Obciążenie śniegiem

Obciążenie śniegiem to jedno z najważniejszych oddziaływań, które należy uwzględniać przy projektowaniu konstrukcji budowlanych, zwłaszcza dachów płaskich i o dachów o niewielkim spadku. W Polsce, ze względu na zmienny klimat i obfite opady śniegu w niektórych regionach, kwestia ta ma szczególne znaczenie.

Podział Polski na strefy obciążenia śniegiem

Aby uwzględnić różnice w wysokości opadów śniegu na terenie kraju, Polska została podzielona na strefy obciążenia śniegiem. Każdej strefie przypisana jest określona wartość charakterystycznego obciążenia śniegiem gruntu, wyrażona w kN/m². Wartość ta stanowi podstawę do obliczeń obciążenia śniegiem działającego na konstrukcję budynku.

Normy dotyczące obciążenia śniegiem

W Polsce obowiązują następujące normy dotyczące obciążeń śniegiem:

• PN-80/B-02010: Starsza norma, która przez wiele lat była podstawowym dokumentem regulującym tę tematykę.
• PN-EN 1991-1-3:2005: Eurokod 1, Część 1-3: Oddziaływania ogólne – Obciążenie śniegiem. Jest to nowocześniejsza norma, która wprowadziła szereg zmian, m.in. zmodyfikowała podział Polski na strefy i zwiększyła wartości charakterystycznych obciążeń śniegiem.

Metody modelowania obciążenia śniegiem

Najczęściej stosowanym modelem obciążenia śniegiem dachu jest model multiplikatywny, przyjęty w normie europejskiej i innych normach. Wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem dachu jest w nim definiowana wzorem:

s = μiCe Ct sk

gdzie:

• s - wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem dachu
• μi - współczynnik kształtu dachu
• Ce - współczynnik ekspozycji
• Ct - współczynnik termiczny
• sk - wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem gruntu

Współczynnik kształtu dachu μi odzwierciedla wpływ kształtu dachu na rozkład śniegu.

Obciążenie śniegiem gruntu

Obciążenie śniegiem gruntu (sk) jest podstawową wartością odniesienia w modelu. Jest ono traktowane jako zmienna losowa, a jego wartość charakterystyczną określa się na poziomie kwantyla 0,98 rozkładu wartości maksymalnych rocznych, co oznacza okres powrotu 50 lat.

Okres powrotu

Okres powrotu to średni odstęp czasu między kolejnymi przekroczeniami danej wartości obciążenia. Innymi słowy, okres powrotu 50 lat oznacza, że statystycznie raz na 50 lat można spodziewać się przekroczenia danej wartości obciążenia śniegiem.

Rozkład Gumbela

Do aproksymacji rozkładu empirycznego obciążenia śniegiem gruntu najczęściej stosuje się rozkład Gumbela. Jest to asymptotyczny rozkład wartości ekstremalnych, który dobrze opisuje zjawiska związane z obciążeniem śniegiem.

Strefy obciążenia śniegiem

Polska Norma dzieli kraj na strefy obciążenia śniegiem, którym przypisane są wartości charakterystyczne obciążenia śniegiem gruntu. Wartości te są uzależnione od wysokości nad poziomem morza i zostały określone na podstawie analizy danych pomiarowych z lat 1951-2000 ze 115 stacji i posterunków meteorologicznych.

Współczynniki modelu

Współczynnik kształtu dachu (μi)

Współczynnik kształtu dachu (μi) jest głównym współczynnikiem przejścia od obciążenia śniegiem gruntu do obciążenia dachu. Jego wartość zależy od kształtu dachu i jego nachylenia. Na przykład dla dachów płaskich o kącie nachylenia do 30 stopni współczynnik ten wynosi 0,8.

Współczynnik ekspozycji (Ce)

Współczynnik ekspozycji (Ce) uwzględnia wpływ wiatru na gromadzenie się śniegu na dachu. Norma Europejska podaje trzy wartości tego współczynnika:

• Ce = 1,0 dla budynków w "normalnych" warunkach wiatrowych
• Ce = 0,8 dla budynków na terenach wystawionych na silne wiatry
• Ce = 1,2 dla budynków osłoniętych przed wiatrem

Współczynnik termiczny (Ct)

Współczynnik termiczny (Ct) uwzględnia wpływ przenikania ciepła przez dach na topnienie śniegu. Współczynnik ten przyjmuje wartości mniejsze od 1,0 dla dachów, przez które ciepło przenika na tyle intensywnie, że powoduje topnienie śniegu. Współczynnik Ct = 1,0 jest stosowany dla większości dachów, a jego zmniejszenie dotyczy głównie szklarni.

Zabezpieczenie dach przed obciążeniem śniegiem

Ograniczenie obciążenia dachu zalegającym śniegiem:

• Projektowanie: Dach powinien być zaprojektowany tak, aby wytrzymać przewidywane obciążenia śniegiem.
• Regularna konserwacja i odśnieżanie: Regularnie sprawdzaj stan dachu i usuwaj z niego zalegający śnieg, zwłaszcza po intensywnych opadach.
  • Ręczne, mechaniczne lub chemiczne usuwanie śniegu z dachu, szczególnie po intensywnych opadach.
  • Pomocne są także bezpieczne dla pokrycia i konstrukcji środki chemiczne zapobiegające gromadzeniu się śniegu na dachu, np. Chlorek magnezu DONSOL lub Mrówczan potasu typu DONSOL TECTUM EXTRA PLUS - ICE-AWAY
• Odpowiednie materiały: Wybieraj materiały budowlane o wysokiej wytrzymałości na obciążenia.
• Systemy odprowadzania śniegu: Można zastosować specjalne systemy, które ułatwiają zsuwanie się śniegu z dachu.

Obciążenie śniegiem dachu to duży czynnik ryzyka dotyczący

• Bezpieczeństwa konstrukcji budynku: Nadmierne obciążenie śniegiem może prowadzić do uszkodzeń dachu, więźby dachowej, a nawet całej konstrukcji budynku. W skrajnych przypadkach może dojść do zawalenia się dachu. Problem przeciążenia śniegiem dotyczy w szczególności dachy płaskie o dużej rozpiętości - dachy wielkopowierzchniowe.
• Bezpieczeństwa osób: Zsuwające się duże ilości śniegu z dachu stanowią poważne zagrożenie dla ludzi przebywających w pobliżu budynku.
• Funkcjonalności budynku: Zalegający śnieg może utrudniać korzystanie z poddasza, a w przypadku dużych ilości może powodować zawilgocenie i uszkodzenie elementów konstrukcyjnych.

Normowe obciążenie śniegiem może zostać przekroczone i nie można przewidzieć, kiedy to nastąpi. Z tego względu istotna jest szybka reakcja w sytuacji gwałtownych opadów śniegu. Obciążenie śniegiem jest obciążeniem klimatycznym, a co za tym idzie - mało przewidywalnym.