Вопрос «как рассчитать снеговую нагрузку» возникает у каждого, кто заказывает каркасно-тентовое сооружение для региона с выраженной зимой. Ответ на него определяет сечение несущих рам, шаг каркаса, тип тентового покрытия и в конечном счёте надёжность всего объекта. Снеговая и ветровая нагрузка на ангар рассчитываются не произвольно, а по чётко регламентированной методике СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — актуализированной редакции СНиП 2.01.07-85*. В этой статье — как устроен этот расчёт, какие нормативные значения используются и почему конструкция, рассчитанная под один регион, не подходит для другого без пересчёта.
Зачем каркасно-тентовому сооружению точный расчёт нагрузок
Металлокаркас тентового ангара воспринимает несколько видов воздействий одновременно: собственный вес конструкции, вес тентового покрытия, снеговую нагрузку на кровлю и ветровое давление на боковые плоскости. Если сечение рам и шаг каркаса занижены относительно фактических климатических условий площадки, конструкция получает запас прочности ниже нормативного — а это прямой риск деформации или разрушения кровли при сильном снегопаде или порывистом ветре.
Поэтому при разработке конструкторской документации на каркасно-тентовое сооружение снеговой и ветровой район строительства — обязательные исходные данные, наравне с геометрией объекта. Корректный расчёт под конкретный регион эксплуатации — основа надёжности конструкции, а не формальность для отчётности.
Снеговой район: что это и как его определить
Снеговой район — это участок территории России, для которого нормативно установлено определённое расчётное значение веса снегового покрова. Вся территория страны по СП 20.13330.2016 разделена на восемь снеговых районов — от I до VIII, в порядке возрастания нагрузки.
Таблица нормативных значений веса снегового покрова
Таблица 10.1 СП 20.13330.2016 устанавливает нормативное значение веса снегового покрова Sg на 1 м² горизонтальной поверхности земли в зависимости от снегового района:
| Снеговой район | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sg, кПа | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
Снеговой район для конкретной площадки определяется по карте 1 приложения Е к СП 20.13330.2016. Кроме того, для ряда крупных населённых пунктов нормативное значение Sg зафиксировано отдельно — в приложении К к своду правил, и по действующей редакции документа значение из приложения К имеет приоритет перед значением, определённым по номеру района.
Формула расчёта снеговой нагрузки на покрытие
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле:
S₀ = ce × ct × μ × Sg
где:
- S₀ — нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, кПа;
- Sg — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли (по таблице 10.1 или приложению К);
- μ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, учитывающий форму кровли;
- ce — коэффициент сноса снега под действием ветра;
- ct — термический коэффициент, учитывающий таяние снега при тепловыделении здания.
Расчётное значение снеговой нагрузки, применяемое непосредственно в прочностных расчётах несущих конструкций, получают умножением нормативного значения на коэффициент надёжности по нагрузке γf, который для снеговой нагрузки принимается равным 1,4:
S = S₀ × γf = ce × ct × μ × Sg × γf
Коэффициент формы кровли μ
Геометрия покрытия напрямую влияет на то, сколько снега фактически накапливается на конструкции. Для арочных и скатных каркасно-тентовых сооружений значение μ зависит от угла наклона ската:
- при угле наклона от 0° до 30° включительно — μ = 1,0;
- при угле наклона от 30° до 60° значение определяется линейной интерполяцией по формуле μ = (60 − α) / 30, где α — угол наклона ската в градусах;
- при угле наклона 60° и более — μ = 0, то есть снеговая нагрузка на покрытие не учитывается.
Это объясняет, почему форма кровли — арочная, двускатная или односкатная — не только эстетический, но и инженерный параметр: чем круче скат, тем эффективнее сход снега и тем ниже расчётная снеговая нагрузка на покрытие.
Термический коэффициент ct
Для покрытий с повышенным тепловыделением (более 1 Вт/м²) применяется коэффициент ct = 0,8, отражающий частичное подтаивание снега изнутри сооружения. Для покрытий без повышенного тепловыделения принимается ct = 1,0.
Коэффициент сноса снега ce
Коэффициент ce учитывает перераспределение снега под действием ветра. Для покрытий с уклонами от 12% до 20% у однопролётных и многопролётных зданий без фонарей, расположенных в открытой или умеренно застроенной местности, значение ce принимается равным 0,85. В остальных случаях ce = 1,0.
Ветровой район и расчёт ветровой нагрузки
Помимо снега, металлокаркас тентового ангара воспринимает ветровое давление — на боковые стены, на скаты кровли и на торцевые плоскости сооружения, особенно значимое для объектов с большим пролётом и значительной парусностью тентового покрытия.
Таблица нормативных значений ветрового давления
Таблица 11.1 СП 20.13330.2016 устанавливает нормативное значение ветрового давления w₀ в зависимости от ветрового района:
| Ветровой район | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| w₀, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
Ветровой район определяется по карте 2 приложения Е к СП 20.13330.2016 для конкретной площадки строительства.
Формула расчёта ветровой нагрузки
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте ze над поверхностью земли вычисляется по формуле:
wm = w₀ × k(ze) × c
где:
- wm — нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки, кПа;
- w₀ — нормативное значение ветрового давления по таблице 11.1;
- k(ze) — коэффициент изменения ветрового давления по высоте, зависящий от типа местности;
- c — аэродинамический коэффициент, учитывающий форму сооружения и направление обтекания.
Расчётное значение получают умножением на коэффициент надёжности по нагрузке γf = 1,4:
w = wm × γf = w₀ × k(ze) × c × γf
Типы местности и их влияние
СП 20.13330.2016 выделяет три типа местности, определяющих характер изменения ветрового давления по высоте:
- Тип А — открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, сельские местности, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
- Тип Б — городские территории, лесные массивы и местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
- Тип С — городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.
Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если этот тип местности сохраняется с наветренной стороны на расстоянии 30h при высоте сооружения h менее 60 м или на расстоянии 2 км при высоте сооружения 60 м и более. Чем более открыта местность, тем выше ветровое давление на одной и той же высоте — это значимо для тентовых ангаров на сельскохозяйственных площадках, в открытой степи или на побережье.
Почему расчёт нагрузок нельзя унифицировать для всех регионов
Практическое следствие приведённых таблиц: каркасно-тентовое сооружение одинаковых габаритов требует разного сечения металлокаркаса в зависимости от региона строительства. Снеговая нагрузка для III снегового района (например, Москва, Санкт-Петербург) почти втрое ниже, чем для VI района (например, Мурманская область), а ветровая нагрузка для IV ветрового района почти вдвое выше, чем для I района.
Это означает, что:
- типовой проект, рассчитанный «в среднем» без привязки к конкретному региону, либо избыточен по металлоёмкости для южных регионов, либо не обеспечивает нормативного запаса прочности для северных и сибирских регионов;
- конструкторская документация на каркасно-тентовое сооружение должна разрабатываться индивидуально с учётом фактического снегового и ветрового района площадки;
- при переносе сооружения на другую площадку с иными климатическими условиями требуется проверочный расчёт конструкции на соответствие нагрузкам нового региона.
Именно поэтому в техническом задании на тентовый ангар обязательно указывается точный адрес или регион строительства — без этого инженерная проработка конструкции невозможна.
Что ещё учитывается при расчёте конструкции тентового ангара
Снеговая и ветровая нагрузка — основные, но не единственные параметры расчёта металлокаркаса.
Геометрия и пролёт сооружения
Ширина пролёта определяет величину изгибающего момента в раме при заданной нагрузке: чем шире пролёт без промежуточных опор, тем выше требования к сечению несущих элементов при одинаковой снеговой нагрузке.
Форма каркаса
Арочная, двускатная или односкатная конфигурация влияет не только на коэффициент μ снеговой нагрузки, но и на распределение усилий в элементах рамы и аэродинамический коэффициент при расчёте ветровой нагрузки.
Тип тентового покрытия
Плотность и характеристики армированного ПВХ-тента учитываются как часть постоянной нагрузки на конструкцию, а также при определении ветровой парусности сооружения.
Коэффициент надёжности по уровню ответственности
Помимо коэффициентов надёжности по нагрузке, при расчёте учитывается коэффициент надёжности по ответственности сооружения, зависящий от назначения и класса объекта — этот параметр определяется индивидуально в рамках разработки технической документации.
Полный цикл инженерной проработки конструкции под конкретный объект и регион выполняется специалистами TentMax на этапе подготовки конструкторской документации. Ознакомиться с реализованными объектами можно в разделе отраслевые решения TentMax, а с типовыми вариантами конструктивных решений — в разделе тентовые ангары.
FAQ: часто задаваемые вопросы о расчёте снеговой и ветровой нагрузки
Как определить снеговой район для своей площадки строительства?
Снеговой район определяется по карте 1 приложения Е к СП 20.13330.2016 в зависимости от географического положения площадки. Для ряда крупных населённых пунктов нормативное значение веса снегового покрова Sg зафиксировано отдельно в приложении К к своду правил и имеет приоритет перед значением, определённым только по номеру района. При расположении площадки на границе районов или в горной местности рекомендуется уточнение по данным территориальной организации гидрометеорологии.
Почему снеговая нагрузка для одного и того же ангара отличается в разных городах?
Нормативное значение веса снегового покрова Sg по таблице 10.1 СП 20.13330.2016 различается по снеговым районам в несколько раз — от 0,5 кПа в I районе до 4,0 кПа в VIII районе. Поскольку расчётная снеговая нагрузка на покрытие прямо пропорциональна Sg, металлокаркас одного и того же по габаритам сооружения для южного и северного региона требует разного сечения несущих элементов.
Влияет ли форма кровли ангара на снеговую нагрузку?
Да, напрямую. Коэффициент формы μ, входящий в формулу расчёта снеговой нагрузки, зависит от угла наклона ската: при уклоне до 30° μ = 1,0, при уклоне 60° и более μ = 0, то есть снеговая нагрузка на такое покрытие не учитывается. Это означает, что более крутая арочная или скатная форма кровли снижает расчётную снеговую нагрузку за счёт более эффективного схода снега.
Нужно ли пересчитывать конструкцию при переносе тентового ангара на другую площадку?
Да. Поскольку снеговой и ветровой районы могут различаться между исходной и новой площадкой, перенос каркасно-тентового сооружения требует проверочного расчёта металлокаркаса на соответствие нагрузкам нового региона эксплуатации. Это часть инженерной проработки конструкции при повторном монтаже сооружения.
