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.
Тогда.
Интегрируя дважды это дифференциальное уравнение, получим
Для момента, когда точка покидает участок АВ (; ).
Исключая время T1, получаем
(1)
Рассматриваем свободное падение точки на участке ВС можно записать
Интегрируя дважды эти уравнения, находим
.
Исключая время T, получаем уравнение траектории
. (2)
С учетом формулы (1) можно записать
,
Где.
Тогда расстояние D, определяющее место падения снежно-ледяной массы (Y = H) будет описываться уравнением:
.
Решая это уравнение, находим D:
(3)
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;
F = 05 D = 5,03 м.
На рисунке 2 показаны графики для F = 0,01 (металлическая крыша) и F = 0,5 (рубероид).
А - F = 0,01 (металл); Б - 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
Выводы
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.
Библиографический список
- 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.
Похожие статьи
-
Наиболее часто встречающиеся дефекты кровель - это дефекты, приводящие к протечкам. Протечки могут быть трех типов: 1) регулярные, появляющиеся...
-
Остекление, Крыша - Здания и сооружения
В качестве окон в промышленных зданиях чаще всего используют ленточное остекление. Длина панелей остекления составляет 6000, 12000 (мм). Высота 1200;...
-
Крыша - верхняя венчающая часть здания - служит для зашиты его от вредного воздействия атмосферных осадков (дождя, снега), резких колебаний наружной...
-
Таблица 1 спецификация сборных железобетонных элементов № Наимен. марка Размеры, м Всего шт. Масса, Т Общая масса, Т L B H 1 Лестничный марш 2,77 1,05...
-
Нагрузки и воздействия - Виды крыш и кровель, нагрузки и воздействия на крыши
Дом кровельный полимерный В самом начале нужно ознакомиться с нормативными документами. Для того чтобы посчитать нагрузку на крышу вам потребуется СНиП...
-
Расчет элементов стройгенплана - Проект здания торгового комплекса
Исходными данными для разработки стройгенплана служит общеплощадочный генеральный план, технологическая карта монтажных и каменных работ, рабочие чертежи...
-
Перегородками называют вертикальные несущие ограждающие конструкций, разделяющие одно помещение от другого. Опорами для перегородок являются полы. В...
-
При обследовании Крыши плоской совмещенной из слоистых панелей Со слоем утеплителя из керамзитового гравия обнаружены следующие дефекты: трещины в...
-
Гидравлический расчет системы отопления - Теплотехнические характеристики двухэтажного здания
В здании проектируется водяная двухтрубная система отопления с параметрами теплоносителя tГ = 950С, tО = 700С. Определяем количество воды, циркулирующей...
-
Гидравлический расчет - Отопление и вентиляция жилых зданий
Цель гидравлического расчета: определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчетном циркуляционном давлении установленном для...
-
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ ПОКРЫТИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ПОДКРОВЕЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В летний период, когда снаружи жарче, чем внутри,...
-
Территория города Костанай характеризуется одной из самых больших величин снегопереноса в стране 600-1500 м3/п. м. Активный ветровой режим, характер...
-
Детские дошкольные учреждения подразделяются на: - Учреждения общего типа ; - Учреждения специального назначения (для слепых, глухих и умственно отсталых...
-
Тип пола Схема Состав Помещение Примечание А 1) Паркетная доска, дуб 2) Влагостойкая фанера 3)Однокомпонентный полиуретановый клей 4) ЦПС 5) Пенотерм 6)...
-
Запроектирована крыша с холодным чердаком. На чердак имеется лестница ведущая в будку выхода на крышу. На кровельные панели ложат выравнивающую стяжку из...
-
Потребность в материально-технических ресурсах - Методы монтажа промышленного здания
Выбор крана по техническим параметрам 1. Подбор крана для монтажа колонн. Подбираем кран по наиболее тяжелому элементу. Этим элементом является колонна,...
-
Определение размеров плиты в плане Сначала необходимо определить расчетное сопротивление смятию бетона фундамента: Где:площадь верхнего обреза...
-
Лестница, Покрытие здания - Многоэтажный жилой дом
Лестница служит для сообщения между этажами с 1-о по 19-й, двухмаршевая, состоит из крупноразмерных элементов: сборных железобетонных маршей и площадок....
-
Расчет ригеля по прочности при действии поперечных сил производится на основе модели наклонных сечений [3]. Ригель опирается на колонну с помощью...
-
Расчет фермы, Определение общих размеров фермы, Сбор нагрузок - Производственное здание
Определение общих размеров фермы Согласно заданию, пролет здания l = 19 м. Принимаем ферму пролетом 1=18.6м. Уклон верхнего пояса фермы по заданию...
-
Подбор водомера. - Санитарно-техническое оборудование зданий
Подбор водомера производится в соответствии с указаниями СНиП 2.04.01-85 с учетом максимального суточного расхода воды в здании и среднего часового...
-
Введение, Основые виды крыш - Виды крыш и кровель, нагрузки и воздействия на крыши
Одним из важнейших элементов дома, безусловно, является крыша. Она не только защищает жилище от воздействий окружающей среды, но также может существенно...
-
1. Установлена возможность улучшения микроклимата помещений эксплуатируемых в условиях Республики Узбекистан гражданских зданий за счет совершенствования...
-
Проектирование временных зданий и сооружений - Организация строительного производства
Временными зданиями называют надземные подсобно-вспомогат и обслуживающие объекты, необходимые для обеспечения пр-ва строит-монтаж работ. Расчет...
-
Применение теплоэффективных покрытий для наружных стен зданий
Сбережение тепловой энергии при эксплуатации жилья становится все более актуальной проблемой, охватывающей, как уже построенные, так и вновь строящиеся...
-
При приемке законченных бетонных и железобетонных конструкций или частей сооружений следует проверять: Соответствие конструкций рабочим чертежам;...
-
Введение - Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания
Стальной каркас производственного здания представляет собой пространственную систему несущих конструкций, предназначенных для восприятия нагрузок от...
-
Подвесные потолки - Перекрытия гражданских зданий
Подвесные потолки устраивают из каркасных панелей или щитов (деревянных или из другого листового материала). В состав конструкции потолка могут входить...
-
Определение потребности во временных зданиях и сооружениях Наименования зданий и сооружений Max кол- % польз. Расчетное Норма на Потреб. Принятые Шифр Во...
-
Организация строительства зданий
Строительство зданий, техника, технология и процесс возведения сооружений (имеющих стены, полы и крыши) жилищного, общественного, производственного и...
-
Требуемая площадь торцевой поверхности опорного фланца из условия смятия: , Где: Rp - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности. При...
-
Эффективное объемно-планировочное и конструктивное решение энергоактивного здания учитывает не только размеры, конфигурацию, ориентацию проектируемого...
-
Канализация, Устройство сетей внутренней канализации - Водоснабжение и водоотведение жилого здания
Для отведения сточных вод от санитарных приборов в жилых и общественных зданиях проектируется хозяйственно-бытовая система внутренней канализации,...
-
Подбор сечения арки - Применение круговой трехшарнирной арки при строительстве здания
Предварительное определение размеров поперечного сечения арок производим по СНиП II-25-80, п. 4.17: Приняв получим (47) Уравнение (47) приводим к виду:...
-
Область применения Данный СГП разработан на строительство надземной части здания. Стройгенплан разработан с соблюдением требований СНиП 12-03-2001...
-
Полы промышленных зданий - Фонари промышленных зданий
Требования, предъявляемые к полам промышленных зданий: - высокая механическая прочность; - ровная и гладкая поверхность; - не скользить; - мало...
-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УЧАСТКОВ Эффективность производства земляных работ в значительной степени зависит от качества решения задачи...
-
Категорирование производственных помещений и зданий по взрывопожароопасности ( ВПО ) является основой строительного противопожарного нормирования...
-
Панель имеет четыре монтажные петли из стали класса S240, расположенные на расстоянии 35см от концов панели. С учетом коэффициента динамичности kD = 1,4...
-
Характеристика и объемно-планировочное решение здания Здание панельное одноэтажное, с кирпичной вставкой на входе. Также из кирпича выполнена наружная...
Динамика схода снего-ледяных масс с крыш зданий