Правильный расчет стропильной системы крыши. Как рассчитать стропильную систему

Условные 55 см считаются средней шириной карнизного желоба. Однако возможны колебания на 10-70% и более. При расчете используется проекция свеса карниза на горизонтальную плоскость.

Как рассчитать стропила для крыши: определение длины, сечения и нагрузки на стропила

Правильное проектирование и расчет элементов стропильной конструкции является залогом успешного строительства и последующей эксплуатации крыши. Он должен выдерживать сочетание временных и постоянных нагрузок при минимально возможном весе.

Расчеты можно выполнить с помощью одной из многочисленных программ, доступных в Интернете, или вручную. Однако в обоих случаях необходимо точно знать, как рассчитать стропила крыши, и быть полностью готовым к работе.

Содержание

Стропильная система определяет состав и прочностные характеристики скатной крыши и выполняет ряд важных функций. Они важны как ограждающая конструкция здания и неотъемлемая часть архитектурного ансамбля. Поэтому при проектировании и расчете стропил необходимо избегать недостатков и устранять дефекты.

Как правило, при разработке дизайна рассматривается несколько вариантов и из них выбирается оптимальное решение. Выбор наилучшей вариации не означает создание нескольких различных конструкций, их тщательный расчет и, наконец, выбор только одной из них.

Процесс определения длины, шага крепления и поперечного сечения стропил заключается в выборе формы конструкции и размеров материалов, используемых при ее строительстве.

Например, в формулу для определения несущей способности стропила сначала вводятся параметры поперечного сечения наиболее доступного материала. Если результаты не соответствуют техническим стандартам, размер пиломатериалов увеличивается или уменьшается до достижения максимального соответствия.

Методы определения угла наклона

Определение угла наклона наклонного сооружения имеет архитектурные и технические аспекты. Помимо конфигурации пропорций, которая наилучшим образом соответствует стилю здания, требуется безупречное решение.

• Характеристики снеговой нагрузки. В районах с большим количеством осадков крыши возводятся с уклоном 45° и более. Такой более крутой уклон не позволяет скапливаться снегу, что значительно снижает общую нагрузку на здание в целом, включая крышу и строительные леса.
• Ветровые нагрузки В районах, где дуют порывистые и сильные ветры, таких как пляжи, луга и горные районы, строятся обтекаемые конструкции с небольшими наклонами. Склоны обычно не превышают 30°. Кроме того, ветер препятствует скоплению снега на крыше.
• Вес и тип кровельного материала Чем тяжелее и тоньше кровельный материал, тем круче должны быть стропила. Это делается для снижения риска протечек из стыков и уменьшения удельного веса кровли на единицу площади.

Для того чтобы выбрать оптимальный угол наклона стропил, необходимо учесть все вышеперечисленные требования, прежде чем приступать к реализации проекта. Крутизна крыши должна соответствовать климатическим условиям выбранного региона и техническим данным кровельного покрытия.

Однако владельцам недвижимости в безветренных районах на севере следует помнить, что увеличение угла наклона стропил приведет к увеличению расхода материалов: крыша с уклоном 60-65° будет стоить примерно в 1,5 раза дороже, чем крыша с уклоном 45°.

В районах с частыми и сильными ветрами не следует слишком сильно уменьшать уклон в целях экономии. Чрезмерно скатные крыши проигрывают в архитектурном плане и не всегда способствуют снижению себестоимости. В таких случаях чаще всего требуется усиление изоляционных слоев, что, вопреки ожиданиям экономии, приводит к удорожанию строительства.

Лучше всего несколько раз проверить все расчеты, чтобы избежать ошибок. Когда этот кропотливый подготовительный процесс завершен, можно смело приступать к закупке материала и его подготовке в соответствии с полученными размерами.

Классификация нагрузок

Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:

1. Основные
   • постоянные нагрузки — вес самих стропил и крыши,
   • длительные нагрузки — снеговые и температурные нагрузки с уменьшенным расчетным значением (используется при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при испытании на выносливость),
   • переменные кратковременные воздействия — снеговые и температурные воздействия по полному расчетному значению.
2. Дополнительные — давление ветра, вес строителей, ледовые нагрузки.
3. Форс-мажорные — взрывы, сейсмическая активность, пожар, аварии.

Для расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из расчетных значений, определить параметры элементов стропильной системы, способных выдержать эти нагрузки.

Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:

• Предельное состояние, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность стропильной конструкции должны быть меньше предельного состояния.
• Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформации. Результирующий прогиб системы под нагрузкой должен быть меньше максимально возможного.

Для более простого расчета применяется только первый метод.

Расчет снеговой нагрузки на крышу

Формула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc , где

• Ms — снеговая нагрузка;
• Q — вес снежного покрова, покрывающего 1м 2 плоской горизонтальной поверхности крыши.

Последняя зависит от территории и определяется по карте, для второго предельного состояния — расчет по прогибу (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).

Для расчета прочности первого типа значение нагрузки выбирается в соответствии с районом проживания по карте (первая цифра в указанной дроби — числитель), либо берется из таблицы 1:



Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках — искомое значение, переведенное в кг/м2.

Ks — поправочный коэффициент на угол наклона крыши.

• Для крыш крутых скатов с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks = 0 (снег не скапливается на скатных крышах).
• Для крыш с углом от 25 до 60 коэффициент принимается 0,7.
• Для остальных он равен 1.

Кс — коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом наклона 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0,85. На карте показано районирование по скорости ветра.

Коэффициент Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и снег не сдувается. Коэффициент также не учитывается, если здание закрыто от ветра более высоким соседним зданием.

Снег лежит неравномерно. Снежные мешки часто образуются с подветренной стороны, особенно на стыках и поворотах (долинах). Поэтому, если вы хотите иметь надежную крышу, сделайте в этом месте минимальные шаги стропил, также обратите внимание на рекомендации производителя кровельного материала — если он будет неправильного размера, снег может прорваться через карниз.

Приведенные выше расчеты выполнены в упрощенной форме. Для более надежного расчета рекомендуется умножить полученные результаты на коэффициент нагрузки (для снеговой нагрузки = 1,4).

Вышеперечисленные пункты относятся к обычным двухуровневым крышам, но для мансардных крыш и крыш других форм рекомендуется обратиться к специалисту.

Калькуляторы сечений стропильных систем

Стропила плоские.





На двух опорах установлены консольные стропила.



Фермы и толкающие стойки на двух стропилах



Консольные стропила на двух опорах и толкающие стойки



Фермы на двух стропилах и обрешетке



Консольные стропила на двух обрешетках и прогонах

Консольные панельные стропила



Стропила фермы



Стропильные фермы на подрамниках



Асимметричные крыши на подрамниках

Калькуляторы сечений стропил

В Интернете можно найти несколько калькуляторов стропил. Некоторые из них перечислены ниже. Посетители сайта вполне обоснованно могут спросить, надежны ли эти калькуляторы. Результат расчета поперечного сечения является критическим действием, влияющим на надежность крыши. Чтобы устранить все сомнения на каждой странице с конкретным калькулятором, вам были даны формулы, по которым производятся расчеты. Точность этих формул можно проверить и оценить вручную. После этого вы можете решить, доверять ли значениям, показанным калькулятором, при расчете размеров поперечного сечения для других условий использования стропил.

Нагрузки.

Нагрузки на крышу собираются в отдельном вычислителе в соответствии с правилами, изложенными в SP20.13330 «Нагрузки и воздействия». Этот калькулятор показывает несколько чисел разного размера. Выберите одно число с наибольшим значением. Разница между значениями нагрузки обусловлена тем, что учитывается направление ветра и форма крыши. Однако вряд ли можно с уверенностью сказать, в какую сторону ветер действительно дует на крышу. На разные части крыши действует разное давление, поэтому при меньших нагрузках требуется меньшее сечение стропил, чем при больших нагрузках. На практике это означает установку стропил разной высоты и толщины для разных частей крыши, что будет мешать монтажу конька, обрешетки и кровельного покрытия. Для обеспечения равномерных размеров стропил и простоты работы был выбран один показатель — максимальная нагрузка. Вернее, есть два максимальных значения: стандартная нагрузка и расчетная нагрузка. Расчетная нагрузка используется для определения несущей способности стропил, а стандартная нагрузка — для определения прогиба стропил.



Нагрузки рассчитываются в кПа или кг/м², т.е. действующие на площадь. Для расчета стропил их необходимо преобразовать в линейные нагрузки, т.е. действующие на продольную ось стропила. Чтобы преобразовать нагрузку, давящую на площадь, в линейную нагрузку, ее необходимо умножить на шаг стропил (L) — расстояние между осями стропил (м × кг/м² = кг/м). При работе с калькуляторами необходимо вводить все параметры в единицах, указанных в калькуляторах. Калькулятор сам выполнит все преобразования и согласует единицы измерения. Если вы пытаетесь выполнить расчеты вручную, работайте в тех единицах, в которых вам удобнее.

Сопротивление материала стропил

Модуль упругости, расчетное и нормативное сопротивление древесины определяется в отдельных калькуляторах, представленных в виде интерактивных таблиц. Таблицы составлены в соответствии с СП 64.13330 «Деревянные конструкции». Они учитывают характеристики древесины, из которой изготовлены стропила, условия эксплуатации стропил и их предполагаемый срок службы.

Расчетный пролет

Расчетный пролет зависит от того, как стропило опирается на стену. Если это крайние точки, то стропило неравномерно давит на опору. Максимальное напряжение (σ) возникает на краю опоры и уменьшается по длине опоры. Его можно представить в виде треугольника. Эквипотенциальная сила будет находиться на расстоянии 1/3 от края опоры. Таким образом, расчетный пролет стропила, концы которого опираются на две опоры, будет равен пролету в свету плюс 1/3 длины опоры с каждой стороны.



Для расчета нагрузки от ветра учитывают его горизонтальное направление, а дует он в двух направлениях: на фасад и на скат крыши. В первом случае поток разделяется на несколько — часть потока идет вниз на фундамент, поток по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь его поднять.

Параметры стропил

Чтобы рассчитать стропильную систему двухскатной крыши, необходимо учесть:

• 100-150 мм при пролете не более 5 м, а также при наличии дополнительных опор;
• 150-200 мм при пролете более 5 м, при шаге более 1 м, и если угол наклона не большой.

Важно: Расстояние между стропилами двускатной крыши обычно устанавливают 1 м, но если уклон крыши более 45 градусов, шаг стропил можно увеличить до 1,4 м. При плоских крышах шаг делают 0,6-0,8 м.

Стропила крепятся к мауэрлату, который идет по периметру дома. Для него берется или доска параметрами 50х150 мм или брус 150х150 мм (для распределения нагрузки).

Параметры обрешетки

Для металлочерепицы создается разреженная обрешетка из доски, шириной 100 мм, толщиной 30 мм. Доска прибивается с шагом, который должен совпадать с продольной осью модуля металлочерепицы — 35 см (супермонтеррей).

Для черепицы выполняют обрешетку с большим шагом, так как она будет укладываться поверх OSB или фанеры сплошным ковром.

Важно! При выборе материалов обращайте внимание на влагостойкость и минимальную толщину.

При устройстве теплой кровли между гидроизоляцией и крышей делается контробрешетка с брусом, толщина которого должна составлять 30-50 мм.