Стропила являются основой любой крыши. На них ложится основная нагрузка, связанная с весом кровли, ветровым и снеговым давлением. Для длительной и безаварийной эксплуатации крыши важно произвести точные расчёты этих нагрузок, определить прочностные характеристики стропил, их сечение, длину, количество, а также объём материала, необходимого на обустройство кровельного каркаса. Все эти расчёты можно сделать самостоятельно.
Расчёт стропил при помощи онлайн-программ
Сделать расчёт стропил при помощи онлайн-калькулятора проще всего. Вы задаёте исходные данные, а программа просчитывает нужные параметры. Существующие программы различны по своим функциональным возможностям. Ряд из них имеет комплексный характер и вычисляют множество параметров стропильной системы, другие гораздо проще и предполагают просчёт одного-двух показателей. Среди комплексных сервисов следует выделить серию стройкалькуляторов Stroy-calc для расчёта параметров стропил крыш с одним, двумя скатами, мансардой и вальмами.
Калькулятор Stroy-calc используется для расчёта параметров стропил крыш с одним, двумя скатами, мансардой и вальмами
Программа также учитывает кровельный материал, т. е. вместе с расчётом стропильной системы можно получить данные о необходимом количестве финишного покрытия из:
- керамической черепицы;
- цементно-песчаной черепицы;
- битумной черепицы;
- металлочерепицы;
- шифера (асбестоцементных плит);
- стальной фальцевой кровли;
- битумного шифера.
С целью получения требуемого результата вводится следующая информация:
- характеристики крыши: кровельный материал, ширина основания, длина основания, высота подъёма, длина свеса;
- характеристики стропил: шаг стропил, сорт древесины для стропил;
- характеристики обрешётки: ширина, толщина доски, расстояние между рядами;
- снеговая нагрузка на стропила: выбор региона снеговой нагрузки по карте.
В программе имеются рисунки типов крыш, на которых в графической форме показаны параметры ввода данных. В качестве результата выводится информация по:
- крыше - угол наклона, площадь поверхности, примерный вес кровельного материала;
- стропилам - длина, минимальное сечение, количество, объём бруса для стропил, их примерный вес, раскладка (чертёж);
- обрешётке - количество рядов, расстояние между досками, количество досок, их объём, примерный вес.
Онлайн-калькуляторы, конечно, не могут учесть особенностей конструкции стропил во всех ситуациях. Для получения точных данных по конкретному варианту крыши необходимо делать все расчёты вручную. Предлагаем вам методики вычисления нагрузок на стропила (снеговой, ветровой, кровельного пирога), а также определения параметров стропил (сечения, длины, количества, шага). На основе этих данных можно будет также посчитать количество древесины, необходимой для обустройства стропильной системы.
Расчёт нагрузки на стропила
Стропила держат кровлю. Поэтому на них передаются нагрузки как от внешних природных факторов, так и от веса кровельного пирога (обрешётки, утеплителя, гидро- и пароизоляции). Основные внешние нагрузки связаны с воздействием снега и ветра.
Снеговая нагрузка
Снеговая нагрузка определяется по формуле: S =μ ∙ S g , где:
- S - искомое значение нагрузки;
- μ - коэффициент, определяемый уклоном крыши (чем больше уклон, тем меньше этот коэффициент, так как снег будет сходить, поэтому его давление будет меньше);
- S g - норма давления снега в конкретном районе страны (кг/м 2), вычисляемая по результатам многолетних наблюдений.
Угол наклона крыши вычисляется из его основного треугольника
Для определения коэффициента μ необходимо знать угол наклона ската. Часто бывает так, что задана ширина и высота крыши, а угол наклона неизвестен. В этом случае его нужно вычислить по формуле tg α = H/L, где H - высота конька, L - половина ширины здания (по фронтонной стороне), tg α - тангенс искомого угла. Далее значение самого угла берётся из специальных таблиц.
Таблица: значение угла наклона ската по его тангенсу
| tg α | α, град |
| 0,27 | 15 |
| 0,36 | 20 |
| 0,47 | 25 |
| 0,58 | 30 |
| 0,70 | 35 |
| 0,84 | 40 |
| 1,0 | 45 |
| 1,2 | 50 |
| 1,4 | 55 |
| 1,73 | 60 |
| 2,14 | 65 |
Предположим, что дом имеет ширину 8 м и высоту в коньке 2,32 м. Тогда tg α = 2,32/4 = 0,58. По таблице находим, что α = 30 o .
Коэффициент μ определяется по следующей методике:
- при углах уклона ската до 25 о μ = 1;
- для углов от 25 до 60 о μ = 0,7;
- для более крутых скатов μ = 0, т. е. снеговая нагрузка не учитывается.
Таким образом, для рассматриваемого строения μ = 0,7. Значение S g выбирается исходя из расположения региона, в котором ведётся строительство, на карте снеговых нагрузок.
Карта снеговых нагрузок позволяет определить давление снега на кровлю в различных районах России
Определив на карте номер региона, величину нормативной снеговой нагрузки можно найти по соответствующей таблице.
Таблица: нормативная снеговая нагрузка по регионам
| № региона | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| S g , кг/м 2 | 80 | 120 | 180 | 240 | 320 | 400 | 480 | 560 |
Предположим, что наш дом находится в Московской области. Это третий район по снеговой нагрузке. S g здесь равно 180 кг/м 2 . Тогда полная снеговая нагрузка на кровлю дома составит S = 0,7 ∙ 180 = 126 кг/м 2 .
Ветровая нагрузка
Ветровая нагрузка зависит от района страны, где построен дом, высоты дома, характеристик местности и уклона крыши. Она считается по формуле: W m = W о ∙ К ∙ С, где:
- W о - нормативное значение ветрового давления;
- К - коэффициент, учитывающий изменение давления ветра на высоте;
- С - аэродинамический коэффициент, учитывающий форму крыши (с пологими или крутыми склонами).
Нормативное значение давления ветра определяем по карте ветровых нагрузок.
Карта ветровых нагрузок позволяет определить давление ветра на кровлю в различных районах России
Таблица: нормативная ветровая нагрузка по регионам
| № региона | 1 a | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| W o , кгс/м 2 | 24 | 32 | 42 | 53 | 67 | 84 | 100 | 120 |
По уровню ветровых нагрузок Московская область находится в первой зоне. Поэтому нормативное значение ветрового давления W о для нашего случая равно 32 кг/м 2 .
Значение К определяем по специальной таблице. Чем выше дом и чем на более открытой местности он построен, тем больше величина К.
Таблица: коэффициент, учитывающий ветровое давление на высоте
Возьмём среднюю высоту дома - от 5 до 10 м, а местность будем считать закрытой (этот тип соответствует большинству территорий, где производится загородное строительство). Значит, коэффициент K в нашем случае будет равен 0,65.
Аэродинамический коэффициент может колебаться от -1,8 до 0,8. Отрицательный коэффициент означает, что ветер старается приподнять крышу (обычно с пологими склонами), положительный - опрокинуть (с крутыми склонами). Для надёжности возьмём максимальное значение этого коэффициента, равное 0,8.
Ветер различным образом воздействует на крыши с крутыми и пологими скатами
Таким образом, общая ветровая нагрузка на рассматриваемый нами дом будет равна W m = 32 ∙ 0,65 ∙ 0,8 = 16,6 кг/м 2 .
Вес кровельного пирога
Общий вес квадратного метра кровельного пирога будет равен сумме удельных весов всех составляющих его элементов:
- обрешётки из хвойных пород дерева (8 – 12 кг);
- кровельного покрытия (для примера берём профнастил - 5 кг);
- гидроизоляции из полимерной мембраны (1,4 – 2,0 кг);
- пароизоляции, сделанной из армированной плёнки (0,9 – 1,2 кг);
- утеплителя (минеральная вата - 10 кг).
Вес других видов кровельного покрытия можно определить по специальной таблице.
Таблица: вес кровельного покрытия различных типов
Для большей надёжности берём максимальные значения веса компонентов кровельного пирога: P = 12 + 5 + 2 + 1,2 + 10 = 30,2 кг/м 2 . Добавляем запас в 10% на случай устройства каких-либо дополнительных конструкций или нестандартных видов покрытия: P = 30,2 ∙ 1,1=33,2 кг/м 2 .
Суммарная нагрузка на стропила
Общая нагрузка на стропила считается по формуле: Q = S+W m +P, где:
Напомним, что расчёт проводится для Московской области, кровельное покрытие - профнастил, угол наклона кровли - 30 о: Q = 126 + 16,6 + 33,2 = 175,8 кг/м 2 . Таким образом, общая нагрузка на один квадратный метр стропил равна 175,8 кг. Если площадь крыши равна 100 м 2 , то суммарная нагрузка равна 17580 кг.
Ошибочным является мнение, что снижение веса кровельного покрытия существенно снижает нагрузку на стропила. Возьмём в качестве покрытия цементно-песчаную черепицу (50 кг/м 2). Тогда вес кровли увеличится на 45 кг/м 2 и будет составлять не 33,2, а 76,4 кг/м 2 . В этом случае Q = 126 + 16,6 + 76,4 = 219 кг/м 2 . Получается, что при увеличении массы кровельного покрытия в 10 раз (с 5 до 50 кг/м 2) общая нагрузка выросла всего на 25%, что можно признать не столь существенным увеличением.
Расчёт параметров стропил
Зная величину нагрузок на кровлю, мы можем рассчитать конкретные параметры материала, необходимого для монтажа стропильной системы: сечение, длину, количество и шаг.
Подбор поперечного сечения стропил
Сечение стропил считается по формуле: H = K c ∙ L max ∙ √Q r /(B ∙ R изг), где:
- K c - коэффициент, равный 8,6 при угле наклона меньше 30 о, и 9,5 при большем уклоне;
- L max - самый большой пролёт стропила;
- В - толщина сечения стропила в метрах;
- R изг - сопротивление материала на изгиб (кг/см 2).
Смысл формулы заключается в том, что необходимый размер сечения увеличивается вместе с увеличением самого большого пролёта стропила и нагрузки на его погонный метр и уменьшается при увеличении толщины стропила и сопротивления древесины на изгиб.
Рассчитаем все элементы этой формулы. Прежде всего, определим нагрузку на погонный метр стропила. Делается это по формуле: Q r = А ∙ Q, где:
- Q r - рассчитываемая величина;
- А - расстояние между стропилами в метрах;
Логика расчёта достаточно проста: чем реже расположены стропила и чем их меньше, тем больше будет нагрузка на погонный метр.
Мы уже вычислили суммарную нагрузку на 1 квадратный метр стропил. Она равна для нашего примера 175,8 кг/м 2 . Предположим, что А = 0,6 м. Тогда Q r = 0,6 ∙ 175,8 = 105,5 кг/м. Эта величина потребуется для дальнейших расчётов.
Теперь определим ширину сечения пиломатериала по ГОСТ 24454–80 «Пиломатериалы хвойных пород». Смотрим, на какие сечения пилится древесина - это стандартные значения.
Таблица: определение нормативных значений ширины доски в зависимости от её толщины
| Толщина доски - ширина сечения, мм | Ширина доски - высота сечения, мм | ||||||||
| 16 | 75 | 100 | 125 | 150 | |||||
| 19 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | ||||
| 22 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | ||
| 25 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 32 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 40 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 44 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 60 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 75 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 100 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 | |
| 125 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | |||
| 150 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | ||||
| 175 | 175 | 200 | 225 | 250 | |||||
| 200 | 200 | 225 | 250 | ||||||
| 250 | 250 | ||||||||
Определимся с толщиной доски (В). Пусть она будет соответствовать наиболее употребимому обрезному пиломатериалу - 50 мм или 0,05 м.
Далее нам необходимо знать самый большой пролёт стропила (L max). Для этого надо обратиться к проекту и найти чертёж стропильной фермы, где будут указаны все её размеры. Примем в нашем случае L max равным 2,7 м.
Величина самого большого пролёта стропила (Lmax) является важной составляющей для вычисления его сечения и определяется по чертежу стропильной фермы
Величина сопротивления материала на изгиб (R изг) зависит от сорта древесины. Для первого сорта она составляет 140 кг/см 2 , второго - 130 кг/см 2 , третьего - 85 кг/см 2 . Возьмём значение для второго сорта: оно не очень отличается от первого, но второй сорт древесины дешевле.
Подставляем все полученные значения в вышеприведённую формулу и получаем H = 9,5 ∙ 2,7 ∙ √ (105,5)/(0,05х130) = 103,4 мм. При толщине стропила 50 мм нет стандартного значения ширины 103,4 мм, поэтому берём ближайшее к нему большее значение из приведённой выше таблицы. Это будет 125 мм. Таким образом, достаточное сечение пиломатериала при шаге стропил 0,6 м, максимальном пролёте 2,7 м и кровельной нагрузке 175,8 кг/м 2 равно 50х125 мм.
- мауэрлат - 100х100, 100х150, 150х150;
- стропильные ноги и ендовы - 100х200;
- ригели - 100х150, 100х200;
- стойки - 100х100, 150х150.
Это сечения с запасом. Если же вы хотите сэкономить материал, то можете пользоваться приведённой выше методикой.
Видео: расчёт нагрузок на стропила и их сечении
Длина стропил
При изготовлении стропил кроме сечения важна также их длина. Она зависит, в частности, от того, с каким уклоном будет строиться крыша. Угол наклона крыши обычно варьируется между 20 и 45 о, однако различается в зависимости от применяемого кровельного материала, так как не всякий кровельный материал можно применять с крышей любого уклона.
Влияние типа кровельного материала на угол уклона крыши
Допустимые углы уклона крыши для кровельных материалов:
- рулонные покрытия - плоские и малоуклонные крыши (до 22 о);
- битумная кровля и фальцованные металлические листы - любой уклон;
- волокнисто-цементные листы, профнастил - от 4,5 о;
- металлочерепица, битумная, керамическая черепица, сланец - от 22 о;
- высокопрофильная штучная черепица, шифер - от 25 о.
Допустимые углы наклона крыши определяются используемым кровельным материалом
Несмотря на то, что допустимые углы уклона крыши могут быть весьма невелики, всё же для снижения снеговой нагрузки рекомендуем делать их большими. Для профнастила они могут составлять от 20 о, металлочерепицы - 25 о, шифера - 35 о, фальцевой кровли - 18 – 35 о.
Длина стропил разных типов крыш считается по-разному. Покажем, как это делается для односкатной и двускатной крыши.
Расчёт длины стропил односкатной крыш
Длина стропильной ноги считается по формуле L c = L bc /sin А, где L bc - величина, на которую нужно поднять стену, а А - угол уклона крыши. Для понимания смысла формулы вычисления L c напомним, что синус угла прямоугольного треугольника равен отношению противоположного катета к гипотенузе. Таким образом, sin A = L bc /L c . Величину L bc можно вычислить, применив формулу: L bc = L cд ∙ tg А, где L cд - длина стены дома.
Все формулы для расчёта стропильной системы односкатной крыши берутся из прямоугольного треугольника, являющегося проекцией подкровельного пространства на фронтон
Найти величины tg А и sin А легче всего по таблице.
Таблица: определение значений тригонометрических функций по углу уклона крыши
| Угол уклона крыши, градусы | tg А | sin А | cos А |
| 5 | 0,09 | 0,09 | 1,00 |
| 10 | 0,18 | 0,17 | 0,98 |
| 15 | 0,27 | 0,26 | 0,97 |
| 20 | 0,36 | 0,34 | 0,94 |
| 25 | 0,47 | 0,42 | 0,91 |
| 30 | 0,58 | 0,50 | 0,87 |
| 35 | 0,70 | 0,57 | 0,82 |
| 40 | 0,84 | 0,64 | 0,77 |
| 45 | 1,00 | 0,71 | 0,71 |
| 50 | 1,19 | 0,77 | 0,64 |
| 55 | 1,43 | 0,82 | 0,57 |
| 60 | 1,73 | 0,87 | 0,50 |
Рассмотрим пример.
- Возьмём длину стены дома, равную 6 м, и угол наклона кровли в 30 о.
- Тогда высота поднятия стены L bc = 6 ∙ tg 30 о = 6 ∙ 0,58 = 3,48 м.
- Длина стропильной ноги L c = 3,48 / sin 30 о = 3,48 / 0,5 = 6,96 м.
Расчёт длины стропил двускатной крыши
Двускатную крышу можно представить в виде равнобедренного треугольника, образованного двумя скатами и поперечной потолочной балкой.
Графическое представление двускатной крыши в виде равнобедренного треугольника позволяет определить длину стропильной ноги двумя разными способами
Длину стропильной ноги (a) можно определить двумя разными способами.
- Если известны ширина дома b и угол наклона крыши A. Тогда а = b/ (2 ∙ cos А). Допустим, что ширина дома равна 8 м, а угол А - 35 о. Тогда a = 8 /(2 ∙ сos 35 o) = 8/(2 ∙ 0,82) = 4,88. Добавляем на свесы 0,5 м и получаем длину стропильной ноги, равную 5,38 м.
- Если известны ширина крыши b и её высота в коньке h. В этом случае a = √b 2 + h 2 . Предположим, что высота конька равна 2,79 м. Тогда a = √4 2 +2,79 2 = √16 + 7,78 =√23,78 = 4,88. Добавляем 0,5 м на свес и в результате имеем те же 5,38 м.
Нужно иметь в виду, что стандартная длина древесных пиломатериалов составляет 6 метров. При большей длине их необходимо будет либо сращивать, либо делать спецзаказ, что, естественно, будет дороже.
Видео: расчёт стропил
Расчёт шага стропил
Шаг - это расстояние между смежными стропилами. Он определяет, сколько стропил нам понадобиться для крыши. Величину шага обычно задают равной от 60 см до 1 м. Для вычисления конкретной величины шага необходимо:
- Выбрать ориентировочный шаг.
- Определить длину ската. Обычно эта величина задаётся проектом.
- Разделить длину ската на ориентировочно выбранный размер шага. Если получилось дробное число, то результат округляется в большую сторону и добавляется 1 (эта корректировка нужна потому, что по обеим границам ската обязательно должны находиться стропила).
- Длину ската разделить на число, полученное в предыдущем пункте.
Для наглядности покажем ход вычисления на конкретном примере.
Предположим, что ориентировочный шаг равен 1 м, а длина ската - 12 м.
- Делим длину ската на ориентировочно выбранный размер шага: 12 / 1 = 12.
- К полученному числу добавляем 1, получаем 13.
- Делим длину ската на полученное число: 12 / 13 = 0,92 м.
Необходимо понимать, что полученное значение является расстоянием между центрами стропильных лаг.
Шаг между стропилами можно также определить из таблицы по заданному поперечному сечению и длине стропильной ноги.
Таблица: расчёт шага стропил в зависимости от длины стропильной ноги и сечения бруса
| Шаг стропил, м | Длина стропильной ноги в метрах | ||||||
| 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | |
| 0,6 | 40х150 | 40х175 | 50х150 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 50х200 |
| 0,9 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 75х175 | 75х175 | 75х200 | 75х200 |
| 1,1 | 75х125 | 75х150 | 75х175 | 75х175 | 75х200 | 75х200 | 75х200 |
| 1,4 | 75х150 | 75х175 | 75х200 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 |
| 1,75 | 75х150 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 | 100х250 | 100х250 |
| 2,15 | 100х150 | 100х175 | 100х200 | 100х200 | 100х250 | 100х250 | - |
По этой же таблице можно определить допустимое сечение стропила, зная величину шага и его длину. Так, при шаге в 0,9 м и длине 5 м получаем сечение 75х175 мм.
При толщине бруса стропильных ног больше обычной расстояние между стропилами также можно сделать больше.
Таблица: расчёт шага стропил из толстых брусьев и брёвен
| Расстояние между стропилами, м | Наибольшая длина стропильной ноги, м | ||||||
| 3,2 | 3,7 | 4,4 | 5,2 | 5,9 | 6,6 | ||
| 1,2 | брус | 9х11 | 9х14 | 9х17 | 9х19 | 9х20 | 9х20 |
| бревно | 11 | 14 | 17 | 19 | 20 | 20 | |
| 1,6 | брус | 9х11 | 9х17 | 9х19 | 9х20 | 11х21 | 13х24 |
| бревно | 11 | 17 | 19 | 20 | 21 | 24 | |
| 1,8 | брус | 10х15 | 10х18 | 10х19 | 12х22 | - | - |
| бревно | 15 | 18 | 19 | 22 | - | - | |
| 2,2 | брус | 10х17 | 10х19 | 12х22 | - | - | - |
| бревно | 17 | 19 | 22 | - | - | - | |
Расчёт количества стропил
- В зависимости от нагрузки на стропильную систему выбираем сечение стропильной ноги.
- Вычисляем длину стропила.
- По таблице выбираем шаг стропил.
- Ширину крыши делим на шаг стропил и получаем их количество.
Для примера рассчитаем количество стропил для двускатной крыши шириной 10 м при длине стропильной ноги 4 м и её сечении 50х150 мм.
- Задаём шаг, равный 0,6 м.
- Делим 10 м на 0,6 м, получаем 16,6.
- Добавляем одно стропило на край крыши и округляем в большую сторону. Получаем 18 стропил на один скат.
Расчёт количества древесины, необходимой для изготовления стропил
Для устройства стропил чаще всего применяют хвойные породы дерева. Зная, сколько стропил требуется на крышу и какой объём древесины содержится в одном брусе, вычислим необходимый объём древесины. Предположим, что мы произвели полный расчёт стропильной системы и получили, что необходимо 18 единиц бруса размером 150х150 мм. Далее смотрим таблицу.
Таблица: количество бруса в кубическом метре пиломатериалов
| Размер бруса, мм | Количество брусов длиной 6 м в 1 м 3 пиломатериалов, шт. | Объём одного бруса длиной 6 м, м 3 |
| 100х100 | 16,6 | 0,06 |
| 100х150 | 11,1 | 0,09 |
| 100х200 | 8,3 | 0,12 |
| 150х150 | 7,4 | 0,135 |
| 150х200 | 5,5 | 0,18 |
| 150х300 | 3,7 | 0,27 |
| 200х200 | 4,1 | 0,24 |
Объём одного бруса 150 х 150 мм составляет 0,135 м 3 . Значит, объём пиломатериала для 18 стропил составит 0,135 м 3 ∙ 18 = 2,43 м 3 .
Видео: расчёт материала для стропил двускатной крыши
Приветствую вас! Зовут меня Михаил. Мне 59 лет. Образование - высшее. Работаю продавцом - консультантом в компании по изготовлению и установке металлопластиковых конструкций. Люблю свою работу и надеюсь, что мой опыт и знания будут вам интересны.
Создание проекта и расчёт стропильной конструкции – задача далеко не из простых. Человек без минимального опыта и знаний вряд ли самостоятельно справится с данным вопросом. В первую очередь вся сложность расчётов заключена в большом количестве определённых факторов, влияющих на конструкцию крыши – это и нагрузка от снега и ветра, и общий вес кровли, и многое другое.
Поэтому если человек неуверен в своих возможностях, то целесообразно обратиться к специалистам либо воспользоваться компьютерными программами, облегчающими процедуру расчётов. Ведь ни для кого не секрет что от правильного сооружения крыши
, будет зависеть дальнейший комфорт всех обитателей дома.
Чаще всего стропильная система сооружается при возведении частных домов. Основой большинства таких конструкций для кровли, является система из деревянных балок по форме повторяющая треугольник.
Именно такая форма крыши считается максимально жёсткой и прочной, а полученное пространство между кровлей и потолком образует чердачное помещение, которое очень часто используется как мансарда или склад для старых вещей. Также изменив форму стропильной системы вместо чердака можно получить ещё одно помещение, используемое как кабинет или дополнительная жилая комната.
Факторы, которые нужно учесть при расчёте
Прежде чем непосредственно перейти к расчётам стропильной конструкции, необходимо определить какие нагрузки и с какой интенсивностью будут действовать на неё, в зависимости от климатических особенностей региона и времени года в месте возведения дома. При этом основные природные факторы , воздействующие на кровлю можно классифицировать по следующим параметрам:
Сложность проведения расчётов стропильной системы состоит в том, что большинству новичков строительного дела очень сложно не упустить один из множества вышеперечисленных типов нагрузок, одновременно воздействующих на кровлю здания. Это ещё обусловлено и тем, что при расчётах нужно принимать во внимание прочность и массу самих стропильных ног и метод их монтажа и крепления между собой. Хотя данные параметры и являются второстепенными, но не менее важными и упустить их при расчёте будет непростительно.
Поэтому в помощь строителям-новичкам были разработаны специальные программы облегчающий процесс учёта и расчёта конструкции стропил, хотя можно воспользоваться и стандартными формулами, все зависит от предпочтений человека проводящего ремонтные работы. При этом очень часто именно ручной расчёт и анализ помогает разобраться во всех особенностях конструкции стропил.
Как рассчитывается постоянная нагрузка на стропильную систему?
Чтобы правильно определить длину бруса для стропил и данных, на которых в дальнейшем будут строиться основные расчёты в первую очередь нужно вычислить общую массу кровельного «пирога».
Для получения окончательных результатов , необходимо рассчитать массу одного квадратного метра отдельно взятого слоя крыши. При этом нужно ориентироваться на то, что среднестатистическая кровля состоит из следующих конструктивных элементов:
- Обрешётка, которая состоит из небольших деревянных брусков либо досок, толщиной 25 мм. При этом средний вес метра квадратного стандартной обрешётки колеблется в пределах 15 кг.
- Слой теплоизоляционного материала.
- Гидроизоляция крыши.
- Материал, используемый в качестве основного кровельного покрытия.
При расчёте общей массы постоянной нагрузки, итоговый результат, по советам профессиональных строителей необходимо увеличить на 10% , что даст возможность сделать необходимый запас прочности будущей стропильной системы.
Также по рекомендациям профессионалов материал кровельного «пирога» должен выбираться таким образом, чтобы общие показатели нагрузки в конечном итоге были не больше 50 кг на метр квадратный крыши. Многие считают такую нагрузку слишком завышенной, но следует понимать, что дополнительный запас прочности лишним не бывает. Завершив расчёты общей массы кровли, переходят к расчёту нагрузки от природных факторов.
Расчёт снеговых нагрузок на стропильную систему
Параметр нагрузки от снега является достаточно актуальным для наших климатических условий, так как большинство регионов имеют длительный зимний период с постоянными осадками. Чтобы кровля не деформировалась, а что ещё хуже проломилась под весом снегового слоя, необходимо ещё на стадии планировки заложить в конструкцию стропил, дополнительную прочность
.
Чтобы расчёты были не такими сложными специалистами была выведена обобщённая формула, которая основана на подстановке коэффициентов из СНиП. На практике данная формула выглядит следующим образом: F = P × k , где под F подразумевается общая нагрузка от снеговых осадков, P – это масса снежного слоя на метр квадратный кровли, k – коэффициент корректировки, который основан на специфических факторах и конструктивных особенностях крыши.
Масса метра квадратного слоя снега зависит от места расположения возведённого строения. Все регионы нашего государства в зависимости от интенсивности снеговых осадков, подразделяются на определённые зоны имеющие свои средние показатели . При этом в СНиПе приведены корректирующие коэффициенты для каждой отдельно взятой конструкции крыши. Также хочется отметить, что данный коэффициент напрямую зависит от уклона ската кровли:
- когда уклон кровли составляет более 60°, то корректирующий коэффициент не используется, так при таком наклоне снег просто не задерживается на крыше;
- если коэффициент угла наклона крыши колеблется в пределах, от 25 до 60° данный коэффициент составляет 0,7;
- кровля с минимальным практически пологим скатом, имеет максимальный корректировочный коэффициент равный 1.
Не стоит забывать и о том, что нагрузка от снежного покрова на стропила, может быть не совсем равномерной, так как максимальное количество снега скапливается в местах изломов кровельной конструкции и других конструктивных элементах крыши. Стропильные ноги в таких местах должны иметь минимальный шаг друг относительно друга – самым эффективным вариантом считается использование спаренного элемента. Помимо этого, формируя кровельный «пирог», в потенциально проблемных зонах обустраивается двойная гидроизоляция и сплошная обрешётка.
Расчёт ветровой нагрузки на стропильную систему
Данному виду нагрузок свойственен высокий уровень критичности, так как вне зависимости от угла ската кровли, она подвержена рискам от воздействия резких порывов ветра. При минимальном коэффициенте угла наклона возможен срыв крыши
из-за воздействия аэродинамических сил. А при сильном уклоне кровли происходит максимальное давление потоков воздуха по всей площади конструкции крыши.
Для расчёта ветровой нагрузки на стропила также была разработана формула с учётом поправочного коэффициента, которая на практике выглядит следующим образом: V = R × k , при этом V – непосредственное значение нагрузки от ветра, R – показатель, отвечающий за регион, где располагается строение, k – коэффициент коррекции, как и в случае со снеговыми нагрузками.
Под региональными параметрами подразумеваются данные приведённые в СНиПе, а под поправочным коэффициентом показатели, учитывающие высоту здания и особенности местности, в которой расположено строение. При этом сама величина коэффициента зависит от следующих факторов:
- для строений, высота которых составляет 20 м, а само здание расположено на открытой местности, коэффициент поправки приравнивается к 1,25, если на территории расположены искусственные или естественные препятствия (другие постройки или полоса деревьев), то значение снижается до 0,85;
- для построек с 10 м высотой используют поправку от 0,65 до 1;
- в свою очередь, корректировочный коэффициент от 0,75 до 0,85 применяется в процессе расчёта нагрузок на дома менее 5 м высоты.
Расчёт конструкции фермы и параметров стропильных ног
Чтобы разобраться, что представляет собой расчёт конструкции фермы, нужно учесть тот факт, что в действительности стропильная система - это набор треугольников из деревянных балок, поэтому с определением длины стропил
проблем возникнуть не должно, так как все математические действия проводятся на уровне школьной геометрии.
Однако для правильного расчёта стропильной конструкции важно учесть все нагрузочные показатели, а также величину пролётов, конфигурацию обрешётки и особенность типа самой кровли. Чтобы избавить себя от дополнительных ошибок и просчётов целесообразно воспользоваться специальными программами, которые можно найти в интернете.
Чтобы выполнить расчёт стропил необходимо использовать специальные таблицы стандартов. Хочется отметить, что существуют уже готовые стропильные ноги, которые можно приобрести в специализированных строительных магазинах или на рынках. При этом длина стропильных ног будет зависеть от конструктивных особенностей строения, а подбор сечения стропил зависит от следующих параметров:
- длина стропильных ног;
- шаг, с которым будут монтироваться стропила;
- величина известных нагрузок.
Важно учитывать, что параметры, приводимые в рекомендациях, не являются абсолютными и могут изменяться в зависимости от региональных особенностей месторасположения помещения. А для правильного выполнения расчета стропильной ноги, используется Теорема Пифагора. При этом под катетами будет подразумеваться разница в высоте между стенами здания и его шириной, а гипотенуза и будет соответствовать длине стропила.
Программы, облегчающие расчёт
Расчёт стропил любого строения нельзя отнести к простому занятию, по той простой причине, что для получения точных данных, необходимо непросто правильно оперировать исходными цифрами и специальными формулами, а также легко ориентироваться в СНиПе
и обладать минимальными навыками черчения.
Если вышеперечисленные навыки не соответствуют способностям человека выполняющего ремонт, то целесообразно воспользоваться бесплатным ПО, которое можно скачать в интернете.
Ярким примером такого информационного продукта можно смело назвать программу 3D Max. При этом обладая минимальными навыками работы с компьютером, любой человек без особых проблем справится с ПО. Помимо этого большинство программ имеют наглядные примеры, облегчающие работу с расчётом стропильной системы.
Для людей совершено не разбирающихся в тонкостях 3D проектирования, можно скачать бесплатную программу Аркон, в которой помимо системы проектирования конструкции стропил, имеется калькулятор, предназначенный для расчёта параметров стропильных ног (сечение и длина бруса). Кроме этого, программа обладает простейшим, интеллектуально понятным интерфейсом, в разы упрощающим весь процесс расчётов. Также хочется упомянуть и об онлайн-сервисах расчёта конструкции стропил, которые не требуют скачивания программ.
Прежде чем приступать к строительству крыши, конечно желательно, чтобы её была рассчитана на прочность. Сразу после опубликования прошлой статьи « «, мне на почту стали приходить вопросы, касающиеся выбора сечения стропил и балок перекрытия.
Да, разобраться в этом вопросе на просторах нашего всеми любимого интернета действительно довольно не просто. Информации на эту тему очень много, но она как всегда настолько разрознена и иногда даже противоречива, что неопытному человеку, который в своей жизни возможно даже и не сталкивался с таким предметом как «Сопромат» (повезло же кому-то), легко запутаться в этих дебрях.
Я, в свою очередь, попробую сейчас составить пошаговый алгоритм, который поможет Вам самостоятельно рассчитать стропильную систему своей будущей крыши и наконец избавиться от постоянных сомнений — а вдруг не выдержит, а вдруг развалится. Сразу скажу, что углубляться в термины и различные формулы я не буду. Ну зачем? На свете столько полезных и интересных вещей, которыми можно забить себе голову. Нам ведь нужно просто построить крышу и забыть про неё.
Весь расчёт будет описан на примере двухскатной крыши, о которой я писал в
Итак, Шаг № 1:
Определяем снеговую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта снеговых нагрузок РФ. Чтобы увеличить картинку, кликните на ней мышкой. Ниже я дам ссылку, по которой её можно будет скачать себе на компьютер.
По этой карте определяем номер снегового региона, в котором мы строим дом и из нижеследующей таблицы выбираем соответствующую этому региону снеговую нагрузку (S, кг/м²):
Если Ваш город находится на границе регионов, выбирайте большее значение нагрузки. Корректировать полученную цифру в зависимости от угла наклона скатов нашей крыши не нужно. Программа, которой мы будем пользоваться сделает это сама.
Допустим в нашем примере мы строим дом в Подмосковье. Москва находится в 3 снеговом регионе. Нагрузка для него составляет 180 кг/м².
Шаг №2:
Определяем ветровую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта ветровых нагрузок РФ. Её также можно будет скачать по ссылке ниже.
По этой карте также выбираем соответствующий номер региона и определяем для него значение ветровой нагрузки (значения показаны в левом нижнем углу):
Здесь столбец А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры; столбец В - городские территории, лесные массивы и др. местности равномерно покрытые препятствиями. Нужно учесть, что в некоторых случаях тип местности может различаться в разных направлениях (например, дом стоит на окраине населённого пункта). Тогда выбираем значения из столбца «А».
Снова вернёмся к нашему примеру. Москва находится в I-м ветровом регионе. Высота нашего дома 6,5 метров. Предположим, что строится он в населённом пункте. Таким образом принимаем значение поправочного коэффициента k=0,65. Т.е. ветровая нагрузка в данном случае будет равна: 32х0,65=21 кг/м².
Шаг №3:
Необходимо скачать себе на компьютер расчётную программу выполненную в виде таблицы Exel. Далее работать мы будем в ней. Вот ссылка для скачивания: « . Также здесь находятся карты снеговых и ветровых нагрузок РФ.
Итак, скачиваем и распаковываем архив. Открываем файл «Расчёт стропильной системы», при этом мы попадаем в первое окно — «Нагрузки»:
Здесь нам нужно поменять некоторые значения в ячейках залитых голубым цветом. Весь расчёт производится автоматически. Давайте продолжим рассматривать наш пример:
В табличке «Исходные данные» меняем угол наклона на 36° (какой у Вас будет угол, такой и пишите, ну это я думаю всем понятно);
Меняем шаг стропил, на тот который мы выбрали. В нашем случае это 0,6 метров;
Нагр. кровли (нагрузка от собственного веса кровельного материала) — это значение выбираем из таблицы:
Для нашего примера выбираем металлочерепицу с весом 5 кг/м².
Снег. район — сюда мы вписываем сумму значений снеговой и ветровой нагрузок, которые мы получили ранее, т.е. 180+21=201 кг/м²;
Утепление (манс.) — это значение оставляем без изменений, если мы будем закладывать утеплитель между стропилами. Если же мы делаем холодный чердак без утеплителя — меняем значение на 0;
В табличку «Обрешётка» вписываем необходимые размеры обрешётки. В нашем случае для металлочерепицы мы поменяем шаг обрешётки на 0,35 м и ширину — на 10 см. Высоту оставляем без изменений.
Все остальные нагрузки (от собственного веса стропил и обрешётки) учитываются программой автоматически. Теперь смотрим, что у нас получилось:
Мы видим надпись «Несущая способность обрешётки обеспечена!» Больше в этом окне мы ничего не трогаем, даже ни к чему понимать, что за цифры стоят в других ячейках. Если, например, мы выберем другой шаг стропил (по больше), может получиться, что несущая способность обрешётки будет не обеспечена. Тогда надо будет подбирать другие размеры обрешётки, например, увеличивать её ширину и т.п. В общем думаю Вы разберётесь.
Шаг №4:
Строп.1 » и переходим в окно расчёта стропил с двумя точками опоры. Здесь все внесённые нами ранее входящие данные уже подставлены программой автоматически (так будет и во всех других окнах).
В нашем примере из статьи «Двухскатная крыша дома своими руками» стропила имеют три точки опоры. Но давайте представим, что промежуточных стоек нет и произведём расчёт:
Меняем на схеме стропила длину его горизонтальной проекции (ячейка залита голубым цветом). В нашем примере она равна 4,4 метра.
В табличке «Расчёт стропил» меняем значение толщины стропила В (заданное) на выбранное нами. Мы ставим 5 см. Это значение обязательно должно быть больше указанного в ячейке Втр (устойч.);
Теперь в строку «Принимаем Н » нам нужно внести выбранную ширину стропила в сантиметрах. Она обязательно должна быть больше значений, указанных в строках «Нтр.,(прочн.) » и «Нтр.,(прогиб) «. При соблюдении этого условия, все надписи в низу под схемой стропил будут иметь вид «Условие выполнено». В строчке «Н, (по сорт-ту) » указано значение, которое нам предлагает выбрать сама программа. Мы можем взять эту цифру, а можем взять другую. Обычно выбираем сечения имеющиеся в наличии в магазине.
Итак, что у нас получилось показано на рисунке:
В нашем примере для соблюдения всех условий прочности необходимо выбрать стропила с сечением 5х20 см. Но схема крыши показанная мной в прошлой статье имеет стропила с тремя точками опоры. Поэтому для её расчёта переходим к следующему шагу.
Шаг №5:
Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку «Строп.2 » либо «Строп. 3″ . При этом открывается окно расчёта стропил имеющих 3 точки опоры. Выбор нужной нам вкладки производим в зависимости от места расположения средней опоры (стойки). Если она расположена правее середины стропила, т.е. L/L1<2, то пользуемся вкладкой «Строп.2″ . Если стойка расположена левее середины стропила, т.е. L/L1>2, то пользуемся вкладкой «Строп.3″ . Если стойка ровно по середине, можете использовать любую вкладку, результаты будут одинаковые.
На схеме стропил переправляем размеры в ячейках залитых голубым цветом (кроме Ru);
По тому же принципу, что был описан выше, выбираем размеры сечения стропил. Для нашего примера, я принял размеры 5х15 см. Хотя можно было и 5х10 см. Просто привык уже работать с такими досками, да и запас прочности будет побольше.
Теперь важно: с полученного при расчёте рисунка нам нужно будет выписать значение вертикальной нагрузки, действующей на стойку (в нашем примере (см. рис. выше) она равна 343,40 кг) и изгибающего момента действующего на стойку (Моп.=78,57 кгхм). Эти цифры будут нужны нам далее при расчёте стоек и балок перекрытия.
Далее, если вы перейдёте во вкладку «Арка «, откроется окно расчёта стропильной системы представляющей собой коньковую арку (два стропила и затяжка). Я её рассматривать не буду, для нашей крыши она не подойдёт. Слишком у нас большой пролёт между опорами и маленький угол наклона скатов. Там получатся стропила сечением порядка 10х25 см, что для нас конечно непреемлемо. Для более маленьких пролётов такую схему использовать можно. Уверен, кто понял то, о чём я писал выше, тот сам разберётся и с этим расчётом. Если всё же появятся вопросы, пишите в комментариях. А мы переходим к следующему шагу.
Шаг №6:
Переходим на вкладку «Стойка». Ну здесь всё просто.
Определённые нами ранее значения вертикальной нагрузки на стойку и изгибающего момента вносим на рисунке соответственно в ячейки «N=» и «М=». Они у нас были записаны в килограммах, мы вписываем их в тоннах, при этом значения автоматически округляются;
Также на рисунке меняем высоту стойки (в нашем примере это 167 см) и ставим размеры выбранного нами сечения. Я выбрал доску 5х15 см. Внизу в центре видим надписи «Центральное обеспечено!» и «Внецентр. обеспечено». Значит всё впорядке. Коэффициенты запаса «Кз» очень большие, поэтому можно смело уменьшать сечение стоек. Но мы оставим как есть. Результат расчёта на рисунке:
Шаг №7:
Переходим на вкладку «Балка «. На балки перекрытия действуют одновременно распределённая нагрузка и сосредоточенная. Нам нужно учесть обе. В нашем примере балки одинакового сечения перекрывают пролёты разной ширины. Мы конечно же производим расчёт для более широкого пролёта:
— в табличке «Распределённая нагрузка» указываем шаг и пролёт балок (мы из примера берём 0,6 м и 4 м соответственно);
— принимаем значения Нагр.(норм.)=350 кг/м² и Нагр.(расч.)=450 кг/м². Значения этих нагрузок в соответствии со СНиПом усреднены и взяты с хорошим запасом прочности. В них включена нагрузка от собственного веса перекрытий и эксплуатационная нагрузка (мебель, люди и т.п.);
— в строку «В, заданная » вписываем выбранную нами ширину сечения балок (в нашем примере это 10 см);
В строчках «Н, прочность » и «Н, прогиб » будут указаны минимально возможные высоты сечения балок при которых она не сломается и прогиб её будет допустимым. Нас интересует большая из этих цифр. Высоту сечения балки мы принимаем исходя из неё. В нашем примере подойдёт балка сечением 10х20 см:
Итак, если бы у нас не было стоек опирающихся на балки перекрытия, расчёт на этом был бы закончен. Но стойки в нашем примере есть. Они то и создают сосредоточенную нагрузку, поэтому продолжаем заполнять таблички «» и «Распред.+сосредоточ. «:
В обе таблички вносим размеры наших пролётов (тут думаю всё понятно);
В табличке «» меняем значения Нагр.(норм.) и Нагр.(расч.) на цифру которую мы получили выше при расчёте стропил с тремя точками опоры — это вертикальная нагрузка на стойку (в нашем примере 343,40 кг);
В обе таблички вписываем принятую ширину сечения балки (10 см);
Высоту сечения балки определяем по табличке «Распред.+сосредоточ .» . Снова ориентируемся на большее значение. Для нашей крыши принимаем 20 см (см. рис. выше).
На этом расчёт стропильной системы закончен.
Чуть не забыл сказать: используемая нами расчётная программа применима для стропильных систем сделанных из сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской. Вся используемая древесина 2-го сорта. При использовании другой древесины, в программу нужно будет внести некоторые изменения. Так как другие породы дерева в нашей стране используются редко, я сейчас не буду расписывать, что нужно изменять.
Стропильная система. Расчет стропил и балок перекрытия. Прежде чем приступать к строительству крыши, конечно желательно, чтобы её стропильная система была рассчитана на прочность. Сразу после опубликования прошлой статьи «Двухскатная крыша дома своими руками«, мне на почту стали приходить вопросы, касающиеся выбора сечения стропил и балок перекрытия. Да, разобраться в этом вопросе на просторах нашего всеми любимого интернета действительно довольно не просто. Информации на эту тему очень много, но она как всегда настолько разрознена и иногда даже противоречива, что неопытному человеку, который в своей жизни возможно даже и не сталкивался с таким предметом как «Сопромат» (повезло же кому-то), легко запутаться в этих дебрях. Я, в свою очередь, попробую сейчас составить пошаговый алгоритм, который поможет Вам самостоятельно рассчитать стропильную систему своей будущей крыши и наконец избавиться от постоянных сомнений - а вдруг не выдержит, а вдруг развалится. Сразу скажу, что углубляться в термины и различные формулы я не буду. Ну зачем? На свете столько полезных и интересных вещей, которыми можно забить себе голову. Нам ведь нужно просто построить крышу и забыть про неё. Весь расчёт будет описан на примере двухскатной крыши, о которой я писал в прошлой статье. Итак, Шаг № 1: Определяем снеговую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта снеговых нагрузок РФ. Чтобы увеличить картинку, кликните на ней мышкой. Ниже я дам ссылку, по которой её можно будет скачать себе на компьютер. По этой карте определяем номер снегового региона, в котором мы строим дом и из нижеследующей таблицы выбираем соответствующую этому региону снеговую нагрузку (S, кг/м²): Если Ваш город находится на границе регионов, выбирайте большее значение нагрузки. Корректировать полученную цифру в зависимости от угла наклона скатов нашей крыши не нужно. Программа, которой мы будем пользоваться сделает это сама. Допустим в нашем примере мы строим дом в Подмосковье. Москва находится в 3 снеговом регионе. Нагрузка для него составляет 180 кг/м². Шаг №2: Определяем ветровую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта ветровых нагрузок РФ. Её также можно будет скачать по ссылке ниже. По этой карте также выбираем соответствующий номер региона и определяем для него значение ветровой нагрузки (значения показаны в левом нижнем углу): Далее полученную цифру нужно умножить на поправочный коэффициент «k», который в свою очередь определяется по таблице: Здесь столбец А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры; столбец В - городские территории, лесные массивы и др. местности равномерно покрытые препятствиями. Нужно учесть, что в некоторых случаях тип местности может различаться в разных направлениях (например, дом стоит на окраине населённого пункта). Тогда выбираем значения из столбца «А». Снова вернёмся к нашему примеру. Москва находится в I-м ветровом регионе. Высота нашего дома 6,5 метров. Предположим, что строится он в населённом пункте. Таким образом принимаем значение поправочного коэффициента k=0,65. Т. е. ветровая нагрузка в данном случае будет равна: 32х0,65=21 кг/м². Шаг №3: Необходимо скачать себе на компьютер расчётную программу выполненную в виде таблицы Exel. Далее работать мы будем в ней. Вот ссылка для скачивания: «Расчёт стропильной системы«. Также здесь находятся карты снеговых и ветровых нагрузок РФ. Итак, скачиваем и распаковываем архив. Открываем файл «Расчёт стропильной системы», при этом мы попадаем в первое окно - «Нагрузки»: Здесь нам нужно поменять некоторые значения в ячейках залитых голубым цветом. Весь расчёт производится автоматически. Давайте продолжим рассматривать наш пример: - в табличке «Исходные данные» меняем угол наклона на 36° (какой у Вас будет угол, такой и пишите, ну это я думаю всем понятно); - меняем шаг стропил, на тот который мы выбрали. В нашем случае это 0,6 метров; - Нагр. кровли (нагрузка от собственного веса кровельного материала) - это значение выбираем из таблицы: Для нашего примера выбираем металлочерепицу с весом 5 кг/м². - Снег. район - сюда мы вписываем сумму значений снеговой и ветровой нагрузок, которые мы получили ранее, т. е. 180+21=201 кг/м²; - Утепление (манс.) - это значение оставляем без изменений, если мы будем закладывать утеплитель между стропилами. Если же мы делаем холодный чердак без утеплителя - меняем значение на 0; - в табличку «Обрешётка» вписываем необходимые размеры обрешётки. В нашем случае для металлочерепицы мы поменяем шаг обрешётки на 0,35 м и ширину - на 10 см. Высоту оставляем без изменений. Все остальные нагрузки (от собственного веса стропил и обрешётки) учитываются программой автоматически. Теперь смотрим, что у нас получилось: Мы видим надпись «Несущая способность обрешётки обеспечена!» Больше в этом окне мы ничего не трогаем, даже ни к чему понимать, что за цифры стоят в других ячейках. Если, например, мы выберем другой шаг стропил (по больше), может получиться, что несущая способность обрешётки будет не обеспечена. Тогда надо будет подбирать другие размеры обрешётки, например, увеличивать её ширину и т. п. В общем думаю Вы разберётесь. Шаг №4: Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку «Строп.1» и переходим в окно расчёта стропил с двумя точками опоры. Здесь все внесённые нами ранее входящие данные уже подставлены программой автоматически (так будет и во всех других окнах). В нашем примере из статьи «Двухскатная крыша дома своими руками» стропила имеют три точки опоры. Но давайте представим, что промежуточных стоек нет и произведём расчёт: - меняем на схеме стропила длину его горизонтальной проекции (ячейка залита голубым цветом). В нашем примере она равна 4,4 метра. - в табличке «Расчёт стропил» меняем значение толщины стропила В (заданное) на выбранное нами. Мы ставим 5 см. Это значение обязательно должно быть больше указанного в ячейке Втр (устойч.); - теперь в строку «Принимаем Н» нам нужно внести выбранную ширину стропила в сантиметрах. Она обязательно должна быть больше значений, указанных в строках «Нтр.,(прочн.)» и «Нтр.,(прогиб)«. При соблюдении этого условия, все надписи в низу под схемой стропил будут иметь вид «Условие выполнено». В строчке «Н, (по сорт-ту)» указано значение, которое нам предлагает выбрать сама программа. Мы можем взять эту цифру, а можем взять другую. Обычно выбираем сечения имеющиеся в наличии в магазине. Итак, что у нас получилось показано на рисунке: В нашем примере для соблюдения всех условий прочности необходимо выбрать стропила с сечением 5х20 см. Но схема крыши показанная мной в прошлой статье имеет стропила с тремя точками опоры. Поэтому для её расчёта переходим к следующему шагу. Шаг №5: Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку «Строп.2» либо «Строп. 3″. При этом открывается окно расчёта стропил имеющих 3 точки опоры. Выбор нужной нам вкладки производим в зависимости от места расположения средней опоры (стойки). Если она расположена правее середины стропила, т. е. L/L1<2, то пользуемся вкладкой «Строп.2″. Если стойка расположена левее середины стропила, т. е. L/L1>2, то пользуемся вкладкой «Строп.3″. Если стойка ровно по середине, можете использовать любую вкладку, результаты будут одинаковые. - на схеме стропил переправляем размеры в ячейках залитых голубым цветом (кроме Ru); - по тому же принципу, что был описан выше, выбираем размеры сечения стропил. Для нашего примера, я принял размеры 5х15 см. Хотя можно было и 5х10 см. Просто привык уже работать с такими досками, да и запас прочности будет побольше. Теперь важно: с полученного при расчёте рисунка нам нужно будет выписать значение вертикальной нагрузки, действующей на стойку (в нашем примере (см. рис. выше) она равна 343,40 кг) и изгибающего момента действующего на стойку (Моп.=78,57 кгхм). Эти цифры будут нужны нам далее при расчёте стоек и балок перекрытия. Далее, если вы перейдёте во вкладку «Арка«, откроется окно расчёта стропильной системы представляющей собой коньковую арку (два стропила и затяжка). Я её рассматривать не буду, для нашей крыши она не подойдёт. Слишком у нас большой пролёт между опорами и маленький угол наклона скатов. Там получатся стропила сечением порядка 10х25 см, что для нас конечно непреемлемо. Для более маленьких пролётов такую схему использовать можно. Уверен, кто понял то, о чём я писал выше, тот сам разберётся и с этим расчётом. Если всё же появятся вопросы, пишите в комментариях. А мы переходим к следующему шагу. Шаг №6: Переходим на вкладку «Стойка». Ну здесь всё просто. - определённые нами ранее значения вертикальной нагрузки на стойку и изгибающего момента вносим на рисунке соответственно в ячейки «N=» и «М=». Они у нас были записаны в килограммах, мы вписываем их в тоннах, при этом значения автоматически округляются; - также на рисунке меняем высоту стойки (в нашем примере это 167 см) и ставим размеры выбранного нами сечения. Я выбрал доску 5х15 см. Внизу в центре видим надписи «Центральное обеспечено!» и «Внецентр. обеспечено». Значит всё впорядке. Коэффициенты запаса «Кз» очень большие, поэтому можно смело уменьшать сечение стоек. Но мы оставим как есть. Результат расчёта на рисунке: Шаг №7: Переходим на вкладку «Балка«. На балки перекрытия действуют одновременно распределённая нагрузка и сосредоточенная. Нам нужно учесть обе. В нашем примере балки одинакового сечения перекрывают пролёты разной ширины. Мы конечно же производим расчёт для более широкого пролёта: - в табличке «Распределённая нагрузка» указываем шаг и пролёт балок (мы из примера берём 0,6 м и 4 м соответственно); - принимаем значения Нагр.(норм.)=350 кг/м² и Нагр.(расч.)=450 кг/м². Значения этих нагрузок в соответствии со СНиПом усреднены и взяты с хорошим запасом прочности. В них включена нагрузка от собственного веса перекрытий и эксплуатационная нагрузка (мебель, люди и т. п.); - в строку «В, заданная» вписываем выбранную нами ширину сечения балок (в нашем примере это 10 см); - в строчках «Н, прочность» и «Н, прогиб» будут указаны минимально возможные высоты сечения балок при которых она не сломается и прогиб её будет допустимым. Нас интересует большая из этих цифр. Высоту сечения балки мы принимаем исходя из неё. В нашем примере подойдёт балка сечением 10х20 см: Итак, если бы у нас не было стоек опирающихся на балки перекрытия, расчёт на этом был бы закончен. Но стойки в нашем примере есть. Они то и создают сосредоточенную нагрузку, поэтому продолжаем заполнять таблички «Сосредоточенная нагрузка» и «Распред.+сосредоточ.«: - в обе таблички вносим размеры наших пролётов (тут думаю всё понятно); - в табличке «Сосредоточенная нагрузка» меняем значения Нагр.(норм.) и Нагр.(расч.) на цифру которую мы получили выше при расчёте стропил с тремя точками опоры - это вертикальная нагрузка на стойку (в нашем примере 343,40 кг); - в обе таблички вписываем принятую ширину сечения балки (10 см); - высоту сечения балки определяем по табличке «Распред.+сосредоточ.». Снова ориентируемся на большее значение. Для нашей крыши принимаем 20 см (см. рис. выше). На этом расчёт стропильной системы закончен. Чуть не забыл сказать: используемая нами расчётная программа применима для стропильных систем сделанных из сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской. Вся используемая древесина 2-го сорта. При использовании другой древесины, в программу нужно будет внести некоторые изменения. Так как другие породы дерева в нашей стране используются редко, я сейчас не буду расписывать, что нужно изменять. Read more.
Одна из важнейших частей скатной крыши - это стропильная система, состоящая из прочных и надежных балок. Именно стропила являются основанием для кровли. При этом важно, чтобы используемые материалы могли легко выдерживать не только кровельную конструкцию, но и давление снежных или ледяных масс в зимний период, а также ветровые нагрузки в течение всего года. В связи с этим, прежде чем приступить к установке стропил, следует произвести необходимые расчеты, учитывая все возможные факторы и нюансы. Конечно, заказать просчет стропил можно в различных строительных компаниях, однако, подобная услуга обойдется в довольно приличную сумму, поэтому оптимальным вариантом может стать самостоятельный расчет. Итак, как рассчитать стропильную систему крыши правильно? Разумеется, прежде чем перейти к главному вопросу, стоит изучить особенности стропил и разновидности конструкции.
Особенности стропильной системы
Чтобы сделать расчет стропильной системы, следует понимать, что она собой представляет. Итак, стропила – это несущая конструкция кровли, которая принимает на себя все внешние нагрузки, в виде снежных наносов, сильных ливней или шквальных ветров. Главные ее элементы – это:
- вертикальные стойки – необходимы для максимальной устойчивости стропильной системы;
- стропильные наклонные ноги – определяют наклон ската крыши и ее общий вид;
- прогоны – выделяют боковые и коньковые разновидности прогонов, элементы необходимы для скрепления и поддержания стропильных ног;
- затяжки, ригели – фиксирующие элементы;
- подкосы – диагональные поддерживающие брусья, придающие устойчивость стропилам;
- конек – верхний брус, укладываемый в месте стыка двух скатов кровли;
- кобылки – элемент, позволяющий увеличить длину недостаточно длинных стропил в случае монтажа свеса крыши;
- ферма – совокупность стоек, раскосов, обрешетки и прочих элементов, составляющих основу кровельной системы.
- наличие минимального количества сучков, трещин и других возможных дефектов, для этого стоит выбирать древесину 1 или 2 сорта. При выборе дерева 3 сорта следует обращать внимание, чтобы на 1 м доски или бруса было не более 3-4 сучков высотой до 3 см, а при наличии трещин, их длина и глубина должны быть небольшими;
- для несущих, капитальных элементов, таких как стропильные ноги, мауэрлат, конек и так далее, рекомендуется использовать брус толщиной более 5 см, оптимально применять изделия с квадратным или прямоугольным сечением от 10 до 20 см;
- при выборе хвойных досок допускается длина изделий до 6,5 м, а если используются лиственные породы, то длина пиломатериала не должна превышать 4,5 м. Как правило, лиственные породы используются для таких конструктивных частей, как прогоны и мауэрлат. Также стоит отдавать предпочтение твердым породам.
Приступая к расчету стропил, следует произвести расчет каждого отдельного элемента. Также важно соблюдать требования к стропильной системе, это поможет выбрать правильный материал, а также создать наиболее прочную и долговечную кровлю.
Основные требования при выборе материала стропил
Сегодня, довольно многие владельцы собственных домов отдают предпочтение кровлям из древесины. Как правило, стропильная система производится из хвойных древесных пород. При этом брус должен обладать влажностью не более 20 %. Это, так называемая, воздушно-сухая древесина, которая отличается необходимой прочностью и легкостью. Кроме процента влажности при выборе дерева следует соблюдать и такие условия, как:
Важно! Вся возводимая система должна обладать жесткостью и прочностью. То есть готовая конструкция должна иметь надежную фиксацию и быть неподвижной. Если хоть один элемент не соответствует данному требованию, то велика вероятность того, что крыша может быть разрушена при ураганном ветре либо сильном снегопаде, при этом будет неважно как правильно произведен расчет деревянных стропил крыши. В самой плачевной ситуации разрушена будет не только кровля, но и стены строения. Также стоит иметь в виду, что стропильную систему следует делать легкой, особенно в случае, когда используются деревянные несущие стены. Чтобы иметь возможность применять прочные и надежные балки, но при этом не утяжелять конструкцию, рекомендуется выбирать пиломатериал с низким процентом влажности, то есть примерно 10-15 %. Также не стоит забывать про обработку деревянных элементов антисептиками, антипиренами, гидрофобизаторами и другими защитными препаратами. Прежде чем приступить к вопросу, как же правильно рассчитать стропильную систему, следует получить представления о видах стропил.
Видео по теме:
Разновидности стропил
Конкретный вид стропил зависит от типа крыши и, производя расчет стропильной системы, это следует учитывать. Например, кровля может быть двухскатной или четырехскатной, соответственно и стропила будут рассчитываться по-разному. При этом наличие конструктивных элементов и принцип их монтажа остается практические неизменным. Сегодня принято выделять 2 основные разновидности стропильных систем.
- Наслонные стропила – в этом случае стропильные ноги опираются на стены строения, а их середину подпирает промежуточная опора. Монтируется подобная система в случае необходимости, если делать пролеты длиной более 5-7 м. Каждая дополнительная опора может увеличить длину пролета на 3-4 м.
- – устанавливаются, когда расстояние между наружными стенами, на которые устанавливается стропильная система не более 6,5 м.
Выбрав конкретный тип кровли, а также разновидность стропильной системы, можно переходить к выполнению всех необходимых расчетов, то есть расчета сечения стропил, нагрузки, длины и высоты балок и так далее.
Расчет нагрузки на стропила
Проводя расчет стропил крыши самостоятельно, рекомендуется принимать увеличенные параметры, благодаря чему можно иметь определенный запас прочности кровли. Конечно, при этом увеличиться расход стройматериалов, однако, вопросы безопасности дома все же стоит выносить на первое место. Итак, первым делом стоит брать во внимание все возможные нагрузки, которые будут воздействовать на кровельную конструкцию. В частности, к таким нагрузкам можно отнести снеговые и ветровые нагрузки. Также при расчете нагрузки на стропильную систему стоит учитывать довольно много особенностей. Включая такие факторы, как:
- вес кровельного материала;
- вес обрешетки;
- вес утеплителя, гидро- и пароизоляции;
- вес стропильной системы.
Только рассчитав каждый пункт, можно сделать расчет стропильной системы. Например, формула для расчета снеговой нагрузки будет выглядеть следующим образом:
S = Sрасч.·μ,
где S – это искомый параметр, Sрасч. – значение веса снега на 1 кв.м, которое следует брать из действующих на определенной территории СНиПов, а μ – коэффициент, рассчитанный из угла наклона крыши. Для расчета ветровой нагрузки, также можно воспользоваться формулой:
Wm = Wo·k·c,
где Wo – это нормативный параметр ветрового давления, определяемый по СНиПам, действующим в регионе, k – это коэффициент, ветрового давления, зависящий от высоты крыши над землей и с – это аэродинамический коэффициент, который зависит от формы кровли. Зная все исходные величины сделать расчеты не составит труда. Однако, сегодня совсем не обязательно все необходимые измерения и расчеты производить в ручном режиме. Ведь для этих целей созданы специальные программы, например, программа для расчета стропильной системы или программа расчета стропил и ферм. К таким программам можно отнести:
- Stropila;
- AutoCAD;
- Аркон;
- Онлайн сервисы расчета (строительные калькуляторы).
Каков принцип работ такого ПО? Он довольно прост, необходимо ввести все параметры из СНиПов или плана строения в соответствующие окна или строки, после чего нажать кнопку «рассчитать» и программа выдаст результат. Как правило, данные ресурсы включают в себя все необходимые расчеты, то есть ветровую и снеговую нагрузку, а также расчет суммарной нагрузки, расчет распределенной нагрузки, расчёт стропильной системы и так далее. Также в программах имеются карты со значением ветрового давления и веса снегового покрова во всех регионах. Сделать вычисления в подобных приложениях смогут даже не подготовленные пользователи, при этом все параметры будут наиболее точными. Кроме того, следует иметь в виду, что определенные параметры являются постоянными и их можно узнать в инструкциях к стройматериалам либо в интернете.
Вид кровельного покрытия и его вес
В зависимости от того, какой планируется использовать материал для кровли, изменяются и нагрузка на стропильные системы. Практически все виды покрытий имеют фиксированный вес, благодаря чему производить расчет довольно легко. Рассмотрим значение веса основных разновидностей кровельных покрытий, которые предоставляют производители при изготовлении.
Что касается массы чернового настила, стропильной системы и обрешетки, то данные значения принято считать стандартными. В частности, черновая кровельная конструкция будет иметь вес 18-20 кг/кв.м, деревянная обрешетка – 8-10 кг/кв.м и стропила – 15-20 кг/кв.м. Суммируя все значения можно легко найти искомый параметр нагрузки на стропильную систему.
Расчет стропил
После того, как нагрузка определена, можно переходить к такому пункту, как расчет стропильной системы. Необходимо определить нагрузку на каждую стропильную ногу, чтобы понять, какое сечение должно быть у стропил, их прочность и сколько потребуется леса для стропил в каждом конкретном случае. Формула для расчета нагрузки на каждую стропильную ногу выглядит следующим образом:
Qr=A·Q,
где Qr – искомая величина, измеряемая в кг/м, А – , измеряемый в метрах и Q – это общая нагрузка, действующая на 1 кв.м кровли, измеряется в кг/кв.м (именно данная величина была найдена в расчетах, производимых ранее). Посчитать нагрузку также можно в автоматизированном режиме, с помощью программ. Различные приложения позволяют сделать расчет сечения стропил, их количество, высоту и многие другие параметры. Важно!
Производя расчет стропильной системы, всегда следует округлять параметры в большую сторону, так как это позволяет увеличить прочность кровельной конструкции.
Сделать необходимые расчеты самостоятельно совсем не сложно. Конечно, если знаний в данном вопросе недостаточно, то всегда можно обратиться к специалистам. Однако, огромное разнообразие автоматизированных программ, может помочь справиться с расчетом стропильной системы без особых хлопот. Важно помнить, что от правильности производимых подсчетов зависит не только прочность и надежность крыши, но и безопасность жильцов дома.
