Снеговая нагрузка на кровлю

Надежная кровля — один из главных конструктивных элементов здания. Она защищает от климатических факторов, в том числе от снега и наледи. Зимой снег на крыше накапливается слоем и создает дополнительную нагрузку на покрытие, стропила, фермы, балки и другие несущие элементы. Кровля должна без ухудшения несущей способности выдерживать все воздействующие нагрузки. Чтобы избежать повреждений и аварийных ситуаций, перед ремонтом, реконструкцией или изменением условий эксплуатации необходим правильный расчет снеговой нагрузки на кровлю.

Что такое снеговая нагрузка на кровлю

Снеговая нагрузка — это вес снежного покрова и льда, которые давят на кровлю и расположенные под ней конструкции. Ее учитывают при проектировании, строительстве, капитальном ремонте, реконструкции, обследовании и проверке несущей способности здания. Нагрузка зависит от региона, формы крыши, уклона, зон накопления снега, ветра, теплового режима и состояния конструкций.

От чего зависит снеговая нагрузка

На величину снеговой нагрузки влияние оказывают разные факторы. К наиболее значимым относят:

• снеговой район или регион строительства здания. Вся территория России разделяется на восемь снеговых районов. Для каждого района установлено нормативное значение веса снегового покрова Sg на 1 м² горизонтальной поверхности земли. По СП 20.13330.2016 его принимают по таблице 10.1 и карте снегового районирования. Значения для I–VIII районов составляют от 0,5 до 4,0 кН/м²;
• форма, уклон и участки накопления снега. Чем больше угол уклона, тем меньше снега на крыше обычно задерживается. Если наклон составляет 60° и больше, для простых односкатных и двускатных покрытий коэффициент формы может приниматься равным нулю. На сложных крышах, при перепадах высот, возле мансардных окон, парапетов, ендов и инженерного оборудования возникают «снеговые мешки»;
• плотность снега и наледь. Плотность сухого свежевыпавшего снега составляет приблизительно 50-100 кг/м³. Для влажного, лежалого снега и образовавшейся наледи плотность может достигать 300-500 кг/м³ и выше. Поэтому фактическая снеговая нагрузка на кровлю после оттепелей может заметно увеличиваться;
• состояние несущих конструкций. На количество снега состояние конструкций напрямую не влияет, но определяет, выдержит ли кровля давление. Износ материалов, коррозия, трещины, ослабленные узлы и прогибы снижают запас несущей способности;
• дополнительные нагрузки на кровлю. Элементы декора, мансарды и иные надстройки, оборудование (солнечные панели, вентиляционные блоки и пр.) задерживают снег и сами создают дополнительные нагрузки, которые суммируются со снеговым весом.

Кровельный материал также влияет на снеговую нагрузку. Например, гибкая черепица отличается шероховатостью и больше удерживает снег в сравнении с гладким профнастилом или металлочерепицей. Сила и скорость ветра влияют на распределение снега по крыше, поэтому этот фактор тоже нужно учитывать.

Как рассчитывают снеговую нагрузку на кровлю

Расчет воздействующей на кровлю снеговой нагрузки выполняется с использованием нормативных показателей и расчетных коэффициентов. Основной документ для таких расчетов — СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Нормативная снеговая нагрузка зависит от снегового района, формы и уклона кровли, ветрового сноса и теплового режима здания. Нормы снеговой нагрузки установлены для каждого снегового района, а исходные значения берутся из таблицы и карты снегового районирования.

Снеговая нагрузка на 1 м² кровли рассчитывается для горизонтальной проекции покрытия:

S0 = ce × ct × μ × Sg, где

Sg — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимается по СП 20.13330 с учетом карты снеговых районов;

μ — коэффициент формы покрытия. Он зависит от уклона и геометрии кровли: для простых односкатных и двускатных покрытий значения берут по таблице Б.1, для сложных кровель и зон снеговых мешков — по схемам приложения Б;

ce — коэффициент сноса снега ветром, зависит от открытости местности и ветровой активности;

ct — термический коэффициент, учитывающий тепловой режим здания и возможность таяния снега на кровле.

Определив нормативную нагрузку на 1 м², можно посчитать снеговую нагрузку для всей кровли или ее отдельных участков. Однако при расчетах важно различать нормативную, расчетную и фактическую нагрузку.

Расчетная снеговая нагрузка на кровлю используется для проверки несущих конструкций. Ее получают на основе нормативной нагрузки с учетом коэффициента надежности γf. Для снеговой нагрузки СП 20.13330.2016 предусматривает γf = 1,4.

Формула расчетной нагрузки — S = γf × S0.

Фактическая снеговая нагрузка зависит от плотности, влажности и толщины снежного покрова. Повышенное давление возникает в зонах снеговых мешков, возле парапетов, ендов, перепадов высот и инженерного оборудования.

Фактический вес может составлять 50-100 кг/м³ для сухого свежевыпавшего снега, до 200 кг/м³ для слежавшегося, 300-900 кг/м³ для тяжелого мокрого снега или льда. Если на кровле появляются сугробы, нагрузка на отдельных участках может быть в 1,5-2 раза выше среднего значения.

Крайне важно учесть все факторы и грамотно рассчитать снеговую нагрузку. Определять значение «на глаз» нельзя: неправильный расчет повышает риск прогибов, трещин, протечек, повреждения несущих элементов и аварийных ситуаций. Учет нагрузок — обязательное условие безопасности и долговечности строения.

Снеговая нагрузка на плоскую и скатную кровлю

Снеговая нагрузка на крыши разных видов воздействует вертикально на горизонтальную проекцию покрытия и передается на несущие конструкции здания. Характер ее распределения и требования к обслуживанию кровель напрямую зависят от угла уклона, формы крыши и участков возможного накопления снега.

Снеговая нагрузка на плоскую кровлю

К плоским кровлям относят конструкции, уклон которых не превышает 15°. На плоских и малоуклонных кровлях снег обычно задерживается дольше, чем на крутых скатах. При этом давление не всегда распределяется равномерно: возле парапетов, водосточных воронок, перепадов высот, вентиляционных блоков и оборудования могут образовываться зоны повышенного накопления. Снеговая нагрузка на плоскую кровлю в снежных районах может достигать значительных значений. Дополнительную нагрузку образуют «снеговые мешки» и наледи, а неравномерное таяние часто приводит к застою воды, протечкам и прогибам плит покрытия.

Снеговая нагрузка на скатную кровлю

Скатные — это кровли, монтаж которых осуществляется с углом наклона от 15° до 60°. Снег с таких конструкций может соскальзывать под собственным весом, и чем больше уклон, тем меньше снега обычно задерживается на крыше. Но снеговая нагрузка на скатную кровлю все равно может быть неравномерной. В местах скопления снега повышается воздействие снежной массы на стропила, прогоны, фермы и узлы опирания.

Расчет снегового воздействия выполняют с учетом коэффициента формы покрытия. Для скатных крыш нельзя брать единый коэффициент для всех случаев: значения зависят от уклона, схемы кровли и зон снеговых мешков. Для простых односкатных и двускатных покрытий коэффициент определяют по таблице Б.1 СП 20.13330, а для сложных крыш — по схемам приложения Б.

Какие здания особенно уязвимы к снеговой нагрузке

Наиболее уязвимыми к повышенному воздействию снеговой нагрузки являются здания с плоскими кровлями, большепролетными кровельными системами и строения с парапетами, перепадами высот и другими нюансами сложной геометрии.

К таким зданиям относятся:

• промышленные здания;
• складские строения и ангары;
• быстровозводимые сооружения;
• плоские крыши с парапетами;
• старые строения;
• сооружения с кровлями, на которых выполнялось утепление или ремонт.

Особенно повышаются риски для объектов, на которых образуются мокрый снег, наледь и снежные мешки, а регулярная очистка или контроль состояния кровли не проводится.

Признаки перегрузки кровли снегом

К основным признакам, указывающим на превышение допустимой снеговой нагрузки на кровлю, относят:

• деформация отдельных конструкций — из-за повышенного вертикального давления могут появляться перекосы проемов, затрудненное открывание окон и дверей на верхних этажах здания;
• появление в стропильной системе сторонних звуков – щелчков, скрипа или треска;
• искривление или прогибы стропил, ферм и балок, возникновение трещин на потолках;
• прогибы и вмятины на кровле в местах скопления талой воды, деформация кровельного материала с внутренней стороны покрытия.

Превышение допустимой снеговой нагрузки влечет за собой риски для всего здания. Поэтому при обнаружении первых дефектов следует обратиться к специалистам для установления причин деформаций, проверки несущей способности и разработки мер для их устранения.

Когда нужно обследование кровли из-за снеговой нагрузки

Проверять состояние кровли из-за снеговой нагрузки необходимо:

• при превышении допустимой или расчетной толщины снежного покрова для конкретной кровли;
• после обильных снегопадов, оттепелей и образования наледи, если есть подозрение на перегрузку, снежные мешки или деформации конструкций;
• при визуальном обнаружении трещин, прогибов и прочих дефектов;
• при установке на крыше систем кондиционирования, вентиляции, солнечных панелей и прочего оборудования требуется проверка несущей способности крыши.

Также полезны плановые осмотры крыши — осенью при подготовке к зимнему сезону и весной после схода снега.

Как специалисты проверяют кровлю на снеговую нагрузку

Профессиональное обследование кровли включает:

• изучение проектной и исполнительной документации, паспортов кровельных конструкций и данных о ремонтах;
• определение снегового района, нормативной и расчетной снеговой нагрузки по СП 20.13330, при необходимости — измерение толщины и плотности фактического снега;
• анализ геометрии крыши, проверка состояния парапетов, ендов, водосточных воронок, мест перепада высот и других участков повышенного накопления;
• осмотр стропил, ферм, прогонов, балок, плит покрытия, узлов опирания и соединений, фиксация трещин, прогибов, коррозии и следов протечек;
• инструментальный контроль — измерение прогибов и деформаций, при необходимости тепловизионное обследование для обнаружения мест утечки тепла.

Для получения объективного результата специалисты проводят поверочный расчет. По результатам оценивают фактическую нагрузку, сравнивают ее с несущей способностью крыши и дают вывод о безопасной эксплуатации, необходимости очистки, ремонта или усиления.

Что делать, если кровля не выдерживает расчетную снеговую нагрузку

Для предотвращения повреждений крыши, когда она не выдерживает снеговую нагрузку или имеет недостаточный запас несущей способности, применяют решения трех групп:

• оперативные — незамедлительный контроль толщины снежного покрова, очистка крыши от снега, удаление наледи и сосулек с соблюдением требований безопасности;
• капитальные — усиление стропильной системы, ферм, прогонов, балок, плит покрытия и узлов опирания; при необходимости тяжелые кровельные материалы меняют на более легкие или разрабатывают проект реконструкции крыши;
• профилактические — установка или корректировка систем антиобледенения, проверка водоотвода, расположения и состояния снегозадержателей; при необходимости схему их установки меняют по проектному решению.

Если кровля не выдерживает снеговую нагрузку, решение выбирают только после обследования и расчета. В одних случаях достаточно регламента очистки и ремонта водоотвода, в других требуется усиление несущих элементов, дополнительные опоры или реконструкция крыши с изменением уклона.

Заключение

Снеговые нагрузки — природный фактор, избежать которого невозможно. Но грамотный расчет и правильное проектирование кровли позволяют обеспечить ее устойчивость в сезон зимних снегопадов, избежать аварийных ситуаций и создать безопасные условия для эксплуатации здания в любых погодных условиях.