Крыша и снег. Часть 1

Что делать со снегом на крышах и какими должны быть кровли, чтобы устоять под натиском снежной массы? Вопрос актуальный для снежных районов России, и поэтому стоит отнестись к нему повнимательнее. колько весит снег на крыше? Плотность свежего рыхлого снега составляет от 10 до 100 кг/м. Средняя плотность снежного покрова в европейской части России в конце зимы на севере находится в пределах 220-280 кг/м; в средней полосе - от 240 до 320 кг/м; на юге - в более широких пределах: от 220 до 360 кг/м что объясняется перемежающимися оттепелями и фирнизацией снега (образованием шариков льда из замерзающего водяного пара).

Выдержит ли крыша?
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/м в разгар таяния - от 350 до 450 кг/м а в конце таяния доходит до 600-700 кг/мз. Пористость снега связана с его структурой и изменяется по мере его уплотнения от 98 до 20%. Толщина снежного слоя на кровле зависит от региона, конфигурации кровли (угла наклона, наличия снегозадерживающих элементов). Правильно построенная кровля должна быть рассчитана на снеговую нагрузку в конкретном регионе. В СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» в разделе 10 «Снеговая нагрузка» определяется районирование территории России по величине снежного покрова и нагрузкам от него. 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 кровля должна быть рассчитана на повреждающую нагрузку 126 кг/м. Это означает, что критическую нагрузку для повреждения крыши может создать сухой снег плотностью 100 кг/м с толщиной слоя 126 см. Если снег слежавшийся, с плотностью 250 кг/м, то для создания критической нагрузки понадобится толщина слоя снега всего 50 см. Если снег начал таять (плотность 350 кг/м), то критическая для повреждения толщина слоя снега составит 36 см. В конце периода таяния снега, если он 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/м.

Чтобы выдержать снеговые нагрузки без повреждений и разрушения
Снеговая нагрузка воспринимается стропильной системой и передаётся на стены дома. Как должна быть устроена 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 х 140 мм (оструганные доски сечением 40 х 150 мм) при расчёте на снеговую нагрузку до 300 кг/м стропила могут иметь свободный пролёт не более 2,6 м при шаге 60 см. При снеговой нагрузке до 200-250 кг/м длина свободного пролёта стропил может составить 3,5 м. При нагрузке до 150 кг/м разрешённая длина свободного пролёта стропил увеличивается до 3,9 м. При увеличении ширины стропил до 184 мм (200 мм) длина разрешённого свободного 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.

Крепёж
Особые требования предъявляются к крепежу. 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. Для других элементов стропильной системы следует пользоваться таблицей расчёта количества и длины гвоздей. Устраивая стропильную систему дома 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.

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. 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). 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.

Утепление и вентиляция кровли в снежных районах
Крыша зимой не должна нагреваться теплом из дома, чтобы не таял снег на кровле. При частичном таянии снег набирает плотность и растёт нагрузка на крышу. При переменных циклах оттаивания-замерзания могут образовываться ледяные глыбы в снежных мешках и сосульки на свесах кровли. Нагрузки ото льда превысят даже нагрузки от талого снега: плотность льда составляет 917 кг/м 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.