Сбор нагрузок от кровли

Требуется собрать нагрузки на монолитную балку перекрытия жилого дома (балка по оси «2» в осях «Б-В» на рис.1). Размеры сечения балки: h = 0,5 м, b = 0,4 м. Конструкцию пола принять по рисунку в Пример 1.1 Сбор нагрузок на плиту перекрытия жилого здания.

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

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;

расчетная:

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).

Для основных сочетаний коэффициент сочетаний длительных нагрузок Ψ1 принимается: для первой (по степени влияния) длительной нагрузки — 1,0, для остальных — 0,95. Коэффициент Ψ2 для кратковременных нагрузок принимается: для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,9, для остальных — 0,7.

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.

Примеры:

• Пример 1.1 Сбор нагрузок на плиту перекрытия жилого здания

• Пример 1.2 Сбор нагрузок на плиту покрытия

• Пример 1.4. Сбор нагрузок на колонну

• Пример 2.1 Определение несущей способности буронабивной сваи длиной 2,2 м

• Пример 2.2. Определение несущей способности забивной сваи по грунту

• Пример 2.3. Определение несущей способности сваи по материалу

• Пример 2.4. Определение нагрузок на сваи во внецентренно-нагруженном фундаменте

• Пример 3.1. Расчет стыка балки с накладками

• Пример 3.2. Расчет соединения столика с колонной

• Пример 3.3. Расчет балки настила

• Пример 3.4. Расчет заделки в кладку консольной балки и проверка кладки на местное смятие

• Пример 3.5. Проверка сечения колонны из двутавра на сжатие

• Пример 4.1. Проверка сечения центрально-сжатого элемента

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» .

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 .

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 :

S0 = 0,7свсtμSg,

где: св — 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 св=0,85.

сt — термический коэффициент, учитывающий возможность таяния снега от избыточного тепла, которое выделяется через не утепленную кровлю. Принимается он в соответствии с пунктом 10.10 . 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 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:

— α≤30° → μ=1;

— α≤45° → μ=0,5;

— α≤60° → μ=0.

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.

Sg — вес снега на 1 м2 горизонтальной поверхности; принимается в зависимости от снегового района РФ (приложение Ж и данным таблицы 10.1 ). Например, город Нижний Новгород находится в IV снеговом районе, а, следовательно, Sg = 240 кг/м2.

3. Определение ветровой нагрузки.

Расчет нормативного значения ветровой нагрузки производится в соответствии с разделом 11.1 . 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 ).

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 .

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.

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.

Состав кровли:

1. Монолитная железобетонная плита — 100 мм.

2. Цементно-песчаная стяжка — 30 мм.

3. Пароизоляция.

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.

Определение нормативной нагрузки от снега:

S0 = 0,7сtсвμSg = 0,7·1·1·1·240 = 168 кг/м2.

где: сt = 1, так как кровля у нас утепленная, а, следовательно, через нее не выделяется такого количества тепла, которое могло бы приводить к таянию снега на крыше; термический коэффициент принимается в соответствии с п.10.10 .

св = 1; коэффициент сноса снега принимается по п.10.9 .

μ = 1, так как кровля односкатная с уклоном менее 30º; принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,

Sg = 240 кг/м2; принимается в соответствии с п.10.2 и таблицей 10.1 , так как Нижний Новгород относится к IV снеговому району.

Определение нормативной нагрузки от ветра:

W = Wm + Wp = 13,6 кг/м2.

где: Wp = 0, так как здание небольшой высоты.

Wm = W0k(zв)с = 23·0,59·1 = 13,6 кг/м2.

где: W0 = 23 кг/м2, так как г. Нижний Новгород относится к I ветровому району; нормативное значение ветрового давления принимается в соответствии с пунктом 11.1.4, таблицей 11.1 и приложением Ж

с = 1, так как рассчитываемая крыша обладает небольшой площадью и расположена под углом к горизонту, данным коэффициентом пренебрегаем; принимается в соответствии с пунктом 11.1.7 и приложение Д .

Пример 2. Сбор нагрузок на двухскатную деревянную кровлю (сбор нагрузок на стропила и обрешетку).

Исходные данные.

Район строительства — г. Екатеринбург.

Конструкция крыши — двухскатная стропильная с обрешеткой под металлочерепицу.

Угол наклона кровли — 45° или 100% (5 м — высота крыши, 5 м — длина проекции одного ската).

Размеры дома — 8х6 м.

Ширина крыши — 11 м.

Высота дома — 10 м.

Тип местности — поле.

Шаг стропил — 600 мм.

Шаг обрешетки — 200 мм.

Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.

Состав кровли:

1. Обшивка из досок (сосна) — 12х100 мм.

2. Пароизоляция.

3. Стропила (сосна) — 50х150 мм.

4. Утеплитель (минплита) — 150 мм.

5. Гидроизоляция.

6. Обрешетка (сосна) — 25х100 мм

7. Металлочерепица — 0,5 мм.

Сбор нагрузок.

Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.

Вес стропил:

Мст = 1·0,05·0,15·520 = 3,9 кг — вес стропил, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как в связи с шагом 600 мм попадает только одна стропилина.

Вес обрешетки:

Определение нормативной нагрузки от снега:

S0 = 0,7сtсвμSg = 0,7·1·1·0,625·180 = 78,75 кг/м2.

где: сt = 1; так как через кровлю выделения тепла не производится п.10.10 .

св = 1; п.10.9 .

μ = 1,25·0,5 = 0,625, так как кровля двухскатная с углом наклона к горизонту от 30º до 60º (2 вариант); принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,

Sg = 180 кг/м2; так как Екатеринбург относится к III снеговому району (п.10.2 и таблица 10.1 ).

Определение нормативной нагрузки от ветра:

W = Wm + Wp = 14,95 кг/м2.

где: Wp = 0, так как здание небольшой высоты.

Wm = W0k(zв)с = 23·0,65·1 = 14,95 кг/м2.

где: W0 = 23 кг/м2, так как г. Екатеринбург относится к I ветровому району; по п.11.1.4, таблицы 11.1 и приложении Ж .

с = 1.

Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну стропилину:

qнорм = 112,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 67,44 кг/м.

qрасч = 152,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 91,44 кг/м.

Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну доску обрешетки:

qнорм = 112,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 22,48 кг/м.

qрасч = 152,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 30,48 кг/м.