Сбор нагрузок на кровлю и стропила
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» [1].
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 здесь.
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 [1]:
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 [1]. 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 [1] 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:
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 [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 [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 [1]).
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 [1].
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.
Например, стропила лежат с шагом 500 мм, а обрешетины — с шагом 300 мм. Общая расчетная нагрузка на кровлю составляет 200 кг/м2. Тогда нагрузка на стропила будет равна 200*(0,25+0,25) = 100 кг/м, а на доски обрешетки — 200*(0,15+0,15) = 60 кг/м (см. рисунок).
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).
Тип местности — коттеджный поселок.
Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.
1. Монолитная железобетонная плита — 100 мм.
2. Цементно-песчаная стяжка — 30 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.
| Вид нагрузки | Норм. | Коэф. | Расч. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Наименование нагрузки | Подсчет нагрузки | Нормат нагрузка (кПА) |  Коэф. надёжности по нагрузке | Расчётная нагрузка | ||
1.Постоянная нагрузка. — кровельный ковер на 1 м 2 =3,57м 2 — Цементно – песчаная стяжка t = 20 мм r=1800 кг/м 3 — Утеплитель t = 150мм  800 кг/см 3 — пароизоляция m = 1кг/м 2 — Железо бетонная плита приведенная толщина по катологу t = 110мм 2500кг/м 3 |      | 0,105 0,3528 1,716 0,0098 2,695 | 1,3 1,3 1,3 1,3 1,1 | 0,1365 0,4586 0,013 0,013 2,96 | ||
| Итого постоянные | 4,34 | — | 5,10 | |||
| 2. Временная нагрузка | ||||||
| — Кратковременная — Кратковременное значение снеговой нагрузки — Длительно действующая часть снеговой нагрузки — Ветровая нагрузка | Снип “Нагрузки и воздействия”  —  | 0.5 — -0,494 | 1.3 1,4 — 1,4 | 0.65 1,4 — -0,6916 | ||
| 3. Полная суммарная — постоянная и длительная — Кратковременная |   | 4,34 1,006 | — — | 5,1 1,3584 | ||
| Итого: | 5,35 | — | 6,46 | |||
— линолеум t = 0,006м — цементно -песчаная стяжка t = 0,028м — керамзит t = 0.046м — железобетонный настил t = 0.11м |     | 0,065 0,49 0,23 2,7 | 1,3 1,3 1,3 1,1 | 0,084 0,29 0,29 2,97 | ||
| Итого: | 3,5 | |||||
— длительная — кратковременая | 0,7 | 1,3 1,3 | 0,91 2,6 | |||
— постоянная и длительная — кратковременая | 4,2 | — — | 4,91 2,6 | |||
| Итого: | 6,2 | 7,51 | ||||
| ||||||
| 1. Постояная — линолеум t = 0,006м 1100кг/м 3 — цементно-песчаная стяжка t = 0.035м 1800кг/м 3 — Звукоизоляция из Двп t = 0,025 150кг/м 3 — железобетонный настил t = 0,11м 2500кг/м 3 |     | 0,065 0,62 0,04 2,7 | 1,3 1,3 1,1 1,1 | 0,084 0,8 0,04 2,97 | ||
| Итого: | 3,425 | — | 3,89 | |||
| 2.Временная нагрузка | ||||||
| — длительная — кратковременная | 1,3 1,3 | 1,3 3,9 | ||||
| 3 Полная суммарная — постояная и длительная — кратковременая | 4,42 | — | 4,19 3,9 | |||
| Итого: | 7,42 | 8,09 |
Расчет центрально нагруженной колонны квадратного сечения с симметричным армированием.
При схеме загружения колоны представленной на чертеже, колонна работает как центрально нагруженный элемент. При этом упрощается методика расчета.
Принятые на чертеже обозначения:
N1 – суммарная нагрузка на колонну в уровне первой косоли рассчитывается по всей грузовой площади.
N2 – суммарная нагрузка на колонну в уровне 2 консоли.
N3 – суммарная нагрузка на колонну в уровне 3 консоли.
L3 – глубина заделки колонны в фкндамент.
Расчет колонны по 1 группе предельны сотояний (по прочности) может быть приведен из системы неравенства:
N£ (AbRb+AsRsc)gn
1.Проверка соблюдения условия N £ Ncr Чтобы прверить соблюдения неравенства необходимо рассчитать значение Ncr по формуле:
1.1 Определение модуля упругости бетона Ев производим по таблице 18 с 21 СНИП 2.03.01-84.В таблице приводиться значение Ев 10 3
27,5 –значение в кг/см3
Таким образо для бетона класса В25
1.2 Расчетная длина премов не менее двух и соединениях ригелей и колонн, рассчитываемых как жесткие при сборных конструкциях принимается равной H, (где Н – расстояние между узлами крепления). Если колонна имеет постоянные размеры сечения по всей длине, принимаем H = Lo
1.3 Находим значение осевого момента инерции для сечения колонны У 
1.4 Находим коэффициент Уе – коэффициент учитывающий влияние длительного дейсвия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии, определяется по формуле
; где
b — коэффициент зависящий от вида бетона
b = 1 для тяжелого обычного бетона.
NL – длительно действующая часть нагрузки в таблице сбора нагрузок на покрытие как “постоянная и длительно действующая нагрузка”
N – полное значение расчетной нагрузки
1.1 
1.2 
1.3 Находим значение коэффициента по формуле:
(Rв – подставляеться в МПа)
Т.к высота технического подполья мала, а сечение колонны по всей длине составляет 300*300, то расчет на техническое подполье не ведется.
1.4 Значение коэффициента 
находим по формуле
1.5 Находим осевой момент инерции площади сечения арматуры относительно осей симметрии сечения колонны
Аs1 – площадь поперечного сечения одного стержня арматуры.
Принимаем Аs1 =2.011 ñ16мм а = 3см
1.6 Вычесляем величину Ncr и проверим соблюдение условия N£Ncr.
При невыполнении условия устойчивости следует увеличить размеры колонны, что уменьшает ее гибкость.
Вывод: условие соблюдается.
Продольную рабочую арматуру устанавливаем конструктивно – армируется четырьмя стержнями по углам: Аs = 2,011см 2 ñ16; 4 стержня А-3. Расчет колонны на монтажные нагрузки. Находим собственный вес колонны
1.1 Находим расчетный изгибающий момент
По таблице 3 страница 315 учебник “ОСД” устанавливаем что коэффициент 
= 0,104 h = 0,945 x = 0,11
1.2 Вычисляем площадь сечения рабочей арматуры
1.2 По таблице 5 подбираем стержень А = 3,69 см 2 принятая рабочая арматура ñ16 обеспечивает прочность Аs = 4.022 см 2
Армирование колонны
Чтобы увеличить несущую способность бетона по площади сжатию, его армируют густопоставлеными частыми сварными сетками. Такие сетки работают на растяжение и по аналогии со спиральной арматурой, ограничевая поперечные деформации бетона, существенно повышают его несущую способность.
В целях облегчения укладки бетона и вибрирования, обычно по толщине элемента от его торцов устанавливают не более четырех сварных сеток с шагом от 70-150мм и не более 1/3 размера меньшей стороны сечения.
Продольная рабочая арматура должна проходить внутри контура сеток косвенного армирования, которые располагаются на длине элемента (считая от его торца). Сварные сетки изготавливают из стали класса А3 ñ10мм.
Армирование консолей
Трапецевидные консоли с углами под 45°. Ширину консолей принимают равной ширине колонн.Высоту сечения не более 0,8м,высоту сечения h1 у свободного края неопорной части консоли принимают не менее 150мм или 1/3h. При h£2,50 а консоль армируется хамутами по всей высоте.
Шаг хамутов в консоли принимают не более 150мм и h14, диаметр отогнутых стержней не более 25 мм и 1/15 длины отгибы.
Концы продольной арматуры растянутой зоны односторонней консоли заводят за грань колонны и в любом случае доводят до противоположной грани колонны.
Анкеровка рабочей продольной арматуры у свободного конца консоли необязательна если опирающиеся сборные балки идут вдоль вылета консоли и если стыки этих балок надежно заделанного перекрытия.
Источник
