Что учесть при расчете и возведении кровли, чтобы она выдержала любой снег

Как рассчитать снеговую нагрузку на кровлю в зависимости от региона

Сколько весит снег? Его плотность составляет от 10 до 100 кг/м³. Средняя плотность снежного покрова в европейской части России в конце зимы на севере находится в пределах 220–280 кг/м³; в средней полосе — от 240 до 320 кг/м³; на юге — в более широких пределах: от 220 до 360 кг/м³, что объясняется перемежающимися оттепелями и фирнизацией снега (образованием шариков льда из замерзающего водяного пара).

Сухой снег представляет собой двухфазную, а мокрый — трёхфазную систему, состоящую из кристаллов льда, воды и воздуха, содержащего водяной пар.
При оттепелях плотность снега существенно увеличивается. В начале таяния плотность составляет от 180 до 350 кг/м³, в разгар таяния — от 350 до 450 кг/м³, а в конце таяния доходит до 600–700 кг/м3.

Пористость снега связана с его структурой и изменяется по мере его уплотнения от 98 до 20%. Толщина снежного слоя на кровле зависит от региона и конфигурации кровли (угла наклона, наличия снегозадерживающих элементов). Правильно построенная кровля должна быть рассчитана на снеговую нагрузку, которая характерна для конкретной местности (таблица 1).


Таблица 1. Вес снега в разных регионах страны для расчёта максимальной нагрузки на стропильную систему

В СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» в разделе 10 «Снеговая нагрузка» определяется районирование территории России по величине снежного покрова. В зависимости от региона изменяются значения снеговых нагрузок, на которые должна быть рассчитана кровля.

Какой слой снега критичен для кровли правильно построенного дома? Например, для Москвы крыша должна выдерживать нагрузку 126 кг/м². Это означает, что критическую нагрузку для повреждения кровли может создать сухой снег плотностью 100 кг/м³ с толщиной слоя 126 см. Если снег слежавшийся, с плотностью 250 кг/м³, то для создания критической нагрузки понадобится толщина слоя снега всего 50 см.

Если осадки начали таять (плотность 350 кг/м³), то критическая толщина снежной массы составит 36 см. Если она в конце таяния по каким-то причинам задерживается на кровле, критическая для повреждения кровли толщина слоя составит всего 16–18 см, так как плотность мокрого снега может достичь 600–700 кг/м³.


Чем больше уклон кровли, тем меньше снега на ней задерживается

Какой должна быть стропильная система

Снеговая нагрузка воспринимается стропилами и передаётся на стены дома. Какой должна быть стропильная система, чтобы воспринять нагрузку от снега без разрушения? Посмотрим СП 31–105–2002 «Проектирование и строительство энергоэффективных одноквартирных жилых домов с деревянным каркасом».



При поперечном сечении стропил 38 × 140 мм (оструганные доски сечением 40 × 150 мм) при расчёте на снеговую нагрузку до 300 кг/м² стропила могут иметь свободный пролёт не более 2,6 м при шаге 60 см. При снеговой нагрузке до 200–250 кг/м² длина свободного пролёта стропил может составить 3,5 м. При нагрузке до 150 кг/м² она должна быть не менее 3,9 м. При увеличении ширины стропил до 184 мм (200 мм) длина пролёта составит соответственно 3,2; 3,5 и 4,4 м. При большей длине пролёта стропила можно опирать на продольные прогоны или опорные стойки, передающие нагрузки на нижележащие конструкции.


Стропильная система должна быть рассчитана на восприятие снеговых нагрузок

Чем крепить стропила

Особые требования предъявляются к крепежным элементам. Длина гвоздей должна превышать двойную ширину сечения стропил, то есть для скрепления стропил толщиной 38 мм используют гвозди длиной минимум 80 мм. Чем меньше угол наклона кровли, тем больше гвоздей нужно для каждого соединения. При наклоне скатов 45° и шаге стропил 60 см достаточно 5 гвоздей, а на кровле с углом 26° потребуется 8 гвоздей на одно соединение (таблица 2).

Для других деталей стропильной системы следует пользоваться таблицей расчёта количества и длины гвоздей — на основании табл. 8–2 СП 31–105–2002. 

В снежном районе, следует выбрать кровлю с достаточным углом наклона — как минимум 36° к горизонту. Ещё лучше противостоят нагрузкам и избавляются от избыточной снежной массы кровли с углом 45° и более.


Таблица 2. Длина и количество гвоздей, которые необходимо использовать при строительстве домов на деревянном каркасе

Стропильные системы подразделяют на распорные и нераспорные. При значительных снеговых нагрузках предпочитают нераспорную схему наслонных стропил, в которой стропильные ноги закрепляются на стенах шарнирными соединениями с двумя степенями свободы (рис.1, 2).

Чтобы снизить передаваемые распирающие нагрузки на стены дома, один из концов наслонных стропил должен быть закреплён так, чтобы обеспечивать продольный сдвиг стропила под воздействием снеговой или ветровой нагрузки. Поэтому для безраспорных конструкций есть правило: крепление одного конца стропил делают на сколь­зящей опоре, позволяющей продольный сдвиг и поворот стропила (две степени свободы); крепление другого конца (на коньковом прогоне) делают с допуском только поворота (одна степень свободы).


Рис. 1. Схемы крепления наслонных стропил с одной степенью свободы («жёсткий верх — свободный низ»): 1 — упор стропил друг в друга и соединение стальными пластинами с двух сторон; 2 — мауэрлат; 3 — гидроизоляция; 4 — анкер ∅ 12 мм с шайбой и гайкой; 5 — анкер; 6 — проволочная тяга (петля); 7 — брусок с горизонтальной опорной площадкой; 8 — резьбовая шпилька ∅ 12 мм с гайками и шайбами; 9 — коньковый прогон (скрепление со стропилами не требуется); 10 — опора конькового прогона; 11 — упор стропил друг в друга и соединение деревянными накладками, прибитыми гвоздями

Крепление с двумя степенями свободы может быть выполнено на пластинах-ползунах либо на стальных скобах с использованием проволочных петель в сочетании с креплением посредством уголков, деревянных коротышей или гвоздями (по одному с каждой стороны). Конструкционное крепление предупреждает сдвиг стропил вдоль мауэрлата. В таком случае при отсутствии жёсткой связи «стропило — мауэрлат» распирающая нагрузка не будет передаваться на опорную стену.


Рис. 2. Шарнирное крепление наслонных стропил с одной и двумя степенями свободы: 1 — треугольный выпил в стропиле для опоры на мауэрлат; 2 — стальной уголок, прибитый к стропилу минимум тремя гвоздями; 3 — стальная лента, хомут; 4 — ползун либо стальной уголок без крепления к стропилу

Почему зимой опасен нагрев кровли

Крыша зимой не должна нагреваться теплом из дома, чтобы не таял снег на кровле. При частичном таянии снег набирает плотность и растёт нагрузка на ограждающие конструкции. При переменных циклах оттаивания-замерзания могут образовываться ледяные глыбы в снежных мешках и сосульки на свесах (рис.3).

Нагрузки ото льда превысят даже нагрузки от талого снега: плотность льда составляет 917 кг/м³. Наконец, образующиеся водные бассейны в снежных плотинах на кровлях из штучных материалов приводят к затеканию воды под кровлю через швы и появлению протечек в ­доме.


Рис. 3. Схема образования снежных плотин на кровле: 1 — снежно-ледяная плотина; 2 — водяной бассейн; 3 — тающий снег; 4 — холодный чердак без вентиляции либо утеплённый, но с недостаточными вентзазорами; 5 — недостаточный слой теплоизоляции; 6 — неутеплённые на чердаке дымоходы или вентканалы; 7 — неутеплённые проёмы в перекрытии

Для предотвращения образования ледяных пробок и сосулек в водосточной системе кровли, а также скопления снега и наледей в водоотводящих желобах и на карнизном участке следует предусматривать установку кабельной системы противообледенения.

Холодная кровля

Существуют две основные схемы устройства чердачного пространства: холодный (неутеплённый) чердак и утеплённый чердак (или мансарда).

В неутеплённом чердаке утеплитель лежит или в перекрытии последнего этажа, или на нём. Если толщина утепления достаточна, в контуре утепления нет зазоров, проходящих через чердак венткороба, и дымоходы утеплены, а сам чердак хорошо проветривается, то нагревания кровли и таяния снега не возникает.

Минимальную площадь отверстия кровли для естественной вентиляции (конёк, карнизы, слуховые окна, вытяжки и т.п.) принимают не меньше 1/300 площади горизонтальной проекции кровли. Для чердака (мансарды) для защиты кровли от прогрева важными факторами являются:

• достаточная толщина теплоизоляции;
• отсутствие щелей при укладке утеплителя;
• наличие хорошо вентилируемого зазора между утеплителем и кровельным покрытием;
•  воздухозабор достаточного сечения под свесами, кровельные вентиляторы и коньковая вентиляция.

В утепленной кровли может быть двойной или одинарный вентиляционный зазор (рис. 4) – все зависит от свойств выбранной гидроизоляционной мембраны. Если в кровле используется трехслойная диффузионная мембрана, хорошо пропускающая пар из утеплителя ( за сутки 750-1000 г/кв. м) и блокирует поступление воды в него снаружи, то такой материал можно укладывать прямо на утеплитель. Зазор между утеплителем и гидроизоляцией — не менее 2 см.


Рис. 4. Схема подкровельной вентиляции с одинарным и двойным вентиляционным зазором: 1 — теплоизоляция; 2 — гидроизоляция

При использовании дешёвых однослойных мембран или паронепроницаемых гидроизолирующих плёнок между ними и утеплителем с помощью контр­реек создают второй вентиляционный зазор для отвода водяных паров из утеплителя и конденсата с поверхности плёнки.

Одинарный или двойные вентиляционные зазоры должны быть открыты в подконьковое вентилируемое пространство.

Частые ошибки при устройстве подкровельной вентиляции: отсутствие воздухозаборных отверстий или их малое сечение, небольшой просвет вентзазора, отсутствие кровельной вентиляции и дополнительных кровельных вентиляторов на длинных скатах кровли и у блокирующих движение воздуха элементов (например, дымоходов).

Как рассчитать параметры кровельных вентиляционных зазоров

Размеры вентиляционных продухов нормируются в Своде правил 17.13330.2011 «Кровли». Высота вентканалов и размеры их входных и выходных отверстий зависят от уклона и площади кровли.
При уклоне скатов до 25° минимальный зазор составляет 6 см, при уклоне от 25 до 45° и более — 4 см.

Сечение вентканала на карнизе для кровель с уклоном до 25° должно быть не менее 1/200 от площади ската. При уклоне до 45° сечение канала можно уменьшить до 1/300 площади ската, а при уклонах более 45°— до 1/400. Во всех случаях площадь сечения вентканалов в карнизном свесе должна быть не менее 200 см²/м.


Вентиляционные зазоры в свесах кровли

Размер выходных отверстий вентканалов на коньке может быть в два раза меньше, чем площадь сечения входных отверстий. При длине скатов кровли более 10 м площадь сечения вентканалов увеличивают на 10%.

Используя для свесов кровли софиты с отверстиями, убедитесь, что суммарное их сечение соответствует минимально допустимому. Например, стандартная панель виниловых софитов длиной 3 м и шириной 0,3 м со сплошной перфорацией имеет площадь отверстий всего 15 см² на 3 пог. м или всего 5 см² на пог. м. Эта величина в 40 раз меньше минимально допустимой.


Коньковая вентиляция

В виниловом софите с центральной перфорацией площадь сечения вентзазоров в 120 раз меньше минимально допустимой. Вентзазоры чаще всего оформляют подшивкой деревянных реек с защитной сеткой от насекомых и мусора (оцинкованной или полимерной).

Для чего нужны снегозадержатели на крыше

Их устанавливают на кровлях с уклоном более 3° для предупреждения схода снега и льда и повреждения нижележащих конструкций, нанесения вреда людям, животным и растениям.

Снегозадержатели монтируют и над мансардными окнами для предупреждения заваливания снегом. Металлические кровли с гладкой поверхностью более подвержены спонтанному сходу снега, чем покрытия с шершавыми поверхностями.

Приспособления для задержки снега в виде отдельных крюков распределяют по поверхности кровли (до половины всей площади ската) и прикрепляют к фальцам кровли, обрешётке, прогонам или к несущим конструкциям.

Трубчатые снегозадержатели устанавливают на карнизном участке над несущей стеной (0,6–1,0 м от карнизного свеса), а под ними предусматривают сплошную обрешётку. Верхние 3 м ската кровли не нуждаются в снегозадержателях.

Как правило, требуется два ряда этих приспособлений на каждом скате. На пологих кровлях их устанавливают в шахматном порядке с перекрытием 60 см в рядах. На кровлях с большим уклоном снегозадержатели устанавливают в два сплошных ряда друг над другом.

Как и чем правильно очищать крышу от снега

Во-первых, не нужно убирать весь снег: оставьте на кровле слой толщиной 5 см, чтобы предотвратить её повреждение уборочным инструментом.

Во-вторых, подумайте о собственной безопасности: вероятность упасть с крыши во много раз превышает риск получить повреждение от падающих с кровли снега и сосулек.


Рис. 5. Рамка для подрезания слежавшегося снега: 1 — ролик; 2 — распорка; 3 — стальная П-образная пластина; 4 — пластиковое скользкое полотно; 5 — телескопическая или наращиваемая рукоятка

Крыши с большим уклоном очищают с земли, используя два специальных инструмента на длинных ручках: скребок для удаления рыхлого снега и рамку для подрезания снега (рис. 5).

Скребок — стальная пластина шириной 50–60 см и высотой 10–15 см, закреплённая перпендикулярно к оси ручки. На нижней части скребка — два ролика для предупреждения повреждения кровельного покрытия. Лезвие скребка заносят на слой снега, опускают в него и стягивают снег вниз.

Рамка для подрезания лежалого снега представляет собой П-образный стальной лист, скреплённый сверху стержнем-стяжкой. Снизу к листу прикреплены ролики для предупреждения повреждения кровли и гладкий лист пластика, по которому вырезанные фрагменты снега легко соскальзывают вниз.

Текст и фото: А. Дачник
Рисунки: В. Давыдов

Другие материалы и обсуждения, посвящённые кровле:

• Плоская кровля: её преимущества, возможности, применение в частном домостроении;
• Кровля пошла волнами. Как исправить ситуацию?
• Азбука кровли: как утеплить крышу.