Расчет длины и сечения стропил
Расчет стропил рекомендуется выполнять максимально точно, исходя из особенностей места строительства, внешней нагрузки на стропильную систему, размеров и конфигурации сооружения, характеристик материала для возведения крыши.
Строительство скатной крыши требует создания прочного каркаса – несущей конструкции кровли. На этапе проектирования требуется выполнить расчет стропил, с целью определения длины и сечения элементов, которые принимают на себя основные нагрузки (постоянные и переменные).
К постоянным нагрузкам относится вес самого кровельного пирога, который состоит из внешнего покрытия, обрешетки, гидроизоляционного слоя, теплоизолятора, пароизоляции и внутренней обшивки чердачного или мансардного помещения. К этому же типу нагрузок относится вес оборудования или других объектов, которые планируется разместить на крыше или закрепить на стропилах изнутри
Под переменными нагрузками подразумевается воздействие ветра и осадков, а также вес человека, занимающегося ремонтом или очисткой кровли. В этот же разряд входят и особые нагрузки, в том числе сейсмические – их наличие предъявляет повышенные требования к надежности крыши.
Расчет веса кровельного пирога
Прежде чем подойти к вычислению сечения стропильной ноги односкатной, двускатной или вальмовой крыши, важно определиться с весом кровельного пирога. Для этого требуется расчет, формула которого предельно проста: суммируется вес одного квадратного метра каждого слоя кровельной системы, а полученный результат умножается на 1,1 – поправочный коэффициент, позволяющий повысить надежность конструкции на 10%.
Таким образом, стандартный расчет веса кровли выглядит следующим образом: (вес 1 м2 обрешетки + вес 1м2 кровельного покрытия + вес 1 м2 гидроизоляции + вес 1 м2 утеплителя) ? 1,1 = вес кровельного пирога с учетом поправочного коэффициента. При использовании большинства популярных кровельных материалов (за исключением наиболее тяжелых) данная нагрузка на стропила не превышает 50 кг/м2.
Разрабатывая проект односкатной или двускатной крыши достаточно ориентироваться на вес кровельного пирога, равный 55 кг/м2. Такой подход позволит возвести каркас кровли с запасом по прочности и в дальнейшем менять вид кровельного покрытия без перерасчета стропильной системы.
Снеговые и ветровые нагрузки
Для многих регионов России актуален вопрос снеговых нагрузок на стропила – от стропильной ноги требуется выдерживать, не деформируясь, тяжесть накопившегося снега. Чем меньше угол наклона кровли (обычно это относится к односкатной конструкции), тем выше снеговые нагрузки. Строительство практически плоской односкатной крыши требует использования стропил большого сечения и минимального шага их монтажа. При этом следует регулярно заниматься очисткой односкатной кровли, угол наклона которой не превышает 25°.
Формула S = Sg * µ позволяет вычислить снеговую нагрузку (S). При этом:
Sg – справочное значение веса снегового покрова на 1 квадратном метре горизонтальной поверхности (выбирается по таблице в СНиП «Стропильные системы» в зависимости от региона строительства);
µ - поправочный коэффициент, величина которого определяется углом наклона крыши.
карта снеговых нагрузок России
Коэффициент µ равен:
1,0 – угол наклона ската до 25°;
0,7 – угол наклона ската от 25 до 60°.
Для крыш со скатами, угол наклона которых превышает 60°, снеговые нагрузки при расчетах не учитываются.
Для вычисления ветровой нагрузки (W) применяется формула W = Wo * k, где:
Wo – справочное значение ветровой нагрузки, характерной для конкретного региона (выбирается по таблице);
k – поправочный коэффициент, значение которого зависит от высоты сооружения и типа местности.
значения поправочного коэффициента для разной местности
А – открытая местность (поле, степь, побережье);
Б – городская застройка, лес.
Расчет длины стропил выполнить достаточно просто, если принять во внимание, что практически вся крыша представляет собой систему треугольников (неважно, речь об односкатной, двускатной или сложной кровле). Зная длину стен постройки, угол наклона ската либо высоту конька, при помощи теоремы Пифагора вычисляется длина стропильной ноги от края стены до конька. К полученному значению требуется прибавить величину карнизного свеса (если стропила будут выступать за край стены). В некоторых случаях карнизный свес формируется за счет установки кобылок – досок для наращивания стропильной ноги. Длина кобылок суммируется к длине стропила при расчете площади крыши – это позволит определить точное количество материалов для монтажа кровельного пирога.
Чтобы определить, доска или брус какого сечения подходит для возведения конкретной односкатной, щипцовой или вальмовой крыши, можно воспользоваться таблицей стандартов, в которой приведены соответствия между такими параметрами, как толщина пиломатериала, длина стропильной ноги и шаг установки стропил.
Параметры сечения стропил варьируются от 40?150 мм до 100?250 мм. Длина стропильной ноги зависит от угла наклона ската и длины пролета между противоположными стенами. При увеличении угла наклона ската увеличивается длина стропила, что требует использования пиломатериала большего сечения для обеспечения необходимой прочности конструкции. При этом снеговая нагрузка на крышу уменьшается, и можно сделать шаг установки стропил более редким. В то же время, уменьшение шага стропил ведет к возрастанию суммарной нагрузки на стропильную ногу.
Выполняя расчет, необходимо принимать во внимание все факторы, чтобы добиться необходимой прочности каркаса крыши, в том числе учитывать характеристики древесины (плотность, степень влажности, качество) при возведении деревянных конструкций, толщину элементов из металла – при строительстве металлических каркасов крыши.
Несущая конструкция крыши должна иметь высокую степень жесткости – требуется исключить прогиб стропил под нагрузками. Прогиб возникает, если были допущены ошибки при вычислении сечения элементов крыши и шага установки стропил. Если прогиб стропил был выявлен после монтажа кровли, можно использовать дополнительные элементы (подкосы) для придания жесткости конструкции. Если длина стропильной ноги односкатной, щипцовой или вальмовой крыши превышает 4,5 метра, без установки подкосов прогиб может образоваться независимо от сечения деревянных стропильных ног. Это следует учитывать, выполняя расчет длины стропил.
Основные принципы расчета базируются на том, что выбор толщины бруса зависит от суммарной нагрузки на крышу. Увеличение толщины стропила ведет к повышению прочности крыши, позволяет исключить прогиб, но при этом существенно возрастает суммарный вес стропильной системы, то есть, повышаются нагрузки на строительные конструкции и фундамент. Стропила на жилых домах устанавливают с шагом 60 – 100 см, конкретная величина зависит от:
расчетной нагрузки;
сечения стропил;
характеристик кровельного материала;
угла наклона скатов;
ширины теплоизоляционного материала.
Расчет количества стропильных ног напрямую связан с шагом их установки. Изначально подбирается подходящий шаг монтажа, затем длину стены следует разделить на данное значение, прибавить к результату единицу и округлить число. Поделив длину стены на полученный результат, можно получить искомый промежуток между стропилами.
При определении количества стропил на одном скате важно помнить, что учитывается расстояние между осями стропильных ног.
Стропильные конструкции из металла
В частном домостроении использование металлических стропильных систем встречается реже, так как каркас из металла требуется монтировать при помощи сварки – это ведет к увеличению сложности и объема работ. Можно заказать изготовление конструкции на производстве, но ее монтаж потребует применения спецтехники. Проектирование каркаса крыши из металла требует точного расчета и соблюдения размеров всех элементов, поскольку отсутствует возможность подогнать деталь непосредственно при монтаже.
К прочности металлических стропильных систем нет претензий: использование металлопрофиля позволяет исключить прогиб стропил даже при перекрытии больших пролетов без установки дополнительных элементов для прочности и жесткости. Стропила из металла могут перекрывать пролеты более 10 метров, не образуя прогиб под расчетными нагрузками.
металлические стропила на крыше
Выполняя расчет стропильной системы из металла, следует учитывать вес материала, нагрузки на строительные конструкции и фундамент. Параметры прочности металлических стропил и их высокое сопротивление нагрузкам на прогиб позволяет значительно сократить количество данных элементов по сравнению с деревянной конструкцией.
Расчет металлического каркаса крыши следует вести, базируясь на справочных значениях прочности элементов (швеллеров, уголков, балок и т.д.) в зависимости от их формы и толщины. Следует учитывать размеры пролетов и угол наклона скатов.
Опорная конструкция для стропильной системы из металла (мауэрлат) должен представлять собой металлическую балку, надежно закрепленную на верхнем крае стены.
