Постройка любого дома завершается возведением крыши, для которой необходимо сделать стропильную систему. В ее конструкцию входят: мауэрлат, стропильные ноги, подкосы, затяжки, нарожники, стойки, шпренгели, обрешетка и другие элементы, обеспечивающие жесткость и прочность.
Стропильная нога в разных конструкциях крыш может называться накосной (диагональной) или рядовым стропилом. Размеры стропильной ноги подбирают исходя из постоянных и переменных нагрузок, которые в дальнейшем будут воздействовать на кровлю. Это необходимо для того, чтобы стропила получились достаточно прочными, чтобы выдержать воздействие.
- вес покрытия;
- масса прочих элементов стропильной конструкции;
- вес гидро- и пароизоляционных материалов;
- массу отделки потолка, если имеется мансардное помещение.
Характеристики стропильных ног
Опираясь на расчет нагрузок, выбирают - размеры должны быть такими, чтобы они могли выдержать планируемое воздействие. При этом обращают внимание на тип кровельного покрытия, вид крыши. Стропила могут быть наслонными или висячими, сложные кровельные системы состоят из обоих видов.
В вальмовых кровлях помимо стропильных ног используют и укороченные стропила – нарожники, которые также приходится рассчитывать. Нужно вычислить размеры и дополнительных элементов стропильной системы – затяжек, стоек, подкосов, ригелей, так как на них передается часть нагрузки от стропил.
Длину стропильной ноги определяют, исходя из параметров здания и уклона кровли, который зависит от выбранного типа крыши. Размер стропил для крыши в длину обычно не превышает 6 метров, поскольку в продаже нет пиломатериалов большей длины. Но бывает, что габариты дома требуют использования элементов большей длины – в этой ситуации их наращивают (читайте: " "). Длинные стропильные ноги чаще всего встречаются у диагональных деталей, при строительстве полувальмовых или вальмовых крыш.
На подбор сечения стропильной ноги влияют различные факторы:
- уклон скатов;
- тип материала для покрытия;
- размеры дома;
- вид крыши;
- климатические особенности региона;
- качество материала, из которого они изготавливались.
Для создания стропильной системы обычно используют хвойные породы древесины. При выборе необходимо обращать внимание на то, чтобы на брусьях или досках не было синевы, большого количества сучков.
Влажность сырья должна составлять не больше 20-22%, так как чересчур влажное дерево будет изменяться в размерах во время высыхания, и это может стать причиной нарушения герметичности кровли и прочих неблагоприятных последствий.
Все расчеты, связанные со стропильной системой, в том числе и , желательно поручить специалисту – в настоящее время достаточно предприятий, которые оказывают данную услугу. Также можно найти в интернете готовые программы, позволяющие рассчитать стропильные ноги - их длину и размеры. В программу нужно только ввести данные, необходимые для расчета, и программа вычислит, какими должны быть сечение, длина и .
При строительстве кровли частных домов часто используют доски. Размер доски для стропил таков, что сечение составляет 50х150 миллиметров – они подходят для крыш различной конструкции. Шаг стропильных ног приблизительно равен одному метру – это расстояние зависит от типа кровельного материала, уклона крыши и количества снега в зимний период.
Если уклон крыши превышает 45 градусов, тогда шаг стропил может быть равен 1,2 - 1,4 метра. Если же для региона характерны зимы с большим количеством снега, то шаг между стропилами будет равняться 0,6 - 0,8 метра.
Большое внимание нужно уделять и типу кровельного материала. Наиболее тяжелой является натуральная черепица. Чем больше будет длина ног у стропил и шаг между ними, тем больше будет и сечение. Размеры бруса для стропил обычно составляют 150х150 миллиметров.
Монтаж стропильных ног
Очень важно правильно прикрепить стропильные ноги к мауэрлату. От того, как будет выполнено с мауэрлатом, зависит прочность и надежность крыши. Существует два варианта крепления – жесткое и скользящее. Каждое из них подходит к определенным стропилам – висячим или наслонным.
Жесткое крепление делает невозможными любые повороты, подвижки или изгибы стропил. Для этого делают запилы на стропиле и закрепляют ногу с мауэрлатом с помощью проволоки, металлических скоб или длинных гвоздей. Также можно использовать металлические уголки.
Скользящее соединение (также его называют шарнирным) может обладать двумя степенями свободы. Его обычно используется при сооружении кровли над деревянным домом, поскольку оно позволяет крыше со временем оседать на сруб, который на протяжении первых нескольких лет дает усадку. В данном случае соединение стропил с коньком делают не жестким. При таком способе стропильная нога стыкуется с мауэрлатом при помощи запила и укрепления с обеих сторон двумя гвоздями, забитыми наискосок или напротив друг друга. Также возможно забить в стропильную ногу один гвоздь в направлении сверху вниз, с проникновением в мауэрлат (читайте также: "
Чтобы усилить , для них делают подкосы в виде вертикальных стоек. Больше двух стоек устанавливают редко. Для усиления накосных стропил тоже устанавливают подкос или стойку,которая должна опираться на подкладку из дерева, расположенную непосредственно на перекрытии (в случае железобетонной плиты) или на затяжку, одновременно являющуюся потолочной балкой. Подкосы опирают на лежень и ставят под углом от 45 до 50 градусов. Главным их назначением является возможность принять на себя максимальную нагрузку от стропил.
Завершением строительства любого дома является возведение его крыши, для которой необходима стропильная система.
В данную систему входят такие составляющие, как стропильные ноги, подкосы, мауэрлат, стойки, нарожники, затяжки, обрешетка, шпренгели и иные элементы, которые дают конструкции крыши прочность и жесткость.
Из этой статьи вы узнаете именно о стропильных ногах.
Характеристики стропильных ног
В различных сооружениях стропильные ноги могут иметь названия накосных или рядовых стропил.
Их размер выбирается из расчета переменных и постоянных нагрузок, которые будут обязательно оказывать влияние на крышу.
Если этого не сделать, то стропила могут получиться непрочными, что приведет к разрушению конструкции кровли.
В крышу дома обязательно должны включаться несущие элементы, основными из которых и считаются стропила.
Их задача принимать на себя всю нагрузку от других частей кровли, а также дополнительную тяжесть в виде атмосферных осадков.
Деревянные стропила чаще всего изготовливают из древесины хвойных пород.
Заготовки обрабатываются специальными составами, которые обеспечивают дереву огнестойкость и защищают его от разных биологических факторов и явлений.
Нагрузки, которые принимают на себя стропильные ноги можно подразделить на постоянные, временные и особые нагрузки.
Постоянные представляют собой вес всей крыши строения, временные нагрузки — это вес ремонтного оборудования, рабочих, снега, ветра и т. п.
Особой нагрузкой на стропила является сейсмическое воздействие.
Основание - это стены дома.
Их средней части необходимо упираться в специально сооруженные центральные опоры.
Такие стропила устанавливаются там, где имеется капитальная стенка, являющаяся несущей или же на установленные промежуточные опоры — столбы.
Это делается тогда, когда монтируется единая конструкция крыши, состоящая из нескольких пролетов.
Если нет промежуточных опор, крепят висячие стропила, а где они есть, устанавливаются наслонные.
Расчет
Для того чтобы составить технический проект своего дома, требуется обязательный .
Есть несколько методов расчета подобных конструкций.
Идеально доверить процесс расчета грамотным специалистам.
Как показывает опыт, затраты на их услуги при строительстве кровли быстро окупаются.
Если вы сами обладаете такими знаниями, а еще подключите к данному процессу интернет, где есть специальные программы и калькуляторы, то без особых проблем рассчитаете стропильные ноги, т. е. их длину и размер.
Основным размером сечения стропил при возведении домов принято значение 150 х 150 мм.
Оно с успехом используется для возведения крыш любой формы.
Длина , то есть расстояние между ними, обычно принимается равным одному метру.
Учитывая вес материала для кровли на кровлю, нужно знать, что популярная ныне черепица является самой тяжелой.
Это означает, что стропила должны обладать запасом прочности, чтобы удерживать ее долгое время.
Ногами в этом случае играет немаловажную роль.
Стропила, которые крепятся только на две опоры, известны как стропильные ноги без подкосов.
В основном они используются для крыш с одним скатом, имеющих пролет 4,5 метров или для конструкций с двумя скатами с пролетом в 9 метров.
На сечение бруса, из которого изготавливают стропила, влияет длина стропильной ноги, ее шаг, а также расчет нагрузок на нее.
Ниже представлены моменты, непосредственно влияющие на выбор сечения:
- временные и постоянные нагрузки на стропила
- материал кровли
- угол наклона ската крыши
- вид крыши
- размеры дома, сложность постройки и форма его углов
- климатические и природные особенности местности, где строится дом
- качество и надежность материала, из которого возводится дом.
Крепление стропил к мауэрлату
Мауэрлат представляет собой краеугольный элемент крыши строения.
Он равномерно распределяет немалый вес кровли по всем конструкциям.
Мауэрлат соединяется со стропильными ногами и принимает от них нагрузку.
Этот элемент бывает цельным и прокладывается по всему периметру крыши.
Также он может быть кусками по 1 метру и укладываться непосредственно под стропила.
Под мауэрлат идут только брус, доски и бревна, сечение которых 100 х 100, 100 х 150, или 150 х 150.
Если в ход идет бревно, то его бок обрезают, пока не будет плотного прилегания к стенке.
Крепеж стропил к мауэрлату - это очень важный момент при сооружении крыши.
От того, каким методом крепилась стропильная нога, зависит долговечность кровли при воздействии ветров, снега, мороза и жары.
Как известно, влажная древесина расширяется, а если на него воздействуют высокие температуры, то оно будет сжиматься.
Именно поэтому нельзя, чтобы все соединения были жесткими, так как обязательно будут смещения и разрывы.
Чтобы не допустить этого, следует знать правила крепежа стропил к мауэрлату.
Существует два способа соединения стропильных ног и мауэрлата - жесткий и скользящий.
Жесткое соединение исключает воздействие кручения, сгибов, сдвигов и поворотов между частями конструкции.
Такой результат достигается при креплении уголками с использованием подшивных опорных брусков, а также с помощью выпиливания седла на стропиле, с последующим соединением скобами, гвоздями и проволокой.
Второй способ закрепления стропильных ног к мауэрлату более распространенный.
Он предусматривает забивание гвоздей с боков под углом, чтобы они перекрещивались внутри мауэрлата.
После этого вертикально забивают другой гвоздь, что дает достаточно жесткий узел крепления.
Обычно для обоих типов крепления используется страховка: стропила соединяются со стеной проволокой-катанкой и анкерами.
Если угол ската кровли одинаковый во всех местах, то используются однотипные стропила, изготовленные по единому шаблону.
Некоторые приемы работы
Чтобы увеличить несущие качества стропил, важно сделать усиление стропильной системы.
Для этого производится монтаж разгружающих балок, подкосов и двусторонних накладок.
По итогам практики, стропильные конструкции, выбранные с учетом прочностных характеристик, порой не подпадают под расчеты на прогиб по СНиПу «Нагрузки и другие воздействия».
Поэтому площадь поперечного сечения нужно делать больше.
Произвести усиление стропил совсем несложно: можно применить подмогу - дополнительную балку.
Этот элемент необходимо прикрепить к нижней части стропил в пролете между ними и мауэрлатом.
Усиление стропильной ноги закрепляется металлическими пластинами с зубцами или же болтовыми хомутами.
Если стропила уже была усилена с помощью подмоги, то можно увеличить ее длину и увести за край опоры на подкос.
Тут достигается две цели: мы получаем удовлетворяющий показатель прогиба и проводим усиление опорного узла.
Чтобы усилить или восстановить поврежденные конструкции, можно воспользоваться следующими способами:
- Деревянные накладки . Они применяются, если была повреждена одиночная стропила. Накладка из дерева крепится болтами или гвоздями, что приводит к усилению участка кровли.На мауэрлат накладки должны упираться всем торцом, а крепиться к нему с помощью проволочной скрутки.
- Прутковые протезы . Этот метод применяется, когда произошло массовое повреждение стропильных ног. С помощью временных опор закрепляют поврежденные стропила.Разбирают покрытие и производят выпиливание сгнившей части. После этого, элемент из нового бруса, вставляют в свободное место и делают опору на мауэрлат.
- Накладки, опирающиеся на балку . Способ подходит для замены гнилого участка на конце стропил или части мауэрлата. Устанавливаются временные опоры и прогнившие элементы вырезаются.В кладку забиваются костыли, куда укладывается метровая балка. После этого на стену или перекрытие кладут кусок лежня такой же длины.Два подкоса, предварительно закрепленные гвоздями крепят к новой балке.
Кобылки в стропильных конструкциях
Кобылка - это отрезок доски, при помощи которого удлиняют стропильную ногу.
Она используется для устройства свесов крыши.
Кобылка необходима тогда, когда длина доски, из которой изготавливают стропильную ногу, меньше чем требуется для постройки навеса.
Доски для изготовления кобылки обычно по своей ширине меньше досок, из которых делают стропила.
Это позволяет уменьшить усилия по выведению линии карниза.
Когда кобылка подвергается гниению или повреждению, ее гораздо проще заменить, чем всю стропилу, не разбирая крышу.
Сегодня, когда строительные технологии постоянно совершенствуются, появляются новые методы надежных креплений стропил к мауэрлату, крепления кобылок к стропилам и т. д.
Чтобы быть в курсе подобных новинок, изучайте новости в области строительства и не бойтесь внедрять инновационные разработки.
Видео о стропильной системе.
Хотите произвести расчет стропильной системы быстро, без изучения теории и с достоверными итогами? Воспользуйтесь онлайн калькулятором на сайте!
Вы можете себе представить человека без костей? Точно так же скатная крыша без стропильной системы больше похожа на строение из сказки про трех поросят, которую запросто сметет природной стихией. Крепкая и надежная система стропил - залог долговечности конструкции крыши. Чтобы качественно сконструировать систему стропил, необходимо учесть и спрогнозировать основные факторы, влияющие на прочность конструкции.
Принять во внимание все изгибы крыши, поправочные коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, снос снега ветром, уклон скатов, все аэродинамические коэффициенты, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и так далее - рассчитать все это максимально приближенно к реальной ситуации, а также учесть все нагрузки и искусно собрать их сочетания - задача не из легких.
Если хотите разобраться досконально - список полезной литературы приведен в конце статьи. Конечно, курс сопромата для полного понимания принципов и безукоризненного расчета стропильной системы в одну статью не уместить, поэтому приведем основные моменты для упрощенной версии расчета .
Классификация нагрузок
Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:
1) Основные :
- постоянные нагрузки : вес самих стропильных конструкций и крыши,
- длительные нагрузки - снеговые и температурные нагрузки с пониженным расчетным значением (используются при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость),
- переменное кратковременное влияние - снеговое и температурное воздействие по полному расчетному значению.
2) Дополнительные - ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки.
3) Форс-мажорные - взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.
Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.
Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:
a) Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.
b) Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.
Для более простого расчета применяется только первый способ.
Расчет снеговых нагрузок на крышу
Для подсчета снеговой нагрузки используют такую формулу: Ms = Q x Ks x Kc
Q - вес снегового покрова, покрывающий 1м2 плоской горизонтальной поверхности крыши. Зависит от территории и определяется по карте на рисунке № X для второго предельного состояния - расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).
Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответсвенно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби - числитель), либо берется из таблицы №1:
Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.
Ks - поправочный коэффициент на угол наклона кровли.
- Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).
- Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.
- Для остальных он равен 1.
Угол наклона крыши можно определить онлайн калькулятором крыши соответствующего типа.
Kc - коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.
Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.
Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала - снег может обломить свес, если он неправильных размеров.
Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).
Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему
С давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.
В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю - поднять с подветренной стороны.
Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько - часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.
Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.
Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу
Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности ,
где Wo - нагрузка ветровая давления, определяемая по карте
Kv - коэффициент поправки ветрового давления, зависящий от высоты здания и местности.
Kc - аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии конструкции крыши и направления ветра. Значения отрицательные для подветренной стороны, положительные для наветренной
Для односкатной крыши необходимо взять коэффициент из таблицы для Ce1.
Для упрощения расчета значение C проще взять максимальным, равным 0,8.
Расчет собственного веса, кровельного пирога
Для расчета постоянной нагрузки нужно рассчитать вес кровли (кровельного пирога -смотрите на рисунке X ниже) на 1 м2, полученный вес нужно умножить на поправочный коэффициент 1,1 - такую нагрузку стропильная система должна выдерживать в течение всего срока эксплуатации.
Вес кровли складывается из:
- объем леса (м3), используемого в качестве обрешетки, умножается на плотность дерева (500 кг/м3)
- веса стропильной системы
- вес 1м2 кровельного материала
- вес 1м2 веса утеплителя
- вес 1м2 отделочного материала
- вес 1м2 гидроизоляции.
Все эти параметры легко получить уточнив эти данные у продавца, либо посмотреть на этикетке основные характеристики: м3, м2, плотность, толщина, - произвести простые арифметические операции.
Пример: для утеплителя плотностью в 35 кг/м3, упакованного рулоном толщиной 10 см или 0,1 м, длиной 10м и шириной 1.2м, вес 1 м2 будет равен (0.1 х 1.2 х 10) х 35 / (0.1 х 1.2) = 3.5 кг/м2. Вес остальных материалов можно рассчитать по тому же принципу, только не забывайте сантиметры в метры переводить.
Чаще всего нагрузка кровли на 1 м2 не превышает 50 кг, поэтому при расчетах закладывают именно эту величину помноженную на 1.1, т.е. используют 55 кг/м2, которая сама по себе взята запасом.
Еще данные можно взять из таблицы ниже:
10 - 15 кг/м² |
|
Керамическая черепица | 35 - 50кг/м² |
Цементно-песчаная черепица | 40 - 50 кг/м² |
Битумная черепица | 8 - 12 кг/м² |
Металлочерепица | |
Профнастил | |
Вес чернового настила | 18 - 20 кг/м² |
Вес обрешётки | 8 - 12 кг/м² |
Вес стропильной системы | 15 - 20 кг/м² |
Собираем нагрузки
По упрощенному варианту теперь необходимо сложить все найденные выше нагрузки простым суммированием, мы получим итоговую нагрузку в килограммах на 1 м2 крыши.
Расчёт стропильной системы
После сбора основных нагрузок можно уже определить основные параметры стропил.
приходится на каждую стропильную ногу в отдельности, переводим кг/м2 в кг/м.Считаем по формуле: N = шаг стропил x Q , где
N - равномерная нагрузка на стропильную ногу, кг/м
шаг стропил - расстояние между стропилами, м
Q - рассчитанная выше итоговая нагрузка на крышу, кг/м²
Из формулы ясно, что изменением расстояния между стропилами можно регулировать равномерную нагрузку на каждую стропильную ногу. Обычно шаг стропил находится в диапазоне от 0,6 до 1,2 м. Для крыши с утеплением при выборе шага разумно ориентироваться на параметры листа утеплителя.
Вообще при определении шага установки стропил лучше исходить из экономических соображений: высчитать все варианты расположения стропил и выбрать самый дешевый и оптимальный по количественному расходу материалов для стропильной конструкции.
- Расчет сечения и толщины стропильной ноги
В строительстве частных домов и коттеджей, при выборе сечения и толщины стропила, руководствуются таблицей приведенной ниже (сечение стропила указано в мм). В таблице усредненные значения для территории России, а также учтены размеры строительных материалов, представленных на рынке. В общем случае, этой таблицы достаточно для того, чтобы определить, какого сечения нужно приобретать лес.
Однако, не следует забывать, что размеры стропильной ноги зависят от конструкции стропильной системы, качества используемого материала, постоянных и переменных нагрузок оказываемых на кровлю.
На практике при постройке частного жилого дома чаще всего используют для стропил доски сечением 50х150 мм (толщина x ширина).
Самостоятельный расчет сечения стропил
Как уже упоминалось выше, стропила рассчитываются по максимальной нагрузке и на прогиб. В первом случае учитывают максимальный момент изгиба, во втором - сечение стропильной ноги проверяется на устойчивость прогибу на самом длинном участке пролета. Формулы достаточно сложные, поэтому мы выбрали для вас упрощенный вариант.
Толщину сечения (или высоту) рассчитаем по формуле:
a) Если угол крыши < 30°, стропила рассматриваются как изгибаемые
H ≥ 8,6 x Lm x √(N / (B x Rизг))
b) Если уклон крыши > 30°, стропила изгибаемо-сжатые
H ≥ 9,5 x Lm x √(N / (B x Rизг))
Обозначения:
H, см
- высота стропила
Lm, м
- рабочий участок самой длинной стропильной ноги
N
,
кг/м
- распределённая нагрузка на стропильную ногу
B, см
- ширина стропила
Rизг
, кг/см²
- сопротивление древесины изгибу
Для сосны и ели Rизг в зависимости от сорта древесины равен:
Важно проверить, не превышает ли прогиб разрешенной величины.
Величина прогиба стропил должна быть меньше L/200 - длина проверяемого наибольшего пролета между опорами в сантиметрах деленная на 200.
Это условие верно при соблюдении следующего неравенства:
3,125 x N x (Lm )³ / (B x H ³) ≤ 1
N (кг/м) - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги
Lm (м) - рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны
B (см) - ширина сечения
H (см) - высота сечения
Если значение выходит больше единицы, необходимо увеличить параметры стропила B или H .
Используемые источники:
- СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия с последними изменениями 2008г.
- СНиП II-26-76 «Кровли»
- СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»
- СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия»
- А.А.Савельев «Стропильные системы» 2000 г.
- К-Г.Гётц, Дитер Хоор, Карл Мёлер, Юлиус Наттерер «Атлас деревянных конструкций»
Warning
/var/www/krysha-expert..php
on line 2580
Warning /var/www/krysha-expert..php on line 1802
Warning : Use of undefined constant WPLANG - assumed "WPLANG" (this will throw an Error in a future version of PHP) in /var/www/krysha-expert..php on line 2580
Warning : count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /var/www/krysha-expert..php on line 1802
Warning : Use of undefined constant WPLANG - assumed "WPLANG" (this will throw an Error in a future version of PHP) in /var/www/krysha-expert..php on line 2580
Warning
: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /var/www/krysha-expert..php
on line 1802
Расчет стропильной системы следует делать не после строительства коробки дома, а еще на этапе изготовления проекта здания. Надо помнить, что для очень ответственных и престижных сооружений такие работы рекомендуется заказывать профессиональным архитекторам, только они смогут выполнить правильные расчеты и гарантировать длительность и безопасность эксплуатации сооружения.
Несмотря на то, что это одна из самых простых типов систем для жилых зданий, есть несколько видов конструкции. Разнообразие позволяет увеличивать варианты использования крыш при строительстве домов по стандартным или индивидуальным эксклюзивным проектам.
| Тип стропильной системы двухскатной крыши | Архитектурные особенности и краткое описание |
|---|---|
| Наиболее часто используемый вариант, имеет два полностью одинаковых ската прямоугольной формы. Нагрузки между отдельными элементами распределяются равномерно вне зависимости от их расположения. Количество дополнительных упоров не ограничивается, конкретное решение принимается в зависимости от планов использования чердачных помещений. Расчеты можно делать при помощи бесплатных программ, размещенных на строительных сайтах. |
| Конек смещен в одну из сторон дома или скаты с различными углами наклона. Более сложная для расчетов стропильная система крыши. Если в упрощенном варианте можно рассчитывать один скат и полученные данные автоматически применять для второго, то для асимметричной стропильной системы такой вариант использовать нельзя. Преимущества – оригинальный внешний вид. Недостатки – сложность расчетов и монтажа и уменьшение используемого чердачного пространства. |
| Чаще всего используется во время строительства мансардных помещений, позволяет существенно увеличивать объем чердачных помещений. Расчеты по сложности относятся к средней категории. Стропильная система с наружным изломом. Редко встречаются системы с внутренним изломом, кроме оригинального внешнего вида, они никаких преимуществ не имеют. |
Конструктивные элементы стропильной системы
Мы дадим перечень всех элементов, которые необходимо рассчитывать для каждого конкретного случая.
Наиболее простой элемент стропильной системы, может изготавливаться из бруса 150×150 мм, 200×200 мм или досок 50×150 мм и 50×200 мм. На небольших домах разрешается использовать спаренные доски толщиной от 25 мм. Мауэрлат считается неответственным элементом, его задача лишь равномерно распределять точечные усилия от стропильных ног по периметру фасадных стен строения. Фиксируется к стене на армирующем поясе при помощи анкеров или больших дюбелей. Некоторые стропильные системы имеют большие распирающие усилия, в этих случаях элемент рассчитывается на устойчивость. Соответственно, подбираются оптимальные способы фиксации мауэрлата к стенам с учетом материала их кладки.
Цены на брус
Формируют силуэт стропильной системы и воспринимают все действующие нагрузки: от ветра и снега, динамические и статические, постоянные и временные.
Изготавливаются из досок 50×100 мм или 50×150 мм, могут быть сплошными или нарощенными.
Доски рассчитываются по сопротивлению на изгиб, с учетом полученных данных подбираются породы и сорта древесины, расстояние между ногами, дополнительные элементы повышения устойчивости. Две соединенные ноги называются фермой, в верхней части могут иметь затяжки.
Затяжки рассчитываются на растяжение.
Прогоны
Одни из самых важных элементов стропильной системы двухскатной крыши. Рассчитываются на максимальные изгибающие усилия, изготавливаются из досок или бруса соответствующего нагрузкам сечения. В самом высоком месте устанавливается коньковый прогон, по сторонам могут монтироваться боковые. Расчеты прогонов довольно сложные и должны учитывать большое количество факторов.
Могут быть вертикальными и наклонными. Наклонные работают на сжатие, крепятся под прямым углом к стропилинам. Нижняя часть упирается о балки перекрытия или бетонные плиты, приемлемы варианты упора о горизонтальные лежни. За счет упоров есть возможность использовать для изготовления стропильных ног более тонкие пиломатериалы. Вертикальные упоры работают на сжатие, горизонтальные на изгиб.
Лежни
Укладываются вдоль чердачного помещения, упираются в несколько несущих стен или межкомнатных перегородок. Назначение – упрощение изготовления сложной стропильной системы, создания новых точек передачи нагрузок от различных типов упоров. Для лежней можно использовать балки или толстые доски, расчет делается по максимальному изгибающему моменту между точками опоры.
Обрешетка
Тип обрешетки выбирается с учетом технических параметров кровельных покрытий и на показатели стропильной системы не влияет.
Какая обрешетка необходима под профнастил? Когда монтировать деревянную, а когда металлическую? Как правильно выбрать шаг обрешетки и какие при этом учитывать факторы?
Цены на доски строительные
Доски строительные
Этапы расчета двухскатной крыши
Все работы состоят из нескольких этапов, каждый оказывает большое влияние на устойчивость и долговечность эксплуатации конструкции.
Расчет параметров стропильных ног
На основании полученных данных определяются линейные параметры пиломатериалов и шаг ферм. Если нагрузки на стропила очень большие, то для равномерного их распределения устанавливаются вертикальные или угловые упоры, расчеты повторяются с учетом новых данных. Меняется направление воздействия усилий, величина крутящих и изгибающих моментов. Во время расчетов должны учитываться три вида нагрузок.
- Постоянные.
К этим нагрузкам относится вес кровельных материалов, обрешетки, утеплительных слоев. Если чердачное помещение эксплуатируемое, то следует принимать во внимание массу всех отелочных материалов внутренних поверхностей стен. Данные по кровельным материалам берутся из их технических характеристик. Легче всех металлические кровли, тяжелее всех натуральные сланцевые материалы, керамическая или цементно-песчаная штучная черепица.
- Переменные нагрузки.
Самые сложные для расчетов усилия, особенно в настоящее время, когда климат резко меняется. Для расчетов по-прежнему берутся данные со справочников СНиПа устаревшего образца. Для его таблиц применялись сведения пятидесятилетней давности, с этих пор значительно изменилась высота снежного покрова, сила и преобладающее направление ветра. Снеговые нагрузки могут в разы превышать имеющиеся в таблицах, что оказывает весомое влияние на достоверность расчетов.
Причем высота снега изменяется не только с учетом климатической зоны, но и в зависимости от расположения дома по сторонам света, рельефа местности, конкретного места расположения здания и т. д. Такими же недостоверными являются и данные о силе и направлении ветра. Архитекторы нашли выход из этой сложной ситуации: данные берут из старевших таблиц, но для страховки надежности и устойчивости в каждой формуле применяют коэффициент запаса прочности. Для ответственных стропильных систем на жилых зданиях норматив составляет 1,4. Это значит, что все линейные параметры элементов системы увеличиваются в 1,4 раза и за счет этого повышается надежность и безопасность эксплуатации конструкции.
Фактическая нагрузка от ветра равняется показателю в регионе расположения строения, умноженному коэффициент поправки. Поправочный коэффициент характеризует особенности расположения здания. По такой же формуле определяется и максимальная снеговая нагрузка.
- Индивидуальные нагрузки. К этой категории относятся специфические усилия, влияющие на стропильную систему двухскатной крыши во время землетрясения, торнадо и иных природных катаклизмов.
Конечные значения определяются с учетом вероятности одновременного действия всех вышеперечисленных нагрузок. Размеры каждого элемента стропильной системы рассчитываются с применением коэффициента запаса прочности. По такому же алгоритму проектируются не только стропильные ноги, но и перемычки, упоры, растяжки, прогоны и прочие элементы крыши.
Стропильная система , бесспорно, является важнейшим структурным элементом любой скатной крыши. Последствием ее неправильной установки может стать не только деформация кровли, требующая дорогостоящего ремонта, но и полное обрушение крыши на голову несостоятельного строителя.
На устойчивость стропильной системы к различным нагрузкам влияют следующие четыре основных фактора:
- прочность креплений стропил к коньку и мауэрлату;
- верный расчет опорной конструкции для стропил в зависимости от длины пролета;
- выбор стропильного материала;
- шаг между стропилами.
Темой этой статьи является выбор материала и шага между стропилами с учетом предполагаемого типа кровли.
На чем основываются расчеты?
При проведении расчетов учитываются четыре главных показателя:
Наиболее важным является расчет максимальной нагрузки на крышу, состоящей из:
- веса стропил,
- веса обрешетки,
- веса кровельного материала и утеплителя,
- снеговой нагрузки (справочная информация, уникальная для каждого региона),
- ветровой нагрузки (тоже справочная информация),
- веса человека (при необходимости ремонта или чистки, 175 кг/кв.м).
Для проведения точных расчетов специалисты используют особые формулы из сопромата, но при постройке частного можно воспользоваться приблизительными рекомендациями.
Методика вычисления расстояния между стропилами
Расчет точного расстояния между стропилами основывается на результатах предварительного вычисления максимально допустимого шага. Чтобы произвести это вычисление, учитывают общую нагрузку, конструкцию крыши и используемый на стропильные ноги материал.
Методика расчета шага каркаса крыши:
- Замерить длину крыши от торца до торца.
- Полученное расстояние поделить на максимальный размер шага.
- Полученное значение округлить до большего целого . Это количество межстропильных пролетов.
- Общую длину крыши поделить на количество пролетов . Это искомый размер шага стропил.
- К количеству пролетов добавить единицу .Это необходимое количество стропил.
Для некоторых видов кровельного материала желательно применять фиксированные расстояния между стропилами, в таком случае на одном из торцов крыши устанавливается дополнительное стропило с нестандартным шагом.
Шаг стропильной ноги в зависимости от материала
Можно увеличивать по мере увеличения прочности материала, из которого они изготовлены. Чаще всего к каждому кровельному материалу указывается необходимый под него шаг стропил и допустимые сечения стропильных ног с учетом нагрузки.
Эти рекомендации носят региональный характер и применимы к центральной полосе России и более южным регионам. Перед разработкой чертежа стоит обязательно проверить уровень ветрового давления и заснеженности в своем регионе, и скорректировать шаг и/или сечение стропил.
В тех регионах, где снеговая нагрузка значительно превышает ветровую, рекомендуется применение крыш со скатом 35 – 45 градусов.
Стропильная система в частных домах чаще всего выполняется из бревен диаметром 12 – 22 см , бруса/доски толщиной 40 – 100 мм и шириной 150 – 220 мм . При расчетах можно допустить применение вместо бревен определенного диаметра брусьев аналогичной ширины, толщиной 100 мм .
Стропильная конструкция под профнастил
Стропильная конструкция под керамическую черепицу
Керамическая черепица имеет существенные отличия от других видов кровельных материалов, которые необходимо учитывать при проектировании стропильной системы под нее:
- В 5 – 10 раз больший вес, приводящий к удвоению веса всей крыши . Это приводит к необходимости использовать частый шаг (0,6-0,8 метра ) и увеличенную на 25% площадь сечения стропил.
- Мелкосборный характер материала. Увеличивает требования к точности установки поперечной обрешетки. Шаг обрешеточного бруса, допустимые сечения и углы установки всегда указываются в инструкции к каждой конкретной модели черепицы.
Существуют модели черепицы, предназначенные для установки под углом 12 – 60 градусов , рядовые модели рекомендуется монтировать под углом 20 – 45 градусов . Для обрешетки чаще всего используют брус 50х50 мм .
Стропильная конструкция под металлочерепицу
Металлочерепица по сути представляет собой менее жесткий и более легкий декоративный вариант профнастила, поэтому требования по стропильной системе, в частности по рекомендуемым сечениям стропильных ног, во многом совпадают.
Особенностью стропильной конструкции под металлочерепицу можно назвать значительное уменьшение шага обрешетки, который должен быть равен длине продольной волны (30 см для большинства видов). Это приводит к необходимости уменьшить расстояние между стропилами до 0,6 – 1 м , для снижения расходов пиломатериала на обрешетку. Угол ската крыши выбирается от 22 до 45 градусов .
Стропильная конструкция под ондулин
Ондулин – шифер на основе стекловолокна и битума, выпускается только одним производителем и имеет унифицированные технологические нормы по установке:
- допустимый угол монтажа – 5 – 45 градусов ;
- расстояние между стропилами – 60 см при угле ската до 15 градусов, до 90 см – при угле более 15 градусов ;
- обрешетка – сплошная фанерная на склоне до 10 градусов , доска 30х100 мм с шагом 45 см на склоне 10 – 15 градусов , брус 40х50 мм с шагом 60 см на склоне свыше 15 градусов.
Учитывая небольшой вес материала, сечение стропильных ног подбирается исходя из тех же рекомендаций, что и для профнастила.
Стропильная конструкция под покрытие из шифера
Шифер – традиционный, достаточно жесткий и тяжелый кровельный материал, хрупкий, но устойчивый к постоянным нагрузкам. Такие свойства меняют рекомендации по оптимальному устройству стропильной системы в сторону использования более прочных элементов и увеличения шага между ними:
- Из-за низкой герметичности нежелательно использовать шиферные крыши с углом ската менее 22 градусов. При необходимости монтажа такой крыши в качестве инструкции можно использовать рекомендации по установке ондулина, с поправкой на универсальный шаг обрешетки – 55 см.
- Допустимый угол для установки стропил под шифер – до 60 градусов.
- Шаг установки выбирается от 0,8 до 1,5 м , в зависимости от сечения стропильной ноги, нагрузки и наличия обрешеточного материала.
- Материал на стропила подбирается несколько большего сечения, чем для легких кровель . Для наиболее популярного шага 1,2 м берется брус сечением от 75х150 до 100х200 мм , в зависимости от длины пролета между опорами.
- Материал под обрешетку подбирается в соответствии с величиной расстояния между стропилами – брус 50х50 мм до 1,2 м, брус 60х60 мм – 1,2 м и более.
- Шаг обрешетки подбирается таким образом, чтобы каждый лист лежал на трех брусьях, и имел нахлест на 15 см с соседним. Учитывая стандартную длину листа 1,75 м , используется шаг 80 см .
Стропила для односкатной и двускатной кровли
Какое расстояние стропил для односкатной кровли? Односкатная крыша не требует сложной стропильной конструкции. Стропила укладываются от стены к стене, чаще всего без использования мауэрлата, прямо на венец.
Отсутствие дополнительных ребер жесткости устанавливает максимальный угол уклона – 30 градусов и допустимую длину пролета – менее 6 м (для деревянных стропил). Оптимальный угол – 15 – 20 градусов .
Такие крыши обычно не подвержены ветровым нагрузкам, но требуют защиты от осадков. В регионах, где давление ветра сравнимо со снеговой нагрузкой, правильная установка односкатной крыши “по ветру” способна привести к самоочищению кровли.
Двухскатная крыша
представляет собой систему параллельных треугольников, соединенных между собой мауэрлатом и коньком. Существует множество элементов для прочного скрепления сторон треугольника между собой и передачи нагрузок от стропильных ног стенам – стойки, стяжки, укосины, опорные балки и так далее.
Шаг между стропилами двускатной крыши делают с учетом размера теплоизолятора, который укладывают между ними. Примерный шаг между стропильными ногами 1-1,2 метра
Прочность жесткого треугольника возрастает по мере приближения его формы к равнобедренному, поэтому при повышении угла ската до 60 градусов можно расширять шаг между стропилами.
Однако, это также приведет к увеличению расхода материала и к многократному усилению парусности крыши. Оптимальный угол уклона для снежных регионов – 45 градусов , для ветреных – 20 градусов .
Расстояние между стропилами крыши мансардного типа определяет, какая часть нагрузки приходится на каждый элемент. При проектировании вальмовой кровли шаг стропил должен составлять от 60 см до 1 м.
- Верное крепление стропил не менее важно, чем правильный расчет конструкции. Перед самостоятельным монтажом крыши стоит взять урок у опытного плотника и почитать обучающую литературу.
- При выборе шага стропил не забывайте о теплоизоляции. Все виды утеплителя способны немного сжиматься, поэтому покупать их можно по приблизительному размеру. Наиболее часто выпускаемые размеры – 60, 80, 100, 120 см.
- Для крыш с уклоном от 45 градусов и более можно не учитывать вес человека на крыше. Это снимает 175 килограмм расчетной нагрузки на квадратный метр и позволяет ставить стропила в среднем на 20% реже.
- Снежную и ветровую нагрузку в регионах России можно узнать по нормативным документам – картам в приложении Ж к .
- В сети существует множество онлайн-калькуляторов для крыши , способных если не рассчитать верно все нюансы, то хотя бы посоветовать подбор верного сечения для стропила.
