Сбор нагрузок на кровлю и стропила

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 = 0,7с_вс_tμS_g,

где: с_в - 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 с_в=0,85.

с_t - 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.

S_g - 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, S_g = 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   54 кг/м2 3,5 кг/м2     168 кг/м2 13,6 кг/м2	1,1   1,3 1,3       1,4 1,4	275 кг/м2   70,2 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 = 0,7с_tс_вμS_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 п.10.10 [1].

с_в = 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 = W_m + W_p = 13,6 кг/м2.

где: W_p = 0, так как здание небольшой высоты.

W_m = W₀k(z_в)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(z_в) = k₁₀(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 п.11.1.6 таблицей 11,3, также коэффициент k(z_в) 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:

М_ст = 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:

М_ст = 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 = 0,7с_tс_вμS_g = 0,7·1·1·0,625·180 = 78,75 кг/м2.

где: с_t = 1; так как через кровлю выделения тепла не производится п.10.10 [1].

с_в = 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 = W_m + W_p = 14,95 кг/м2.

где: W_p = 0, так как здание небольшой высоты.

W_m = W₀k(z_в)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(z_в) = 0,65, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d (h = 10 м - высота дома, d = 11 м - ширина крыши) → z_в=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:

q_норм = 112,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 67,44 кг/м.

q_расч = 152,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 91,44 кг/м.

Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну доску обрешетки:

q_норм = 112,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 22,48 кг/м.

q_расч = 152,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 30,48 кг/м.