Временная нагрузка для кровли

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]:

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:

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.

1. Монолитная железобетонная плита — 100 мм.

2. Цементно-песчаная стяжка — 30 мм.

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.

— 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.

Источник

Строительные калькуляторы — ProstoBuild.ru

Расчет стропильной системы крыши

— Стропильная нога (стропила) – основной элемент стропильной системы. Изготавливают чаще всего из бруса шириной 50-100 мм, высотой 100-200 мм.
— Мауэрлат – элемент стропильной системы, который укладывается на несущие стены и равномерно передает нагрузку от стропильных ног на стены. Сечение мауэрлата чаще всего 100х100, 100х150 либо 150х150 мм.
— Прогон – элемент стропильной системы. Передает нагрузку стропильных ног на стойки, а также обеспечивает дополнительную жесткость стропильной системы. Сечение 100х100, 100х150 либо 100х200 мм.
— Лежень – элемент стропильной системы. Функции лежня схожи с мауэрлатом (это перераспределение точечной нагрузки от стоек/стропильных ног в распределенную нагрузку на несущие стены). Разница в том, что на мауэрлат опираются стропильные ноги, а на лежень – стойки. Сечение 100х100, 100х150 либо 150х150 мм.
— Стойка – вертикальный элемент стропильной системы, служащий для передачи нагрузки от стропильной ноги на лежень. Сечение 100х100, 100х150 мм.
— Подкос – элемент стропильной системы, который служит для подпорки стропильной ноги и снятия с нее части нагрузки. Сечение 100х100, 100х150 мм.
— Затяжка – горизонтальный элемент стропильной системы, служащий для восприятия распорной нагрузки от стропильных ног на несущие стены. Сечение 50х150 мм.
— Обрешетка – элемент стропильной системы, предназначенный для передачи нагрузки кровли на стропильные ноги.
— Кобылка – элемент стропильной системы, который используется как продолжение стропильной ноги и служит главным образом для экономии материала, либо просто при недостаточной длине стропильной ноги. Сечение 50х150 мм.

Расчет размеров, определение угла наклона

1. Когда у Вас есть пролет и угол наклона
2. Когда у Вас есть пролет и высота конька

Расчет по пролету и углу наклона:

Длина стропильной ноги будет состоять из суммы двух длин:

где L1 = C / cos a
L2 = B / cos a
C – выступ стропильной ноги (см. рисунок)
B – ширина пролета (см. рисунок)
а – угол наклона в градусах (если у вас угол дан в промилях или процентах – можете перевести у нас на калькуляторе)

Расчет по пролету и высоте конька:

Длина стропильной ноги L в обоих случаях будет максимально приближена в реальному размеру.

Сбор нагрузок на стропильную систему

1. Снеговая нагрузка
2. Ветровая нагрузка
3. Постоянная нагрузка от:
— Вес кровельного материала
— Вес обрешетки
— Вес утеплителя
— Собственный вес стропильной системы

Для начала давайте узнаем грузовую площадь на стропильную ногу. Грузовая площадь – это площадь, с которой нагрузка действует на расчетную конструкцию (стропильную ногу).

На рисунке показаны две грузовые площади (заштрихованы): на стропильную ногу №1 (F=L·D) и на стропильную ногу №2 (F=0,5·D·L). Логично, что площадь №2 в два раза меньше, чем площадь №1, а следовательно и стропильная нога №2 несет нагрузку в 2 раза меньше и сечение ее должно быть меньше, но с целью унифицирования конструкций стропильных ног, мы будем рассчитывать наиболее нагруженную и полученное сечение принимать для всех.

Например: длина стропильной ноги (возьмем с предыдущего примера) L=6410 мм, а расстояние между ними 900 мм. Следовательно, грузовая площадь на наиболее нагруженную стропильную ногу будет равна:

Перевести мм2 в м2 можно здесь.

Снеговая нагрузка – это основная нагрузка, которая действует на стропильную систему.

Искомая величина снеговой нагрузки равна

— если угол а ≤ 30 градусов, то μ=1
— если угол 30 Расчет стропильной системы

Расчет на прочность стропильной ноги будет основываться на следующей формуле:

Где M – максимальный изгибающий момент
W – момент сопротивления поперечного сечения изгибу
Rизг – расчетное сопротивление изгибу (1-ый сорт древесины – 14 Мпа, 2-ой сорт– 13Мпа, 3-ий сорт – 8,5Мпа)

Момент сопротивления прямоугольного сечения:

Где b – ширина сечения стропильной ноги
h – высота сечения стропильной ноги

Если задаться, что высота h в 1,5 раза больше чем ширина b, то в итоге мы будем иметь следующую формулу.

Если задаться, что высота h в 2 раза больше чем ширина b, то в итоге мы будем иметь следующую формулу.

Исходные данные – сосна 1 сорт, а геометрия и нагрузки такие же как в примерах выше.

Максимальный изгибающий момент рассчитаем у нас на калькуляторе путем ввода значений, посчитанных выше либо по формуле M=q·L1·L1/8 (менее точная):

L1 = 5189 мм – основной пролет
L2 = 1221 мм – правая консоль
q = 335,88 кг/м – нагрузка q

Результатом будем иметь максимальный изгибающий момент M=1008,7 кг·м

Переведем наш момент из кг*м в Н*мм.

Зададимся отношением h/b=1,5, следовательно, формула прочности будет иметь следующий вид:

Принимаем b = 125 мм, а высота h тогда будет 1,5·125=187,5 мм. Принимаем h =200 мм.

Полученное сечение стропильной ноги – 125х200 мм

Если задались бы отношением h/b=2, то получили бы следующее:

Принимаем b = 125 мм, а высота h тогда будет 2·125=250 мм. Принимаем h =250 мм.

Полученное сечение стропильной ноги – 125х250 мм

Итак, в г. Томск для крыши под углом 35 градусов с шагом стропил 900 мм из сосны I сорта, высотой до конька 7м с профнастилом в качестве кровельного материала подойдут стропила сечением 125х200 мм.

Подводя итог, можно сказать, что рассчитать стропила отнюдь не сложно, главное – внимательно собрать и рассчитать все данные.

Источник

Калькулятор нагрузки на двускатную крышу

Сбор нагрузки действующей на двускатную крышу СП 20.13330

Снеговая (?) и Ветровая (?) нагрузки

Введите значение из технических характеристик материала кровли, кг/м²
(прочтите пояснение внизу)

Введите значение из тех. характеристик материала обшивки, кг/м²
(прочтите пояснение внизу)

Тип местности

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
Б – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
В – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30 высот проектируемого здания, а для высоких сооружений (более 60 м) на расстоянии 2 км.

Снеговая нагрузка

Нормативная снеговая нагрузка рассчитывается по формуле: S = S_нор ∙ µ ∙ c_e ∙ c_t ,

где S_нор – нормативное значение веса снега, лежащего на одном квадратном метре горизонтальной поверхности земли. Принимается по карте снеговых районов РФ и таблице СП 20-13330;

Вид нагрузки	Норм.	Коэф.	Расч.

Сне­го­вые рай­о­ны РФ	1	2	3	4	5	6	7	8
Sнор, кПа	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4

µ – коэффициент перевода снеговой нагрузки с горизонтальной поверхности земли на наклонные поверхности скатов крыши. Учитывает уклоны крыши. Принимается по СП 20-13330 приложению Б.

c_e и c_t – коэффициенты, учитывающие снос снега с пологих крыш (менее 10°) и частичное стаивание снега на крышах с плохой теплоизоляцией чердачного перекрытия. В данном калькуляторе не рассматриваются двухскатные крыши с уклонами менее 15° и крыши снег на которых тает от тепла просачивающегося из помещений дома. Поэтому c_e и c_t приняты равными единице (c_e = c_t = 1).

Расчетная снеговая нагрузка получается умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности 1,4.

Ветровая нагрузка

Нормативная ветровая нагрузка рассчитывается по формуле: W = W₀ ∙ k_z ∙ c ∙ (1 + ζ ∙ ν),

где W₀ — нормативное значение давления ветра на один квадратный метр вертикальной поверхности. Принимается по карте ветровых районов РФ;

k_z — коэффициент учитывающий изменение давления ветра в зависимости от высоты (z) над поверхностью земли. Рассчитывается по формуле: k_z = k₁₀ ∙ (z/10) 2α , значения k₁₀, α, ζ₁₀ приведены в таблице:

Параметр	Тип местности
	А	В	С
α	0,15	0,2	0,25
k10	1	0,65	0,4
ζ10	0,76	1,06	1,78

ζ — коэффициент пульсации давления ветра. Рассчитывается по формуле: ζ z = ζ 10 ∙ (z/10) -α ;

с — коэффициент перевода вертикальной ветровой нагрузки в горизонтальную. Принимается по рисунку СП 20-13330 приложения В;

ν — коэффициент пространственной корреляции, пульсирующей составляющей ветровой нагрузки. Определяется по таблице:

b, м	Коэффициент ν при h, м
	5	10	20
0,1	0,95	0,92	0,88
5	0,89	0,87	0,84
10	0,85	0,84	0,81
20	0,80	0,78	0,76

Расчетная ветровая нагрузка получается умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности 1,4.

Обрешетка из досок или брусков

Обрешетка из листового материала

Обрешетка для внутренней обшивки

Собственный вес стропил СП 64.13330

Плотность сосны и ели для условий эксплуатации 1А, 1 и 2 — 500 кг/м³

При необходимости учесть контробрешетку по верху стропил для крепления подкровельных мембран, если она не учтена калькулятором в позициях выше, увеличьте высоту стропил на толщину брусков контробрешетки

Результат вычисления

Перевести в кг/м²

Пояснения к калькулятору

Нагрузка, действующая на крышу, складывается из суммы нагрузок: снеговой, ветровой и собственного веса крыши. Снеговая и ветровая нагрузки принимаются по картам СНиП 2.01.07 «Нагрузки и воздействия» составленным по данным многолетних метеорологических наблюдений. Эти нагрузки должны быть скорректированы в зависимости от конкретного положения здания на местности: ориентирования его относительно розы ветров, характера окружающей застройки, уклона крыши, высоты и ширины здания.

При расположении здания в каком-то конкретно заданном регионе строительства на него будет действовать ветер разной силы в зависимости от того где оно будет находиться — в городской застройке, в лесу или на берегу водоема. Сила ветра также зависит от высоты здания. Чем оно выше, тем с большей силой давит на него ветер. От ширины здания и уклона скатов крыши зависит распределение силы ветра по плоскости ската крыши. Она будет изменяться от центра к краям ската крыши. Расположение здания относительно преобладающих ветров также изменяет ветровую нагрузку на скаты крыши. Наветренный скат крыши принимает на себя полное давление ветра, а на подветренном скате, наоборот, происходит отсос воздуха и возникает подъемная сила, уменьшающая ветровую нагрузку.

Ветер влияет и на снеговую нагрузку. Без ветра снег на крыше лежал бы ровным слоем, но ветер подхватывает снежинки и переносит на подветренный скат создавая на нем снеговые мешки. Поэтому снеговая нагрузка получается неравномерной. На подветренной стороне на крышах со средним уклоном скатов скапливается больше снега, чем на наветренной и больше чем на поверхности земли. Количество переносимого через конек снега зависит от уклона скатов. На крутых крышах снег не переносится, на пологих переносится, но не задерживается — сдувается на землю.

Совместное сочетание снеговой и ветровой нагрузки дает самые разнообразные результаты. На крышу здания расположенного в одной климатической зоне может действовать разная по силе суммарная нагрузка и она будет различной на подветренном и наветренном скатах.

Собственный вес крыши складывается из веса конструкций крыши и кровли. Их сочетания могут быть самыми разнообразными, калькулятор это учитывает. Все нагрузки, действующие на крышу, калькулятор переводит в нагрузки действующие на горизонтальную проекцию крыши, как это указано в СП «Нагрузки и воздействия». Снеговую и ветровую нагрузку калькулятор считает по правилам СП, а нагрузки от веса кровли и собственного веса крыши пересчитывает с учетом угла наклона скатов крыши с градацией 5°. Например, вес волнистых асбестоцементных листов, уложенных на наклонной крыше не равен весу таких же листов, уложенных на горизонтальной проекции крыши. На наклонной поверхности их будет больше, чем на горизонтальной. Калькулятор пересчитывает вес «пирога» крыши в зависимости от угла наклона скатов крыши. Однако если параметры веса крыши нужно внести максимально точно, то калькулятор позволит это сделать. Сбросьте все параметры, характеризующие вес крыши на ноль, и введите в поля «Вес кровли» и/или «Вес внутренней обшивки» свои значения. В этих полях можно ввести любые цифры и калькулятор не будет пересчитывать их привязывая к углу наклона скатов, он примет их такими, какими вы их ввели. Например, вам точно известно сколько будет весить весь материал кровли и внутренней обшивки, и вы можете сами пересчитать какая доля этого веса приходится на 1 м² горизонтальной проекции крыши. Ручной ввод этих параметров позволят учесть вес любых строительных материалов и любого угла наклонов скатов.

Калькулятор рассчитывает нагрузку, действующую в различных регионах строительства на двускатную крышу. Возможен расчет нагрузки только от веса снега и давления ветра, если оставить остальные позиции ввода значений нетронутыми или приравнять их к нулю. При необходимости калькулятор переводит конечные значения из кПа в кг/м². Калькулятор работает на основе действующих нормативных документах и применяет коэффициенты надежности, приведенные в этих документах. Для расчёта веса кровельных материалов взяты усредненные данные из технических характеристик изготовителей материалов. При вводе своих значений веса материалов, коэффициенты надежности учитывать не нужно, они уже введены в калькулятор.

Источник

Читайте также:  Техника безопасности при выполнении кровель