Расчет допустимых нагрузок на крышу модуля: оборудование, снег, люди

Безопасность кровли модуля зависит от грамотного учета всех действующих сил. Основные воздействия складываются из снегового покрова, веса установленного оборудования и веса людей при обслуживании.

Суммарное давление не должно превышать несущей способности стропильной системы. Снеговая нагрузка регламентируется СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия". Её значение S определяют как S = Sg * µ, где Sg – вес снега на 1 м² земли для конкретного района (устанавливается картами СП), µ – коэффициент перехода от веса наземного покрова к снегу на кровле, зависящий от её формы. Для плоских или скатных крыш с углом до 25° µ принимают равным 1.0. В горных районах или при сложных кровельных конфигурациях µ может достигать 1.8.

Оборудование систем отопления, вентиляции, кондиционирования (ОВиК) создает существенное статическое воздействие. Вес вентиляционных агрегатов, чиллеров, наружных блоков кондиционеров берут из паспортов изделий.

К нему прибавляют массу крепежных систем, звукоизоляции, обводки. Для расчёта равномерно распределённой нагрузки вес техники делят на площадь её опоры. Кондиционеры часто устанавливают на специальные подставки, распределяющие давление. Обязательно предусматривают технологические зоны для доступа персонала к узлам обслуживания.

Персонал, выполняющий ремонт или осмотр, добавляет временную нагрузку. Согласно нормам, на кровлю вводится эквивалентное равномерно распределенное давление 70-100 кгс/м² (0.7-1.0 кПа) в зоне возможного нахождения людей.

Иногда требуется учёт концентрированной силы 100-150 кгс (1.0-1.5 кН) в точке приложения, скажем, для монтажника с инструментом. Суммируя снег, оборудование и людей, получают полную расчётную нагрузку на стропила. К постоянным силам (собственный вес кровли, обрешётки, утеплителя) прибавляют временные. Постоянные величины определяют по фактическим материалам и их плотности.

Повышенные требования к несущей способности требуют усиления каркаса. Наиболее распространённый метод – уменьшение расстояния между стропильными ногами.

Увеличение числа балок пропорционально снижает нагрузку на каждую. Стандартный шаг 900-1200 мм сокращают до 600-750 мм. Другой путь – добавление промежуточных прогонов (лежней) под существующие стропила. Прогоны из бруса 100х150 мм или швеллера №12-14 укладывают перпендикулярно стропилам, опирая на дополнительные стойки или внутренние стены. Это сокращает пролёт стропильной ноги, повышая её устойчивость к изгибу.

При значительных сосредоточенных силах от тяжёлого оборудования эффективны фермы. Стальные или деревянные фермы заменяют традиционные стропильные ноги, перекрывая большие пролёты без промежуточных опор.

Они оптимальны для размещения крупных вентблоков по центру крыши. Сечение самих стропил также можно увеличить. Переход с бруса 50х150 мм на 50х200 мм или 100х200 мм существенно поднимает момент сопротивления. Стальные элементы (уголки, швеллеры) применяют при очень высоких требованиях или реконструкции. Выбор решения зависит от экономической целесообразности и конкретных условий монтажа.

Рассмотрим плоскую крышу модуля в снеговом районе III (Sg = 1.8 кПа). При µ=1.0 снеговая нагрузка S = 1.8 * 1.0 = 1.8 кПа (180 кгс/м²).

Допустим, установлен вентиляционный блок массой 300 кг с опорной площадью 0.6 м². Равномерно распределённое давление от него: 300 кг / 0.6 м² = 500 кгс/м² (5.0 кПа). Добавим нагрузку от персонала 100 кгс/м² (1.0 кПа). Суммарное временное воздействие: 180 + 500 + 100 = 780 кгс/м². Постоянная нагрузка (кровля, утеплитель, стропила) пусть составит 50 кгс/м². Полная расчётная нагрузка: 780 + 50 = 830 кгс/м² (8.3 кПа).

Деревянные стропила из сосны 2 сорта (Rизг = 130 кгс/см²) сечением 50х150 мм с шагом 1000 мм. Максимальный изгибающий момент для однопролётной балки M = (q * L²) / 8, где q – нагрузка на погонный метр стропила, L – пролёт.

q = 830 кгс/м² * 1.0 м = 830 кгс/м. При L=4.5 м: M = (830 * 4.5²) / 8 = 2109 кгс*м. Момент сопротивления сечения W = (b * h²) / 6 = (5 * 22.5) / 6 = 187.5 см³. Напряжение σ = M / W = 210900 кгс*см / 187.5 см³ ≈ 1125 кгс/см² > 130 кгс/см². Прочность недостаточна.

Требуется усиление. Вариант 1: Уменьшить шаг стропил до 0.6 м.

Тогда q = 830 кгс/м² * 0.6 м = 498 кгс/м. M = (498 * 4.5²) / 8 = 1265 кгс*м. Wтр = M / R = 126500 / 130 ≈ 973 см³. Подойдёт брус 50х200 мм (W=333 см³) или 100х150 мм (W=375 см³). Вариант 2: Добавить прогон посередине пролёта. Пролёт стропильной ноги станет L=2.25 м. M = (830 * 2.25²) / 8 = 525 кгс*м. Wтр = 52500 / 130 ≈ 404 см³. Сечение 50х150 мм (W=187.5 см³) все ещё мало. Нужно увеличить до 50х200 мм (W=333 см³) или добавить прогон с уменьшением шага. Расчёт подтверждает необходимость корректировок при высоких нагрузках.

При размещении тяжёлых объектов располагайте их над несущими стенами или колоннами. Это минимизирует изгибающий момент на стропилах.

Всегда запрашивайте актуальные паспортные данные на оборудование ОВиК, включая габариты опор. Для модулей в северных регионах заранее уточняйте снеговой район по СП 20.13330. Применяйте древесину не ниже 2 сорта или сталь класса С235, С245. Контролируйте влажность пиломатериалов – не выше 18-20%. Усиление существующей крыши требует расчёта на совместимость старых и новых элементов.