Розрахунок снігового навантаження на покрівлю

Найбільшим за величиною з усіх навантажень, які має витримувати покрівля, є снігове. Воно діє протягом усього зимового сезону, розподілене нерівномірно і залежить від кута нахилу скатів. Розрахунок снігового навантаження виконують на стадії проектування, причому це необхідно не тільки для визначення параметрів кроквяної системи, а й для обчислення сумарної ваги будівлі при виборі типу фундаменту.

Вплив снігового навантаження на конструкцію даху

Одна з ключових особливостей снігового покриву на даху – змінна маса. Кожен снігопад збільшує його висоту і, як наслідок, загальну вагу. Коли опади закінчуються, частина свіжого снігу падає на землю або здувається вітром, відповідно, тиск на покрівлю знижується. Але найбільше впливають на величину снігового навантаження температурні коливання:

• під час відлиги сніг набирає багато води і стає важким;
• при похолоданні він спресовується, а вода перетворюється на лід.

Таким чином, цикли потепління-відтавання ущільнюють снігову масу, роблять її набагато важчою. Якщо пухнастий сніжок, що щойно випав, важить близько 100 кг/м³, то до весни злежалий зледенілий обледенілий ком може потягнути вже на 350-400 кг/м³. З’їжджаючи під дією власної ваги, він може пошкодити не тільки покрівельне покриття, а й карнизи разом з водостічною системою.

Щоб запобігти руйнуванню покрівлі взимку і позбавити себе необхідності чищення даху від снігу, на етапі будівництва слід закласти в її устрій деякі конструктивні елементи, які дають змогу зменшити тиск снігової маси і зробити його більш рівномірним:

• передбачити максимально можливий кут нахилу скатів. Що крутіший дах, то легше з нього сходить сніг. Але необхідно мати на увазі, що збільшення ухилу підвищує вітрове навантаження і вимагає більше будматеріалів, тобто здорожує покрівлю. У кожному разі вибір кута нахилу – це розумний компроміс між зазначеними факторами, що підтверджується розрахунками;
• встановити снігозатримувачі. Вони розбивають сніговий покрив на кілька частин і розподіляють його по даху більш рівномірно. Крім того, снігозатримувачі захищають людей і техніку від падіння на них великих пластів снігу;
• змонтувати систему підігріву. Вона розтопить сніг і вирішить проблему докорінно. Щоправда, наявність такої системи не звільняє від урахування снігового навантаження на дах під час його проєктування, тому що підігрів може відмовити в найневідповідніший момент;
• використовувати металеве покрівельне покриття. Профнастил, металочерепиця, фальцева покрівля мають слизьку поверхню, по якій сніг скочується набагато краще.

Розрахунок навантаження снігу на покрівлю

Розрахунок снігового навантаження проводиться за формулою:

S = Sg – μ,

де S – шукана величина, Sg – нормативне навантаження в регіоні будівництва, μ – коефіцієнт, що враховує вплив кута нахилу даху.

Нормативне снігове навантаження визначається за спеціальною картою снігових районів, яку випускає Гідрометцентр. На ній вся територія України розділена на 6 регіонів, кожному з яких присвоєно своє нормативне значення.

Подивитися їх можна в такій таблиці.

№ регіону 1 2 3 4 5 6
Sg, кг/м² 80 100 120 120 140 160 160 180

Коефіцієнт μ обчислюється так: μ = 0,033 – (60 – α), де α – кут нахилу скатів покрівлі. Неважко помітити, що за α > 60° μ стає від’ємним, тобто вважається, що розрахунок снігового навантаження на покрівлю такої крутизни проводити не потрібно, оскільки сніг у будь-якому разі сходитиме сам. На таких дахах головною проблемою є захист від вітру.

Для визначення повного навантаження на покрівлю отримане значення необхідно помножити на її площу.

Приклад розрахунку

Покажемо, як розрахувати снігове навантаження на конкретному прикладі:

• регіон будівництва – Київ, розміри будинку 12 х 8 м;
• двосхилий дах;
• висота горищного приміщення до коника – 4 м.

Послідовність дій буде такою:

1. Визначаємо кут нахилу покрівлі. Для цього застосовуємо формулу обчислення довжини протилежного катета в трикутнику, утвореному висотою даху в гребені та половиною довжини фронтону: tg α = H/l = 4/4 = 1. Отже, α = 45°.
2. Обчислюємо коефіцієнт μ: μ = 0,033 – (60 – 45) = 0,495.
3. Отримуємо величину снігового навантаження S = Sg – μ = 320 – 0,495 = 158,4 кг/м².
4. Знаходимо довжину ската – застосовуємо теорему Піфагора до розглянутого вище трикутника: D = √l² + H² = √32 ≈ 5,66.
5. Розраховуємо повне навантаження на дах, для чого величину питомого навантаження множимо на площу схилу і подвоюємо результат (оскільки дах складається з двох схилів): P = 158,4 – 5,66 – 12 – 2 = 21 517 кг.

Виходить, що дах такого, загалом-то, невеликого будинку нестиме на собі снігову масу майже в 22 тонни. І це ще з урахуванням доволі великого кута нахилу скатів, через який нормативне навантаження зменшилося в 2 рази. Наведений приклад наочно ілюструє важливість правильного розрахунку навантаження на покрівлю.

Навантаження на плоску покрівлю

Плоскі покрівлі ідеально захищені від вітрових навантажень, але утримують на собі практично весь сніг, що випав. Тому в районах з інтенсивними снігопадами їх застосовувати не рекомендується.

Розрахунок снігового навантаження на плоску покрівлю проводять у тому ж порядку, що і на скатну. Поправочний коефіцієнт μ при цьому береться рівним 1. Неважко підрахувати, що якщо в наведеному вище прикладі змінити конструкцію даху на плоску, снігове навантаження на нього збільшиться вдвічі і складе майже 43,5 тонни. Висновок однозначний: в Уфі (і не тільки) будинки таких розмірів краще будувати зі скатними дахами.

Для розрахунку допустимого перерізу крокв необхідно визначити повну вагу всього даху. Для цього величину снігового навантаження на плоску покрівлю потрібно скласти з масою покрівельного пирога. Вагу кожного його елемента можна взяти з довідкових таблиць або з сайтів виробників. Зазвичай для інженерних розрахунків береться сумарне значення в 55 кг/м².

Способи очищення даху від снігу

З огляду на настільки значні величини снігових навантажень, особливо в регіонах з високими нормативними показниками, необхідно вживати заходів щодо зниження маси снігу, що перебуває на даху, насамперед у період відлиг і перед його масовим таненням. Основні шляхи вирішення проблеми ми вже перерахували на початку статті. Розповімо тепер докладніше про найдієвіші з них.

Найпростіший спосіб – почистити дах. Це можна зробити:

вручну. Сніг пересувається по даху лопатами, з використанням фізичної сили людей. Для того щоб не завдати шкоди покрівельному покриттю, слід застосовувати пластикові або дерев’яні лопати і залишати на поверхні шар снігу в 5-10 см. Критичного навантаження він не створить, але буде хорошою перепоною між взуттям, лопатами і захисним покриттям покрівлі;
за допомогою підігріву. Для використання цього методу необхідне попереднє укладання спеціальних кабелів. Це складна інженерна система, для її встановлення потрібні спеціальні знання та навички, але вона дуже ефективно розтоплює сніг, тому останнім часом застосовується все частіше;
вібрацією. Перевага цього способу в тому, що робота виконується з горища, виходити на дах необов’язково. Але застосування вібраторів допустимо тільки на покрівлях з міцною кроквяною системою і найбільш ефективно в період відлиг;
механічним способом. Великі і щільні пласти обледенілого снігу розрізаються бензопилою і видаляються з даху. Це досить трудомісткий спосіб, тому він застосовується рідко, коли почистити дах по-іншому не виходить.

Встановлення снігозатримувачів

Як ми вже говорили, великий об’єм снігу на даху може не тільки створити критичні навантаження на конструктивні елементи будівлі, а й завдати шкоди людям і майну, що знаходяться внизу. Ця небезпека значно зростає у весняний період і особливо на покрівлях з металевим покриттям. Для того щоб уникнути неприємних наслідків, на дах встановлюють снігозатримувачі – спеціальні металеві конструкції, пофарбовані в колір основного покриття покрівлі, які затримують пласти снігу і льоду і розбивають їх на частини. У результаті сніг швидше тане і видаляється з даху через водостічну систему.

Снігозатримувачі бувають декількох видів:

• трубчасті;
• ґратчасті;
• кутові;
• точкові.

Кожен з них розрахований на конкретне снігове навантаження і застосовується на певних типах покрівель. Детальніше про відмінності, критерії вибору та особливості монтажу снігозатримувачів можна почитати в окремій статті.

Розрахунок снігового навантаження на дах потрібно проводити незалежно від того, в якому регіоні ви будуєте будинок, в якому режимі будете його використовувати і який тип даху передбачений проєктом. Паралельно розраховується вітрове навантаження і обчислюється вага самої покрівельної конструкції. Потім всі ці величини складаються і до них додається вага людей, які можуть перебувати на даху під час виконання профілактичних робіт. Так обчислюється повне навантаження, на підставі якого підбираються основні несучі елементи кроквяної системи. Тільки правильно виконавши всі етапи цього розрахунку, ви можете бути впевнені, що ваш дах зможе протистояти будь-яким природним катаклізмам протягом усього періоду своєї експлуатації.