Меню
Система мониторинга снеговой нагрузки на кровлю в составе СМИК здания, сооружения

Для повышения безопасности зданий, сооружений в регионах Российской Федерации с устойчивым снежным покровом на сегодняшний день все активнее применяется система инструментального удаленного мониторинга снеговой нагрузки, которая имеет в зимнее время большую долю влияния на техническое состояние конструкций по сравнению с остальными нагрузками. 

В ряде проектов система контроля снеговой нагрузки закономерно включается в качестве функциональной подсистемы в состав СМИК (системы мониторинга несущих конструкций), которой оснащаются, согласно действующим нормативам, уникальные, технически сложные объекты (например, большепролетные здания), сооружения класса КС-3, имеющие повышенный уровень ответственности. 

До недавнего времени снеговая нагрузка рассматривалась профессиональным сообществом как дополнительная (вспомогательная) величина, предусматриваемая на этапе проектирования, но не включаемая в общую концепцию измерения нагрузок и деформаций зданий и сооружений в целях повышения их безопасности. В рамках СМИК, как правило, отслеживается напряженно-деформированное состояние ответственных конструкций, величина и скорость изменения геометрических параметров зданий (перемещения и крены), уровня грунтовых вод под основанием (в сравнении с уровнем, заложенным в проект) и деформации фундаментов. 

В системах мониторинга несущих конструкций, разрабатываемых компанией «СМИС Эксперт», методы мониторинга веса снегового покрова на кровле работают вместе с остальными на общую цель – комплексное отслеживание нагрузок и деформаций ответственных конструкций с целью предотвращения ухудшения их технического состояния и снижения несущей способности, недопущения выхода здания из режима эксплуатации в ограниченно-работоспособный, а затем и аварийный режим. 

1.      Нормативная снеговая нагрузка на кровлю зданий, сооружений

Непрерывный мониторинг снеговой нагрузки крайне актуален как для эксплуатируемых зданий, так и для строящихся объектов. Один из ключевых параметров, который учитывается при проектировании зданий и сооружений в снеговых районах - средняя (нормативная) величина снеговой нагрузки (Sg, измеряется в кН/м2, килоньютонах на квадратный метр). 

Согласно «СП 20.13330.2016. Нагрузки и Воздействия», значение нормативной снеговой нагрузки на кровлю здания, закладываемое в проект, рассчитывается как величина нагрузки на грунт снежного покрова максимальной толщины и плотности (безотносительно к изменению его агрегатного состояния и положения в течение зимнего периода), умноженная на различные уменьшающие коэффициенты, такие как уклон кровли, воздействие ветра. Иными словами, нормативная снеговая нагрузка – это условное усредненное количество снега, в течение всего зимнего периода равномерно лежащее на кровле, которая имеет конкретный уклон и расположена в определенной локации. 

Ряд специалистов высказывают серьезные сомнения о целесообразности использования средних значений снеговой нагрузки в проектных расчетах, ссылаясь на очевидность неравномерного залегания (изменение состояния и положения) снега на самой кровле с образованием зон локальной перегрузки, так называемых «снеговых карманов». Особенно, если речь идет о снеговом покрове на плоских кровлях большепролетных конструкций (пространственные фермы), где решающую роль способно сыграть быстрое (вследствие сильных порывов ветра, метели) перераспределение снеговой нагрузки по различным участкам кровли. 

Рассмотрение экспертами проблемы мгновенного увеличения снеговой нагрузки на кровлю в результате снегопада, а также под действием сильного ветра (снегоперенос с образованием «карманов») могло бы кардинально изменить подход к нормированию снеговой нагрузки. Однако в течение ряда лет этому вопросу не уделялось достаточного внимания.   

При этом важно отметить, что в актуализированной редакции СП 20.13330.20162017 г. нормативное значение снеговой нагрузки на грунт, закладываемого при проектировании зданий во всех российских регионах с устойчивым снежным покровом, было в очередной раз пересмотрено в сторону уменьшения.    

2.      Случаи обрушения кровли зданий вследствие снеговой нагрузки 

С начала 2000-х года высота снежного покрова по областям РФ увеличилась в среднем на 17% по сравнению со средним значением за предыдущие годы, в связи с этим участились случаи обрушения кровель зданий, анализ которых показывает, что превышение (чаще всего кратковременное) фактической снеговой нагрузки над расчетной является основной причиной значительного числа аварий. 

За последние два десятилетия в девяти российских субъектах, в том числе на территории Москвы и Московской области, произошло 327 аварий (16-17 аварий в год!) с обрушением кровлей гражданских зданий и производственных помещений под воздействием снеговых нагрузок, включая случаи с тяжелыми последствиями и летальным исходом. Причина большинства обрушений - не постепенное нагружение кровли в течение зимнего периода, а резкое критическое увеличение снеговой нагрузки на отдельные участки крыши во время снегопада, когда снег не успевает равномерно распределиться по всей площади. 

Наиболее крупное по масштабам аварии обрушение кровли большепролетного здания животноводческого комплекса ТОР «Михайловское» (Приморский край) в январе 2021 г., которое повредило ряд существующих под одной крышей с переходами производственных помещений общей площадью 38 000 м2 и тем самым полностью парализовало деятельность предприятия. 

По общему правилу, в соответствии с СП 255.1325800.2016 «Здания и сооружения. Правила эксплуатации. Основные положения», владельцы и эксплуатанты зданий, сооружений в качестве мер контроля снеговой нагрузки обязаны осуществлять регулярные проверки и визуальные осмотры кровли, а после сильных снегопадов - измерять высоту снежного покрова с помощью подручных средств, без специальных приборов и инструментов. 

Основной причиной возникновения аварийных ситуаций традиционно принято считать высокий процент износа конструкций. Оснащение системами мониторинга снеговой нагрузки кровлей зданий с высокой степенью износа вызывает жаркие споры и в целом пока еще считается экспериментальной новинкой для развития теоретической науки, которая не в состоянии «сильно заранее» предупреждать эксплуатационщиков об опасности обрушения. Однако в отмеченных случаях аварии с обрушением кровли произошли с объектами, которые не принадлежали к категории ветхих и аварийных. 

В начале февраля 2020 года в Новосибирске произошло обрушение кровли производственного здания, имеющего процент износа на уровне 50%. Ветхим такой объект еще с натяжкой назвать можно, но к категории аварийных он явно не принадлежит. В результате расследования выяснилось, что обрушившаяся крыша здания была некачественно отремонтирована, и это обстоятельство было признано основной причиной аварии. Наряду с этим, комиссией были отмечены нарушения требований законодательства в отношении соблюдения установленных норм эксплуатации здания - в течение 3-х лет не проводились обследования объекта. 

Также в ходе расследования было отмечено, что, по данным Федеральной службы гидрометеорологии, на тот момент в данной локации количество выпавшего снега превышало средние нормативные показатели (СНиП климатология) на 12%, что составляло около 70% от расчетной снеговой нагрузки кровли указанного здания. По совокупности обстоятельств с высокой долей уверенности можно предположить, что конечной причиной обрушения кровли стало образование зон локальной снеговой перегрузки (снеговых карманов) на отдельных ее наиболее уязвимых (вследствие некачественного ремонта) участках. 

Подобные случаи наглядно показывают недооценку собственниками опасности выхода здания из работоспособного состояния вследствие снеговой нагрузки. В ситуации, когда другие воздействия и деформации принимают критический характер, именно выпадение сверхнормативного количества снега (отслеживать этот параметр должны собственники объектов) часто становится «последней каплей» для разрушения конструкций.

Таким образом, основные основания для включения в СМИК подсистемы контроля снеговой нагрузки:

- уменьшение в нормативной документации значения снеговой нагрузки на грунт, закладываемое при проектировании зданий;

- рост числа аварий эксплуатируемых зданий, сооружений, спровоцированных избыточными снеговыми нагрузками на кровлю;

- наряду с превышением снеговой нагрузки над расчетной, существует возможность ухудшения технического состояния конструкций и снижения их несущей способности. 

3.      Система мониторинга снеговой нагрузки 

Разработанная «СМИС Эксперт» система (подсистема) дистанционного мониторинга снеговой нагрузки, включаемые в настоящее время в структуру СМИК, направлена на получение информации об определенном виде разовой снеговой нагрузки, в том числе, для получения данных о динамике накопления снега на определенных значимых и/или проблемных участках кровли за период снегопадов, происходящих в данной локации. 

Подсистема, в состав которой входят датчики снеговой нагрузки, на участках кровлей с высоким риском образованиям снеговых мешков жилых, общественных, производственных зданий и сооружений, обеспечивает непрерывный сбор и передачу данных об изменении снеговой нагрузки на единицу площади кровли. 

Датчик снеговой нагрузки представляет собой весовую металлическую платформу площадью 1 м2, с закрепленными по углам 4-мя тензорезисторами, сопротивление которых изменяется в зависимости от их деформации. Датчики оснащены встроенными независимыми источниками питания, что обеспечивает легкость монтажа и возможность установки на тех участках кровли, куда затруднено или просто невозможно провести линию питания. 

Тензорезисторы подключаются к суммирующим коробкам, снабженным весовыми индикаторами, которые обеспечивают предварительную настройку весов. В суммирующих коробках, на основе полученных с каждого устройства значений нагрузки, происходит расчет фактической массы снега. Данные преобразуются в кг/м² и с установленной частотой передаются по радиоканалу в ситуационный центр и/или на центральный компьютер объекта. 

Пользователь системы (оператор, заинтересованное лицо предприятия) в любой момент времени может наблюдать текущие значения снеговой нагрузки на контролируемых участках кровли, а также оценивать динамику изменения данного параметра на графике и интерактивном плане крыши. В тех случаях, когда снеговая нагрузка приближается к заданным максимальным значениям, пользователь получает уведомление на e-mail или на телефон в виде sms-сообщения. 

4.      Состав дополнительно отслеживаемых параметров в рамках СМИК 

1. Напряженно-деформированное состояние несущих (наиболее ответственных) конструкций, покрытий здания, сооружения.

2. Изменение геометрических параметров объекта (перемещения и крены в наиболее критичных местах конструкций).

3. Деформации фермы кровли в плоскости изгиба (с установлением критерия деформации, отметок критерия и описанием нормативного поведения пользователя при достижении каждой отметки критерия).

4. Изменения (ухудшение) технического состояния (раскрытие трещин, микротрещины, изменения структуры бетона конструкций).

5. Геотехнические параметры:

- осадка грунта под основанием здания, сооружения,

- уровень грунтовых вод в сравнении величиной, заложенной при проектировании,

- деформации фундамента. 

5.      Значение системы мониторинга снеговой нагрузки

Высокая частота передачи данных по снеговой нагрузке позволяет владельцу принимать превентивные меры по обеспечению безопасности здания в ситуации, когда передаваемая системой величина снеговой нагрузки приближается к значению, заложенному при проектировании здания/сооружения с учетом коэффициентов на его износ. 

Получаемая информация имеет большое практическое значение для принятия решений владельцами объектов недвижимости об очистке снега на кровле в случае достижения снеговой нагрузкой критических значений, а также служит базой для проектно- изыскательских работ, проводимых по заказу региональных предприятий, на хозяйственную деятельность которых снежный покров оказывает значительное влияние 

Для того, чтобы получить актуальное среднее значение снеговой нагрузки в районе города с типовым характером застройки достаточно размещения одной системы мониторинга снеговой нагрузки, по данным которой можно сделать прогноз для всего района. При этом выбор места установки системы должен осуществляться на основе анализа метеоданных, основным фактором будет господствующее направление ветра во время метелей, которое позволит определить проблемные места максимального отложения снега на кровлях. 

Основными потребителями предоставляемых системой данных по снеговой нагрузке в городской среде являются управляющие компании, владеющие информацией о реальном техническом состоянии и износе эксплуатируемых ими жилых зданий, на основании которой можно определить приоритетность установки системы в связи с повышенным снегоотложением в данной локации. 

Крайне желательно устанавливать систему мониторинга снеговой нагрузки на общественных зданиях с пребыванием большого количества людей, поскольку обрушение кровлей этих зданий может привести к большому числу человеческих жертв, выбросу в окружающую среду опасных веществ или остановке производства.


Ждем ваших заявок

Для получения консультации и уточнения условий предоставления услуги, пожалуйста, укажите здесь ваши контакты. Также вы можете связаться с нами по телефону +7 (495) 532-52-62, e-mail: info@smis-expert.com, заказать обратный звонок. Мы подберем оптимальное решение, предоставим информацию, сделаем предварительную оценку бюджета.

Заполните форму обратной связи и наши менеджеры свяжутся с вами в ближайшее время

Наверх