатов / длину профиля кровельного материала.
  • Итоговый расчет: длина профиля металлочерепицы * количество листов для длины скатов. Полученное значение умножается на 2 (количество скатов).

Сделать расчет для крыши с двумя скатами легко. Больше трудностей представляет расчет для домов с кровлей сложной формы – вальмовой или четырехскатной.

Результаты расчетов

Угол наклона крыши: 0 градусов.

Читайте также:  Как построить четырех скатную крышу своими руками

Угол наклона подходит для данного материала.

Угол наклона для данного материала желательно увеличить!

Угол наклона для данного материала желательно уменьшить!

Площадь поверхности крыши: 0 м 2 .

Примерный вес кровельного материала: 0 кг.

Количество рулонов изоляционного материала с нахлестом 10% (1×15 м): 0 рулонов.

Нагрузка на стропильную систему: 0 кг/м 2 .

Длина стропил: 0 см.

Количество стропил: 0 шт.

Количество рядов обрешетки: 0 рядов.

Равномерное расстояние между досками обрешетки: 0 см.

Количество досок обрешетки стандартной длиной 6 метров: 0 шт.

Объем досок обрешетки: 0 м 3 .

Примерный вес досок обрешетки: 0 кг.

Расчёт элементов кровли

Расчёт односкатной крыши – это в основном расчёт стропил и обрешётки. Со стропилами все проще. В зависимости от нагрузок выбирается сечение досок или брусов и шаг их установки. Второй показать варьируется в диапазоне 60–100 см. При этом используются доски толщиною 50 мм, а также сдвоенный пиломатериал.

Здесь необходимо понимать, что чем толще стропильные ноги и меньше расстояние между ними, тем сильные нагрузки односкатная крыша будет выдерживать. Но при этом увеличится себестоимость конструкции. Хотя при таком соотношении кровельные односкатные конструкции встречаются редко. В основном это стропильная система из досок 50х150 мм с монтажным шагом 60–70 см.

Теперь, что касается размеров обрешётки. На это опять-таки влияет вес кровельного материала, а также его несущая способность. К примеру, если крыша покрывается профнастилом Н40, то шаг обрешётки не превышает 1 м. Если укладывается марка Н140, то шаг можно увеличить до 3 м. Все дело в том, что несущая способность у первого в несколько раз ниже, чем у второго.

Для штучных покрытий или металлочерепицы используется обрешётка, элементы которой укладывают так, чтобы профили кровельного настила ложились верхним и нижним краем на рейки. Для мягких материалов требуется сплошная обрешётка из досок или листовых изделий (фанера, ОСП, ДСП и прочее).

Установка снегозадержателей

Если расчет выполнен правильно, тогда снег с поверхности крыши можно не убирать. А для борьбы с его сползанием с карниза используют снегозадержатели. Они очень удобны в эксплуатации и освобождают от необходимости удаления снега с кровли дома. В стандартном варианте применяют трубчатые конструкции, которые способны работать, если нормативная снеговая нагрузка не превышает 180 кг/м 2 . При более плотном весе используют установку снегозадержателей в несколько рядов. СНиП оговаривает случаи использования снегозадержателей:

  • при уклоне 5% и более с наружным водостоком;
  • снегозадержатели устанавливают на расстоянии 0,6-1,0 метра от края кровли;
  • при эксплуатации трубчатых снегозадержателей под ними должна предусматриваться сплошная обрешетка крыши.

Также СНиП описывает основные конструкции и геометрические размеры снегозадержателей, места их установки и принцип действия.

Учет снеговых нагрузок на имеющихся кровлях ↑

Естественно лучше всего на стадии строительства учесть все факторы снеговых нагрузок и внести их в составляющийся проект. Но, что следует проверять или учитывать в варианте, когда дом уже построен?

  • В готовом здании следует замерять угол наклона скатов . Оптимально если это значение будет составлять от 45 до 60 градусов, тогда снежный покров попросту не будет накапливаться на поверхности, сдвигаясь с кровельного настила.

Равномерно распределить по поверхности снеговые потоки помогут приспособления смонтированные на настил – снегозадержатели и снегорезы. Такие элементы «разобьют» всю массу на несколько частей, распределив их приблизительно равномерно на всей площади. Также в зависимости от обрешетки подбирается тип снегозадержателей , на сплошных вариантах возможен монтаж трубчатых барьерных типов устройств, в других вариантах лучше устанавливать снегорезы, разбивающие снежный поток на отдельные части.

Учет снеговых нагрузок на имеющихся кровлях ↑
  • Во избежание накопления больших объемов снега на карнизах крыши, следует подумать о системе подогрева. Монтаж нагревательного кабеля по кромке кровельного настила поможет устранить намерзание глыб снега и льда. Управление системой можно осуществлять в автоматическом и ручном режимах.

Кровли уже построенных зданий, как правило, уже рассчитаны под определенную снеговую нагрузку данного региона, однако дополнительные мероприятия и приспособления помогут устранить негативные последствия, как самого перегруза, так, и сопутствующих процессов (протечки, разрушения настила и прочих).