Снеговые нагрузки

Одна из основных нагрузок, приходящаяся на крышу, это, конечно же, снеговая. Разобравшись в предыдущей статье с классификацией нагрузок мы легко можем видеть, что это Временная нагрузка, которую можно классифицировать либо как Длительную, либо как Краткосрочную, принимая пониженную или полную нормативную нагрузку. Для расчётов стропильной системы и крыши свод правил предписывает использовать нагрузки с более коротким периодом действия, т.е. в масштабах нашей задачи - краткосрочную полную нормативную снеговую нагрузку. Определению величины этой нагрузки посвящён раздел 10 СНиП 2.01.07-85, которым чаще всего пользуются на постсоветских просторах и который действует на территории РФ, а если придерживаться действующих на 2017 год в РБ документов - то снеговым нагрузкам выделена специальная часть 1-3 ТКП EN 1991 Еврокод 1 совместно с Национальным Приложением №2, введённом в 2015 году.

Нормативная снеговая нагрузка

Как ни странно, но в СНиП 2.01.07-85 и ТКП EN 1991-1-3-2009 приведены одинаковые формулы определения нормативного значения снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, отличающиеся лишь величиной коэффициентов:

S = ψ · ce · ct · μ · Sk · γf

где ψ - коэффициент зданий;

се - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов;

сt - термический коэффициент;

μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;

Sk - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли;

γf - коэффициент надёжности по нагрузке.

Коэффициент зданий ψ

Коэффициент зданий зависит от положения сооружения.

В СНиП 2.01.07-85, действующем на территории РФ, этот коэффициент принят равным ψ = 0,7.
В ТКП EN 1991-1-3-2009, действующем на территории РБ, эта величина имеет аж три вида этого коэффициента:
- комбинационное значение, ψ0 = 0,6;

- частное значение, ψ1 = 0,5;

- практически постоянное значение, ψ2 = 0.

Вес снегового покрова Sk по СНиП (для РФ)

Вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для площадок, расположенных на высоте не более 1,5 км над уровнем моря, принимается в зависимости от снегового района по карте и табличке:

На карте представлена только Россия, так как СНиП 2.01.07-85 действует только на территории РФ, для Беларуси данные будут немного ниже.

Конечно, эта карта лишь общая и всякие экзотические ситуации в ней не отражены. В горных и малоизученных районах, обозначенных на карте серым цветом, а так-же в пунктах с высотой над уровнем моря более 1500 метров, в местах со сложным рельефом и иных случаях вес снегового покрова допускается определять на основе данных ближайшей метеостанции.

Вес снегового покрова Sk по Еврокоду (для РБ)

Для Беларуси выделяют три снеговых района, каждый из которых разделён ещё на несколько подрайонов и величину снеговой нагрузки определяют с учётом высоты над уровнем моря по формулам из таблицы НП.1:

В принципе, если вы не знаете высоту над уровнем моря своего участка, то, думаю, не будет большой ошибкой принять величину снеговой нагрузки просто по легенде карты.

Районирование территории РФ по средней скорости ветра за зимний период

где

А - открытые побережья морей, озер и

водохранилищ, сельские местности, в том

числе с постройками высотой менее 10 м,

пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В – городские территории, лесные массивы

и другие местности, равномерно покрытые

препятствиями высотой более 10 м;

С – городские районы с плотной застройкой

зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в

местности данного типа, если эта местность

сохраняется с наветренной стороны на

расстоянии 30h – при высоте сооружения

h до 60 м и на расстоянии 2 км – при h > 60 м.

Для покрытий с уклонами от 12% до 20% однопролетных и многопролетных зданий без фонарей, проектируемых в районах с V > 4 м/с следует установить коэффициент сноса ce = 0,85.

Для купольных сферических и конических покрытий зданий диаметром до 60 м ce = 0,85.

Снижение снеговой нагрузки, предусматриваемое этим коэффициентом, не распространяется:

на покрытия зданий в районах со среднемесячной температурой воздуха в январе выше минус 5° С (для России это только район Краснодара и Махачкалы);
на покрытия зданий, защищенных от прямого воздействия ветра соседними более высокими зданиями, удаленными менее чем на 10h, где h – разность высот соседнего и проектируемого зданий.

Коэффициент се по Еврокоду (для РБ)

В Еврокоде этот коэффициент имеет несколько другое название, нежели в СНиП. Здесь он называется Коэффициентом окружающей среды, однако, по сути учитывает схожие явления. При выборе этого коэффициента следует учитывать предполагаемые условия эксплуатации сооружения:

Не защищённые от ветра (плоские, открытые со всех сторон территории или поверхности, которые незначительно защищены, а также высокие здания или деревья) сооружения, с размером не более 50 м по длинной стороне: Се = 0,8.
Обычные и закрытые от ветра сооружения, и сооружения более 50 м: Се = 1,0.

Коэффициент надёжности γf

Свод правил СП 20.13330.2011 предписывает принимать коэффициент надежности по снеговой нагрузке γf = 1,4.

Пример

Для примера, возьмём расчёт двускатной кровли дома с аэраторами возле конька под Брестом. Угол наклона 25°.

Снеговой регион по Еврокоду - 1б. Высота над уровнем моря - 140 м.

S = ψ · ce · ct · μ · Sk · γf

ψ = 0,6

се = 1

сt = 1

μ1 = 0,75 на западном скате и μ2 = 1,25 на восточном скате.

Sk = 1.35 + 2.2*(140-155)/100 = 1.02 кПа.

γf = 1,4

S1 = 0,6 · 1 · 1 · 0,75 · 1,02 · 1,4 = 0,6426 кПа. (66 кгс/м² на западном скате)

S2 = 0,6 · 1 · 1 · 1,25 · 1,02 · 1,4 = 1,071 кПа. (110 кгс/м² на восточном скате)

Мы посчитали нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия.

Коэффициент перехода μ по СНиП (для РФ)

Конечно, снег на крышах лежит неравномерно. Он может сползать, таять, его сдувает ветром, за выступами и парапетами образуются сугробы и т.д. В расчётах необходимо учитывать все эти явления и факторы в наиболее неблагоприятных сочетаниях. Учётом многих стандартных ситуаций занимается коэффициент μ. В СНиП для определения величины этого коэффициента написано целое приложение Г на 12 листов с графиками и схемами, но для большинства частных домов достаточно указать лишь несколько вариантов. Особое внимание следует придавать коэффициентам формы для снеговых нагрузок в случаях, когда внешняя геометрия кровли способствует существенному увеличению снеговой нагрузки по сравнению с прямолинейной формой.
Для односкатных, двухскатных и купольных покрытий этот коэффициент, в зависимости от угла ската α, лежит в диапазоне:

от μ = 1 при α < 30°

до μ = 0 при α > 60°
при этом все промежуточные значения определяют линейной интерполяцией по формуле: μ = (60 - α) / 30

Однако, если у вас имеются ходовые мостики или аэрационные устройства по коньку покрытия - всё становится уже по другому, т.к. эти устройства способствуют удержанию снега и образованию сугробов. При угле скатов от 20° до 40° на скате с подветренной стороны μ = 0,75, а на втором скате μ = 1,25. При угле от 10° до 30° с подветренной стороны μ = 0,6, за коньком до середины ската μ = 1,4, на оставшейся части ската μ=0,6. (См. поясняющий рис. слева )
Если у вас крыша более сложной формы, рекомендую ознакомится с полным перечнем вариантов из приложения Г в СНиП 2.01.07-85 (СП 20.13330.2011)

Коэффициент формы снеговых нагрузок μ по Еврокоду (для РБ)

Коэффициент μ в Еврокоде немного по другому называется, но его суть такая-же, как и в СНиП. В Еврокоде величина коэффициента для односкатных покрытий принята немного меньше:

от μ = 0,8 при α < 30°

до μ = 0 при α > 60°

при этом все промежуточные значения определяют линейной интерполяцией по формуле: μ = 0,8 * (60 - α) / 30

Значение этого коэффициента применимо в случае, когда снег беспрепятственно соскальзывает с покрытия. При наличии на кровле снегоудерживающих заграждений или других элементов кровельных сооружений или когда нижний край ската покрытия заканчивается парапетом, коэффициент формы должен быть не менее 0,8. Остальные условия - такие же, как и в СНиП.

Термический коэффициент сt

Термический коэффициент Сt следует применять для учёта понижения снеговых нагрузок на покрытия с высоким коэффициентом теплоотдачи вследствие таяния, вызванного потерей тепла. Т.е. его вводят для цехов, заводов и других объектов с избытком тепла и неутеплённой крышей (например: стеклянные кровли). Для таких случаев Сt = 0,8.

Для всех остальных случаев Сt = 1. Этот коэффициент одинаков в обоих документах.

Коэффициент се по СНИП (для РФ)

В СНиП этот коэффициент учитывает снос и перемещение снега. Для пологих (с уклоном до 12% или с f/L < 0.05) покрытий однопролётных и многопролётных зданий без фонарей, проектируемых в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца V > 2 м/с, следует установить коэффициент сноса снега по формуле:

Се = (1,2 - 0,1·V·√k)·(0,8+0,002·b)

где V - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца (см. карту слева);
b - ширина покрытия, принимаемая не более 100м;
k - коэффициент типа местности, принимаемый по таблице: