Metody pro výpočet zatížení sněhem a větrem na střeše budov v Moskvě a Moskevské oblasti s příklady

Jedním z rysů klimatu ve většině ruských regionů je vysoké zatížení střechy sněhem, které může přesáhnout hmotnost celé střechy. V důsledku toho dochází v důsledku konstrukčních chyb k nouzovým situacím, kdy se v zimě se silnými srážkami zhroutí krokvový systém.

Při výpočtech se berou v úvahu klimatické vlastnosti oblasti. Průměrné zatížení střechy větrem a sněhem v Moskvě se bude dramaticky lišit od podobných parametrů v Norilsku nebo Surgutu. Na základě těchto údajů se určí typ krokvového systému, parametry použitých materiálů na stavbu, provedení opláštění, střešní krytina.

Druhy zatížení střechy

Sníh a vítr mají na střechu při jejím provozu značný vliv. Charakter dopadu na stavební konstrukce je různý. Zatížení střechy sněhem je převážně statické. K jeho změně dochází plynule, pokud tedy nehovoříme o náhlém sestupu závěje, což se při použití kovových krytin často stává.

Střechy jsou vystaveny zatížení větrem bez ohledu na roční období. Jsou nerovnoměrné a epizodické. Ale průměrné ukazatele, intenzitu poryvů charakteristickou pro region a konkrétní oblast, určují meteorologové. Pokrývači s nimi počítají při projektování, aby předešli nouzovým situacím bez ohledu na počasí.

V závislosti na době trvání dopadu na střechu a budovu jako celek se rozlišují:

• krátkodobé (patří sem klimatické zatížení, údržba konstrukcí, jejich opravy);
• dlouhodobé (vliv sněhu, větru, teplot, pokud je intenzita pod standardními hodnotami);
• speciální (seismická aktivita, extrémní povětrnostní podmínky).

Závislost zatížení na úhlu sklonu střechy

Při výpočtu zatížení střechy sněhem nebo větrem se bere v úvahu úhel sklonu střešní konstrukce. Objekt umístěný vertikálně vzhledem k zemskému povrchu je prouděním vzduchu vždy vnímán jako překážka. Čím větší je úhel sklonu, tím vyšší je zatížení střechy větrem.

Pokud jde o zatížení sněhem, situace je opačná: výpočty ukazují, že plochá střecha zažívá maximální tlak, zatímco na strmých svazích je výrazně snížen. Optimální konfigurace střechy se vybírá s ohledem na regionální charakteristiky oblasti, četnost bouřek a intenzitu srážek.

Zatížení střechy sněhem – definice, jaké je nebezpečí, vlastnosti rozložení

Zatížení střechy sněhem je hmotnost srážek na 1 m2 plochy. Pro budovu je to nebezpečné z následujících důvodů:

• vysoký tlak na krokvový systém, střešní krytina, na kterou nebyly navrženy materiály a konstrukce, vede ke ztrátě těsnosti, průhybům, destrukci nosných prvků, zřícení;
• sněhové hmoty vytvářejí dodatečný tlak na stěny a základy, což je třeba vzít v úvahu při výběru stavební technologie;
• v období střídavého tání a mrazů dochází k utužení sněhu, tvoří se led, který při tloušťce 5 cm na 20 m2 váží asi 1 tunu, celkové zatížení se zvyšuje;
• Vlivem větru a geometrie střechy je zatížení při hromadění sněhových hmot nerovnoměrné, s touto skutečností je třeba počítat při konstrukci střechy nestandardní konfigurace.

Když na jaře ze střechy sklouznou těžké sněhové masy s vrstvou ledu, je možné mechanické poškození jejích konstrukčních prvků a okapů.

Stavitelé doporučují jednat v několika směrech, aby se předešlo nouzovým situacím. Vyplatí se pravidelně čistit povrch střechy od nahromaděného sněhu (pokud je to možné) a používat konstrukční řešení, která zabraňují tvorbě vysokých sněhových závějí.

Aby se zabránilo velkému hromadění sněhu, lze na okap instalovat topný systém. Topný kabel položený podél okraje zabrání tvorbě ledové krusty a zatížení šikmé střechy sněhem se výrazně sníží. Takový systém lze ovládat ručně nebo automaticky.

Rozhodující význam má také úhel sklonu. Na sedlové nebo šikmé střeše bude zatížení sněhem minimální, pokud je úhel krokví 45-60°. Srážky na povrchu jen stěží přetrvávají. Toto řešení je však použitelné pro nízké zatížení větrem v regionu.

Význam výpočtu

Je důležité správně vypočítat zatížení střechy sněhem jak při návrhu základu, tak při samotném vývoji střešní konstrukce. V úvahu se bere především váha srážek. Je vhodné zvýšit ukazatel uvedený v regulačních dokumentech o 15-20%, aby se zabránilo použití materiálů s přetížením v případě extrémních povětrnostních podmínek.

Hlavní zatížení od sněhových mas dopadá přímo na střešní konstrukci. Po oteplení a následných mrazech se navíc může několikrát zvýšit. Chyby ve výpočtu zatížení střechy sněhem mohou vést k deformacím konstrukcí a materiálů a poškození jejich těsnosti a celistvosti.

Střechy se složitými tvary vyžadují při návrhu zvláštní pozornost výpočtům. Takové struktury se vyznačují velkým počtem spojení. Architektura takových objektů a různé sklony střech způsobují lokální hromadění srážek, proto je zatížení sněhem rozloženo nerovnoměrně. V některých oblastech se může ukazatel výrazně lišit.

Regulační dokumentace

Při navrhování systému krokví se doporučuje převzít normy zatížení sněhem na střeše z SNiP 2.01.07-85 ve verzi, která zohledňuje změny, které vstoupily v platnost v roce 2008. Dokument obsahuje mapy zón sestavené s ohledem na evropské požadavky na stavební konstrukce. Uvádějí maximální hmotnost sněhu na 1 m2 střechy podle regionu, takže můžete navrhnout konstrukci již s určitou rezervou bezpečnosti.

Metody výpočtu zatížení střechy sněhem

Pro výpočet zatížení střechy sněhem se používá metoda mezních stavů, kdy jsou konstrukce zničeny pod vlivem vnějších faktorů nebo u nich dochází k deformacím, které jsou pro běžný provoz nepřijatelné. Krokvový systém je navržen podle obou parametrů.

V prvním případě se pro objekt zjišťuje celková hmotnost sněhu, kterou musí střešní rám unést. Tento parametr musí být nižší než maximální přípustná napětí pro navrženou konstrukci krokví. Ve druhém je ukazatel počítán s koeficientem 0,7. Je považován za standardní pro maximální přípustný průhyb pro laťování, krokve a vaznice.

Zatížení sněhem na 1 m2 plochy se vypočítá podle vzorce:

S = Sg*m, ve kterém

m je korekční faktor, který umožňuje zohlednit úhel sklonu systému krokví;

Sg je referenční regionální ukazatel zatížení střechy sněhem podle SNiP.

Exponent m je definován takto:

• při sklonu větším než 60° m=0;
• při 25-60 ° – m=0,7;
• pokud je úhel sklonu menší než 25° – m=1.

V prvním případě lze zanedbat zatížení svahu sněhem. To je způsobeno skutečností, že srážky nebudou setrvávat na povrchu střechy a budou padat pod vlastní hmotností. Aby se zabránilo pádu velkých objemů při silném sněžení, jsou instalovány sněhové zábrany.

Jako příklad uvažujme výpočet celkového zatížení sněhem na sedlové střeše s úhlem sklonu 40 ° v Moskevské oblasti. Podle mapy zón v SNiP je standardní ukazatel pro region 180 kg / m2. Pomocí vzorce dostaneme 180*0,7 = 126 kg/m2. Právě tato hodnota musí být v budoucnu použita pro srovnání s mezními stavy materiálů zvolených pro stavbu, aby bylo zaručeno, že budou schopny odolat tíze srážek při provozu.

Proces výpočtu zatížení sněhem na střeše si můžete zjednodušit pomocí online kalkulačky. Většina stavitelů nedoporučuje používat tuto metodu při navrhování, protože algoritmus je skrytý a nelze mu 100% věřit. Dalším argumentem ve prospěch provádění všech výpočtů nezávisle je jejich extrémní jednoduchost, která nevyžaduje zvláštní znalosti.

Stanovení kurzů

Objekty se střechami složitých členitých tvarů navrhují stavební inženýři. To je způsobeno nutností zohlednit velké množství souvisejících ukazatelů a regulačních požadavků na struktury. Pro střechy jednoduchého tvaru byly empiricky odvozeny korekční faktory, které pokrývači považují za objektivně spolehlivý ukazatel.

Ploché střechy a konstrukce s úhlem sklonu do 25° se používají v nejtěžších podmínkách z důvodu vysokého zatížení sněhem. Zadržují téměř všechny srážky. Sníh z povrchu může ze střechy smést pouze vítr. Proto se korekční faktor bere rovný 1.

S rostoucím úhlem sklonu se situace zjednodušuje, protože srážky mohou samovolně padat dolů a zdržovat se na svazích v menším množství. Z tohoto důvodu je pro konstrukce umístěné pod úhlem 25-60° zaveden koeficient 0,7. U strmějších střešních konstrukcí se výpočty zatížení sněhem pro sedlovou nebo šikmou střechu neprovádějí. Nedává to smysl, protože srážky nejsou schopny zůstat na takovém povrchu v množství významném pro krokvový systém.

Zátěž pro ploché střechy

V klimatických pásmech vyznačujících se velkým množstvím srážek v zimě se výstavba domů s plochými střechami prakticky neprovádí. Výjimkou jsou pouze malé přístavky, technické místnosti a garáže. Staví se ale i s tím, že majitelé objektů budou pravidelně odklízet sníh z povrchu střechy.

V regionech s teplým klimatem je zatížení sněhem na ploché střeše výrazně nižší, takže žádná taková omezení neexistují.

Stavba se však provádí v souladu s řadou podmínek:

• minimální sklon povrchu by měl být větší než 2° (optimálně 4-5°);
• souvislé opláštění se provádí pro zvýšení únosnosti konstrukce;
• Vyhřívání okapu zjednodušuje odstraňování sněhu a zabraňuje jeho hromadění podél okraje střechy.

Ale i při relativně malém množství sněhu bude v zimě vyžadováno pravidelné čištění střechy.

Zatížení různých částí střechy

Soukromí dodavatelé během výstavby neberou v úvahu nerovnoměrné zatížení, které sněhové masy vytvářejí na střeše. Výšku závěje lze ignorovat pouze v případě, že mluvíme o utěsněné střeše. Úhel sklonu takové střechy by měl přesáhnout 25°, v takových případech je zatížení sněhem rozloženo rovnoměrně.

Při nesplnění podmínek se do 24 hodin projeví vliv srážek na střechu na stavu stavebních konstrukcí. Postupně se hmota začne posouvat vlastní vahou směrem k okraji, kde bude vystavena zvýšenému zatížení.

Ve střední části povrchu se krokve ohýbají, čímž se mění úhel sklonu a směr zatížení. Sníh se postupně stává kompaktnějším, zvyšuje se jeho hmotnost, takže postupem času se situace komplikuje. Řešením může být topný systém na tání ledu. Topný kabel je položen ve střední části střechy a na jejích přesahech.

Zatížení střechy větrem – definice a vlastnosti

Tlak proudu vzduchu na střeše se nazývá zatížení větrem. Hodnota je referenčním ukazatelem specifikovaným v regulačních dokumentech. Je určena maximální rychlostí větru pro každý region. Zatížení se může lišit v závislosti na vlastnostech stavebních konstrukcí, na které působí tlak.

Když se proud vzduchu pohybuje, naráží na překážky a způsobuje jeho oddělení. V takové situaci je střecha vystavena zatížení z několika stran:

• zvedání ze závětrné strany;
• tečny s návětrným;
• lisování, směřující kolmo ke svahu.

Ignorování zatížení střechy větrem při výpočtu není povoleno. Jejich dopad nezávisí na ročním období a dopad je v různé míře vyvíjen na konstrukce jakéhokoli tvaru.

Metodika výpočtu zatížení větrem

Výpočet zatížení střechy větrem se provádí podle vzorce:

W = Wo*k, kde se berou v úvahu následující parametry

W – specifické zatížení větrem;

Wo – standardní regionální ukazatel stanovený podle SP 20.133330.2016, bod 11;

k je korekční faktor, který závisí na výšce konstrukce.

Regulační údaje jsou obsaženy v SNiP. Ukazatel je vybrán s ohledem na charakteristiky konkrétní oblasti.

Jsou rozděleny do skupin:

• otevřené prostory;
• městská zástavba, lesní plochy s přilehlou zástavbou do výšky 10 m;
• města s budovami vyššími než 25 m, oblasti s obtížným terénem.

Zatížení větrem a sněhem jsou nezávislé indikátory. Vypočítávají se samostatně. Výsledek se sečte a určí se celkové zatížení střešní konstrukce.

Jak odolat zvýšenému zatížení větrem

Aby se zabránilo destruktivnímu dopadu zatížení větrem na střechu, stavební inženýři dodržují následující pravidla:

1. Správně nainstalovaný krokvový systém. Při výběru materiálů a schématu montáže rámu se berou v úvahu konstrukční parametry. Návrh musí obsahovat výztuhy, diagonály a výztužná žebra. Pro další posílení celkové pevnosti systému krokví jsou jeho prvky spojeny diagonálně. Dávejte pozor na pevnost laťování.
2. Správně zvolený střešní materiál. Zohledňuje se plocha plachty povlaků. Podle tohoto parametru by některé z nejhorších možností byly kovové dlaždice, vlnité plechy a břidlice. Vybraný materiál je bezpečně připevněn k podkladu, což mu umožní odolat vysokému vnějšímu zatížení. Ondulin je možnost, která poskytne vysokou spolehlivost upevnění a má minimální větrání.
3. Zesílení stávajících konstrukcí. Konstrukční chyby lze zmírnit instalací dalších upevňovacích prvků pro všechny nohy krokví zkroucením jejich spodních částí pletacím drátem na kované kovové kolíky zaražené do stěny. Pro zajištění spolehlivosti montáže jsou upevňovací prvky navíc opatřeny zářezy směřujícími ve směru jízdy.

Zatížení větrem je nerovnoměrné, jeho hodnoty jsou periodicky srovnatelné s hmotností střechy, takže hodnota ukazatele pro konkrétní konstrukci by neměla být ignorována. Posílení užívaných konstrukcí je efektivním řešením, ale stanovení nezbytných parametrů ve fázi projektování budovy se stane možností, která zohledňuje všechny jemnosti situace, konkrétní objekt a vlastnosti oblasti.

Bez ohledu na konstrukční vlastnosti střechy a parametry budovy se vyplatí do návrhu střechy zapojit inženýra, který se na tuto oblast specializuje. Chyby ve výpočtech vedou k nutnosti oprav a dodatečných investic do stavby domu, aby byly ukazatele v souladu se současnými provozními a stavebními normami.

Maximální zatížení sněhem a větrem na metr střešní krytiny jsou ukazatele, které se berou v úvahu při návrhu, aby se správně určila požadovaná nosnost stěn a základů budovy. Nemá smysl riskovat pomocí přibližných čísel. Odstranění následků bude o několik řádů obtížnější, jak technicky, tak finančně.