Как рассчитать снеговую нагрузку на кровлю — формула, коэффициенты и пример

Формула снеговой нагрузки и что значит каждый коэффициент

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию кровли считают по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»: S = Sg × μ × Ce × Ct. Sg — вес снегового покрова на земле для конкретного снегового района, в кПа. Три остальных коэффициента корректируют эту цифру под форму крыши, снос снега ветром и температурный режим здания.

Коэффициент μ переводит вес снега на земле в нагрузку на скат — он зависит от уклона кровли и её формы: односкатная, двускатная, с фонарём или парапетом. Ce учитывает перенос снега ветром: на открытой продуваемой площадке часть массы сдувает с широкой плоской кровли, и нагрузку в отдельных случаях можно снизить. Ct — термический коэффициент: для обычных отапливаемых зданий с нормальным утеплением кровли его принимают равным 1,0, и только для покрытий с повышенными теплопотерями — от 1 Вт/м² — при уклоне и обеспеченном отводе талой воды снижают до 0,8.

Дальше нормативное значение умножают на коэффициент надёжности по нагрузке — 1,4 — и получают расчётную нагрузку. Именно её используют при подборе сечений прогонов, ферм и колонн, а не нормативную цифру напрямую.

Снеговой район и вес снега на земле

Снеговой район определяют по карте 1 приложения Е к СП 20.13330.2016 — территория России разделена на восемь районов, от I до VIII. Чем выше номер, тем больше нормативный вес снегового покрова на горизонтальной поверхности земли.

Область целиком относится к III снеговому району — нормативный вес снега на земле здесь 1,8 кПа. У Краснодара нагрузка вдвое ниже, у северных районов Сибири — в три раза выше: снеговой район не выбирают, его определяют по адресу площадки, и на границе областей он иногда меняется в пределах одного региона.

Коэффициент µ: как уклон крыши снижает нагрузку

При уклоне кровли до 30° коэффициент μ принимают равным 1,0 — весь вес снега с земли переносится на скат без снижения. От 30° до 60° он падает по линейной формуле μ = (60 − α) / 30, где α — угол ската в градусах. При уклоне 60° и больше нагрузку на этот участок кровли не учитывают вовсе: снег на таком скате не задерживается и сходит сам.

Практическое следствие: пологая кровля ангара — 5–10° — несёт нагрузку почти без скидки, а скатная крыша под 40–45° уже заметно легче нагружена, хотя площадь ската у неё больше горизонтальной проекции. От этой же нагрузки напрямую зависит и шаг прогонов кровли, который закладывают в проект. Обольщаться крутым уклоном не стоит: у ендов, у примыканий к парапету и стенам ветер сносит снег с одного участка и накапливает на другом, и там нагрузку считают отдельно, со своими повышенными коэффициентами по приложению Б.

Нормативная и расчётная нагрузка — зачем коэффициент 1,4

Нормативная нагрузка описывает реальный, статистически ожидаемый вес снега для района — её же используют для расчёта прогибов и проверки эксплуатационной пригодности кровли. Для подбора сечения балки, фермы или прогона этого недостаточно: конструкция должна выдержать не среднюю, а редкую, но возможную ситуацию — аномально снежную зиму, промерзание с последующим намоканием, локальное скопление у препятствия.

Поэтому нормативное значение умножают на коэффициент надёжности по нагрузке γf = 1,4 и получают расчётную нагрузку — именно с ней инженер работает при подборе сечения металлопроката, будь то швеллер или тонкостенный профиль. Для III снегового района это 1,8 × 1,4 = 2,52 кПа, или 252 кг/м² на горизонтальную проекцию плоской кровли без учёта уклона и снегопереноса. Именно расчётную нагрузку, а не нормативную, дальше используют и в проверке на допустимый прогиб.

Частые ошибки при расчёте снеговой нагрузки

• Берут вес снега на земле как готовую нагрузку на кровлю, забыв про коэффициент μ — для плоской кровли это не критично, но для скатной завышает расчёт и утяжеляет каркас без нужды.
• Не считают локальное скопление снега у парапетов, ендов и перепадов высот — в этих зонах нагрузка выше средней по кровле, и прогон или стропильная нога, рассчитанные на среднее значение, там перегружаются: подробнее о самом каркасе ангара из металлоконструкций и его узлах.
• Применяют Ct = 0,8 для любой отапливаемой кровли — коэффициент снижения относится только к покрытиям с реально подтверждённым повышенным теплопотоком и обеспеченным отводом талой воды, а не к отоплению здания вообще.
• Считают нагрузку один раз для всего проекта и не пересчитывают её при изменении уклона или пристройке рядом стоящего высокого здания — а от соседней стены снег ветром переносит на пониженный участок кровли.
• Путают снеговую и ветровую нагрузку и берут одно значение вместо суммы нескольких временных нагрузок в сочетании — расчёт по СП 20.13330 всегда учитывает совместное действие нагрузок, а не одну снеговую в отрыве от остальных.

Когда нагрузку можно снизить, а когда — нет

Снижение через Ce обосновано для широких плоских кровель на открытой, продуваемой площадке без застройки с наветренной стороны — часть снега сдувает, не давая ему накопиться. На площадке, зажатой соседними зданиями или лесополосой, такой эффект не работает, и Ce принимают равным 1,0 без скидки.

Термический коэффициент 0,8 честно применим только там, где через кровлю действительно уходит много тепла и это тепло топит снег быстрее, чем он накапливается — неутеплённые или слабо утеплённые покрытия над горячими цехами. Для нашего типового тёплого ангара с сэндвич-панелями и нормальным утеплением кровли такого эффекта нет, и расчёт ведут с Ct = 1,0 — экономия на бумаге здесь оборачивается риском на объекте.

Если пролёт и снеговой район требуют утяжелённого сечения прогона, разумнее пересмотреть шаг прогонов или тип профиля, чем занижать расчётную нагрузку: подробнее о подборе сечения — в материале про прогон на пролёт 6 метров.

Ответственность за такое допущение лежит на проектировщике: любое отклонение от базовых коэффициентов 1,0 фиксируют в расчётной записке с обоснованием — ссылкой на теплотехнический расчёт или на розу ветров площадки. Устное «на глаз снизим процентов на двадцать» в проект не попадает и не должно попадать. На таких цифрах строится и весь дальнейший расчёт каркаса ангара — от сечения прогонов до фундамента под колонны.

Пример расчёта для двух кровель в Тамбове

Площадка — Тамбов, III снеговой район, Sg = 1,8 кПа. Сравним плоскую кровлю склада и скатную кровлю ангара 24×60 м с уклоном 35°.

Разница в 42 кг/м² между пологой и скатной кровлей на объекте 24×60 м — это уже больше 60 тонн снега суммарно по всей площади. На такую разницу заметно отличается и сечение прогонов, и шаг ферм: в проекте это стандартный входной параметр расчёта каркаса, а не приблизительная оценка.

Частые вопросы

Нужно ли пересчитывать нагрузку, если рядом строят высокое здание?

Да. Соседняя постройка меняет ветровой режим площадки, и снег с одной кровли ветром переносит на другую или на пониженный участок своей же крыши. Это отдельная расчётная схема по приложению Б СП 20.13330, а не поправка на глаз.

Можно ли взять нагрузку с запасом, не считая точно?

Не стоит — завышение утяжеляет и удорожает каркас без реальной пользы, а занижение оборачивается недопустимым прогибом или риском обрушения при аномальной зиме. Расчёт по формуле дешевле, чем оба этих сценария.

Нужно ли чистить кровлю от снега, если расчёт сделан верно?

При нормальном проектном запасе — нет. Исключение — локальное наметание у парапетов и в ендовах сверх расчётного значения или наледь из-за нарушенного водостока: такие участки чистят точечно.

Снеговая нагрузка суммируется с весом самой кровли?

Да, это разные нагрузки: постоянная — вес кровельного пирога, временная — снег. Их учитывают вместе, в сочетаниях, по СП 20.13330, а не по отдельности.

Расчёт для навеса без стен отличается от расчёта закрытого ангара?

Принцип тот же, формула та же, но у навеса иначе работает снегоперенос из-за открытых торцов — под такую геометрию в приложении Б есть отдельная расчётная схема.

Термический коэффициент 0,8 можно применить к любому отапливаемому зданию?

Нет. Он относится только к покрытиям с подтверждённым повышенным теплопотоком через кровлю и обеспеченным отводом талой воды. Для типового утеплённого ангара с сэндвич-панелями принимают Ct = 1,0.

Как снеговая нагрузка влияет на выбор угла кровли на этапе проектирования?

Прямо: чем круче скат в диапазоне 30–60°, тем меньше расчётная нагрузка и тем легче можно сделать прогоны и фермы. Но за экономию на сечениях платят большей площадью кровельного покрытия и более сложным узлом конька — решение принимают по совокупности, а не по одной нагрузке.