Как сделать расчет нагрузки на кровлю
Содержание статьи:
На конструкцию крыши действуют различные силы. Расчет нагрузки на кровлю включает в себя такие воздействия как: вес кровельного материала, стропил и обрешетки, утеплителя, подкладочного ковра, нагрузка снега и ветра. Рассмотрим по отдельности каждую их этих нагрузок.
Расчет стропил
Если вы строите дом самостоятельно, и у вас нет достаточных знаний в области инженерии и архитектуры, то расчет нагрузки на крышу можно заказать в специализированной организации или у частного проектировщика. Если же постройка не столь требовательна к техническим расчетам, то все можно сделать своими собственными силами.
Как правильно рассчитать длину стропил? Она зависит от углов скатов крыши и от ее формы. Сперва следует ознакомиться с нормативной документацией. Для этого потребуется СНиП 2.01.07-85 и приложенные карты к изменениям в этом документе (они были обновлены в 2008 году). Оптимальный шаг между стропилами рассчитывают исходя из возможного предела расстояния, после которого конструкции разрушится полностью или частично.
При частичном разрушении выходят из строя различные элементы и узлы системы. Так, допустимый прогиб элементов конструкции стропил, ног, прогонов или раскосов не должен быть более 0,5% длины прогона или пролета (расчет балки на прогиб - калькулятор). Полное разрушение наступает при превышении максимально допустимых нагрузок, поэтому крайне важно сделать правильный расчет стропил изначально. Рассчитывать необходимо оба варианта, так как важно знать пределы стойкости стропильной системы.
Снеговая нагрузка
Для тех регионов России, в которых обильные снегопады являются обычным явлением, расчет нагрузки на кровлю становится особенно важным. Для того чтобы предусмотреть воздействие веса снега при расчете максимального предела прочности, берется полный вес покрова снега. Для расчета частичной разрушаемости, полный вес покрова снега умножается на коэффициент 0,7.
Снежные массы под своим весом могут постепенно сползать вниз, оказывая усиленное давление на свес карниза. Поэтому так важно не превышать допустимые выпуски кровельного материала, указанные производителем. Расчет нагрузки на крышу зависит от уклона кровли, а также направления преобладающих ветров. Дело в том, что с наветренной стороны снега будет меньше, а вот с подветренной — больше.
К примеру, следует рассчитать стропильную систему для двускатной кровли с углами 30 градусов. Для того чтобы посчитать нагрузку от снега с наветренной стороны, поправочный коэффициент принимается равным 0,75, с подветренной 1,25. Все значения коэффициента принимаются исходя из указаний СНиП 2.01.07-85. Для кровель с уклоном более 60 градусов этот коэффициент и вовсе не учитывается, так как на таких скатах снег попросту не задерживается.
Для расчета полной снеговой нагрузки (Q1) необходимо использовать соответствующую таблицу из указанного документа СНиП. Формула расчета кровли при этом имеет вид: Q1= m*Q. m — это поправочный коэффициент, рассчитанный методом интерполяции (при уклоне в 30 градусов он равен 1, при уклоне 60 градусов — 0). Q — снеговая нагрузка, указанная в таблице.
Совет:
Не делайте ОШИБКИ в расчётах!
Используйте строительные калькуляторы онлайн - расчёт строительных материалов и конструкций для ремонта и стройки быстро и точно.
Для того чтобы посчитать нормативную снеговую нагрузку Q2, пользуются атласом изменений текущего СНиПа или простой формулой Q2= 0,7*Q*m. Для тех регионов, в которых сильный ветер сносит снег с кровли, используется еще один дополнительный коэффициент С, который равен 0,85. При этом средняя скорость ветра должна составлять не менее 4 м/с, среднемесячная температура воздуха зимой не выше -5 градусов Цельсия, а уклон крыши — от 12 до 20 градусов.
Данный коэффициент С используется также если дом находится в защищенном от снега месте — в окружении других, более высоких домов или в лесном массиве. Среднесуточная температура и преобладающая скорость ветра указана в атласах изменений к СНиП 2.01.07-85. Таким образом, стропила должны учитывать максимальную нагрузку Q1, которая необходимо для расчета допустимой прочности конструкции и частичное разрушение Q2 — то есть нагрузку на прогиб.
Воздействие силы ветра
Снеговая нагрузка может разрушить крышу, ну а ветровая кроме этого может сорвать покрытие. Чем большим является угол скатов кровли, тем больше будет нагрузка ветра на конструкцию. Чем меньшим будет угол, тем сильнее будет подъемная сила, стремящаяся сорвать крышу. Именно поэтому так важен расчет площади двухскатной крыши. Для начала определяют длину стропильной ноги. Здесь пригодится знания школьного курса геометрии, так как стропило составляет с прилегающими стенами прямоугольный треугольник, поэтому рассчитав длину гипотенузы можно определить необходимый показатель.
Немного сложнее посчитать сечение стропила и расстояние между ними. Для этого проведем расчет ветровой нагрузки на кровлю по формуле: Wр= W*k*C. W — ветровое давление, которое берется из таблиц СНиП. k — коэффициент, зависящий от высоты здания, он также указывается в упомянутом выше нормативном документе. С — аэродинамический коэффициент, используемый для расчета подъемной силы с подветренной и наветренной стороны.
Коэффициент С может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Первый случай возникает, если ветер давит на поверхность скатов, это справедливо для больших углов. Второй случай возникает на пологих крышах, когда ветер «стекает» по скатам. Для противодействия этим силам, в зависимости от шага стропил, в стены дома устанавливают так называемые «ерши». Это металлические штыри, к которым проволокой привязываются стропильные ноги. В ветреных регионах привязывается каждое стропило, при нормальных условиях это делают через одну балку, предварительно выполнив расчет балок перекрытия по имеющимся данным.
Для домов возведенных из кирпича, пенобетонных или силикатных блоков, делается армирующий пояс из бетона. В него закладывают анкерные крепления со специальными проволочными структурами для крепления стропил (прочитайте также: "Крепление стропил к балкам перекрытия").
Нагрузка веса кровли
Серьезное влияние на характеристики стропильной системы оказывает вес самого кровельного материала. При этом различные материалы могут значительно отличаться по своему весу. Чем больше весит кровля, тем больше должен быть угол наклона скатов. Также необходимо знать, как посчитать квадратные метры крыши, так как чем ее площадь больше, тем сильнее она будет зависеть от влияния внешних нагрузок.
Силу давления крыши на стропила можно посчитать, зная характеристика материала. Они зачастую указываются в технических данных или инструкции от производителя. В зависимости от типа кровельного материала выбирается определенный вариант обрешетки. Так, для ее создания используется OSB плита, фанера или обрезная доска. Усредненный вес этих материалов можно узнать из нормативных таблиц или технических данных от производителя. Например, под кровлю из шифера используют бруски сечением 4*6 или 6*6 см, в то время как под битумные гонты — плиты OSB или фанеру.
Расчет квадратуры крыши зависит от ее типа. Рассчитать площадь крыши очень просто для односкатных кровель. В более сложных конструкциях следует разбить крышу на элементарные фигуры — прямоугольники и треугольники, площадь которых легко определяется (подробнее: "Как посчитать площадь кровли дома"). Также важно учесть свесы кровли на карнизах. Расстояние между стропилами определяется исходя из толщины кровельного материала (калькулятор площади треугольника по сторонам).
Не меньшее значение имеет и теплотехнический расчет кровли, на основании которого подбирается утеплитель и его толщина. Эти два показателя в значительной степени влияют на общий вес конструкции крыши. Кроме того сюда входит и вес паро- и гидроизоляции, а также внутренней обшивки мансардного помещения. Толщина утеплителя рассчитывается по формуле: Т=R*L. Где R — тепловое сопротивление конструкции, которая будет утепляться, L — коэффициент теплопроводности выбранного утеплителя (выбирается по нормативам СНиП II-3-79).
Предположим, что крыша утепляется стекловатой URSA М-20, дом расположен в центральном регионе. Тогда толщина утеплителя будет составлять: Т=4,7*0,038 = 0,18 м = 18 см. В этом случае 4,7 - тепловое сопротивление, взятое из нормативов СНиП, а 0,038 — коэффициент теплопроводности, который был указан производителем материала. Зная плотность утеплителя (указывается в тех. данных) равную 18-21 кг/м.кв, можно посчитать вес материала.
Аналогичным образом рассчитывается вес гидро- и пароизоляции, а также отделочного материала. Немаловажен также и расчет обогрева кровли, так как он влияет на толщину утеплителя. Также система обогрева, которая будет установлена на чердаке, добавится в вес конструкции крыши.
Для того чтобы учесть вес самой стропильной конструкции, следует нарисовать ее план. В расчет принимаются средние значения для наслонных стропил и прогонов — 5-10 кг/м.кв, для висячих стропил — 10-15 кг/м.кв. Для получения некоторого запаса прочности конструкции, полученные нагрузки умножаются на коэффициент 1,1.
В целях более точного определения весовых нагрузок на крышу необходимо провести теплотехнический расчет кровли пример которого можно найти на страницах нашего портала. Читайте также: "Как сделать расчет материалов для крыши".