Сбор нагрузок на покрытие плоской кровли пример

Обновлено: 16.05.2024

Примеры поверочных расчетов

Сбор нагрузок проведен в соответствии с СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» [1].

В расчете учтены следующие нагрузки:
1) Полезная нагрузка и нагрузка от временных перегородок (на перекрытия)

Нормативные значения полезной нагрузки приняты в соответствии с п.8.2.1 [1] по Таблице 8.3 [1]: 1,5 кПа – для жилых помещений; 0,7 кПа – для чердачных помещений. В соответствии с требованиями п.8.2.2 [1], нагрузка от временных перегородок учитывалась как равномерно распределенная добавочная нагрузка, нормативное значение которой принято равным 0,5 кПа.
В соответствии с п.8.2.2 [1] и, принимая во внимание, что полные нормативные значения полезной нагрузки меньше 2,0 кПа, коэффициент надежности по полезной нагрузке, принят равным 1,3. В соответствии с п.8.2.2 и п.7.2 [1] коэффициент надежности по нагрузке от веса временных деревянных перегородок принят по Таблице 7.1 [1] равным 1,1.

2) Снеговая нагрузка (на покрытие)

Нормативное значение снеговой нагрузки вычислено согласно п.10.1 [1]:

В соответствии с п.10.12 [1] коэффициент надежности по снеговой нагрузке принят равным 1,4.

3) Нагрузка от веса конструкций

Значение нагрузок от 1 м2 перекрытий/покрытия вычислено в зависимости от их состава по результатам вскрытий.
Плотность материалов, входящих в состав перекрытий/покрытия, принята на основе справочных данных: 7850 кг/м3 – для стали; 2400 кг/м3 – для бетона; 1900 кг/м3 – для кирпичной кладки; 700 кг/м3 – для дерева; 1800 кг/м3 – для раствора штукатурных слоев; 1200 кг/м3 – для шлака засыпки и иного строительного мусора.
Масса 1 м.п. стальной балки (рельс) P принята на основе справочных данных равной: 25,6 кг.
Коэффициенты надежности по нагрузке от веса строительных конструкций приняты по Таблице 7.1 [1]: 1,05 – для стальных конструкций; 1,1 – для деревянных и бетонных.

РАСЧЕТ БАЛОК ПЕРЕКРЫТИЙ

2.1. Расчет стальных балок перекрытий

1) Общие положения
Расчет стальных балок перекрытий проведен в соответствии с СП
16.13330.2011 «Стальные конструкции» [2].
Проверено выполнение следующих требований СП 16.13330.2011 [2]:

(расчет по первой группе предельных состояний: п.8.2.1 [2])

f ≤ [f] (расчет по второй группе предельных состояний)
где f max – максимальный прогиб балки;

– [f] предельный прогиб балки.

В расчете приняты следующие прочностные и деформационные
характеристики стали: Ry=210 МПа (в соответствии с п.18.2.4 [2]); E=2·105 МПа.
Нормативное и расчетное значения нагрузки на 1 м2 балок (gн, gр) приняты по результатам сбора нагрузок (см. соответствующий пункт). Геометрические характеристики балок (расчетный пролет lр, средняя грузовая полоса балки aср.) приняты на основе обмеров. Геометрические характеристики сечения балок (Iy, Wy)
приняты на основе справочных данных.

Наибольшие внутренние усилия (изгибающий момент Mmax, поперечная сила Qmax) и прогиб балки fmax вычислены по общим правилам Сопротивления материалов для данной расчетной схемы:

Предельный прогиб [f] вычислен в соответствии с Таблицей Е.1 СП 20.13330.2011 [1] в зависимости от пролета балки.

2) Расчет стальных балок (рельс) перекрытия подвала

Геометрические характеристики балки: аср.=0,95 м, lр=6,0 м, [f]=lр/200=6,0/200=0,030 м=3,0 см.

Геометрические характеристики сечения балки:

Нагрузка от 1 м2 перекрытия: gр=8,41 кПа (gн=7,23 кПа).

Нагрузки на 1м.п. балки: qр=gр·а=8,41·0,95=7,99 кН/м (qн=gн·а=7,23·0,95=6,87 кН/м).

Наибольшие внутренние усилия:

Расчет по первой группе предельных состояний (условия прочности)

Расчет по второй группе предельных состояний (условие жесткости)

Вывод: стальные балки (рельс) перекрытия подвала не удовлетворяют условиям прочности и жесткости.

2.2. Расчет деревянных балок перекрытий

1) Общие положения
Расчет деревянных балок перекрытий проведен в соответствии с СП
64.13330.2011 «Деревянные конструкции» [3].
Проверено выполнение следующих требований СП 64.13330.2011 [3]:

(расчет по первой группе предельных состояний: п.6.9 [3])

где сигма макс – максимальное нормальное напряжение в опасном сечении балки;

Rи – расчетное сопротивление древесины при изгибе.

В расчетах принята древесина второго сорта со следующими прочностными и деформационными характеристиками:

Нормативное и расчетное значения нагрузки на 1 м2 балок (gн, gр) приняты по результатам сбора нагрузок (см. соответствующий пункт). Геометрические характеристики балок (расчетный пролет lр, средняя грузовая полоса балки aср.) приняты на основе обмеров. Геометрические характеристики сечения балок (Iy, Wy)
вычислены по общим правилам Сопротивления материалов для данного профиля сечения:

– для круглого сечения (черепные бруски в запас не
учитывались).

Предельный прогиб [f] вычислен в соответствии с Таблицей Е.1 СП 20.13330.2011 [1] и Таблицей 19 СП 64.13330.2011 в зависимости от пролета балки (выбрано наименьшее значение).

2) Расчет деревянных балок (b×h=100×200 мм) перекрытия первого-третьего этажей

Геометрические характеристики балки: аср.=1,0 м, lр=6,0 м,

Геометрические характеристики сечения балки (b×h=100×200 мм):

Нагрузка от 1 м2 перекрытия: gр=4,52 кПа (gн=3,68 кПа).

Нагрузки на 1м.п. балки: qр=gр·а=4,52·1,0=4,52 кН/м (qн=gн·а=3,68·1,0=3,68 кН/м).

Наибольшие внутренние усилия:

Расчет по первой группе предельных состояний (условия прочности)

Расчет по второй группе предельных состояний (условие жесткости)

Вывод: деревянные балки перекрытия первого-третьего этажей (b×h=100×200 мм) не удовлетворяют условиям прочности и жесткости.

3) Расчет деревянных балок (b×h=100×200 мм) перекрытия четвертого этажа (чердачное перекрытие)

Геометрические характеристики балки: аср.=1,05 м, lр=6,0 м, [f]=lр/200=6,0/200=0,030 м=3,0 см.
Геометрические характеристики сечения балки (b×h=100×200 мм):

Нагрузка от 1 м2 перекрытия: gр=4,48 кПа (gн=3,77 кПа).
Нагрузки на 1м.п. балки: qр=gр·а=4,48·1,05=4,70 кН/м (qн=gн·а=3,77·1,05=3,96 кН/м).

Наибольшие внутренние усилия:

Расчет по первой группе предельных состояний (условия прочности)

Расчет по второй группе предельных состояний (условие жесткости)

Вывод: деревянные балки перекрытия четвертого этажа (b×h=100×200 мм) не удовлетворяют условиям прочности и жесткости.

РАСЧЕТ СТРОПИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

1) Общие положения
Расчет деревянных элементов стропильной системы проведен в соответствии с СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» [3].
Проверено выполнение следующих требований СП 64.13330.2011 [3]:

(расчет по первой группе предельных состояний: п.6.17 [3])

где сигма max– максимальное нормальное напряжение в опасном сечении балки;
Rс – расчетное сопротивление древесины при сжатии.

f ≤ [f] (расчет по второй группе предельных состояний)
где f max – максимальный прогиб стропильной ноги;

[f] – предельный прогиб стропильной ноги.

В расчетах принята древесина второго сорта со следующими прочностными и деформационными характеристиками: Rс=14 МПа; Е=1·104 МПа.

Геометрические характеристики сечения балок (Iy, Wy) вычислены по общим правилам Сопротивления материалов для данного профиля сечения:

– для прямоугольного сечения (черепные бруски в запас не учитывались).

Наибольшие внутренние усилия (изгибающий момент Mmax, поперечная сила Qmax) и прогиб балки fmax определены с помощью вычислительного комплекса SCAD. Предельный прогиб [f] вычислен в соответствии с Таблицей Е.1 СП 20.13330.2011 [1] и Таблицей 19 СП 64.13330.2011 в зависимости от пролета балки (выбрано наименьшее значение).

РАСЧЕТ СТЕН

Прочностной расчет стен

Прочностной расчет кирпичных стен проведен в соответствии с СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции» [3].

Произведен расчет кирпичных столбов (b×h=500×650 мм) по оси Б.

Проверено выполнение требования п.7.1 СП 15.13330.2012 [4]:

Значение расчетного сопротивления кладки сжатию R принято равным 2,0 МПа.
Плотность кирпичной кладки ро, а также раствора штукатурных слоев, принята на основе справочных данных равной 1900 кг/м3. Коэффициент надежности по нагрузке от веса кладки принят по Таблице 7.1 [1] равным 1,1.

2) Расчет кирпичных столбов (b×h=500×650 мм) по оси Б
Продольная сила, действующая на нижней плоскости столба

Минимальная несущая способность участка столба

Вывод: несущая способность кирпичных столбов по оси Б достаточна для восприятия действующих на них нагрузок.

4.2. Теплотехнический расчет стен

1) Общие положения
Теплотехнический расчет кирпичных стен проведен в соответствии с СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» [6].
Произведен расчет наружной кирпичной стены толщиной в два кирпича дореволюционного размера

выполненной из кирпича полнотелого керамического и оштукатуренной с двух сторон (средняя толщина слоя 25 мм, γ0=1800 кг/м3).

2) Теплотехнический расчет наружных стен
Характеристики стены

Вывод: сопротивляемость наружной стены теплопередаче недостаточна

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ И ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ

1) Общие положения
Расчет фундаментов и грунтов основания проведен в соответствии с СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» [5].
Произведен расчет фундамента кирпичного столба по оси Б.
Проверено выполнение требования п.5.6.7 СП 22.13330.2011 [5]:

где p ср. – среднее давление под подошвой фундамента;
R – расчетное сопротивление грунтов основания фундамента.

В соответствии с инженерно-геологическими изысканиями в сжимаемой толще залегают супеси пылеватые. Расчетное сопротивление грунта основания R принято равным 250 кПа. Плотность бутовой кладки принята на основе справочных данных равной 2400 кг/м3.

2) Расчет фундамента продольной стены

Вывод: пластические деформации под подошвой фундамента несущих столбов не развиваются глубже допускаемого значения.

Пример 1.3 Сбор нагрузок на балку перекрытия

Решение

Данный тип здания относится ко II классу ответственности. Коэффициент надежности по ответственности γн = 1,0.

Состав пола и значения постоянных нагрузок примем из примера 1.1.

Нагрузки, действующие на балку, принимаются линейно распределенными (кН/м). Для этого равномерно распределенные нагрузки на перекрытие умножаются на ширину грузового участка, равному для средних балок шагу рам. В нашем примере см. рис. 1 ширина грузового участка составляет В = 6,6 м. Остается умножить постоянную нагрузку, вычисленную в примере 1.1, на данную величину и записать в таблицу 1:

q1 = 5,89*В = 5,89*6,6 = 38,87 кН/м;

q1p = 6,63*В = 6,63*6,6 = 43,76 кН/м.

Таблица 1

Сбор нагрузок на балку перекрытия

Вид нагрузки

Норм. кН/м

Коэф. γt

Расч. кН/м

Постоянная нагрузка

1. Ж.б. плита + пол

2. Собственный вес балки

Всего:

Временная нагрузка

1. Полезная нагрузка:

кратковременная ν1

длительная р1

2. Перегородки (длительная) р2

Вычислим нагрузку от собственного веса балки.

Объемный вес железобетона равен 2500 кг/м3 (25 кН/м3). При высоте балки h = 0,5 м и ее ширине b = 0,4 м нормативное значение нагрузки от собственного веса составляет

q2 = 25*h*b*γн =25*0,5*0,4*1,0 =5,0 кН/м.

Коэффициент надежности по нагрузке γt = 1,1, тогда расчетное значение составит:

q2р = q2*γt =5*1,1 =5,5 кН/м.

Суммарная нормативная постоянная нагрузка составляет

q = q1 + q2 = 38,87 + 5,0 = 43,87 кН/м;

qр = q1р + q2р = 43,76 + 5,5 = 49,26 кН/м.

Понижающие коэффициенты φ1, φ2, φ3 или φ4, при расчете балок нормативные значения нагрузок, допускается снижать в зависимости от грузовой площади А, м2, рассчитываемого элемента умножением на коэффициент сочетания φ. При грузовой площади А = 6,6*7,2 = 47,52 м2 и при А = 47,52 м2 > А1 = 9,0 м2 для помещений коэффициент сочетания φ1 определяется по формуле:

φ1 = 0,4 + 0,6/ √(А/А1) = 0,4 + 0,6/√(47,52/9,0) = 0,66.

Полное (кратковременное) нормативное значение нагрузки от людей и мебели для квартир жилых зданий составляет 1,5 кПа (1,5 кН/м2). Учитывая коэффициент надежности по ответственности здания γн = 1,0 и коэффициент сочетания φ1 = 0,66, итоговая нормативная кратковременная полезная нагрузка составляет:

ν1 = 1,5*В*γн*φ1 = 1,5*6,6*1,0*0,66 = 6,53 кН/м.

При нормативном значении временной нагрузки менее 2,0 кПа коэффициент надежности по нагрузке γt принимается равным γt = 1,3. Тогда расчетное значение составляет:

ν1р = ν1*γt = 6,53*1,3 = 8,49 кН/м.

Длительную полезную нагрузку получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,35 т.е:

р1 = 0,35*ν1 = 0,35*6,53 = 2,29 кН/м;

р1р = р1*γt = 2,29*1,3 = 2,98 кН/м.

Нормативное значение равномерно распределенной нагрузки от перегородок составляет не менее 0,5 кН/м2. Приводим ее к линейно распределенной нагрузке на балку путем умножения на ширину грузового участка В=6,6 м:

р2 = 0,5*В*γн = 0,5*6,6*1,0 = 3,3 кН/м.

Расчетное значение нагрузки тогда:

р2р = р2*γt = 3,3*1,3 = 4,29 кН/м.

I сочетание: постоянная нагрузка (собственный вес перекрытия и балки) + полезная (кратковременная).

При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную), коэффициент Ψl, Ψt вводить не следует.

q1 = q + ν1 = 43,87 + 6,53 = 50,4 кН/м;

q1р = qр + ν1р = 49,26 + 8,49 = 57,75 кН/м.

II сочетание: постоянная нагрузка (собственный вес перекрытия и балки) + полезная (кратковременная) + нагрузка от перегородок (длительная).

Поскольку во II сочетании присутствует одна кратковременная и одна длительная нагрузка, то коэффициент Ψl и Ψt = 1,0.

qII = q + ν1 + р2 = 43,87 + 6,53 + 3,3 = 53,7 кН/м;

qIIр = qр+ ν1р + р2р = 49,26 + 8,49 + 4,29 = 62,04 кН/м.

Пример 1.1 Сбор нагрузок на плиту перекрытия жилого здания

Требуется собрать нагрузки на монолитную плиту перекрытия жилого дома. Толщина плиты 200 мм. Состав пола представлен на рис. 1.

Решение

Жилые здания относятся ко II уровню ответственности, следовательно, коэффициент надежности по ответственности γн = 1,0. На этот коэффициент будем умножать значения всех нагрузок. (Для выбора коэффициента см. статью Коэффициент надежности по ответственности зданий и сооружений )

Сначала рассмотрим нагрузки от плиты перекрытия и конструкции пола. Эти нагрузки являются постоянными, т.к. действуют на всем протяжении эксплуатации здания.

1. Объемный вес железобетона равен 2500 кг/м3 (25 кН/м3). Толщина плиты δ1 = 200 мм = 0,2 м, тогда нормативное значение нагрузки от собственного веса плиты перекрытия составляет:

q1 = 25*δ1*γн = 25*0,2*1,0 = 5,0 кН/м2.

2. Нормативная нагрузка от звукоизоляционного слоя из экструдированного пенополистирола плотностью ρ2 = 35 кг/м3 (0,35 кН/м3) и толщиной δ2 = 30 мм = 0,03 м:

q2 = ρ2*δ2*γн = 0,35*0,03*1,0 = 0,01 кН/м2.

3. Нормативная нагрузка от цементно-песчаной стяжки плотностью ρ3 = 1800 кг/м3 (18 кН/м3) и толщиной δ3 = 40 мм = 0,04 м:

q3 = ρ3*δ3*γн = 18*0,04*1,0 = 0,72 кН/м2.

4. Нормативная нагрузка от плиты ДВП плотностью ρ4 = 800 кг/м3 (8 кН/м3) и толщиной δ4 = 5 мм = 0,005 м:

q4 = ρ4*δ4*γн = 8*0,005*1,0 = 0,04 кН/м2.

5. Нормативная нагрузка от паркетной доски плотностью ρ5 = 600 кг/м3 (6 кН/м3) и толщиной δ5 = 20 мм = 0,02 м:

q5 = ρ5*δ5*γн = 6*0,02*1,0 = 0,12 кН/м2.

Суммарная нормативная постоянная нагрузка составляет

q = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 = 5 + 0,01 + 0,72 + 0,04 + 0,12 +5,89 кН/м2.

Расчетное значение нагрузки получаем путем умножения ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке γt.

Теперь определим временные (кратковременные и длительные) нагрузки. Полное (кратковременное) нормативное значение нагрузки от людей и мебели (так называемая полезная нагрузка) для квартир жилых зданий составляет 1,5 кПа (1,5 кН/м2). Учитывая коэффициент надежности по ответственности здания γн = 1,0, итоговая кратковременная нагрузка от людей составляет:

ν1p = ν1*γt = 1,5*1,3 = 1,95 кН/м2.

Длительную нагрузку от людей и мебели получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,35, указанный в табл. 6, т.е:

р1 = 0,35*ν1 = 0,35*1,5 = 0,53 кН/м2;

р1р = р1*γt =0,53*1,3 = 0,69 кН/м2.

Полученные данные запишем в таблицу 1.

Помимо нагрузки от людей необходимо учесть нагрузки от перегородок. Поскольку мы проектируем современное здание со свободной планировкой и заранее не знаем расположение перегородок (нам известно лишь то, что они будут кирпичными толщиной 120 мм при высоте этажа 3,3 м), принимаем эквивалентную равномерно распределенную нагрузку с нормативным значением 0,5 кН/м2. С учетом коэффициента γн = 1,0 окончательное значение составит:

р2 = 0,5*γн = 0,5*1,9 =0,5 кН/м2.

При соответствующем обосновании в случае необходимости нормативная нагрузка от перегородок может приниматься и большего значения.

Коэффициент надежности по нагрузке γt = 1,3, поскольку перегородки выполняются на строительной площадке. Тогда расчетное значение нагрузки от перегородок составит:

р2р = р2*γt = 0,5*1,3 = 0,65 кН/м2.

(Для выбора плотности основных строй материалов см. статьи:

Классификация нагрузок по продолжительности действия.
Плотность стройматериалов по данным СНиП II-3-79

Для удобства все найденные значения запишем в таблицу сбора нагрузок (табл.1).

Пример 1.2 Сбор нагрузок на плиту покрытия

Имеется плита покрытия здания, расположенного в III снеговом районе. Немного усложним задачу, и рассмотрим не просто покрытие здания, а покрытие ресторана, где установлены столики для посетителей (в хорошую погоду клиенты могут выйти и подышать свежим воздухом). Требуется определить все необходимые данные о нагрузках, действующих на данное покрытие.

Решение

Вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли для III снегового района согласно табл .1 статьи Снеговые нагрузки равен Sg = 1,8 кПа, при плоском покрытии коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие равен μ = 1,0, тогда нормативная кратковременная снеговая нагрузка составит:

ν1 = S0 = 0,7*μ*Sg = 0,7*1,0*1,8 = 1,26 кН/м2.

Расчетное значение кратковременной нагрузки от снега получаем умножением ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке γt = 1,4

ν1р = ν1*γt = 1,26*1,4 = 1,76 кН/м2.

Длительную нагрузку от снега получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,7, т.е:

р1 = 0,7*ν1 = 0,7*1,26 = 0,88 кН/м2;

р1р = р1*γt = 0,88*1,4 = 1,23 кН/м2.

В теплое время года данный участок будет занят посетителями ресторана. По табл.1 статьи Нагрузки от людей, мебели и оборудования (полезные нагрузки) принимаем значение полной нормативной нагрузки от людей не менее 3,0 кПа (3,0 кН/м2). Учитывая коэффициент надежности по ответственности здания γн = 1,0, итоговая кратковременная нагрузка от людей составляет:

ν2 = 3,0*γн = 3,0*1,0 = 3,0 кН/м2.

Длительную нагрузку от людей получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,35, т.е:

р2 = 0,35*ν2 = 0,35*3,0 = 1,05 кН/м2;

р2р = р2*γt = 1,05*1,2 = 1,26 кН/м2.

Все полученные данные запишем в Таблицу 1.

Теперь запишем основные сочетания нагрузок. Поскольку посетители на данном участке покрытия будут находится только в теплое время года, мы должны рассмотреть два варианта загружения покрытия: собственный вес покрытия и кровли + полезная нагрузка от людей, и второй вариант: собственный вес покрытия и кровли + снег и выбрать тот, при котором получаются максимальные нагрузки для расчета плиты на прочность.

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.

Как рассчитать плоскую кровлю: снеговая и другие виды нагрузок, габариты

Кровельные конструкции с уклоном в пределах 1-11° относятся к плоским и рассчитываются с учетом повышенных требований к надежности, герметичности и изоляционным свойствам.

При простой конфигурации стен и индивидуальном использовании расчет таких крыш при желании выполняется своими силами, после сбора нагрузок и уточнения условий эксплуатации.

Виды нагрузок и расчет

Конструкция воспринимает два основных вида нагрузок: постоянные, включающие собственный вес перекрытия, ограждений и пирога, и временные (снеговая и ветровая нагрузка, вес оборудования, людей и перемещаемых по поверхности объектов). Оба вида учитываются при расчете в комплексе.

В случае стандартной, неэксплуатируемой плоской крыши суммируются:

Собственный вес конструкции (соответственно тип и слои пирога должны быть определены заранее).
Снеговая и ветровая нагрузка.
Вес людей, периодически перемещающихся по кровле с целью ее осмотра и обслуживания. (до 150 кг/м²).
Нагрузка от объектов постоянного размещения (антенн, климатического или вентиляционного оборудования).

Непосредственно перед суммированием все собранные нагрузки умножаются на коэф.надежности (см.табл.):

Расчет нагрузок на плоскую крышу усложняется при планировании ее постоянной эксплуатации, а именно – при размещении на ее поверхности:

тяжелого оборудования;
кафе;
клумб;
теплиц;
спортивных площадок;
паркинга.

Так, при размещении на поверхности кровли кафе, ресторанов или мест возможного скопления людей в общей нагрузке прибавляют от 480 кг/м², спортивных или концертных площадок – 360.

Особого внимания требуют крыши, рассчитываемые на интенсивное перемещение транспорта. Помимо сверхвысоких весовых нагрузок (до 25 т/м²) при их проектировании важно исключить или как минимум снизить влияние вибрационных воздействий.

По понятным причинам расчет таких конструкций доверяют профессионалам.

Снеговая

В отличие от крутых скатных конструкций плоские крыши всегда испытывают влияние снеговых нагрузок, без исключений учитываемых при расчете. Точный алгоритм зависит от назначения крыши, но в большинстве случаев пошагово:

Помимо среднего объема выпадаемого снега при расчете данной нагрузки следует учитывать конкретные климатические особенности региона и участка. Особое внимание уделяется влажности и температурным условиям – накапливающий влагу, но не растаявший снег весит в 2-3 раза больше сухого.

При повышенных требованиях к надежности или неблагоприятных климатических условиях полную снеговую нагрузку находят путем сложения кратковременной (Sp) и длительной (Sp*0,7) нагрузки. Итоговое значение для каждой все также умножается на коэф. надежности – 1,4.

Помимо прибавления полной снеговой нагрузки к другим полученное значение используется для проверки прочности и несущих способностей самых слабых элементов плоской крыши. В частности, эта величина учитывается:

При расчете предельно допустимого прогиба самой конструкции или отдельных элементов у балочных разновидностей. Ярким примером последних служат плоские кровли торговых центров и павильонов.
При проверке несущих способностей вертикальных опор перекрытия или основания плоской крыши.
При проверке локальной прочности кровельных покрытий. В отличие от скатных конструкций поверхности плоских крыш покрываются мягкими рулонными материалами. При высоком влиянии снеговой нагрузки требования к их прочности, числу слоев или надежности крепления ужесточаются. Особое внимание уделяется участкам примыкания к парапету и нижним локальным зонам.

Как посчитать габариты крыши?

Расчет начинается с составления чертежа конструкции, учитывающего точные размеры постройки, требования к парапету, уклону и системе водоотвода.

При сравнительно небольшой площади крыша закладывается с одним общим уклоном в одну сторону (в идеале – не выходящую на дорожки, террасы или зоны отдыха и учитывающую влияние сильных постоянных ветров).

На крышах со сложной геометрией стен или большой площадью план разбивается на отдельные участки с треугольной или ромбовидной разуклонкой, отводящей влагу к внутренним узлам водосбора, парапетным воронкам или к тем же наружным сторонам.

Площадь

Простая форма поверхности исключает потребность в сложных формулах: площадь плоской кровли находится путем умножения ее длины на ширину. При этом длину наклонной части находят по формуле:

Несмотря на небольшую величину последнего пренебрегать им не рекомендуется, допустимая погрешность при расчете габаритов плоской кровли варьируется в пределах ±10 мм, не более.

Высоту

Облегченные балочные виды, конструкции с основаниями из профнастила или заливаемые на месте бетонные перекрытия могут закладывается с нужным углом на этапе строительства, но при работе с готовыми ж/б основаниями отвод влаги чаще обеспечивает разуклонка. Рекомендуем почитать другие наши статьи об устройстве и монтаже плоской крыши своими руками, а том числе по деревянным балкам и на каркасном доме.

Требуемая высота подъема рассчитывается путем умножения длины ровной горизонтальной части крыши на тангенс угла ее наклона. При необходимости расчета объема раузуклонки (требуемом для получения количества используемых материалов и их веса) используется простая формула:

а длина основания разреза (она же – ширина крыши);
b1 и b2 – мин. и максимальная высота среза (в частном случае b1=0);
с – длина конструкции.

Толщину

Алгоритм расчета пирога и сечения плоских крыш зависит от способа его обустройства (с размещением утепляющей прослойки под, между и поверх основания) и типа (классического или инверсионного, эксплуатируемого или нет).

Число и порядок монтажа слоев выбираются заранее и учитываются при выборе высоты возведения парапета (при наличии, расстояние от наружного слоя до края ограждения не может быть меньше нормативного), определении точной весовой нагрузки от пирога, проектировании систем вентилирования и водоотвода.

Толщину рулонных покрытий, обмазочного слоя или кровельных покрытий указывает производитель, сложить их вместе не составит труда. Основные сложности заключаются при определении числа и толщины каждого слоя, включая дренажные, армирующие, разделительные или пригрузочные. Особое внимание уделяется толщине утепляющей прослойки, обосновываемой теплотехническим расчетом, учитывающим регион строительства и параметры самой теплоизоляции.

Сечение несущего основания подбирается с учетом суммарных весовых нагрузок и проверяется на прочность на изгиб. Особого внимания требуют конструкции с большой площадью, прогибающиеся посередине или в местах накопления снега. При существенных снеговых или других временных нагрузках они требуют дополнительного укрепления или герметизации.

Важно! Помимо суммирования толщины всех прослоек на этом этапе проверяется соответствие их характеристики ожидаемым эксплуатационным нагрузкам.

Сервисы и онлайн-калькуляторы

Такой подход допустим при заложении облегченных пологих конструкций с балочной системой стропил, но для расчета ж/б перекрытий и пирога эксплуатируемых крыш эти сервисы подходят плохо. В то время как профессиональные программы типа ZVsoft с таким задачами справляются лучше, но в онлайн-режиме они работают редко.

Из видео узнаете, как сделать расчет ветровой нагрузки на плоскую кровлю с помощью онлайн-калькулятора:

Заключение

В заключение стоит отметить, что при проектировании таких конструкций помимо сбора нагрузок и расчета габаритных размеров (в целом простого и практически исключающего ошибки) следует заранее определится со способом обустройства парапета, участков примыкания к вертикальным конструкциям и узлам водосбора.

При площади крыши более 50 м² в схему вводят дефлекторы для вывода влаги из пирога, в свою очередь нуждающиеся в выборе правильного места установки.

Как сделать ветровой расчет для плоской кровли?

Для расчета необходимо определить пиковые ветровые нагрузки на кровлю, используя СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия». Далее определить количество точек крепления, используя методику СП 17.13330 «Кровли» (приложение В), а также у различных производителей найти данные по сопротивлению раздиру мембраны крепежным элементом при ветровом воздействии.

Способ №2. Комплексный.

Специалисты компании ТехноНИКОЛЬ совместно со специалистами ЦНИИПромзданий объединили все пункты первого способа и разработали обобщенный документ: СТО 72746455-4.1.4-2018 КРЫШИ. КРОВЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ВОДОИЗОЛЯЦИОННЫМ КОВРОМ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ И БИТУМОСОДЕРЖАЩИХ РУЛОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Способ №3. Расчет в 3 шага.

На основании способа №2 специалисты компании ТЕХНОНИКОЛЬ автоматизировали расчет ветровой нагрузки, выпустив онлайн калькулятор ветрового расчета. Его использование позволяет быстро и просто выполнить ветровой расчет для плоской кровли.

Основные шаги при использовании калькулятора:

1. Выбор города и типа местности (рис.1)

2. Выбор способа крепления и материала (рис.3)

3. Ввод параметров кровли (рис.4)

4. После ввода всех необходимых данных, мы получаем готовый расчет, как показано на рис.5.

Конечным результатом расчета является:

· деление кровли на участки (угловая, парапетная, центральная),

· расчет ветрового давление на этих участках,

· расчет рекомендуемой ширины рулонов,

· расчет количества крепежа на 1 м 2 и шаг крепежа.

Такой подробный расчет позволяет без проблем внести эти данные в проектное решение либо использовать эти рекомендации при монтаже объекта.

Для чего нужен расчет ветровой нагрузки на плоской кровле?

Основная задача расчета ветровой нагрузки — это безопасная эксплуатация кровли.

Ниже приведены примеры того, что происходит в случае пренебрежения правилами безопасной эксплуатации и выполнении крепления на глазок.

Также от расчета ветровой нагрузки сильно зависит количество крепежных элементов и ширина рулонов мембраны. Чем выше ветровая нагрузка, тем больше нужно крепежей на 1 м 2 , при этом ширину мембраны необходимо уменьшать, чтобы нужное количество крепежа можно было поместить в шов мембраны. Из-за этого вырастает коэффициент расхода.

Ниже представлены схемы крепления мембраны и количество крепежа, которое можно установить в продольный шов мембраны на примере профилированного листа Н75-750.

Рассмотрим влияние ветровой нагрузки на конкретном примере.

Дан объект: Склад, высотой 10 метров и габаритами в плане 100х100 м, расположенный в городе Санкт-Петербург. Тип местности – А.

Площадь: S_кр =10 000 м 2 .

Кровельный пирог: ТН-КРОВЛЯ Классик, основание кровли – профилированный лист Н75-750-0.8

Рассмотрим усредненный расчет материалов мембраны и крепежа, не привязанный к ветровому расчету.

Для усредненного расчета используются следующие усредненные коэффициенты:

· расход крепежа мембраны – 4 шт./м 2 ,

· коэффициент запаса для полимерной мембраны – 1,15.

Крепеж: S_кр*4 шт./м 2 = 40 000 шт.

Количество мембраны: S_кр *1,15 =11 500 м 2

А теперь сделаем расчет для того же объекта в калькуляторе ветровой нагрузки на кровлю.

Крепеж: 37 885 шт. или 3,79 шт/м2

Количество мембраны: 11 316 м2

Представим, что объект находится в регионе с высокой ветровой нагрузкой, например, в г. Новороссийск.

Крепеж: 84 110 шт. или 8,41 шт/м2

Количество мембраны: 12 348 м2

А теперь сравним результаты:

Разница в количестве материалов при точном и при усреднённом расчете составляет до 210%! Поэтому приходим к однозначному выводу, что делать расчет ветровой нагрузки крайне важно !

Читайте также: