屋根裏床の計算-荷重と熱パラメータの調べ方?

効率性、快適性、安全性を確保するために、屋根裏部屋を便利な居住空間にする計画を立てる際には、荷重と熱パラメータを理解することが不可欠です。. 屋根裏の床がその用途を支え、熱を効果的に管理するためには、慎重な計算が必要である。.

まず、屋根裏床の耐荷重を確認するために、現在の骨組みの構造的健全性を評価する必要がある。. そのためには、梁や根太などの材料の耐荷重を考慮する必要がある。. 床が安全に支えることのできる最大重量は、屋根の種類、勾配、支柱間の距離など、さまざまな要因によって決まる。.

熱パラメータを計算する目的は、快適な雰囲気を保ちながらエネルギー効率を最大化することである。. 断熱材は、夏の熱上昇を最小限に抑え、冬の熱損失を防ぐために不可欠です。. 適切な断熱材を選択し、熱性能基準を満たすように適切に施工するためには、その地域の気候を十分に理解することが必要です。.

さらに、換気は湿気をコントロールし、屋根裏の空気の質を保つために不可欠である。. 十分な通気性を確保することで、結露の発生を抑えることができる。. 屋根裏床を設計・施工する際には、換気口と十分な空気循環を考慮することが重要である。.

屋根裏床荷重の計算：	使用目的および構造上の考慮事項に基づき、必要な耐荷重を決定する。.
熱パラメータ：	望ましい温度レベルとエネルギー効率を維持するために必要な断熱材を評価する。.

なぜこんなことをするのか?

屋根裏部屋は家の構造設計を完成させるものであり、住宅用としても技術用としても使用できる。. 屋根裏床には様々な形式があります：プレハブ一体型、一体型、金属梁上、木造、梁あり、梁なし. この構造は、まず強度と耐熱性を計算し、強度が高く、家の中で熱損失が大きくならないことを確認する。.

屋根裏の床は、屋根、その上の壁、家具、設備からの重量を分散させる役割を果たす。. SNiPによれば、技術的な敷地の最低使用荷重は150kg/m2、住宅敷地のそれは250kg/m2である。.

正確な計算を行うことで、住宅の主要な耐荷重構成要素に損傷を与えることなく、すべての設計荷重を支えることができるよう、構造体の寸法を選択することができます。.

居住エリアと技術エリアの間に3～4°以上の温度差があってはならない。. これらの条件を保証するために、住宅は壁や屋根に加えて床スラブからの熱損失を止めるために断熱材を使用する。.

住宅と屋根裏床の設計のための技術仕様を作成する前に、顧客は、屋根裏が無期限に居住空間として使用されるのか、または一時的に技術的な床として使用されるのかについて十分に知らされる必要があります。. これにより、床の検証計算に利用される重量負荷に加えて、その熱保護の選択が決定される。.

必要なパラメータとその理由??

屋根裏の床を設計するには、熱伝導抵抗と強度の2種類の計算が必要なため、以下の指標を計算する必要がある。. などである：

1. 構造体の耐荷重。この指標は、構造体の建築材料と床の種類（梁、梁なし、モノリス）に完全に依存する。.
2. 垂直方向の最大たわみ.
3. 最大モーメントMmaxとせん断力Qmax.
4. 耐力梁または一体スラブの寸法.
5. 各層の熱伝達抵抗と多層天井の合計
6. 断熱材の厚さ.
7. 気密性.

荷重の計算

これらの構造物は通常、金属または木製の梁で支えられている. 一枚板の床が最も弾力性があると考えられているが、どこにでも設置できるわけではない. 例えば、鉄骨造や木造の住宅には設置できない。.

さらに、軽量コンクリートブロックで構成された住宅にモノリスを採用する場合、次のような制約がある。. 鉄筋コンクリート製の帯状の壁補強を追加する必要がある。.

様々な屋根裏床設計オプションの比較を容易にするため、住宅用暖房付き屋根裏部屋と5メートルに及ぶ耐力間仕切りのある10メートル×10メートルの家をベースとして使用することができる。.

木の梁に沿って

床にかかる荷重を集めることが、強度を計算する最初のステップである。. これらの荷重は、構造物の重量や人の存在によって、一時的なものにも恒久的なものにもなる。. インジケーターの測定単位はkg/m2.

定荷重は次の式で求める：

標準荷重×設計荷重＝信頼性.

最初の指標は参考図書のものなので、多層床の設計荷重は、構造の各層の個別荷重の合計となる：

1. ラス：20×1.3 = 26 kg/m2 .
2. 蒸気バリア：5×1.3 = 6.5 kg/m2 .
3. 密度550kg/m3の根太上の板張りの床：27.3×1.3 = 35.75 kg/m2 .
4. 密度 = 370 kg/m 3 の硬質ミネラル・ウール・スラブ： 29.6 × 1.2 = 35.52 kg/m2 .
5. 密度700kg/mの繊維板 3：7×1.3 = 9.1 kg/m2 .
6. パーティション 59×1.3 = 65 kg/m2 .
7. 合計：176kg/m2 .

次に、計算のための計算図を作成する必要がある。.

次に、SNIPテーブルに基づいて木造梁の設計属性を選択する：

1. Ri = 13 MPa = 0.13t/cm 2 .
2. E = 10000 MPa = 100000 kg/cm2 .
3. 垂直たわみL/250.

最大モーメントMmaxと最大横力Qmaxを求めるには、次の公式を適用する。.

必要な断面高さ(htr)と抵抗モーメント(Wtr)は、最大モーメントを用いて決定する。.

1. Мmax = qp-L2/8 = 176x5x5/8 = 55 kg-m = 5500 kg-cm.
2. Qmax = qp-L/2 = 176×5/8 =110kg-m = 11000kg-cm.
3. Wtr = Mmax/Ri= 55/0.13= 423 cm 3 .
4. htr = √6Wtr/b=√ 6 x 423/150 x 0.1= 169cm.

耐力梁の寸法を決める際には強度が決め手となるため、150 x 200 mmの断面が最適である。.

梁の最大たわみを求める：

1. 標準荷重 qn = 176-0.8 = 140.8 kg/m.
2. f = (5-qн-L4)/(384-E-J) = (5-1.40-5004)/(384-100000-10000) = 1.13 cm.

• qн = 2.92 kg/cm；
• 慣性モーメント J = b-h3/12 = 15-20 x 20 x 20/12 = 10000 cm 4 .

梁の最大たわみを求めます：

Fmax は L-1/250 または 500/250 または 2 に等しい。.0 cm.

指標を並べて検討する：

この設計では、150×200の断面が理想的です。.

金属の場合

鉄骨梁の計算はSNiPガイドラインに準拠.

• 鋼材はS-235を使用；
• 設計抵抗 Ru=2100 kg/cm 2 ；
• E = 2100000 kg/cm2；
• 設計荷重 – 400.0 kg/m2 .

木構造の計算と同様に、まず荷重を集める。. Iビームには、計算値と標準値の2種類があります。. 最初のものは、金属プロファイルの強度と安定性をチェックするために使用されます。. Iビームには、計算値と標準値の2種類がある。. 設計電圧は、信頼性係数(K)に規格値を乗じて計算される。.

梁が必要な強度を持つようにWtrを決定する。.

計算式を用いて求める：

• 最大トルク；
• Mmax = 5T；
• Qmax = 2T；
• Wtr. = 212.59 cm 3 .

慣性モーメントItr = 4761とする。.905 cm 4 梁のたわみからI形鋼を選択する場合. 次に、金属プロファイル表から適切な標準サイズを選択する。. Wtr = 371>212, Itr = 5010>4761, IビームNo. 27 がこのシナリオの運転条件に最も適している。.

固体スラブ

最初に、厚さ200mm、密度2500kg/m3の10×10mのモノリシック・スラブの荷重を集めます。.

• スラブの標準定荷重は次のようになる： 220 × 2500 = 550 kg/m 2 .
• 信頼性係数 -1.2.
• 設計死荷重 – 550×1.2 = 605 kg/m2 .
• 居住空間の積載荷重 – 150 kg/m2 .
• 信頼性 -1.3.
• 設計活荷重、150×1.3 = 195 kg/m2 .
• 合計：800.0 kg/m2

計算式は、補強ケージの寸法、許容たわみ、スラブの曲げ荷重を決定する。. 計算の結果、モノリシックな屋根裏床スラブの建設に必要なすべての特性が得られた：

1. スラブ外周 – 40 m.
2. スラブ底面積 – 100 m2 .
3. 側面面積 – 8.8 m2 .
4. コンクリート体積 – 22 m3 .
5. コンクリート重量 – 51700 kg.
6. 基礎から地盤への荷重 – 0.052 kg/cm 2 .
7. 鉄筋の最小直径は14 mm.
8. 横補強筋（クランプ）の最小直径は 6 mm である。.
9. グリッドセルのサイズ – 20×20 cm.
10. 鉄筋オーバーラップ量 – 66 cm.
11. 直径 14 mm の縦方向補強筋の全長（オーバーラップする帯筋を考慮） – 2111.6 m.
12. 縦筋の総重量 – 2550 kg.
13. 直径6mmの垂直鉄筋の長さの合計は426.6 m.
14. 垂直鉄筋の総重量 – 95 kg.
15. 15×600cmの型枠用ボードの枚数 – 12枚.

計算方法?

屋根裏床の熱工学計算は、ロシアの省エネ規制の枠組みに準拠しなければならない。.

• SNiP 23-02-2003 – "建物の熱保護".
• SP 23-101-2004 「建築物の熱保護設計.
• GOST R 54851-2011 「異種建築物の囲い構造. 熱伝達抵抗の減少の計算".
• STO 00044807-001-2006 – 建物外皮の断熱特性.

多層天井が衛生基準に適合していることを計算により確認する。.

熱損失の検索

10m×10mの屋根裏床の面積を計算するには、ここをクリックしてください。. 計算のために、情報はモスクワの気候参考書から選択されています。.

• 内部空気の推定温度 tb – +21 C；
• 暖房期間の日数 Zfrom.レーン – 214日
• 加熱期間tfの外気の平均温度.レーン-3.1C.

これらは、1日あたりのGSOP暖房期間の度数計算に使用される：

• GSOP = (tv – tot.あたり) – Zfrom.レーン = (21 – (-3.1)) – 214 = 5157.4 m 2 – C/W
• 必要な伝熱抵抗 Rtr = a – GSOP + b = 0.00035 – 5157.4+1.4 = 3.2051 m 2 -C/Wte

多層床の熱抵抗は、初期データを用いて測定される：

• 屋根裏部屋の湿度ϕ – 55.
• 外表面の大気に対する位置係数 n – 1.
• K 床の熱伝導率 (int) – 8.7.
• 壁面の熱伝達 α (ext) – 12.
• 標準温度差Δt (n) – 3C.
• 天井1の熱抵抗.88 m 2 -S/W.

続いて、多層天井のSES熱保護基準への適合性が検証される. SNiPの公式を適用する。.

天井面の熱抵抗

多層フローリングの熱伝導に対する耐性

最低限必要な熱抵抗

例えば、多層屋根裏床の場合：

• ラフボード – 30 mm.
• 蒸気バリア膜 – 0.1 mm.
• 閉鎖空隙 – 20 mm.
• パインとスプルースの木目に沿った旋盤加工 – 25 mm.
• ミネラル（ストーン）ウール 120-170 kg/m 3 – 70 mm.
• 防湿膜 – 0.1 mm.
• パーティクルボード、密度 800 kg/m 3 – 10 mm.

以下は計算式から導き出された伝熱抵抗の結果です：

• 重なり [R], 2.08 m 2 – C/W；
• SES基準による[Rс] – 1.72;
• 正規化[Re] – 3.16 m 2 – C/W.

選択された多層フロア・パイは結露することなく作動し、実際の熱伝導抵抗がSES R>Rcの要件を上回るため、選択された設計は建物の熱保護を提供します。.

暖かい屋根裏部屋と寒い屋根裏部屋の計算上の特徴

暖かい部屋と寒い部屋の屋根裏床の温度圧力は異なる. 第一のシナリオでは熱損失が最小であるため、熱損失はゼロを目指し、第二のシナリオでは熱損失が最大であるため、熱損失は増加する。.

2番目のシナリオでは、住宅の室内空気温度に関する衛生要件を満たすために、より多くの熱保護を追加する必要があります。.

従って、ミネラルウールの厚さを70mmに設定すれば、上記の暖かい屋根裏の多層オーバーラップの例では、室内で所望の温度を達成することができる。. この例では、設計の2.08 m 2 – s/Wの熱伝導抵抗は、寒い屋根裏のオーバーラップには不十分である。.

計算上、寒冷な屋根裏部屋には最低150mmのミネラルウール層を設ける必要がある。. この場合、熱伝導率3を確保するためのオーバーラップが可能になる。.94 m 2 s/Wとなり、屋根裏の熱エネルギー損失の増加を相殺する。.

計算ミスの結果

屋根裏床の計算の不正確さは、高い音響伝導率、最大熱損失、過大な梁のたわみ、外壁に近い建物の凍結、しっくいの剥離、床と壁の交差部でのひび割れの形成につながる。.

構造の過度のたわみをもたらす屋根裏床の誤差は最も危険である。. この例では、過負荷の結果、構造が崩壊します。.

このような荷重が一枚板の天井にかかると、まずコンクリートの最下層が破壊し始める。. プレストレスト鉄筋がこれ以上床に強度を与えることができなくなると、安定状態から不安定状態に移行する。.

7スパン以上の場合.5 mの場合、たわみは1/250以下であるべきである。. 実際のたわみが大きくなると、壁に欠陥が現れ始める。. このシナリオでは、床を補強する必要があります。.

住宅の構造的完全性とエネルギー効率を維持するためには、屋根裏床の荷重と熱パラメータを理解することが不可欠です。. これらの要素を正確に計算することで、断熱材、材料、可能な耐荷重について十分な情報を得た上で決定することができます。.

まず、耐荷重を計算するには、屋根裏の床がどれだけの重量をしっかりと支えることができるかを知る必要がある。. これは、使用する材料の重量に加えて、家具や収納用品などの追加荷重をカバーする。. コンプライアンスと安全性については、適用される建築基準法または構造エンジニアを参照してください。.

第二に、熱パラメータの評価はエネルギー効率の最適化に貢献します。. そのためには、屋根裏の床がどの程度熱の出入りを遮断しているかを知る必要がある。. 断熱材の種類、厚さ、位置はすべて熱性能に大きな影響を与える. 省エネを向上させるには、適切な断熱材と断熱技術を選択し、熱評価を行うことが有効である。.

これらのパラメータを決定するために、測定、計算、そして時には専門家による協議が行われる。. 住宅所有者は、以下のステップに従うことで、屋根裏の床が構造的に健全であることを保証できるだけでなく、よりエネルギー効率の高い居住空間を作ることができる。.

住宅所有者と建築業者は、屋根裏床の荷重と熱特性の計算方法を知ることで、構造上の安全性とエネルギー効率を保証することができます。. 上部の収納や居住スペースを支えるためには、屋根裏床の耐荷重を測定することが重要である。. この記事では、そのための実践的な方法を検討する. また、快適性を向上させ、暖房費を削減するために、どれくらいの断熱材が必要かを検討する。. これらの計算に習熟することで、読者は住宅のエネルギー効率と構造的完全性を支える、十分な情報に基づいた選択ができるようになる。.

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木造床梁のオンライン計算. 梁のたわみ計算.