В настоящее время многие фирмы на рынке комплектуют продаваемые кровли снегозадерживающими системами. Однако практически никто из продавцов не сможет ответить на вопрос «Почему именно такое количество снегозадерживающих устройств рекомендуется установить на данном объекте?». Как правило, на него следуют ответы: «Мы всегда так считаем», «Это стандартная комплектация» и т.п. Сложно получить информацию даже о том, сколько килограммов выдерживает одна опора снегозадержания. А как же на самом деле правильно рассчитать необходимое количество опор снегозадержания и решеток / трубок? О том, как не прогадать с подбором этих элементов, чтобы весной, после того как снег сошел, не начинать подсчитывать ущерб, рассказывают представители компаний Dr.Sсhiefer и Orima.
Андрей Солнцев, генеральный директор компании Dr. Schieffer
Для этого необходимо рассчитать, какая снеговая нагрузка приходится на карниз кровли.
Расчет производится по следующей формуле: Fs= i•Sk•b•sinA,
где Fs — давление снега;
i — коэффициент аэродинамического сопротивления;
Sk — давление снега на 1 м2, принятое на данной территории;
b — длина ската; — угол наклона кровли.
Здесь необходимо сделать отступление и посмотреть, какие нормы по снеговым нагрузкам действуют сейчас в России.
Ситуация в области нормирования снеговой нагрузки в российских нормах и правилах достаточно любопытна. За последние десятилетия ее расчетное значение несколько раз существенно изменялось и, например, для Московской области было увеличено с 1400 до 1800 Па. При этом нет оснований считать, что проблема, таким образом, решена. В частности, непонятно, почему расчетная нагрузка принята меньшей, чем от веса снежного покрова — 2100 Па, отмеченного в XX в. дважды: в 1924 и 1984 гг.
Сравнение снеговых нагрузок по нормам разных стран, которое было предпринято еще в середине 1980-х гг., показало, например, что в СССР за их расчетное значение принимается наибольшая нагрузка за 7-14 лет, т.е. это намного смелее норм стран Западной Европы, США и даже Польши1. По данным для Ленинградской области, действительные значения снеговых нагрузок только за 27 лет наблюдений (1949-1978 гг.) дважды превышали расчетные (до 35%), а по данным для Северодвинска — за 39 лет наблюдений пять раз (до 22%). Для условий Московского региона зафиксированы фактические снеговые нагрузки 2120 Па, что в 1,5 раза превышает S = 1400 Па и почти на 20% – S = 1800 Па2.
Высказывались соображения, что измеренный на местности вес снега можно учитывать в качестве снеговой нагрузки для строительных конструкций в несколько «облегченном» виде, учитывая явления выветривания, подтаивания и т.п. Но роль этих факторов сильно различается для разных видов конструкций и условий их эксплуатации. Потому она не может быть включена в общую для всех конструкций расчетную нагрузку, а должна учитываться дифференцированно отдельным коэффициентом . При устройстве многоуровневых кровель снеговая нагрузка на нижние скаты будет увеличена. Эта величина рассчитывается в зависимости от типа кровли и перепада высот.
В условиях Московского региона по правилам Европейских норм проектирования расчетная снеговая нагрузка должна была бы быть S = 3021 Па. При этом в расчетах принимается вес снегового покрова со средним периодом повторяемости Т = 50 лет, а коэффициент надежности по нагрузке Yf равен 1,5.
В 2006 г. Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно- исследовательский центр «Строительство» принял документ «Временные рекомендации по назначению нагрузок и воздействий, действующих на многофункциональные высотные здания и комплексы в Москве».
Ниже приводим выдержки из данного документа:
«3.1. Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытий зданий определяется … как расчетное значение веса снегового покрова (ВСП) на 1 м2 горизонтальной поверхности земли Sg, умноженное на коэффициент перехода от ВСП земли к снеговой нагрузке на покрытие: S = Sg• .
3.2. В качестве расчетного значения S при проектировании высотных зданий следует принимать превышаемый в среднем один раз в 50 лет ежегодный максимум веса снегового покрова, определяемый по данным маршрутных снегосъемок о запасах воды на защищенных от прямого воздействия ветра участках местности за период не менее 30 лет.
3.3. На основе анализа метеорологических данных для двенадцати станций и постов Москвы и Московской области с рядами наблюдений от 33 до 94 лет выявлено, что расчетное значение веса снегового покрова с повторяемостью в среднем один раз в 25 лет составляет Sg = 1,80 кПа (180 кгс/м2) и с повторяемостью в среднем один раз в 50 лет — Sg = 2,0 кПа (200 кгс/м2) при среднем значении 105 кгс/м2 и среднем коэффициенте вариации υ = 31%. В качестве расчетного значения веса снегового покрова для покрытий высотных зданий в Москве … рекомендуется принять Sg = 2,0 кПа (200 кгс/м2).
3.4. Расчетные значения снеговой нагрузки на покрытия высотных зданий следует рассматривать как кратковременные и принимать в соответствии с требованиями раздела 5 СНиП 2.01.07.
3.5. Для покрытий зданий, расположенных на высоте более 75 м, с уклонами до 20% коэффициент , установленный в соответствии с указаниями схем 1, 2, 5 и 6 обязательного прил. 3* к СНиП 2.01.07, допускается снижать умножением на коэффициент, равный 0,6, который в целом учитывает общие закономерности снижения снеговой нагрузки в зависимости от высоты покрытия и данные … о средних скоростях ветра в зимний период».
С нормированием снеговых нагрузок до сих пор сохраняется крайне неблагоприятная обстановка, провоцирующая возникновение аварийных ситуаций, по крайней мере, для большепролетных зданий, у которых снеговая нагрузка основная. А это, как правило, объекты социального назначения: спортивные залы с трибунами для зрителей, концертные залы, аквапарки и др., и их строительство в Москве заметно возросло в последние годы. Происходящие чуть ли не каждый год катастрофы с обвалами крыш подтверждают факт того, что расчету снеговой нагрузки при проектировании необходимо уделять повышенное внимание.
Итак, для Москвы и Московской области мы имеем несколько различных значений веса снегового покрова – 1800 Па по СНиП 2.01.07-85*, 2000 Па по рекомендации Научно- исследовательского центра «Строительство» и 3021 Па, если рассчитать снеговую нагрузку по европейским нормам. Минимум для расчетов снеговой нагрузки и нагрузки снега на систему снегозадержания определен, а далее выбор идет в зависимости от особенностей объекта и его прогнозируемого срока службы.
Как узнать норму снеговой нагрузки для разных территорий в России? СНиП 2.01.07.85* определяют следующие параметры снеговых нагрузок для разных регионов.
Разобравшись с расчетной снеговой нагрузкой, возвращаемся к формуле, которая позволяет правильно рассчитать количество опор снегозадерживающей системы.
Получив значение давления снега на карнизе кровли и зная, сколько может выдержать рассматриваемая опора, можно высчитать, сколько опор требуется на данный участок. Соответственно длина карнизного участка делится на число опор — тем самым узнается их шаг. Если шаг опор составляет менее 450 мм — производители советуют использовать две линии снегозадержания. Подобная методика подходит и практически для всех крыш.
Ниже рассмотрим расчет для шага опор на кровле в Москве и в Перми с уклоном в 40° длиной ската 8 м и длиной карниза 10 м. Рассчитаем два варианта комплектации систем снегозадержания фирмы Flender-Flux – опоры № 76b (выдерживают нагрузки до 300 кг) и опоры № 62 (110 кг).
Пример для Московского региона
Выполняем расчет согласно формуле: Fs = i•Sk•b•sinA = 0,8•1,8 кН/м2• 8 м•sin 40° (0,643) = 7,4 кН/м2 = 740 кг/м2.
Таким образом, мы рассчитали, что на данной кровле давление снега составляет 740 кг/м2, давление на 10-метровый карниз составит 740 кг/м•10 м = 7400 кг/м2.
Опор № 76b с возможной нагрузкой в 300 кг потребуется: 7400/300=25 шт.
Соответственно шаг опор находится в пограничной зоне 400 мм, т.е. можно установить снегозадержание одним рядом, но можно и в два ряда.
Опор № 62 с возможной нагрузкой 110 кг потребуется 67 шт., а это значит, что для них потребуется установка минимум трех рядов снегозадержания.
Вес снега в зимнее-весенний период быстро меняется, и его плотность в период таяния составляет от 0,35 г/см3 в начале, 0,45 г/см3 в разгар, до 0,5…0,7 г/см3 в конце снеготаяния. В конце февраля 2010 г. высота снежного покрова в Московском регионе достигла 63 см. После несложных подсчетов можно заметить, что масса снеговой нагрузки в начале таяния снега составит более 300 кг/м2, что значительно превышает значение СНиП в 180 кг/м2 И если 20 лет назад составители норм и правил предполагали, что следующее превышение норматива снеговой нагрузки состоится только через 25 лет, то сейчас, в условиях изменения климата, у нас такой уверенности нет. Хорошо, если превышение этого года закончится только сорванными водостоками и поврежденными кровлями, но ведь могут быть и более печальные события, как, например, обвалившийся от снеговой нагрузки выставочный павильон в Сокольниках (Москва) площадью 6 тыс. м2.
Пример для Перми
Выполняем расчет согласно формуле: Fs = i•Sk•b•sinA = 0,8•3,2 кН/м2•8 м•sin40° (0,643) = = 13,17 кН/м = 1317 кг/м2.
Таким образом, мы рассчитали, что на данной кровле давление снега на метр карниза составляет 1317 кг, давление на 10-метровый карниз составит 1317 кг/м•10 м=13170 кг/м2.
Опор № 76b с возможной нагрузкой в 300 кг потребуется: 13170/300 = 44 шт., т.е. необходимо устанавливать два ряда опор.
Опор № 62 с возможной нагрузкой 110 кг потребуется 119 шт. Этот вариант лучше не использовать, так как в противном случае понадобится пять рядов снегозадержания.
Принципиальное значение при выборе шага опор могут иметь свойства кровельного покрытия. Так, например, опора всегда ставится вниз волны керамической черепицы, а ширина у каждой модели черепицы разная. Кроме этого, необходимо учитывать жесткость устанавливаемых снегозадерживающих решеток и труб, а также все возможные нагрузки на закладные деревянные или металлические элементы, к которым будут крепиться опоры. Можно установить правильное количество элементов снегозадержания, но обрешетка, к которой они будут крепиться, может элементарно не выдержать нагрузку.
Последние зимы показали, что снеговая нагрузка от года к году бывает крайне неравномерна. Так, в Московском регионе последние три года снежный покров был минимальным, и многие застройщики, используя этот повод, игнорировали установку системы снегозадержания вообще или в необходимой комплектации. Как следствие, такие заснеженные зимы, как в 2010 году, показывают, что при монтаже снегозадержания надо рассчитывать на максимально возможные нагрузки снега, которые могут случаться раз в 5-10 лет.
Юкка Вуолле, генеральный директор компании Orima
Падающая с крыши снежно-ледяная масса представляет высокую опасность для человеческой жизни. В финском сборнике строительных указов и распоряжений (F2 SUOMEN RAKENTAMISMААRАYSKOKOELMA3) говорится о том, что вход в здание и все подходы к нему, а также игровые площадки должны быть надежно защищены от падающего с крыши снега и льда. Это распоряжение распространяется также на все дорожки и проходы, окружающие здание.
Когда наклон кровли превышает 1:8, защитой от падающего снега служат установленные на кровле снегозадержатели, навесы над входной дверью, а также посадки кустарников, регулирующие подходы к зданию.
Снегозадержатели устанавливаются близко к карнизу, на продолжении линии стены, таким образом, чтобы нагрузка распространялась на несущие конструкции.
Снегозадержатель должен обладать достаточной прочностью и сохранять свою форму, т.е. не деформироваться при нагрузке. Снегозадержатели устанавливаются в непрерывный ряд путем наращивания. Снегозадержатели изготавливаются из оцинкованной стали или из других коррозиоустойчивых материалов. Крепеж снегозадержателя должен быть прочной конструкции и установлен таким образом, чтобы не повлечь за собой протекания кровли.
3F2 SUOMEN RAKENTAMISMAARAYSKOKOELMA – сборник нормативных документов, обязательных к исполнению на территории Финляндии, соответствующих единым европейским стандартам (точнее, европейские стандарты EN516 и EN517 соответствуют финским, так как они были разработаны на их основании).
На крутых кровлях и в районах с большой снеговой нагрузкой может потребоваться установка нескольких рядов снегозадержателей. Например, в Лахти расчетная снеговая нагрузка 1,8 кН/м2, а в горных районах Сочи — 6,0 кН/м2.
В таблице указана максимальная длина ската для одного ряда снегозадержателей в зависимости от снеговой нагрузки и угла наклона кровли.
В примере, который выделен в таблице, угол наклона кровли 18° и расчетная снеговая нагрузка равна 2,0 кН/м2. На пересечении этих линий видна максимальная длина ската для одного ряда снегозадержателей: 9,7 м. Это значит, что если фактическая длина ската больше, чем 9,7 м, то рекомендуется установить дополнительный ряд снегозадержателей.
Также нужно принять во внимание, что если снегозадержатели установлены не по всей длине ската, а только на определенных участках, то фактическая нагрузка на них может превысить расчетную снеговую нагрузку для данного района. Фактическая снеговая нагрузка может превысить расчетную также весной после многоснежной зимы, когда снег на крыше становится мокрым и тяжелым. В этом случае нужно еще обратить внимание на прочность конструкции кровли и, при необходимости, счистить с кровли излишли снега.
ORIMA предлагает снегозадержатели двух типов: трубчатые и сетчатые. Оба типа одинаковы по прочности и коррозиоустойчивости. Обычно сетчатые снегозадержатели устанавливают на высокие городские здания, так как даже маленький кусочек льда, падающий с высоты в несколько десятков метров, может причинить непоправимый ущерб. Трубчатые снегозадержатели более популярны на малоэтажных (загородных) домах из-за своего более изящнего внешнего вида.
Качественные и грамотно установленные снегозадержатели обеспечат надежную защиту от лавинообразного схода снега с кровли.