Как рассчитать угол падения снега с крыши

траектория падения снега с крыши расчет

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2017

Интересная информация, открыл для себя много нового.

Очень интересная и актуальная статья!

Интересен подход авторов к понятию сервиса, есть не совсем расшифрованные утверждения, но в целом, интересно.

Актуальнейшая на сегодняшний день тема. Пишите больше, интересен взгляд именно через аспекты сервиса.

Благодарю за ответ! Очень полезная, крайне интересная и познавательная статья!

2. В то же время, пониженная температура питательной воды на входе в водяной экономайзер способствует снижению температуры уходящих газов, выбрасываемых в дымовую трубу. 3. Дымовая (металлическая) труба не изолирована. Температура ее поверхности – порядка 70–100 °C, что также является нарушением правил ПТЭ и техники безопасности. С точки зрения энергосбережения на рассматриваемой котельной следует реализовать три основных мероприятия.

АНАЛИЗ ОПАСНОЙ ЗОНЫ ПАДЕНИЯ СНЕЖНЫХ МАСС И НАЛЕДЕОБРАЗОВАНИЙ С КРОВЛИ ЗДАНИЙ

К сожалению, все чаще можно услышать о том, что съехавшая лавина льда травмировала прохожего или нанесла повреждения припаркованному автомобилю.В зимнее и весеннее время на крышах зданий может скапливаться большое количество снега, а также могут образовываться сосульки, которые достигают значительных размеров. Во время оттепели происходит сход снега с крыш зданий и падение сосулек. Сход скопившейся на крыше снежной массы очень опасен! Зачастую, такая масса неоднородна по своему составу и содержит как рыхлые массы подтаявшего снега, так и куски слежавшегося льда, зачастую значительного объёма и массы. Находясь в опасной зоне, человек может получить от падающего снега и сосулек очень тяжелые и опасные травмы, иногда не совместимые с жизнью.

Не так давно, по пути в университет мы сами стали пострадавшими от схода снега с крыши здания и поэтому, нас заинтересовала данная проблема и мы решили исследовать, как в нашем городе соблюдается техника безопасности в данной области.

Основная цель нашего исследования:

Изучить нормы безопасности при сходе наледи и рассчитать опасной и безопасной зон при этом процессе.

Для реализации этой цели мы поставили следующие задачи:

1. Найти и изучить данные нормы безопасности.

2. Рассчитать опасную зону при сходе наледи.

3. Выявить нарушения и дать рекомендации по решению этой проблемы.

Что же является причиной образования наледи на крышах? Вызвать ее могут разные факторы:

Нарушение системы водоотведения. Зачастую банальной причиной обледенения кровли может служить засорение или повреждение водостока. При повышении окружающей температуры влага, образующаяся от таяния снега, не удаляется по трубам вниз, а накапливается на поверхности крыши и замерзает.

Особенности климата. В зимнее и весеннее время суточные перепады температур также вызывают образование наледи на крышах. То есть снег, сверху согретый солнцем, ночью покрывается коркой льда, причем толщина этого слоя будет расти раз от раза.

Конструктивные особенности устройства крыши. Появление корки льда и сосулек напрямую связано с выделением тепла от самого здания, а точнее от его кровли. Все чаще стало применяться устройство бесчердачной кровли. То есть помещения, находящиеся непосредственно под крышей, используются в качестве жилых или технических, что приводит к излишнему нагреву кровли и подтайке снежного покрова, который в дальнейшем превращается в лед.

Материал кровли. Например, кровля, покрытая полимером, снижает вероятность задержки и накопления снега за счет своей гладкой структуры.

Повреждение теплоизоляционного слоя кровли. Также ведет к излишнему выделению тепла и, как следствие, образованию наледи.

Учитывая индивидуальные особенности, для получения серьезных травм иногда достаточно удара небольшой силы, особенно это касается детей.По данным статистики за последний месяц, только в Самарскую городскую клиническую больницу №1 им. Н.И. Пирогова обратилось около 50 человек, пострадавших от схода наледи. Результаты анализа несчастных случаев показывают, что травмы головы происходят, если энергия удара превышает 15 Дж. Удар большей силы, без причинения вреда человеку, способна выдержать только строительная каска. Каска должна выдерживать вертикальный удар с энергией не менее 80 Дж, для облегченной каски – не менее 20 Дж.

Так же, рассчитав опасную зону схода наледи с крыш, мы сделали вывод, что расстояние 2,3-3 м. от фасада здания является самым опасным. Из этого следует нарушение техники безопасности о расположении тротуаров. В зоне схода наледи с крыш стоит высаживать газон, что бы в зимнее и весеннее время ничего не угрожало жизни людей.

Для расчета было выбрано 2 дома хрущевского проекта, один дом с уклоном крыши в 20˚, другой – 50˚.

Высота дома = 13,7м

Падение на балкон:

Прибавив длину балкона, получим искомое расстояние:

Изучив нормы безопасности и выполнив наши исследования, мы пришли к следующим выводам:

– при обнаружении сосулек, висящих на крыше вашего дома, необходимо обратиться в обслуживающую организацию. Работники коммунальных служб должны отреагировать на ваше сообщение;

– при обнаружении оборванного снегом электропровода, свисающего с крыши, ни в коем случае не касайтесь его и держитесь на безопасном расстоянии не ближе 8 метров. Немедленно сообщите об обрыве в обслуживающую организацию или в единую дежурную диспетчерскую службу. До прибытия аварийной бригады не подпускайте к оборванному проводу прохожих, особенно детей.

– если во время движения по тротуару вы услышали наверху подозрительный шум – нельзя останавливаться, поднимать голову и рассматривать, что там случилось. Возможно, это сход снега или ледяной глыбы. Нужно как можно быстрее прижаться к стене, козырек крыши послужит укрытием.

– также не следует оставлять автомобили вблизи зданий и сооружений, на карнизах которых образовались сосульки и нависание снега. В случае если все же сосулька упала и повредила ваш автомобиль, необходимо вызвать сотрудников ГИБДД и составить акт, который будет служить доказательством того, что гражданину причинен вред.

– если из-за падения с крыши сосульки или снега пострадал человек, необходимо незамедлительно вызвать скорую помощь.

Как выбрать оптимальный угол крыши для схода снега?

В гражданском малоэтажном строительстве наиболее распространённым, рациональным и экономически целесообразным видом крыши опытные строители называют скатные конструкции. Они могут состоять из одного, двух, трех или даже четырех скатов, плоскостей, смыкающихся в одной точке, называемой коньком. От плоских кровель скатные отличает угол наклона, который согласно строительным нормам должен превышать 2,5 градуса. Выбор уклона – важный этап создания проекта, от которого зависит прочность, несущая способность и долговечность конструкции. В этой статье мы расскажем, как правильно выбрать угол наклона, чтобы облегчить сход снега в зимний период.

Определение угла

Угол наклона крыши – параметр инженерного расчета кровельных конструкций, отражающий отношение высоты конька к ширине основания ската. Скатные кровли могут иметь уклон 2,5-80 градусов, однако, оптимальный диапазон значений угла наклона составляет 20-450. От этого параметра зависит площадь скатов, ветроустойчивость и снеговая нагрузка. В специальной литературе встречаются следующие термины:

• Минимальный уклон. Минимальный угол наклона в целом для скатных крыш составляет 2,5 градуса, но в зависимости от используемого гидроизоляционного материала этот параметр может увеличиваться. Меньше всего минимальный угол у рулонных битумных и мембранных покрытий, он составляет 2-4 градуса. Минимально допустимое значение для металлочерепицы и профнастила составляет 11-12 0 , для керамической черепицы – 22 0 .
• Оптимальный. Оптимальным называют наиболее подходящий уклон крыши в данных климатических условиях при использовании определенного гидроизоляционного материала. Оптимальный угол наклона обеспечивает самостоятельный сход снега, облегчая обслуживание кровли.

Важно! Уклон крыши может выражаться в градусах, в процентах или в виде соотношения сторон. Чтобы вычислить этот параметр кровельной конструкции, необходимо разделить половину ширины фасада на высоту, а затем умножить на 100 процентов.

Критерии выбора

Выбор уклонности основывается на инженерном расчете, учитывающем климатические условия зоны, где ведется строительство, характеристики кровельного покрытия и несущую способность стропильного каркаса. Чтобы конструкция получилась надежной, необходимо принимать во внимание следующие критерии:

1. Ветровая нагрузка. Чем круче кровля, тем сильнее ее парусная способность. Поэтому в регионах с сильным, порывистым ветром предпочтительнее более пологие кровельные конструкции. Хотя с другой стороны, с низкоуклонных скатов ветром может срывать гидроизоляционный материал.
2. Снеговая нагрузка. Чем больше снеговая нагрузка, тем более крытыми делают скаты. Угол наклона кровли 40-45 градусов обеспечивает самостоятельный сход снега с поверхности кровельного материала.
3. Характеристики финишного покрытия. У каждого покрытия для возведения кровли существует оптимальный уклон, который необходимо учитывать при проектировании конструкции.
4. Несущая способность каркаса. Чем меньше сечение элементов каркаса и больше расстояние между ними, тем выше круче должен быть скат, чтобы выдержать снеговую нагрузку.

Оптимальный показатель для облегчения схода снега

Лимитирующим фактором при выборе угла наклона кровельных скатов в средней полосе России является высокая снеговая нагрузка, характерная для этой местности. Большое количество снега, выпадающее в зимний период, повышают давление на стропильную систему, приводя к деформациям каркаса и кровельного материала конструкции. Опытные мастера считают, что существует устойчивая корреляция между уклоном и сопротивлением снеговой нагрузке:

1. Если он меньше 30 градусов, то происходи накапливание снега на поверхности скатов. Снежные наносы и наледь имеет значительную массу, из-за которой повышается нагрузка на стропильный каркас, достигая критических показаний. Однако, часть снега сдувается с поверхности ветром. Если угол наклона кровли находится в этом диапазоне, то снегозадержатели на нее не устанавливают, особенно если кровельный материал имеет шероховатую поверхность.
2. При значении, равном 0 градусов (т.е. для плоских крыш), снеговая нагрузка на поверхность достигает максимальных значений. Снег на таких конструкциях скапливается в большие сугробы, которые приводят к обрушению каркаса, если крышу периодически не чистить.
3. Если он кровли составляет 45 градусов и выше, то в расчетах нагрузки на стропильный каркас весом снега можно пренебречь, так как снег со скатов соскальзывает самостоятельно, не задерживаясь на скате. Чтобы обезопасить эксплуатацию кровли, имеющей большой угол наклона, на нее устанавливают снегорезы, разрезающие пласт снега при сходе на более тонкие пластины, имеющие меньшую скорость и энергию падения.

Учтите! Согласно строительной климатологии территория России разделяется на 8 климатических зон, каждой из которых соответствует своя среднегодовая снеговая нагрузка. Это справочное значение используют для расчета уклона крыши, толщины сечения элементов стропильного каркаса и выбора кровельного покрытия.

Влияние на конструкцию

Важно, что изменение уклона для облегчения схода снега сильно влияет на конструкцию кровли в целом. Увеличение крутизны влечет за собой следующие последствия:

• Увеличение веса кровельного пирога. Вес 1 квадратного метра кровельного пирога с уклоном 50 градусов в 2-2,5 раза выше, чем кровли с уклоном 2 градусов.
• Увеличение площади скатов. Чем круче кровля, тем больше площадь ее скатов, тем больше расход, а, следовательно, и стоимость кровельного материала.
• Облегчение стропильного каркаса. В отсутствии снеговой нагрузки, можно облегчить каркас крыши, чтобы сэкономить на древесине.
• Невозможность использования рулонных материалов. Если уклон кровли превышает 40 градусов, не рекомендуется использовать битумные и мембранные рулонные материалы, так как они под воздействием высокой температуры могут просто «сползать» вниз.

Опытные мастера отмечают, что правильный выбор помогает увеличить срок службы кровельных конструкций, облегчить эксплуатацию и обслуживание крыши в условиях снежных российских зим. Ошибки в проекте, связанные с неправильным выбором оптимального угла приводят к деформациям стропил, обвалу обрешетки, заливанию атмосферной влаги в межшовное пространство во время косого дождя или при оттепелях.

Динамика схода снего-ледяных масс с крыш зданий

Статья посвящена динамике схода снего-ледяных масс с крыш зданий. Выведена формула, позволяющая определить зоны безопасности на земле, которые зависят от высоты здания, угла наклона ската крыши, коэффициента трения при движении (материала покрытия крыши) и длины ската.

Ключевые слова: зона безопасности, коэффициент трения, крыши зданий, материал кровли, снег и ледяные массы, угол наклона ската крыши

Динамика гетерогенных структур твердое тело (крыша), дискретная среда (снег) с фазовыми переходами на границе играет важную роль, как в природных, так и в искусственных системах [1].

Статистика свидетельствует, что каждую зиму только в Москве от сорвавшихся с крыш сосулек и кусков льда страдает около 50 человек и до 300 автомобилей, что приводит к выплатам компенсаций пострадавшим, а так же административной и уголовной ответственности.

Скопление льда на крыше дома повышает механическую нагрузку на элементы кровельной конструкции; задержка талой воды вследствие забитых льдом водостоков приводит к повреждению верхних жилых этажей и элементов фасада [2].

Борьба с обледенением крыш ведется давно [3]. Издавна, в условиях изменчивого северного климата с обледенением, строили дома с крутыми скатными крышами. Если угол склона крыши (в зависимости от ее шероховатости) более 40-60°, то при снегопаде снежный покров на них обычно не образуется и вероятность появления сосулек на краю карнизного свеса очень мала. Чем проще форма крыши и больше уклон ее скатов, тем меньше угроза обледенения кровельного покрытия. Специалисты считают лучшей для схода снега в условиях средней полосы России скатную крышу простой формы с уклоном ската не менее 30°, что при переходе массы снега в некое критическое состояние в совокупности с легким подтаиванием, периодически обеспечивает сход снега.

Для определения опасных зон схода необходимо изучить движение этих снежно-ледовых масс. При исследовании этого движения не будем учитывать сопротивление воздуха.

Движение снежно-ледяной массы будет состоять из двух участков:

– прямолинейного движения АВ по крыше под действием силы тяжести , силы трения и нормальной реакции ;

– свободного полета на участке ВС под действием силы тяжести (рисунок 1).

Рисунок 1 Схема движения снежно -ледяной массы по скату крыши

Рассмотрим движение массы на участке АВ и составим дифференциальное уравнение ее движения [4]

где – угол наклона плоскости.

Поскольку , то и сила трения ,

где f – коэффициент трения при движении.

Интегрируя дважды это дифференциальное уравнение, получим

Для момента, когда точка покидает участок АВ (; ).

Исключая время t1, получаем

Рассматриваем свободное падение точки на участке ВС можно записать

Интегрируя дважды эти уравнения, находим

Исключая время t, получаем уравнение траектории

С учетом формулы (1) можно записать

Тогда расстояние d, определяющее место падения снежно-ледяной массы (y = h) будет описываться уравнением:

Решая это уравнение, находим d:

Выражение (3) позволяет определить расстояние от стены до места падения точки на земле, которое будет зависеть от высоты здания h, угла наклона ската крыши, коэффициента трения f при движении и длины l.

Следует иметь в виду, что выражение получено из условия, когда движение точки начинается с «конька» крыши, на самом деле оно может начаться с любого положения участка АВ и при этом длина l, скорость VB и длина d при прочих равных условиях будут меньше.

На рисунке 2 приведены результаты системного численного анализа динамики различных структур типа крыша-лед. Результаты расчетов показали, что при различном материале кровли (f = 0,01…0,5), высоте здания h = 3, 6, 12, 22 м, длине крыши l = 3, 6 м оптимальным углом наклона ската крыши является = 30 о.

Чем больше коэффициент трения f, тем меньше опасная зона схода d снежно-ледовых масс.

При f = 0,01 d = 11,70 м;

На рисунке 2 показаны графики для f = 0,01 (металлическая крыша) и f = 0,5 (рубероид).

1 – для угла ската крыши = 15о, 2 – = 30о, 3 – = 45о, 4 – = 60о

Рисунок 2 Графики зависимости опасной зоны d от высоты здания h при различных углах ската крыши из различных материалов

крыша скат сход ледяной

• 1. Из анализа графиков следует, что реальным способом обеспечения безопасности является установка ограждений по периметру крыш. Установка ограждений по нашим наблюдениям обеспечивает исключение сходов снеголедовых лавин, постепенное таяние их, при этом не исключаются процессы вертикального сосулькообразования.
• 2. Для всех типов домов отвести зоны безопасности в соответствии с тем, что при исключении случайных снеголедовых сходов путем установки ограждения, опасные зоны уменьшатся до зон вероятностного падения сосулек с 30 % запасом по ширине.
• 3. Практическая реализация установления зон безопасности весьма эффективно может быть выполнена путем посадки по границам зон кустарника, например, боярышника, шиповника.

• 1. Динамика гетерогенных структур. Фундаментальные модели / Под общей ред. В.В. Смогунова. Пенза: Изд-во Пенз. Гос. ун-та, 2003. 598 с.
• 2. В.В. Смогунов, В.А. Шорин, А.Ю. Ардеев. Механика фрикционного взаимодействия «лед-вода-твердое тело». Молодежь и наука: Модернизация и инновационное развитие страны. Сборник материалов международной научно-практической конференции, 2013. С. 116-118.
• 3. Шорина Н.С., Смогунов В.В. Проблема обледенения и краткий обзор современных методов борьбы с ним. Надежность и качество. Труды международного симпозиума: в 2т, Пенза, изд-во ПензГУ, 2010. Т2. С. 103-105.
• 4. Курс теоретической механики под ред. к.с. Колесникова, 2-е изд., стереотип. Москва, изд-во МГТУ им. Баумана. 2002.

Источник