La costruzione in zone innevate richiede un approccio rigoroso alla progettazione strutturale e alla costruzione che supera di gran lunga la pratica generale dell'edilizia. Il peso della neve, combinato con il potenziale per dighe di ghiaccio, alla deriva e cicli di congelamento-thaw, crea sfide uniche che devono essere affrontate attraverso codici di costruzione accuratamente realizzati. Questi codici non sono solo suggerimenti; sono norme legalmente applicabili che proteggono la vita e la proprietà.

Concetti di carico neve Foundational in Codici di costruzione

Il tetto di un edificio deve essere in grado di sostenere l’accumulo di neve massimo previsto senza eccessiva deflettorazione o guasto. I codici derivano da dati meteorologici storici, analisi statistica e valutazioni di rischio regionali.

Loto della neve

Il carico di neve terrestre (p]g])]) rappresenta il peso della neve sul terreno in una data posizione, generalmente espresso in libbre per piede quadrato (psf) o kilopascals (kPa).

Tetto di neve Load

Il carico di neve del tetto (p]f[][]]]) è generalmente inferiore al carico di neve del terreno, perché la neve su un tetto è soggetto a fusione, scorrevole e leggero vento.

  • Fattore di esposizione ([]]C]e]][[]] Aggiusta per vento del sito.
  • Fattore termico ([]]]]][]]]][[]]]]][[]]]] Conti per la perdita di calore dall'edificio.
  • Fattore di importazione ([]]][]]][[[]]]]]][[]] Come accennato, un moltiplicatore per edifici il cui fallimento sarebbe più rischio (ad esempio, ospedali, scuole, strutture di emergenza).

La formula di base in ASCE 7 (Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures) è p]f = 0.7 × Ce × C]]]]t

Carico irregolare e Drifting

I codici costruttivi richiedono ai progettisti di considerare carichi di neve sbilanciati causati da vento, geometria del tetto e strutture adiacenti.

  • Vinci/leeward deriva:[] Scorte di neve da piste a vento e depositi su piste a coda, a volte creando carichi da due a tre volte il carico equilibrato.
  • La neve si accumula contro pareti o parapetti più alti, formando profonde derive.
  • Caricali di valore:[ Le intersezioni di piani di tetto (ad esempio, le gables intersecanti) possono intrappolare la neve.
  • Ice dighe e stagni:[ Meltwater rigettare alle grondaie aggiunge peso e può sovraccaricare sistemi di drenaggio.

I codici (Sezione IIBC 1608, ASCE 7 Capitolo 7) forniscono procedure dettagliate per il calcolo di questi carichi alla deriva.Il mancato conto di loro ha portato a collassi catastrofici, come si vede nel 2011 il fallimento del tetto di un negozio di alimentari del Minnesota.

Elementi di progettazione strutturale per la resistenza alla neve

Una volta che i carichi sono determinati, il sistema strutturale deve essere progettato per resistere a loro, che coinvolge non solo il ponte del tetto, ma anche il percorso di carico attraverso capriate, travi, colonne e fondazioni.

Piste e geometrie del tetto

I coperchi non richiedono una specifica pendenza, ma riconoscono che le piste sopra una certa soglia (tipicamente 1 su 2 o 2 su 12) permettono di scivolare sulla neve, riducendo i carichi di design. Tuttavia, la neve scorrevole può creare pericoli per gli occupanti, i pedoni e le auto parcheggiate. Molti codici locali nelle regioni di neve pesanti richiedono protezioni da neve o sistemi di ritenzione su tetti ripidi per controllare lo scorrimento.

I tetti a piatta o a bassa pendenza (sotto 1 su 4) richiedono un'attenzione particolare al drenaggio e all'imbiancamento. I codici richiedono piste minime per il drenaggio del tetto (tipicamente 1/4 di pollice a piedi), e per il disegno strutturale richiedono considerazione di instabilità stagnante—un accumulo progressivo di acqua che può portare al collasso.

Percorso di carico Continuità

Un edificio è forte solo come il suo collegamento più debole. I codici richiedono che tutti i carichi vengano trasferiti continuamente dal ponte sul tetto alla fondazione.

  • Connessioni di blocco:[] La guaina del tetto deve essere adeguatamente inchiodata o avvitata a travi o capriate, con modelli che resistano sia all'elevatore (vento) che ai carichi di neve verso il basso.
  • Connessioni di profilati/frame:[ Le piastre di connettore in metallo nelle truffe devono essere progettate per il carico completo.
  • Le pareti e le colonne portanti a carico:[ Questi membri devono essere dimensionati per trasportare i carichi cumulativi del tetto più carichi vivi dai piani superiori. I carichi di neve sono considerati carichi dal vivo ma sono spesso trattati come carichi a breve termine; i controlli di deflettori a striscia e a lungo termine possono essere necessari per le strutture in legno.
  • Fondazione:[ La dimensione e la profondità del piede devono essere in grado di spiegare carichi di neve combinati con gelo a terra. Nelle regioni molto fredde, la profondità del gelo può superare i 4 piedi e i codici richiedono fondazioni sotto quella profondità per evitare la ringhiera.

Il capitolo 16 (Structural Design) e il capitolo 23 (Wood) forniscono questi requisiti in dettaglio.

Selezione dei materiali

La scelta del materiale influisce direttamente sulla capacità di un edificio di sopportare carichi di neve in modo sicuro.

  • Wood:[]] Comunemente utilizzato per la costruzione residenziale nelle regioni innevate.Codici (specifica nazionale di progettazione per la costruzione del legno) forniscono regolazioni per la durata del carico—i carichi di neve sono considerati a breve termine (meno di 10 anni), permettendo maggiori sollecitazioni consentite che per carichi permanenti.
  • Steel:[] Usato per tetti commerciali e industriali. L'acciaio è forte e duttile, ma i codici richiedono la considerazione degli effetti della deriva della neve e del potenziale per la buckling locale. Le capriate in acciaio a forma di freddo sono popolari in molte regioni della neve.
  • Concrete:[] I tetti prefabbricati o cast-in-place sono comuni nelle scuole e negli ospedali. Il peso auto-peso di cemento è significativo, quindi la progettazione del carico nevoso è fondamentale.
  • Materiali di rivestimento: La copertura in metallo (stalla, chiusura a vista) è favorita per la copertura della neve ma deve essere attaccata per resistere al sollevamento. Le asfalto possono gestire carichi moderati ma possono sviluppare danni alla diga del ghiaccio. Il codice richiede che il tetto sia valutato per le condizioni di neve e ghiaccio attesi (ad esempio, ASTM D3161 per le prove di resistenza al vento, meno specifiche,

Collegamenti e dettagli

I codici richiedono che tutte le connessioni nel percorso di carico siano progettate per il carico finale (progetto di resistenza) o per lo stress di lavoro (progetto di stress abilitabile).

  • Connessioni di discesa:[] Per sollevare il vento combinato con la neve, sono necessari dei tiranti da travi a pareti a fondazione. La neve può ancorare il tetto, ma il vento può sollevarlo; i codici combinano questi effetti.
  • L'espansione e la contrazione:[ I grandi tetti si espandono e si contraeno alla temperatura. I carichi di neve possono esacerbare il movimento termico. I codici richiedono giunti di espansione o collegamenti di scivolamento nei tetti di lunga durata.
  • Collegamenti a parete:[ Nelle aree con neve profonda, il collegamento tra tronchi e piastre superiori deve essere valutato sia per carichi verticali che per carichi orizzontali. Molti codici locali richiedono raddrizzamenti o clip con una capacità minima.

Disposizioni aggiuntive del codice per la sicurezza invernale

La resistenza al carico di neve si estende oltre la pura capacità strutturale. I codici affrontano diversi altri pericoli unici ai climi freddi.

Prevenzione della diga del ghiaccio

Le dighe di ghiaccio si formano quando il calore dell'edificio si scioglie la neve sul tetto superiore, e l'acqua si congela all'alveare più freddo. L'acqua intrappolata può eseguire il backup sotto le forbici, causando perdite e rotture che compromettono la struttura del tetto.

  • Ice sottolayment barriera:[] Una membrana impermeabile autoadesiva installata alle grondaie, che si estende almeno 24 pollici all'interno della parete esterna (o più in climi gravi).
  • Proper ventilazione e isolamento:[] Per mantenere il ponte sul tetto freddo, i codici richiedono una minima area di ventilazione (1:300 rapporto) e l'isolamento con un adeguato valore R per evitare il trasferimento di calore.
  • Drainage:[] I gutter e le molle devono essere dimensionati per il deflusso di neve. Alcuni codici locali richiedono sistemi di grondaia riscaldati o cavi di fusione di neve nelle valli.

Carico di neve sui tetti e sulle strutture adiacenti

I codici richiedono ai progettisti di modellare possibili modelli di deriva basati sulla geometria del tetto e sull'intensità del carico. Ad esempio, ASCE 7-16 Sezione 7.7 specifica che il carico alla deriva è una distribuzione triangolare con un carico massimo di neve F]

Tetto e laminazione

Il sistema IBC (Sezione 1611) e ASCE 7 (Capitolo 8) richiedono che i tetti siano progettati per drenare l'acqua entro 48 ore e che il sistema strutturale sia controllato per lo stazionamento dell'instabilità, una condizione in cui la deflezione del tetto sotto l'acqua provoca un'inquadratura più profonda, che porta a più deflettori di pendenza, ecc.

Frost e Footings

I codici di costruzione richiedono che i piedi vengano posti sotto la linea di gelo per evitare che il gelo si scaglia, il movimento verso l'alto del suolo dovuto al congelamento dell'acqua. Le profondità tipiche del gelo negli Stati Uniti del nord e in Canada vanno da 3 a 6 piedi. La tabella IRC R403.1 elenca le profondità minime di azionamento per profondità locale del gelo.

Adozione del codice, imposizione e modifiche locali

La comprensione del processo di adozione del codice è fondamentale per i professionisti del design. IBC e IRC sono codici di modello; stati e giurisdizioni locali li adottano con modifiche che possono alterare significativamente i requisiti di carico della neve.

Carte di carico neve

L'IBC fornisce una mappa di base del carico di neve, ma molte giurisdizioni lo sostituiscono con mappe più dettagliate specifiche dello stato. Ad esempio, New York, Minnesota e Colorado hanno le proprie mappe che riflettono i dati storici e recenti della nevicata. I progettisti devono verificare quale mappa si applica nella giurisdizione del progetto.

Variazioni locali

Gli emendamenti locali comuni includono:

  • Carica neve più alta:[ Alcuni comuni aumentano l'evento di 50 anni ad un evento di 100 anni per tutti gli edifici.
  • Requisiti specifici della deriva:[ Ad esempio, in aree con le cosiddette “snow belts” (ad esempio, zone di neve effetto lago), i codici possono richiedere carichi di deriva più elevati o richiedere un carico di neve su tutte le grondaie.
  • Maintenance e rimozione:[ Alcuni codici locali includono requisiti operativi, come ad esempio la necessità di eliminare la neve dai tetti quando i carichi superano una certa percentuale di carico di progettazione.

Ispezioni e certificazione

Durante la costruzione, i funzionari degli edifici ispezionano elementi strutturali per la conformità. Nelle regioni innevate, i punti di ispezione comuni includono:

  • Imposizione e collegamenti dei ferri:[ Assicurare che i cuscinetti a truciolo sono su supporti solidi, non su muro a secco o aria.
  • Ice installazione della barriera:[] Verificare la corretta sovrapposizione e l'auto-sigillamento intorno penetrazioni.
  • Installazione della guardia della neve:[ Alcune giurisdizioni richiedono layout di protezione della neve ingegnerizzati.
  • Continuità del percorso:[] Controllare che i legami di cresta, i legami di collare e i legami di trazione siano installati per piani.

Il International Code Council[] fornisce la certificazione per i funzionari di codice, e molte località richiedono che gli ispettori abbiano una formazione aggiuntiva nella progettazione del carico di neve.

Studi e lezioni di casi di guasti strutturali

La revisione dei guasti passati rafforza l'importanza della rigorosa conformità del codice.

Il 2011 Minnesota Grocery Store Collapse

Nel gennaio 2011, un tetto è crollato in un negozio di alimentari a St. Cloud, Minnesota, uccidendo una persona e danneggiando diversi. Il fallimento è stato attribuito ad una combinazione di neve estremamente pesante (escedere l'evento di 50 anni) e carichi sbilanciati dalla deriva. Il tetto è stato un design piatto, a bassa pendenza con drenaggio inadeguato e nessuna considerazione di carichi alla deriva nel design originale (che si basava su disposizioni di codice vecchio).

Il 2014 Massachusetts Roof Collapses

Durante l'inverno 2014-2015, il Massachusetts ha sperimentato la nevicata record. Diversi collassi del tetto si sono verificati, tra cui una chiesa e un magazzino. Le indagini hanno rivelato che molte strutture erano state costruite sotto codici più vecchi con carichi di neve a terra più bassi (ad esempio, 30 psf) rispetto ai carichi effettivi che l'inverno (stimato 70-100 psf).

Questi casi sottolineano la necessità che i progettisti non solo soddisfino il minimo del codice ma considerino il potenziale per eventi estremi, soprattutto in un clima in evoluzione. FEMA[] ha pubblicato una guida sulla sicurezza del carico di neve e sulla valutazione del rischio per gli edifici esistenti.

Considerazioni sul cambiamento climatico e tendenze del codice futuro

I carichi di neve non sono statici. Il cambiamento climatico sta alterando i modelli di nevicata, aumentando la frequenza di estreme tempeste di neve in alcune regioni, mentre diminuiscono le nevicate complessive in altri.

Aumentare i carichi di neve terrestri

Alcune giurisdizioni hanno proattivamente aumentato i loro valori di carico neve terreno per spiegare le tempeste invernali più intense. Ad esempio, New York State ha aggiornato le sue mappe di carico neve nel 2018 in base ai dati attraverso il 2015, mostrando aumenti del 10-20% in molte aree. L'edizione 2024 dell'IBC dovrebbe includere una nuova mappa di carico neve in base ai dati climatici aggiornati.

Eventi Rain-on-Snow

Uno degli scenari più pericolosi è la pioggia pesante che cade su un pacchetto di neve profondo esistente. La pioggia aggiunge peso e può innescare flussi scorrevoli o snelle. ASCE 7-22 ora include una fornitura di carico di pioggia su neve per tetti con pendii inferiori a 1/2 pollici a piedi. Questa è una zona di sviluppo, e molti codici locali lo stanno adottando.

Cicli di congelamento e intrusione dell'umidità

Gli inverni più caldi con cicli più congelati possono portare alla formazione di dighe di ghiaccio anche in aree che storicamente avevano inverni freddi stabili. I codici stanno rispondendo richiedendo un più robusto controllo dell'impermeabilità e del vapore. L'IRC ora richiede il sottosellamento della barriera di ghiaccio in regioni classificate come "prono di diga di ghiaccio" basato sulle temperature medie invernali.

Resilienza e progettazione adattiva

I progettisti che si stanno muovendo oltre i codici prescrittivi verso il design basato sulle prestazioni, utilizzando una valutazione del rischio probabile per le strutture di dimensioni per una gamma di possibili carichi di neve. Questo approccio può essere più conveniente che semplicemente aumentando i carichi, e offre una migliore resilienza. Alcuni comuni, come quelli del Pacifico nord-ovest, stanno iniziando a consentire alternative basate sulle prestazioni ai requisiti di carico di neve prescrittivo.

Raccomandazioni pratiche per professionisti

Per garantire la conformità e la sicurezza, i professionisti che lavorano nelle regioni innevate dovrebbero adottare le seguenti pratiche:

  • Sempre verificare l'edizione del codice applicabile e gli emendamenti locali.[ Il codice in vigore può cambiare il mid-project; utilizzare l'anno corretto e gli integratori di giurisdizione locale.
  • Immaginare un ingegnere strutturale per tutti ma i tetti residenziali più semplici. I carichi della deriva della neve e le complessità della geometria del tetto richiedono un calcolo professionale.
  • Utilizzare le mappe più recenti del carico neve.[ Se il codice locale utilizza una mappa più vecchia, considerare l'esecuzione di uno studio site-specific, in particolare per edifici importanti.
  • Documenta tutte le ipotesi di progettazione e i calcoli. Questo protegge dalla responsabilità e aiuta durante le ispezioni.
  • Coordinare con appaltatori di copertura su barriera di ghiaccio, guardie di neve e drenaggio. Molti fallimenti derivano da installazione impropria, non progettazione.
  • Plan per l'accesso alla rimozione della neve.[ Assicurare i copricapo del tetto, le superfici a piedi e le ancore per la protezione contro l'autunno fanno parte del progetto.
  • Richiedete aggiornamenti in codice. Partecipate ad organizzazioni come [NIBS[] e frequentate seminari sulla progettazione del carico di neve.

Conclusioni

La costruzione in condizioni di neve e di sicurezza richiede una comprensione approfondita degli elementi di codice specializzati: dal calcolo dei carichi di neve e dalla contabilità alla deriva alla selezione dei materiali appropriati e alla continuità del percorso di carico, ogni decisione conta.