На крышу дома действует несколько нагрузок, которые рассчитываются обособленно, но затем обязательно суммируются. Это снеговая, ветровая нагрузки, вес кровельного материала, вес собственно стропил, обрешетки, а также подкладного кровельного ковра, утеплителя и т.п. Поэтому расчет стропильной системы крыши ведут с учетом всех нагрузок. Разберем каждую из них по отдельности.
Некоторые вводные сведения
Если вы занимаетесь строительством самостоятельно и не совсем владеете инженерными расчетами, можно заказать расчет стропил в специализированной проектной организации или частному проектировщику. Если технические расчеты вам не чужды – можете попробовать сделать расчеты своими силами. Ответ на вопрос – как рассчитать длину стропил правильно – зависит от формы крыши и углов скатов кровли.
В самом начале нужно ознакомиться с нормативными документами. Для того чтобы посчитать нагрузку на крышу, вам потребуется СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», а также карты, которые приложены к документу «Изменения к СНиП 2.01.07-85», вступившего в действие в 2008 году.
Оптимальное расстояние между стропилами определяется методом предела, по достижении которого, конструкция может разрушиться частично или полностью.
Разрушение стропильной системы
- Первое – полное разрушение или максимальная нагрузка.
- Второе – частичное разрушение, при котором выходят из строя различные узлы или элементы системы. В частности, допустимый прогиб любого элемента , ног, раскосов, прогонов и т.п. не может быть более 1/200 длины пролета или прогона.
Рассчитывать нужно оба варианта. Кстати, хороший помощник - программа для расчета стропильной системы, выполнена она в формате Excel и .
Для северных, северо-западных и центральных районов России обильные снегопады – явление обычное, поэтому следует подойти к расчету очень внимательно. Для расчета максимальной нагрузки берется полный вес снежного покрова. Для второго расчета полный вес снежного покрова учитывается с коэффициентом 0,7.
Снег, скопившийся на крыше Чаще всего снег скапливается в местах перелома кровли – ендовах, выходах слуховых окон и др. В таких местах шаг стропил должен быть минимален, в основном там ставятся спаренные стропила. Кроме того, здесь всегда делается сплошная обрешетка и двойная гидроизоляция.
Снежный «мешок» под собственным весом будет постепенно сползать вниз и усиленно давить на карнизный свес, поэтому нельзя превышать допустимые выпуски кровельного материала, который дает производитель.
Для расчета снеговой нагрузки в зависимости от направления преобладающих ветров и уклона кровли учитывается специальный коэффициент (m). Поскольку с наветренной стороны на скатах будет лежать меньше снега, чем на земле, а с подветренной – больше. Например, как рассчитать стропила, если у дома двускатная кровля с углами в 20-30°? Для расчета снеговой нагрузки при таких углах, с наветренной стороны коэффициент будет равен 0,75, а с подветренной – 1,25. Все значения этого коэффициента приведены в СНиП 2.01.07-85. Для крыш с углами 60° и выше – этот коэффициент не учитывается, потому что снег на таких крышах не задерживается. Таким образом, для расчета полной снеговой нагрузки Q1, нам нужно воспользоваться таблицей из СНиП 2.01.07-85 и формулой расчета: Q1= m*Q, где Q – полная снеговая нагрузка из таблицы, а коэффициент (m) рассчитан с помощью интерполяции для разных углов (для 20-30° m равен 1, а для 60° m равен 0).
Для расчета нормативной снеговой нагрузки Q2 можно воспользоваться атласом из «Изменений к СНиП 2.01.07-85» или формулой: Q2= 0,7*Q*m
Существует дополнительный поправочный коэффициент С=0,85, который применяется для тех районов, в которых снег сносится ветром. Ветер должен иметь среднюю скорость выше 4 м/с, а крыша – угол 12-20°. Но при этом среднемесячная температура зимних месяцев не должна быть выше -5°С, потому что в этом случае наледь, которая образуется, не даст ветру сдуть снег с крыши. А также, если здание строится в лесном массиве или в окружении других домов. Среднесуточную температуру и скорость ветра можно также посмотреть по картам в «Изменениях к СНиП 2.01.07-85».
Итак, размеры стропил должны учитывать снеговую нагрузку в 2-х вариантах:
Воздействие силы ветра В отличие от снеговой нагрузки, которая стремится разрушить крышу, ветровая, помимо разрушения, может еще и сорвать крышу с дома, за счет аэродинамической силы. Чем больше угол ската кровли, тем большую нагрузку он будет испытывать от давления ветра. Чем меньше угол, тем больше будет действовать подъемная сила, которая будет стремиться унести крышу прочь.
Как рассчитать длину стропильной ноги односкатной крыши? Из школьного курса геометрии мы помним теорему Пифагора, в нашем случае катеты – ширина постройки и разница высот между стенами, а длина стропилины – гипотенуза.
Гораздо сложнее посчитать нужное сечение стропилины и расстояние между ними. Для этого будем считать сопротивление ветровой нагрузке. Используем формулу: Wр= W*k*C, где W – ветровое давление, которое можно посмотреть в таблицах СНиП 2.01.07-85. К - коэффициент, который зависит от высоты здания, приведен в том же нормативном документе. С –аэродинамический коэффициент, который используется для расчетов подъемной силы действующей на наветренный и подветренный скаты. Он бывает положительным или отрицательным. Положительный - когда ветер давит на поверхность ската (для больших углов), отрицательный – когда воздушный поток «стекает» со ската (для пологих крыш).
Для того чтобы противодействовать этим усилиям в стены дома, в зависимости от того, каков будет шаг стропильных ног, устанавливают металлические штыри - «ерши». К ним привязываются проволочными скрутками стропильные ноги через одну, а если дом строится в районе с сильными ветрами, то – каждую. Для кирпичных домов, а также домов из силикатных или пенобетонных блоков делаются армирующие пояса из бетона, в которые закладываются анкерные крепления с проволочными скрутками для стропил.
Нагрузка веса кровли
Собственный вес кровельного материала оказывает серьезное влияние на расчет стропильной ноги. Например, весит достаточно много, по сравнению с . Известно, чем тяжелее кровельный материал – тем должен быть больше угол наклона кровли. Нагрузку, которая будет давить на крышу, можно посчитать, зная его характеристики, приведенные в технических данных производителя покрытия. В таблице приведены примерные значения веса различных типов кровельных материалов на 1 м² площади крыши.
Таблица соответствий кровельных материалов углам уклона кровли 
Таблица соответствий шага стропил, используемым материалам В зависимости от вида кровельного материала используется определенный вид обрешетки, которую вы будете набивать для него. Известно, что для обрешетки могут применяться доска, фанера, OSB плита. Усредненный вес каждого из этих материалов можно посмотреть в таблице. Например, под шифер используются деревянные бруски сечением 6х6 или 4х6 см, а под битумные гонты – фанера или плиты OSB.
Какое расстояние должно быть между стропилами, можно принять исходя из толщины материала, который вы будете использовать.
Следующей расчетной величиной будет выступать вес утеплителя, гидро- и пароизоляционного слоев, а также внутренней обшивки, если речь идет о крыше с мансардой. Необходимая толщина утеплителя рассчитывается по формуле: Т=R*l, где l – коэффициент теплопроводности утеплителя, который можно посмотреть в нормативном документе СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» или в технических данных производителя, а R – это тепловое сопротивление строительной конструкции, которую планируется утеплять.
Например, расчет стропильной конструкции, фермы которой мы планируем утеплять с помощью стекловаты URSA М-20 в Центральном регионе, будет включать в себя следующий расчет толщины утеплителя: Т=4,7*0,038 = 0,18 м, где 4,7 – тепловое сопротивление, взятое нами из СНиП II-3-79, а 0,038 – коэффициент теплопроводности, указанный производителем. Далее из технических характеристик материала берем его плотность 18-21 кг/м² и по верхнему значению рассчитываем вес 1 м² утеплителя. Таким же способом находим вес гидроизоляции и отделочного материала, если мы рассчитываем крышу с мансардой.
Кроме этого, нужно учесть и собственный вес стропильной конструкции. Для этого можно нарисовать план стропил, чтобы представлять, какие элементы предположительно будут использоваться. В расчет берут средние значения для прогонов и наслонных стропил – 5-10 кг на 1м², а для висячих – 10-15 кг на 1 м².
Все полученные нагрузки складываются и умножаются на коэффициент 1,1, чтобы был запас прочности. Пример расчета стропильной системы мы приведем в следующей статье « ».
Теоретические основы расчетов дополнительно можно посмотреть на видео:
Мало кому придется объяснять, какую важную роль играет крыша дома. Крыша должна не только защищать загородный дом от неблагоприятных природных явлений, но и играть одну из определяющих ролей в комплексном эстетическом восприятии здания. Форма, цвет, пропорции - все это будет влиять на экстерьер дома. А от того, на сколько грамотно была спроектирована стропильная система (скелет будущей крыши), будет зависеть ее прочность, практичность и стоимость.
Многие профессиональные архитекторы предпочитают проектировать дома в программе Автокад, но когда они доходят до проектирования стропильной системы, то их жизнь превращается в постоянный кошмар, особенно, если клиент постоянно вносит какие-то изменения и уточнения.
Многие строители малоэтажных домов предпочитают общаться со своими клиентами без посредников, но когда речь заходит о том, как будет выглядеть крыша будущего коттеджа, заказчик начинает нервничать, т.к. у него не получается представить свой дом полностью, а специалист по строительству разводит руками, т.к. у него не хватает ни времени, ни желания тратить кучу сил, чтобы разобраться с профессиональным софтом для проектирования и визуализации домов (такими как: Автокад, Архикад , 3D Max, К3-Коттедж и т.п.). Но выход есть - это программа Аркон. Этот продукт уже хорошо зарекомендовал себя на российском рынке. Программа особенно хороша для эскизного проектирования загородных домов и частности в ней есть функции для быстрого и эффективного проектирования крыш и стропильных систем. Программу Аркон успешно применяют и архитекторы, и строители, и даже частные пользователи для проектирования небольших домов.
Как же работает программа Аркон? Программа дает пользователю возможность выбрать нужный тип крыши, а потом внести необходимые уточнения в конструкцию, т.е. рисовать стропильную систему с нуля не надо! В частности представлены следующие типы крыши: свободная форма, односкатная крыша, двухскатная крыша, вальмовая крыша, полувальмовая крыша, мансардная крыша с фронтоном, мансардно-вальмовая крыша, сферическая крыша, двухскатная крыша с рейкой крепления, плоская крыша. Также возможны различные комбинации типов крыш. Помимо стандартных типов вы сами можете сконструировать ту крышу, которая подходит именно вам.
Программа ArCon дает возможность самостоятельно выбирать режим ввода крыши. Можно воспользоваться функцией Установка крыши и в соответствующем диалоговом окне задать основные параметры будущей крыши и сохранить их в качестве стандартных.
Либо воспользоваться окном Редактор крыши и внести все необходимые параметры.
С помощью Редактора крыши можно модифицировать типовую форму крыши. Для этого для отдельных скатов крыши вносятся индивидуальные значения. Например, можно устанавливать фронтоны, высоту водосточных желобов, изменять наклоны крыши и т.д.
Щелкнув по кнопке Просмотр , вы сразу увидите результаты ваших изменений, что, согласитесь, очень удобно, особенно при проектировании сложных крыш.
Щелкнув по кнопке Инфо , вы получите окно Информация о крыше . В нем выдаются все длины и площади деревянной конструкции актуального этажа отдельно от основной крыши и слуховых окон. На основе этих значений составляются расходы и сметы. Все выводимые значения рассчитываются автоматически на основе спроектированной трехмерной модели крыши, т.е. исключается возможность ошибки при вычислениях.
Кровельная система и дом являются конструкциями, которые дополняют друг друга. Дом без крыши – это неполноценный дом. Что касается кровельной системы, то ее никак не соорудить без несущей конструкции. Для правильного устройства крыши всегда проводится проектирование будущего проекта и расчет системы. На фото можно увидеть пример расчета стропильной системы.
Расчет в этом случае проводить обязательно. Здесь надо, как говорится, семь раз отмерить и один раз отрезать. Ни в коем случае нельзя заниматься устройством крыши со сведениями, сделанными на глазок. Во время ее строительства застройщик должен учитывать будущие нагрузки кровли (прочтите: " ").
Нагрузки могут быть:
- Переменные, например, попадание осадков различного рода (дождь, снег, мокрый снег с дождем и т.д.);
- Постоянные, то есть, вес самого кровельного покрытия, обрешетки, гидроизоляции, различные части пирога и т.п. Кроме того, в этом случае учитывается масса определенного оборудования, которое будет также установлено на крыше.
- Особые, например, сильные ветры, ураганы и т.п. Обычно такие нагрузки могут возникать в сейсмически опасных районах. Что касается сильного порывистого ветра, то он может возникать абсолютно в любой местности.
Как рассчитать схему пирога кровли
Расчет нагрузки на стропила сделать не так уж трудно. Для этого можно составить простую схему, в которой нужно обозначить все элементы кровельной системы. Обычно в нее входят кровельный материал, обрешетка, контробрешетка, гидробарьер, утеплитель, паробарьер и, например, гипсокартон в качестве отделочного материала.
Все вышеперечисленные элементы дают определенную нагрузку кровельной системе. Стропила вообще должны выдерживать такую нагрузку в течение долгих лет.
Производим расчет с поправочным коэффициентом. Получается: 180 x 0,7 = 126 кг снега на 1 кв. м. Вот и получился расчет снеговой нагрузки на кровельную систему.
Расчет ветровых нагрузок
Ветровые нагрузки рассчитываются по следующей формуле: W = Wo x k
- Wo является нормативным показателем. Он определяется по таблице, у каждого района местности, как правило, своя таблица;
- k является поправочным коэффициентом. Он позволяет определить изменение ветровой нагрузки, которая меняется в соответствии с типом местности и высоты здания.
Обратите внимание на следующую таблицу. Буква «А» в ней обозначает открытый тип местности, то есть, побережья морей, озер, степи. Буква «Б» обозначает местности с препятствиями, то есть, лесной массив, постройки города.
| Высота дома, измеряемая в метрах | А | Б |
| 20 | 1,25 | 0,85 |
| 10 | 1 | 0,65 |
| 5 | 0,75 | 0,85 |
Мы рассчитываем дом высотой в 5 метров. Он расположен опять же в Московской области, в лесистой местности. Согласно показателям ветровой нагрузки дом находится в 1-ом типе региона, где нагрузка составляет 23 кгс/кв. м.
Делаем расчет с поправочным коэффициентом, он составляет 0,5. Таким образом, получаем 23 x 0,5 = 11,5 кгс/ кв. м. Это и будет и показателем нагрузки ветра.
Расчет сечения стропил и других кровельных элементов
Расчет стропильной системы двухскатной крыши подразумевает учет многих кровельных элементов, друг на друга не похожих. В первую очередь пред необходимо определиться с кровельным материалом и его назначением, определиться с типом чердачных перекрытий, которые обычно бывают железобетонными или деревянными.
При выборе сечения бруса необходимо учитывать следующие моменты:
- длину стропил;
- шаг установки конструкций;
- расчеты величины нагрузок.
| Шаг, с которым устанавливаются стропила (см) | Длина стропил (метры) | ||||||
| 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | |
| 215 | 100х150 | 100х175 | 100х200 | 100х200 | 100х250 | 100х250 | - |
| 175 | 75х150 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 | 100х200 | 100х250 |
| 140 | 75х125 | 75х175 | 75х200 | 75х200 | 75х200 | 100х200 | 100х200 |
| 110 | 75х150 | 75х150 | 75х175 | 75х175 | 75х200 | 75х200 | 100х200 |
| 90 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 75х175 | 75х175 | 75х250 | 75х200 |
| 60 | 40х150 | 40х175 | 50х150 | 50х150 | 50х175 | 50х200 | 50х200 |
Другие элементы кровли могут иметь другое сечение бруса. Для каждого элемента оно индивидуально:
- мауэрлат: 100х100, 100х150, 150х150;
- прогоны: 100х100, 100х150, 100х200;
- диагональные ноги, ендовы: 100х200;
- подкосы: 100х100, 150х150;
- ригели: 100х150, 100х200;
- доски подшивочные: 25х100;
- затяжки: 50х150.
После того как расчет стропил двухскатной крыши произведен, то есть, выяснена их длина, сечение, их шаг расположения, можно выяснить, сколько именно потребуется стропил. Для этого необходимо ориентироваться на длину дома. Также производится расчет стропильной системы четырехскатной крыши.
Во время проектирования необходимо также выполнять расчет на прогиб. В этом случае определяется, во-первых, нагрузка стропил, во-вторых, возможный прогиб деревянных балок (прочтите: " ").
Если мы подразумеваем для мансардной крыши, то величина прогиба должны не превышать 1/250 часть от длины участка, на которую оказывается давление.
То если, использовать стропила длиной 5 метров, то максимальный прогиб может составлять не больше 2 сантиметров. Если ее величина будет выше, то в будущем можно отчетливо наблюдать деформацию кровельной системы.
Таким образом, можно сделать вывод, что расчет стропил для крыши не является особо трудной задачей.
Каким качеством должен обладать кровельный материал
Стропильная система двухскатной крыши расчет зависит главным образом от типа и качества элементов кровли. Так, расчет стропильной ноги должен производиться в соответствии с типом материала, из которого она изготовлена. Ведь многие делают, например, расчет металлических стропил, так как по тем или иным причинам не желают покупать деревянные конструкции. В любом случае от качества материала и правильности составления расчета кровельной системы зависит срок службы дома.
Что касается древесных стропил, то по ГОСТ 2695-83 и ГОСТ 8486-86 этот материал должен отвечать следующим требованиям:
- на 1 метре стропила не должно быть более трех сучков, их длина не должна превышать 3 сантиметра;
- материал может иметь несквозные трещины, но они не должны превышать ½ длины;
- влажность стропила не должна превышать 18%, обычно этот показатель измеряется при помощи влагометра.
При покупке стропильных материалов необходимо ознакомиться с их данными СНИПа. В нем указаны данные об изготовителе, название изделия, номер стандарта, порода древесины, размер изделия, показатель уровня влажности, количество изделий в упаковке, дата производства.
Стоит отметить, что дерево – это природный материал, поэтому перед началом работ его необходимо обработать специальными антисептическими, антипиреновыми и биозащитными средствами. Они защитят древесину от гниения, насекомых, возгорания, то есть, повысят ее эксплуатационные качества, срок службы.
Затем обычно приступают к конструкционным работам стропил. В этом случае прокладывают гидроизоляционную систему в том месте, где кирпич соприкасается с древесной конструкцией. После гидроизоляцию прокладывают под кровельным материалом, перед слоем утеплителя прокладывают пароизоляционный материал. В конце занимаются оборудованием вентиляции подкровельного пространства.
Если вы будете соблюдать все правила строительства стропильной системы деревянного дома, то он прослужит вам долгие годы без проведения ежегодных реставрационных работ.
Программы для проектирования и расчета стропильных систем
Из всего выше сказанного и перечисленного можно сделать вывод, что и конструкция любой стропильной системы включает в себя массу сложной работы, требующей определенного опыта, знаний. Такими работами должны заниматься только опытные мастера.
Что касается проектирования крыши, то сегодня разработаны специальные программы, которые доступны каждому. Эти компьютерные программы помогут разработать проекты любых строительных элементов. Такая программа расчёта стропильной системы может помочь произвести быстрый и правильный расчет стропильной системы двухскатной крыши (подробнее: " "). Если необходимо произвести расчет стропильных ног кирпичного, деревянного дома, то эта программа отлично поможет каждому проектировщику.
Одной из самых известных и понятных программ в этом плане считается программа Аркон. Она поможет с расчетами не только профессионалам, но и новичкам.
Размещено 07.04.2017
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 не уверен 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:
1.
Постоянная нагрузка на стропила. К данной категории можно отнести все внешние воздействия на стропила, имеющие постоянную величину – это масса кровли, гидроизоляции, обрешётки, утеплителя и прочих конструктивных систем в зависимости от того какой вид крыши использовался, односкатный или двускатный, то есть все элементы, создающие постоянную нагрузку с фиксированной массой.
2. Нагрузки с переменной величиной воздействия на стропила. К данному виду можно зачислить внешние факторы, обусловленные климатическими особенностями: дождь, гололёд, снегопад, интенсивность и порывы ветра и много другого.
3. Специфические нагрузки – погодные и природные факторы с максимальной интенсивностью. Этот параметр особо актуален в местах с высокой сейсмической активностью, сильными штормовыми ветрами, смерчами и ураганами.
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 была разработана специальная программа для расчета конструкций , 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.
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.
| Обсудить на форуме |
|
| |
|
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.
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:
- 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.
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.
