Все, что нужно знать о снеговой нагрузке

В этой статье вкратце приведено все, что нужно знать о снеговой нагрузке. Можно узнать про расчет и нормативную нагрузку по районам согласно СНиП. Также тут можно узнать про расчетную снеговую нагрузку по регионам России, про 3, 4 и другой снеговой район, про практическое применение этой информации.

В нашей стране в зимнюю пору опасность представляют не только холода и пронизывающие ветры. Серьезный риск может быть связан со снеговой нагрузкой. Так называют фактор, оказывающий прямое воздействие на срок службы и надежность эксплуатации различных построек. Даже если зима сухая, давление от снега на кровлю и несущие конструкции может быть очень значительно; при увлажнении сила давления существенно нарастает.

Снеговая нагрузка позволяет четко рассчитывать:

• кровлю;

• стропила;

• несущие стены;

• фундамент здания.

Может возникнуть вопрос — что будет, если все же проигнорировать нормативную в СП по регионам или расчетную нагрузку от снежной массы. На первый взгляд, без таких нормативных актов строительство и ремонт зданий проводились веками и даже тысячелетиями. Однако надо учитывать, что именно невозможность точного расчета сильно вредила людям, и глупо отказываться от такого преимущества, которое есть у современных строителей и планировщиков. Рассчитывая несущие конструкции здания, все специалисты исходят из так называемого метода предельных состояний. В разряд этих состояний относят все события, когда кровельные элементы и другие части перестают исполнять свои функции (не могут сопротивляться новым воздействиям либо исчерпывают необходимый запас прочности).

Если он исчерпан, то здание практически немедленно складывается, обрушивается. Но даже если этого не произойдет, то эксплуатировать постройку дальше будет невозможно. Потребуется демонтаж поврежденных или изношенных конструкций. Понадобится строго полная замена всех кровельных материалов, не исключая металлочерепицы и профнастила. Также стоит отметить, что иногда под влиянием воздействующих на крышу сил образуются статические или динамические деформации, которые не разрушают конструкцию, однако, делают ее непригодной для использования.

В норме — и это четко прописывается и в ГОСТ, и в стандартах других стран — снеговая нагрузка рассчитывается по первому состоянию. Это позволяет подойти к проблеме максимально серьезно. Необходимо понимать, что подобная нагрузка на уровне кровли обычно больше, чем у земли. Это связано с доминирующим направлением ветра и уклоном кровли. На отдельных участках снежинки концентрируются в большей степени, чем на иных местах.

Значение снегового воздействия на 1 кв. м. кровельной поверхности составляет по районам (в Паскалях):

• 1 — 500;

• 2 — 1000;

• 3 — 1500;

• 4 — 2000;

• 5 — 2500;

• 6 — 3000;

• 7 — 3500;

• 8 — 4500.

Вот несколько примеров городов из каждого района с определенной нагрузкой по снегу:

• 1-й Астрахань, Благовещенск;
• 2-й Владивосток, Волгоград, Иркутск;
• 3-й Великий Новгород, Брянск, Белгород, Владимир, Воронеж, Екатеринбург;
• 4-й Архангельск, Барнаул, Иваново, Златоуст, Казань, Кемерово
• 5-й Киров, Магадан, Мурманск, Набережные Челны, Новый Уренгой, Пермь;
• 6-й вне густонаселенных мест;
• 7-й Петропавловск-Камчатский;
• 8-й вне густонаселенных мест.

Необходимый принцип расчета приведен в своде правил, действующем с 2016 года. Там указана следующая общая формула (с перемножением множителей): S 0 = c b х c t х µ х S g, где:

• Sg – нормативный индекс нагрузки;

• cb – коэффициент ветрового выноса снега;

• ct — тепловой (правильнее, термический) коэффициент, определяющий интенсивность выноса тепла сквозь кровлю;

• µ — еще один коэффициент, который определяется степенью наклона кровельного ската в отношении горизонтали.

Важный показатель — доля длительности снеговой нагрузки. Долго действующие факторы полезно рассчитать как менее интенсивные по уровню. В этом случае применяется коэффициент поправки 0,5 (при условии, что среднегодовая температура превышает 5 градусов). А вот кратковременные воздействия обсчитывают преимущественно с повышающими индексами, значения которых специалисты берут из профильной литературы. По похожим же правилам ведется расчет и нагрузки на навесы.

Но все это касается только предельно общих случаев. Полезно проанализировать конкретные примеры, как работают все эти формулы. Пусть имеется здание с габаритами ниже 100 м, не имеющее изощренных кровельных геометрических форм. Для больших домов либо при ломаном рельефе потребуются более сложные схемы вычисления. Зависимость интенсивности давления снега и угла наклона кровельного ската вполне объективна.

Ниже всего в плане надежности оказываются плоские или имеющие очень слабый наклон кровли. Для них коэффициент µ принимают равным единице. Такой показатель действует при наклоне крыши не более 25 градусов. Повышение крутизны по отношению к горизонтали земли увеличивает площадь кровли, на которой распределяется выпадающий снег. Для диапазона углов от 25 и вплоть до 60 градусов µ принимают равным 0,7.

На еще более крутых поверхностях осадки вообще не накапливаются. Для углов свыше 60 градусов нагрузочный коэффициент принимают равным 0. Вот такие простые правила позволяют точно определить индекс перехода от веса покрова земли на покрытие. Но наряду с ним приходится еще учитывать и так называемый термический коэффициент. По нему судят о том, насколько интенсивно будет происходить таяние снега при выделении тепла через поверхность крыши.

Необходимыми условиями являются:

• отсутствие утепления кровли или крайне слабая его эффективность;

• наклон поверхности свыше 3 градусов;

• эффективный отвод стоков и талой воды.

Но обязательно требуется помнить еще и о том, что ветер всегда сносит с поверхности крыши снег. По умолчанию соответствующий коэффициент равен единице, потому что эффективность сноса невелика. Иногда расчетный индекс принимают равным 0,85. Предварительно следует убедиться, что:

• зимой стабильно дует ветер не медленнее 4 м/с;

• в среднем за обычную зиму температура воздуха будет ниже 5 градусов (только при таком условии есть достаточное число легко переносимых частиц);

• угол кровельного ската не ниже 12 и не более 20 градусов.

Но и это еще не все! До применения в непосредственном проектировании требуется умножить полученный на предыдущем этапе результат на коэффициент надежности (который составляет 1,4). Цель такой операции — учесть потерю прочности конструкционных материалов здания с течением времени. Что касается массы снега, то в обычном состоянии он весит примерно 100 кг на 1 куб. м. Но мокрый снег весит уже 300 кг на 1 м3; таких сведений вполне достаточно, чтобы отталкиваться при расчете только от толщины покрова.

Замерять эту толщину следует на открытом месте по поверхности. Дополнительно умножают показатель на коэффициент резервирования, то есть увеличивают ее на 50%. Это позволяет обычно компенсировать даже последствия самой суровой зимы. Точно учесть местные особенности помогают официальные карты снеговой нагрузки. Именно на основе этих карт строятся нормативы СНиП.

Как уже говорилось, при строительстве домов сведения о нагрузке на кровлю позволяют правильно отбирать основной материал. Почти любой производитель в официальном описании своей продукции указывает допустимый уровень воздействия. Достаточно простого сопоставления с установленными характеристиками, чтобы понять — подходит покрытие или нет. Скажем, как только снег начинает давить с силой 480 кг на 1 м2, совершенно невозможно применять мягкую черепицу, а вот для ондулина это вполне нормальный режим эксплуатации.

Мешки из снега могут возникать на подветренной стороне кровли. При сползании они давят на поверхность свеса очень мощно. Его край может механически разрушаться. Предотвратить подобное развитие событий, однако, не так-то сложно — требуется только ограничить размеры самого свеса. Вот лишь несколько примеров, которые позволяют утверждать, что при строительстве зданий и особенно при оформлении кровель снеговая нагрузка нужна не только как теоретическая величина.

Стоит учитывать еще несколько тонкостей:

• в идеале снеговая нагрузка должна вестись по обоим предельным состояниям;

• долго лежащий, основательно слежавшийся снег оказывает куда большее воздействие, чем рыхлая свежая масса;

• при средней январской температуре выше — 5 градусов снег будет постоянно подтаивать снизу и сильно повышать нагрузку на поверхность при застывании.